浅析钢结构柱脚设计要点

浅析钢结构柱脚设计要点

柱脚的构造使柱身的内力可靠的传给基础，并和基础有牢固的连接。柱脚的连接形式有铰接和刚接两种形式，铰接柱脚不承受弯矩，只承受轴向压力和水平剪力，剪力通常由底板和基础表面的摩擦力传递，当此摩擦力不足以承受水平剪力时，应在柱脚底板下设置抗剪键，抗剪键可用方钢、短T 字钢和H 型钢做成。刚接柱脚承受弯矩，轴向压力和水平剪力。本文简述柱脚底板区格划分及计算，阐述其施工时需要注意的问题和施工控制重点，并对柱脚施工时出现的问题，提出具体处理方法。

1 柱脚计算

1.1柱脚底板面积计算

底板截面尺寸决定于基础材料的抗压能力，柱脚底板和基础接触面为作用力与反作用力，基础对底板的压应力可近似认为是均匀的，柱脚底板所需净面积

A n （柱脚底板长乘宽，减去锚栓孔面积）为： A n ≥ N 为柱承受轴向压力；c f 为基础混凝土的抗压强度设计值；c β为混凝土局

部承压时的强度提高系数，c f 、c β均按设计规范取值。

1.2 柱脚底板厚度计算

底板的厚度由板的抗弯强度决定，底板可视为一个支撑在靴梁、隔板和柱端的平板，承受基础传来的均匀反力，靴梁、隔板和柱端面均可视为底板的支撑边，并将底板分割成不同的区格，其中有四边支撑、三边支撑、两相邻边支撑和一边支撑等区格。在均匀分布的基础反力作用下，各区格板单位宽度上的最大弯矩为：

1.2.1 四边支撑区格板：2qa M α=

q 为作用于底板单位面积上的压应力，q=N/ A n ；a 为四边支撑短边长度；α为系数，根据长边b 与短边a 之比按表一取值

表1 α值

1.2.2 .三边支撑区格和两相邻边支撑区格：M=βqa 12

a 1为三边支撑区格自由长度，两相邻边支撑区格为对角线长度；β为系数，

b/a 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 3.0 ≥4.0 α 0.048 0.055 0.063 0.069 0.075 0.081 0.086 0.091 0.095 0.099 0.101 0.119 0.125

C

C f N β

根据b 1/a 1取值，对三边支撑区格b 1为垂直于自由边的宽度；对两相邻边支撑区

格，b 1为内角顶点至对角线的垂直距离（见图1）。

表2 β值

当三边支撑区格的b 1/a 1<0.3时，可按悬臂长度为b 1的悬臂板计算。

1.2.3 一边支撑区格板（即悬臂板）：221qc M =

c 为悬臂长度。

1.2.4取几部分区格板的最大弯矩M max 来确定板的厚度t ： f

M t max 6≥ 设计时要注意靴梁和隔板的布置应尽可能使区格板中的弯矩相差不要太大，以免柱脚底板过厚。地板的厚度通常为20～40mm ，为保证底板刚度，满足基础反力是均匀分布的假设，底板厚度≥14mm 。

图1 柱脚布置图

1.3 锚栓

铰接柱脚的锚栓一般仅起到安装过程中固定的作用，因此锚栓的直径通常根据其与钢柱板件的厚度和底板厚度相协调的原则来确定，一般不小于20mm ，数量一般根据底板的面积和构造确定，当出现上拔力时，铰接柱脚的锚栓应通过计算确定。刚性柱脚的锚栓不仅起安装固定作用，而且在柱脚弯矩作用下承受拉力，锚栓的直径和数量应有计算确定。

为便于安装与调整，底板上的螺栓孔应比栓杆直径大0.2～0.5倍，锚栓锚固长度不应小于25d ，铰接柱脚锚栓应设在柱翼缘内侧、刚接柱脚锚栓设在柱翼缘外侧。

1.4 靴梁和肋板的计算 b 1/a 1 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 ≥1.2 β 0.026 0.042 0.056 0.072 0.085 0.092 0.104 0.111 0.120 0.125

靴梁与柱连接焊缝承受柱身的压力，其高度由连接所需的焊缝长度决定，厚度略小与柱翼缘。肋板按悬臂梁计算，肋板厚度、肋板与靴梁间的连接焊缝均按其承受的弯矩和剪力计算。