工程技术
幸福生活指南
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钢结构的柱脚形式
杨艳霞
信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司南京分公司 江苏 南京 210000
摘 要：本文介绍钢结构柱脚的各种形式的适用范围和注意事项。 关键词：铰接柱脚；刚接柱脚；外露式；外包式；埋入式；插入式
Abstract: This paper introduces the application scope and matters needing attention of various forms of steel structure column foot. Keywords: Hinged column foot； Just answer column foot； The leakage type； Outsourcing type；Embedded type；Plug-in.
钢构房屋造价0、引言 目前钢结构建筑越来越多，笔者作为工业院的一员，几乎接触到主要建筑的结构形式都是钢结构，仅仅一些辅助性的建筑才会是混凝土结构形式。钢结构和混凝土结构最大的区别就是钢结构有很多的节点需要绘图并计算，其中就包含钢柱的柱脚节点。 1、柱脚形式的分类 1）根据钢柱柱脚的受力，
可以分为两种形式，一种是铰接柱脚，一种是刚接柱脚。 铰接柱脚一般用于不带吊车的轻型门式刚架，或者承受荷载较小的钢平台。刚接柱脚一般用于5t 以上桥式吊车的门式刚架结构和规模荷载较大的钢框架结构。 2）根据柱脚的位置可以分为四种形式：外露式柱脚、外包式柱脚、埋入式柱脚和插入式柱脚。 2、铰接柱脚 铰接柱脚一般是外露式柱脚，钢柱在基础短柱上面，是造价最低最方便施工的柱脚形式。铰接柱脚的地脚锚栓布置在翼缘的内侧，不能承受弯矩，仅承受轴力。在承受剪力方面，目前国内比较统一的做法刚接柱脚和铰接柱脚都不考虑锚栓受剪，如果有剪力，靠柱底摩擦力或者设置抗剪键来抵抗剪力。 3、刚接柱脚 1）刚接柱脚的外露式和铰接柱脚的外露式一样，都是钢柱底板在基础短柱上面。不同的是，刚接柱脚的地脚锚栓是布置在翼缘外侧，同时承受弯矩和轴力。刚接外露式柱脚同样是不考虑锚栓承受剪力的。如果柱底摩擦力不足以抵抗剪力，仍需要设置抗剪键。 外露式刚接柱脚适用于抗震设防6、7度地区高度不超过50m 的单层厂房及多层钢框架的刚接柱脚。因为抗震柱脚与基础的连接极限承载力的要求，外露式柱脚锚栓的计算跟钢柱的塑性受弯承载力有关，节点的极限受弯承载力应大于考虑轴力影响时柱的塑性
受弯承载力与抗震设计的连接系数之积。锚
栓算的非常多、非常大。钢柱下的混凝土短
柱的截面就会很大，实际工程中笔者有做过
外露式柱脚直接落于承台之上，这是一个不
错的方法，减少了短柱的过度，节省了钢筋
混凝土的用量。此时需要注意钢柱在地下部
分的砼的包裹，避免水土对钢材的腐蚀。但
是如果采用这种做法，并不能充分的发挥外
露式柱脚节省钢柱用钢量的优势，在短柱截
面尺寸并不是过大的情况下，还是尽量采用
短柱将钢柱柱底标高抬高的做法，节省地下
部分钢柱的用量。 2）外包式柱脚是将钢柱放在基础上又伸
出钢筋包裹钢柱四周。适用于6~9度抗震设
防地区，这种柱脚形式我院目前采用最多的
一种形式了。外包式柱脚同样在地震力作用
下需要考虑“强节点弱构件”，进行柱脚的极
限承载力计算。这也是为什么计算出来的外
包尺寸有时候会远远大于构造要求的原因，为了使短柱的纵筋不至于太大不好施工，可以加大外包尺寸来使柱筋减小。如果是建筑地坪，要将短柱顶标高降下来，避免影响建筑做法。还需要注意室内外地坪的高差，避免外围的短柱超出外墙，影响立面效果。 3）埋入式柱脚
埋入式柱脚是将钢柱直接埋入基础的柱脚形式。抗震设计时，柱脚的埋入深度除了
满足构造要求需要根据柱脚的极限受弯承载
力来计算。外包式柱脚和埋入式柱脚分别见下图。
从图中对比一下材料用量，假设截面为HW400X400的钢柱，采用M24的安装地脚锚栓。从构造上来说，外包式柱脚的基础高度不得小于地脚锚栓的锚固长度25d 即600mm ；基础以上的钢柱进行外包设计，外包高度2倍的钢柱截面高度，即800mm 。埋入式柱脚的基础埋入深度需要通过计算确定但是也要满足2h 的构造要求即800mm ，再加上锚栓的锚固混凝土高度，埋入式基础的混凝土用量会一些，钢柱
长度会多一个在基础内的长度，因为材料用量上来说，外包式柱脚更优一些。 从施工便利性来对比，两者基础的埋深有个明显的区别，外包式是从基础顶往上包，埋入式是从基础底往下埋，这就造成了开挖深度的加大。并且外包式柱脚，方便钢柱外包部分和基础分施工缝，可以先施工基础，再二次施工钢柱及外包混凝土；而埋入式柱脚钢柱必须和基础则必须同时施工。所以从施工便利性来说，外包式柱脚更便于施工。
因此从造价及施工方面考虑，在8、9度地区高层框架柱我们才采用埋入式基础，一般单层或者多层的厂房通常采用外包式柱
脚。 4）插入式柱脚 插入式柱脚是将钢柱直接插入混凝土基础预留的杯口中，通过二次浇灌来固定钢柱。该种柱脚形式的传力机理与埋入式柱脚基本相同。抗震设防区，插入式柱脚极限承载力不应小于钢柱全截面塑性承载力的 1.2倍。《钢结构设计标准》中插入深度的计算公式
也跟埋入式柱脚用的同一个公式。跟埋入式柱脚的埋入深度仅靠计算得出不同的是，插入式柱脚的钢柱插入杯口的最小深度规范中给与了要求；杯口基础的底板应验算柱吊装时的局部受压和冲切承载力。也是这种形式的柱脚施工方便、比较受施工单位的青睐，但是这个理论依据不是很充足，还需要实践
工程的总结。 插入式柱脚原本只是用于单层工业厂房，后期在多高层钢结构房屋中也有了实践应用和理论计算的支持。相应这种柱脚形式会越来越成熟。
4、结束语 综上所述，我们对钢结构柱脚的形式有了大概的了解。我们在工程中可以根据实际情况进行判别选择使用相应的柱脚形式。从施工便利性、缩短工期和节省造价出发，在满足规范和使用要求的前提下，优先使用外露式柱脚。不能使用外露式柱脚时，再选择使用外包式柱脚和埋入式柱脚。也要多总结和学习插入式柱脚的构造要求和分析利弊，在以后的工程中有充分的依据时多多推广插入式柱脚，推动设计的进步。 参考文献 [1]钢结构设计标准及条文说明《GB 50017-2017》. [2]钢结构设计手册（第四版） 中国建筑工业出版社. [3]高层民用建筑钢结构技术规程 《JGJ 99-2015》. [4]建筑抗震设计规范 《GB 50011-2010》.
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