钢结构柱脚节点设计-精品文档
钢结构工程中柱脚设计初论
钢结构工程中柱脚设计初论钢结构建筑中，柱脚是必不可少的结构连接节点，其对整个结构的承载力及稳定性有着非常重要的作用，作为连接钢柱与钢筋混凝土基础或者基础梁的重要节点，其合理的受力分析和节点设计也就显得尤为必要。
柱脚按结构的内力分析，可大体分为铰接连接柱脚和刚性固定连接（刚接）柱脚两大类。
其中刚接柱脚包含外露式柱脚、埋入式柱脚及外包式柱脚。
刚接柱脚除了承受轴心压力和水平剪力外，还要承受弯矩。
对于工业厂房、多层及高层钢结构常采用刚接柱脚，《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）亦仅对钢结构的刚接柱脚加以规定。
本文即针对三种钢结构刚接柱脚节点形式的受力分析及设计做以探讨。
1 外露式柱脚外露式柱脚主要由底板、加劲肋、锚栓及锚栓支承托座等组成（图1），各部分的板件都应具有足够的强度和刚度，而且相互之间应有可靠的连接。
1.1 受力分析从力学角度看，外露式柱脚更适合作为半刚接性柱脚。
震害表明：其破坏特征是锚栓剪断、拉断或拔出。
结构设计中应考虑柱脚支座的非完全刚性连接，必要时按刚接和半刚接柱脚采用包络设计方法。
当仅采用刚接柱脚计算时，应考虑柱反弯点的下移引起的柱顶弯矩及相关构件的内力增大问题。
外露式柱脚由外露的柱脚螺栓承担钢柱底的弯矩和轴力，柱脚承载力不宜小于柱截面塑形屈服承载力的1.2倍。
底板的尺寸由基础混凝土的抗压设计强度确定，计算底板厚度时，可偏安全地取底板各区格的最大压力进行计算。
由于底板与基础之间不能承受拉应力，拉力应由锚栓来承担，当拉力过大，锚栓直径大于60mm时，可根据底板的受力实际情况，按压弯构件确定锚栓。
柱底剪力应由钢底板与其下钢筋混凝土之间的摩擦力承受（摩擦系数可取0.4）。
当水平剪力超过摩擦力时，可设置抗剪键及柱脚外包混凝土等有效抗剪措施承担。
1.2 节点构造设计外露式柱脚底板的一般厚度不应小于柱子较厚板件的厚度，且不宜小于30mm。
当需增设加劲肋和锚栓支承托座等补强措施时，底板长度和宽度外伸尺寸，每侧不宜超过底板厚度的18 倍。
钢架节点设计
钢架节点设计9.1梁柱节点设计.梁柱的连接方式：柱翼缘和梁翼缘焊接，梁腹板通过8.8级摩擦型高强度螺栓与柱连接。
（见下图9.1）在计算中认为腹板传递剪力，翼缘传递弯矩。
从内力组合可以看出，与B轴柱相连梁的端弯矩较大，以B柱的梁柱节点设计为例。
其最不利内力为：M=386.5kN・mV=206.4kN.图9.1主梁与柱的连接节点图(1)连续螺栓采用8.8级摩擦型高强度螺栓M24,摩擦系数口=0.4,一个螺栓的预拉力P=175kN。
单个螺栓的抗剪承载力设计值为：N v=0.9n f口p=0.9x1.0x0.4x175kN=63kNnV/N v(V/N v=206.4/63=3.28)取n=4螺栓间距p3d o(3d0=3x24mm=72mm)取p=90mm。
(2)梁柱翼缘对接焊缝采用引弧板施焊，二级焊缝，边缘最大应力为：。
二M/W x=MH/{Bt(H-t)2}=386.5x106x500/{200x16x(500-16)2}=257.8N/mm2f t(f t=310N/mm2)(3)柱腹板受压承载力验算A f f b/b c f c=200x16x310/{(16+5x25)x310}mm=22.7mmt w(t w=16mm)He/30Jf y/235=(500-2x25/30)J345/245mm=18.2mmt w(t w=16mm)因此，柱腹板需配置横向加劲肋。
根据《钢结构设计规范》取加劲肋厚度为12mm。
(4)柱受拉翼缘验算为防止与梁受拉翼缘板相连处的柱翼缘板因受拉而发生横向弯曲，柱翼缘板的最小厚度为te0.4JAf0.4J A f=0.4x J200■16mm=22.6t=25mm22.6mm满足要求。
,ef为提高节点的安全性，在梁受拉翼缘对应的位置按构造配置柱横向加劲肋。
(5)梁柱刚性连接处的节点域验算因为B柱两侧的弯矩方向相反，相对而言A,C柱更不利，取边柱梁最不利内力，M=386.5kN•mV=206.4kN(M b1+M b2)/V p=(M b1+M b2)/h b h c t cw=386.5x106/{(500-2x16)(500-2x25)x16}=114.7NN/mm24f v/3=240N/mm2)满足要求。
“外柱柱脚”节点计算书
“外柱柱脚”节点计算书一.节点基本资料设计依据：《钢结构连接节点设计手册》(第二版)节点类型为：圆柱埋入刚接柱截面：φ299×12,材料：Q355柱与底板全截面采用对接焊缝，焊缝等级为：二级，采用引弧板;底板尺寸：1×B=700mm×700mm,厚：T=30mm锚栓信息：个数：4采用锚栓：双螺母弯钩锚栓库_Q345-M24方形锚栓垫板尺寸(mm)：B×T=70×20底板下混凝土采用C30基础梁混凝土采用C30埋入深度：1.2m栓钉生产标准：GB/T10433栓钉抗拉强度设计值：f=215N∕mm2栓钉强屈比：γ=1.67沿Y向栓钉采用：M19×100行向排列：12OmmX9列向排列：45o×2沿X向栓钉采用：M19×100行向排列：120mm×9列向排列:45o×2实配用冈筋：4HRB400C20+10HRB400C20÷10HRB400C20近似取X向钢筋保护层厚度：Cx=30mm近似取Y向钢筋保护层厚度：Cy=30mm节点示意图如下：二.荷载信息设计内力：组合工况内力设计值工况N(kN)Vx(kN)Vy(kN)Mx(kN∙n Q)My(kN∙m)组合工况-813.227261.830.0 0.0 5.219三.验算结果一览验算项数值限值结果最大压应力(MPa) 1.39最大14.3满足等强全截面1满足基底最大剪力(kN)219最大273满足绕X轴抗弯承载力(kNXm)1311 最小1019满足绕y轴抗弯承载力(kN×m)1873 最小1019满足沿Y向抗剪应力比 5.29最大71.3满足沿X向抗剪应力比O最大71.3满足X向栓钉直径(mm)19.0最小16.0满足X向列间距(mm)117最大200满足X向列间距(mm)76.0最大200满足X向行间距(mm)120最大200满足X向行间距(mm)120最小114满足X向边距(mm)149最小为29.5满足Y向栓钉直径(mm)19.0最小16.0满足Y向列间距(mm)117最大200满足Y向列间距(mm)76.0最大200满足Y向行间距(mm)120最大200满足Y向行间距(mm)120最小114满足Y向边距(mm)149最小为29.5满足绕Y轴承载力比值0.65最大1.00满足绕X轴承载力比值0最大1.00满足绕Y轴含钢率(％) 0.65最小0.20满足绕X轴含钢率(％) 0.65最小0.20满足沿Y向主筋中距(mm)83.3 最小45.0 满足沿Y向主筋中距(mm)83.3最大200满足沿X向主筋中距(mm)83.3最小45.0满足沿X向主筋中距(mm)83.3最大200满足沿Y向锚固长度(mm)920最小700满足沿X向锚固长度(mm)920最小700满足四.混凝土承载力验算控制工况:组合工况1N=(-813.227)kN；底板面积：A=1×B=700×700×10-2=4900cm2底板承受的压力为：N=813.227kN底板下混凝土压应力：σc=813.227/4900×10=1.6596N∕mm2<14.3,满足五.柱对接焊缝验算柱截面与底板采用全对接焊缝，强度满足要求六.柱脚抗剪验算控制工况：组合工况1N=(-813.227)kN；Vx=261.83kN；Vy=OkN；锚栓所承受的总拉力为：Ta=OkN柱脚底板的摩擦力：Vfb=O.4X(-N+Ta)=0.4x(813.227+0)=325.29kN柱脚所承受的剪力：V=(Vx2+Vy2)0.5=(219.322+02)0.5=219.32kN<325.29,满足七.柱脚节点抗震验算1绕X轴抗弯最大承载力验算绕X轴柱全塑性受弯承载力：Wp=3953712mm3Mp=WpXfy=3953712×235=929.12232kN∙m因为N∕Ny=813227/2542616.6=0.268742837>0.2,所以Mpc=1.25(1-N/Ny)Mp=849.284kN∙m绕X轴柱脚的极限受弯承载力：Mu,basej=fckBc1[((21+hb)2+hb2)0.5-(21+hb)]=20.1×209.3×4000×[((2×4000+1200)2+12002)0.5-(2×4000+1200)]=1311.398kN∙m>=1.2Mpc=1.2×8.492842e+008=1019.141kN∙m,满足2绕y轴抗弯最大承载力验算绕y轴柱全塑性受弯承载力：WP=3953712mm3Mp=Wp×fy=3953712×235=929.12232kN∙m因为N∕Ny=813227/2542616.6=0.268742837>0.2,所以Mpc=1.25(1-N∕Ny)Mp=849.284kN∙m绕y轴柱脚的极限受弯承载力：Mu,basej=fckBc11((21+hb)2+hb2)0.5-(21+hb)]=20.1×299×4000×[((2×4000+1200)2+12002)0.5-(2×4000+1200)]=1873.425 kN∙m>=1.2Mpc=1.2×8.492842e+008=1019.141kN∙m,满足八.栓钉验算栓钉生产标准：GB/T10433栓钉抗拉强度设计值：f=215N∕mm2栓钉强屈比：γ=1.67沿Y向栓钉采用：M19×100行向排列：120mm×9列向排列：45o×2沿X向栓钉采用：M19×100行向排列：12OmmX9列向排列：45o×21沿Y向栓钉验算承载力验算控制工况：组合工况1控制内力：N=(-813.227)kN,My=5.219kN∙m,Vx=261.83kN顶部箍筋处弯矩设计值：Myu=∣16.37+0.21932×50∣=27.336kN∙mX向截面高度：hx=299mmX向翼缘厚度：tx=12mm沿Y向一侧栓钉承担的翼缘轴力：Nf=27.336∕(299-12)×103=95.247kN单个栓钉受剪承载力设计值计算：栓钉钉杆面积:As=πd2∕4=3.142×192/4=283.529mm2Nvs1=0.43×As(Ec×fc)0.5=0.43×283.529×(429000)0.5×10-3=79.854kNNvs2=0.7×As×f×γ=0.7×283.529×215×1.67×10-3=71.261kNNvs=min(Nvs1,Nvs2)=71.261kN沿Y向栓钉抗剪等效列数：Nr=ZCOSa=2沿Y向单根栓钉承受剪力：V=95.25∕9∕2=5.292kN<71.26,满足2沿X向栓钉验算承载力验算控制工况：组合工况1控制内力：N=(-813.227)kN,Mx=OkNm,Vy=OkNY向顶部箍筋处弯矩设计值：Mxu=∣0-0×50∣=0kN∙mY向截面高度：hy=299mmY向翼缘厚度：ty=12mm沿X向一侧栓钉承担的翼缘轴力：Nfy=0∕(299-12)×103=0kN沿X向栓钉承受剪力为零，承载力满足要求九.钢筋验算1内力计算Y向承载力验算控制工况：组合工况1控制内力：My=5.219kN∙m,Vx=261.83kNY向柱脚底部弯矩设计值：Myd=∣5.219+261.83×1.2∣=319.42kN∙m2承载力计算外包混凝土X向长度：X=580mm外包混凝土Y向长度：Y=580mm实配钢筋：4HRB400.20÷10HRB400_20+10HRB400_20单侧角筋面积：Ac=628,319mm2沿Y向中部筋面积：Amy=1570.796mm2外包混凝土X向计算长度：X0=580-30-20×0.5=540mm构造要求沿Y向配筋量：Aymin=0.002×XO×Y=626.4mm2沿Y向单侧实配面积：Asy=Ac+Amy=2199.115mm2≥Aymin=626.4,满足要求沿X向中部筋面积：Amx=1570.796mm2外包混凝土Y向计算长度：Y0=580-30-20×0.5=540mm构造要求沿X向配筋量：Axmin=0.002×YO×X=626.4mm2沿X向单侧实配面积：Asx=Ac+Amx=2199.115mm2>Axmin=626.4,满足要求沿Y向钢筋中心间距：X00=500mm角筋绕Y轴承载力：Mcy=Ac×Fyc×X0=628.319×360×540×10-6=122.145kN∙m 中部筋绕Y轴承载力：Mmy=Amx×Fym×XO=1570.796×360×540×10-6=305.363kN∙m实配钢筋绕绕Y轴承载力：MSy=MCy+Mmy=I22.145+305.363=427.508kN∙m Msy>∣My∣=319.42,满足要求沿X向钢筋中心间距：Y00=500mm角筋绕X轴承载力：Mcx=Ac×Fyc×Y0=628.319×360×540X10-6=122.145kN∙m 中部筋绕X轴承载力：Mmx=Amx×Fym×YO=1570.796×360×540×10-6=305.363kN∙m实配钢筋绕X轴承载力：Msx=Mcx+Mmx=122.145+305.363=427.508kN∙m Msx>∣Mx∣=0,满足要求“内柱柱脚”节点计算书一.设计依据本工程按照如下规范、规程、设计手册进行设计：1.《钢结构设计标准》(GB500I7-2017)2.《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)3.《建筑抗震设计规范》(GB500U-2010)(2016年版)4.《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-2015)5.《钢结构连接节点设计手册》（第三版）李星荣魏才昂秦斌主编6.《钢结构设计方法》童根树著7.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（2015年版）二.计算软件信息本工程计算软件为钢结构软件PKPM-STSV5计算日期为2023年4月8日18时12分2秒计算书中未标注单位的数据，单位均为mm三,计算结果一览四.节点基本资料节点编号=44；柱截面尺寸：圆管299X16；材料：Q355；柱脚混凝土标号：C30；柱脚底板钢号：Q355；埋入深度：1.20叱柱脚底板尺寸：B×H×T=540X540X30；锚栓钢号：Q355；锚栓直径D=24；锚栓垫板尺寸：BXT=70X25；环向锚栓数量：4柱与底板采用对接焊缝连接；加劲肋与柱连接采用对接焊缝；埋入部分顶面加劲肋设置：T=16；栓钉直径：16；栓钉长度：65；单列侧栓钉数：4个；竖向受力筋强度等级：HRB(F)400；箍筋强度等级：HRB(F)335；保护层厚度：250；实配钢筋(埋入式柱脚已按极限承载力进行调整)：横向单侧受力筋：3Φ22;横向单侧架立筋：2Φ16;竖向单侧受力筋：3Φ22;竖向单侧架立筋：2Φ16;顶部附加箍筋：3Φ12@50；一般箍筋：4>10@100；五.计算结果1.栓钉抗剪承载力校核说明：高钢规已取消，结果仅供参考；栓钉抗剪承载力内力设计值N=721199kN,V=0.429kN,M=0.789kN∙m栓钉直径：16；栓钉长度：65；单列侧栓钉数：4个；单个栓钉的抗剪承载力：N：=min(0.43AJEJ c0.7AYf)y O MU r VV=ιnin(0.43×201.06×y∣30000.00×14.30,0.7×201.06×167×235.00)=50.53kN合力弯矩作用力臂(相对X轴为)：y1nax=105.7i各位置栓钉的力臂总和为：¾≡=4470050单个栓钉承受剪力为：MEV XymC1XNNF=-5⅛ ------------ +7=3776730.00×105.71/(2×44700.50)+758729.00/4=194.17kNN v =N p ∕n v =194169.0()/4=48.54kNNVVN 栓钉抗剪承载力满足要求!2 .侧面混凝土承压计算钢标算法: 计算配筋为:_My+/X ，_]328540().()()+13050.6()X897.0() AS =0.9f y b 0= 0.9X360.00X697构造配筋为：=0.87N∕mtn 2_________ / _________ 26548.80+(2×1001.53/897.00+I)2299X89700OCW0%=14.30N∕mm2,侧面混凝土承压验算满足要求!3.柱脚配筋校核（1）翼缘侧配筋计算： 高度方向拉延筋形心间距：h 0=697计算配筋为：心+… A109Wo构造配筋为：A min =0.002b 0h 0=0.002×697×697=97162mn?（2）腹板侧配筋计算： 宽度方向拉延筋形心间距： 23068200.00÷23154.70X897.000.9×360.00X697194.12mm 22×1(X)1.53 897.00+Du +A min=0.002h0h0=0.002×697×697=97162nιf n2(3)实配钢筋(埋入式柱脚已按极限承载力进行调整)：横向单侧受力筋：3Φ22;横向单侧架立筋：2Φ16;竖向单侧受力筋：3Φ22;竖向单侧架立筋：2Φ16;顶部附加箍筋：3Φ12@50；一般箍筋：＜M0@100；4.柱脚极限承载力验算结果连接系数：∏j=1.20柱脚最大轴力和轴向屈服承载力的比值0.10圆管柱：N∕N v W0.2圆管柱截面全塑性受弯承载力：W p=1282.79cm3MP=W p×f y=1282790.00×345.00=442.56kN・m取M nr=Mn=442.56kN∙m圆管柱脚连接的极限受弯承载力：M U=SJH⑵+〃/+幼2.⑵÷hβ)∣20.IO×299×12(X).00×{y∣(2×1200.00+897.00)2+897.0()2-(2×12(X).(X)+897.00)}864.29kN∙mM11>Q i M nr=531.07kN-m,满足要求!u J∕7c“裙房柱脚”节点计算书一.设计依据本工程按照如下规范、规程、设计手册进行设计：1.《钢结构设计标准》(GB50017-2017)2.《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)3.《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(2016年版)4.《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-2015)5.《钢结构连接节点设计手册》(第三版)李星荣魏才昂秦斌主编6.《钢结构设计方法》童根树著7.《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)(2015年版)二.计算软件信息本工程计算软件为钢结构软件PKPM-STSV5计算日期为2023年4月8日18时3分23秒计算书中未标注单位的数据，单位均为mm三.计算结果一览柱截面尺寸：圆管299X12；材料：Q355；柱脚混凝土标号：C30：柱脚底板钢号：Q355；埋入深度：1.20m；柱脚底板尺寸：BXHXT=540×540X30；锚栓钢号：Q355：锚栓直径D=24；锚栓垫板尺寸：BXT=70X14；环向锚栓数量：4柱与底板采用对接焊缝连接：加劲肋与柱连接采用对接焊缝；埋入部分顶面加劲肋设置：T=13：栓钉直径：16；栓钉长度：65；单列侧栓钉数：4个；竖向受力筋强度等级:HRB(F)400：箍筋强度等级：HRB(F)335；保护层厚度:250；实配钢筋(埋入式柱脚已按极限承载力进行调整)：横向单侧受力筋：3Φ22;横向单侧架立筋：2Φ16;竖向单侧受力筋:3Φ22;竖向单侧架立筋:2Φ16;顶部附加箍筋：3Φ12Θ50;一般箍筋：＜MO@100；五.计算结果1栓钉抗剪承载力校核说明：高钢规已取消，结果仅供参考；栓钉抗剪承载力内力设计值：N=351.958kN,V=11.028kN,M=20.194kN∙m栓钉直径：16；栓钉长度：65；单列侧栓钉数：4个：单个栓钉的抗剪承载力：N：=min(0.43A sγ∣E c f cc,0.7A sγf)=min(0.43×201.()6Xyj25500.0()×9.60,0.7×201.06×167×235.00)=42.78kN合力弯矩作用力臂(相对X 轴为)：y f nax=105.71各位置栓钉的力臂总和为：⅛n=4470050单个栓钉承受剪力为：NF=A +^=/7900900.00×105.71/(2×44700.50)+337571.00/4=130.45kN Z ysum4 N v =Nm=130450.00/4=32.61kNNVVN 栓钉抗剪承载力满足要求!2 .侧面混凝土承压计算钢标算法:/ 22510.47 +(2×1730.32∕897.00+I)2299X897.00=1.06N∕mm 2OC^0.8f c =9.60Λ½ww 2,侧面混凝土承压验算满足要求! 3 .柱脚配筋校核（1）翼缘侧配筋计算：高度方向拉延筋形心间距：(2h(∕d+1)2/，o σc=(~T+DU+2×1730.32897.00+Du+计算配筋为: 22310600.00+9788.28X897KX) 0.9X360.00X697 构造配筋为： A min =0.002h 0h 0=0.002×697×697=97162nιf n 2(2)腹板侧配筋计算：计算配筋对应的内力组合号：1(非地震组合)；内力设计值：M v =-34.59kN ・m ；V r =-20.34kN;宽度方向拉延筋形心间距：%=697计算配筋为：_MV+½y X>_34593200.00+20341.50X897.0()A S =0.9fyb 0 = 0.9×360.00X697构造配筋为：A min =0.002b 0h 0=0.002X697×697=971.62mm 2(3)实配钢筋(埋入式柱脚已按极限承载力进行调整)：横向单侧受力筋：3Φ22;横向单侧架立筋：2Φ16;竖向单侧受力筋：3Φ22;竖向单侧架立筋：2616；顶部附加箍筋：3Φ12@50；一般箍筋：4>10@100；4 .柱脚极限承载力验算结果连接系数：∏j =1.20柱脚最大轴力和轴向屈服承载力的比值：0.09圆管柱：N∕N v W0.2yM r +V v Xh A s =0.9f y h 0137.67mιn^=233.98nun^圆管柱截面全塑性受弯承载力：W p=989.00cm3MP=W p×f y=989004.00X345.00=341.21kN∙in取M nr=M n=341.21kN∙m圆管柱脚连接的极限受弯承载力：MM=f*"∖∕⑵+hB)2+a2-(21÷hβ))=13.40×299X3400.00×(y∣(2×3400.00+897,00)2+897.002-(2×3400.00+897,00)) =709.61kN*mM1t>H i M nr=409.45kN・〃i,满足要求！。
钢结构节点设计
全螺栓连接：全部高强度螺栓连接，施工便捷，符合工业化生产的需要；但接头尺寸较 大，钢板用量稍多，费用较高。强震时，接头可能产生滑移。 在我国的钢结构工程实践中，柱的工地接头多采用全焊连接；梁的工地接头多采用全螺栓 连接；梁与柱的连接多采用栓焊混合连接。
7.4.2梁-梁刚性节点的构造要求
7.4梁柱连接节点设计
7.4.2梁-梁刚性节点的构造要求
7.4梁柱连接节点设计
7.4.2梁-梁刚性节点的构造要求
7.4梁柱连接节点设计
7.4.2梁-梁刚性节点的构造要求
7.4梁柱连接节点设计
7.4.2梁-梁刚性节点的构造要求
7.4梁柱连接节点设计
7.4.2梁-梁刚性节点的构造要求
钢结构
主编：陈志华 主审：刘锡良
1
钢结构
第7章 钢结构节点设计
2
目录
• 学习目标 • 7.1 概述 • 7.2柱-柱节点设计 • 7.3梁与梁的连接节点设计 • 7.4梁柱连接节点设计 • 7.5柱脚设计 • 思考
学习目标
• 了解梁与柱、梁与梁、柱与柱以及柱脚等连接节点的设计原则、计算方法与 构造措施。
7.2柱-柱节点设计
7.2.1 柱接头的承载力验算
7.2柱-柱节点设计
7.2.1 柱接头的承载力验算
7.2柱-柱节点设计
7.2.1 柱接头的承载力验算
7.2柱-柱节点设计
7.2.2柱接头的构造要求
7.2柱-柱节点设计
7.2.2柱接头的构造要求
《钢柱脚节点》PPT课件
高度：ha 由其与柱间的焊缝（4条）长度确定。
lw
N 4 0.7hf
f
w f
60hf
所以：ha lw 2hf 且取10的倍数。
hf≤1.2t
lw — 焊缝长度
h f — 焊脚尺寸
f
w f
—
焊缝强度设计值
N — 轴向压力
t — 被连接较薄板厚
a
32
a1 t1 B t1
靴梁抗弯剪验算 按支承在柱边的双悬臂外伸梁受均布反力作用。
设计原则：传力明确、经济合理、有足够的刚度且构造力求简单（备
注：在实际工程应用中完全的刚接和铰接是难以做到的）
a
5
柱脚构造设计要求：
1. 柱脚锚栓应采用Q235钢或Q345钢制作。锚栓的锚固长度应符合国家 标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的规定，锚栓应设置弯钩或
锚板（Φ39 ），其锚固长度不宜小于25d（d为锚栓直径）且直径不宜
轻型门式刚架时，跨度小于等于18m时2M24；小于等于27m时4M24;小于等于 30m时4M30,铰接柱脚锚栓布置从安全角度考虑，中柱两个锚栓可改为4个，间
距不能太大。具体布置应根据柱端尺寸及底板尺寸和锚栓对柱脚自由度的限制 情况）
a
9
（1）底板尺寸的计算
A LB
N f cc
A0
N ―柱的轴心压力；
钢柱脚节点分析及计算
1. 柱脚概念、分类、适用范围、设计原则和构 造要求 2. 常用平板式铰接柱脚构造、传力方式及计算 3. 常用平板式刚接柱脚（加劲肋式）构造、传 力方式及计算 4. 常用平板式刚接柱脚（靴梁式）构造、传力 方式及计算 5. 埋入式、外包式刚接柱脚简单介绍
a
1
埋入式柱脚设计
4.6柱脚设计本工程设计柱与柱脚的连接板、锚栓均采用Q345钢，柱脚采用刚性埋入式柱脚，采用30C 混凝土()22/43.1,/3.14mm N f mm N f t c ==，箍筋和纵筋均采用HRB400钢筋（360=y f 2/N mm ）。
柱埋入深度都为900mm ，混凝土保护层厚度为200mm 。
抗震作用下最不利的一组内力：973.209-=M m kN ⋅ 320.1440-=N kN 53.55=V kN（1）底板设计选取mm L 528250428=⨯+=，mm B 447220407=⨯+=。
底板以下混凝土承载力验算22/3.14/1.64475281440320mm N f mm N LB N c c =<=⨯==σ，满足要求。
柱截面自由宽度mm b 5.1932=，腹板高mm a 3582=，底板悬臂长度mm a 501= 查《钢结构节点设计手册》表8-4，得系数068.0=αmm N a M c ⋅=⨯⨯==531623581.6068.022211σαmm N a M c ⋅=⨯⨯==7625501.621212212σmax 6662576.0735.7mm 295M t f ⨯≥==，同时不应小于柱较厚板件的厚度且不宜小于mm 30，因此底板厚选为36mm 。
柱与底板连接：柱翼缘采用完全焊透坡口对接焊缝，腹板采用双面角焊缝连 接mm h f 8=（无引弧板）。
mm l W 29482242352428=⨯-⨯-⨯-= 焊缝应力：2/31.4529487.0235407214403202mm N A A N eW F N =⨯⨯⨯+⨯⨯=+=σ2236/82.745.1965.196354073540712110973.209mm N W M F M=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯+⨯⨯⨯==σ 23/86.1629487.021053.55mm N A V eW v =⨯⨯⨯⨯==τ翼缘焊缝承受的最大压应力22max /265/13.120mm N f mm N c M N =<=+=σσσ腹板焊缝最大应力222222/200/78.4086.1622.131.45mm N f mm N w f v f NW =≤=+⎪⎭⎫ ⎝⎛=+⎪⎪⎭⎫⎝⎛=τβσσ 满足要求。
(整理)钢管柱脚计算手册
圆形底板刚接柱脚压弯节点技术手册根据对柱脚的受力分析，铰接柱脚仅传递垂直力和水平力；刚接柱脚包含外露式柱脚、埋入式柱脚和外包式柱脚，除了传递垂直力和水平力外，还要传递弯矩。
软件主要针对圆形底板刚接柱脚压弯节点，计算主要遵循《钢结构连接节点设计手册》（第二版）中的相关条文及规定，并对相关计算过程自行推导。
设计注意事项刚性固定外露式柱脚主要由底板、加劲肋（加劲板）、锚栓及锚栓支承托座等组成，各部分的板件都应具有足够的强度和刚度，而且相互间应有可靠的连接。
为满足柱脚的嵌固，提高其承载力和变形能力，柱脚底部（柱脚处）在形成塑性铰之前，不容许锚栓和底板发生屈曲，也不容许基础混凝土被压坏。
因此设计外露式柱脚时，应注意：（1）为提高柱脚底板的刚度和减小底板的厚度，应采用增设加劲肋和锚栓支承托座等补强措施；（2）设计锚栓时，应使锚栓在底板和柱构件的屈服之后。
因此，要求设计上对锚栓应留有15%~20%的富裕量，软件一般按20%考虑。
（3）为提高柱脚的初期回转刚度和抗滑移刚度，对锚栓应施加预拉力，预加拉力的大小宜控制在5~8kN/cm2的范围，作为预加拉力的施工方法，宜采用扭角法。
（4）柱脚底板下部二次浇灌的细石混凝土或水泥砂浆，将给予柱脚初期刚度很大的影响，因此应灌以高强度微膨胀细石混凝土或高强度膨胀水泥砂浆。
通常是采用强度等级为C40的细石混凝土或强度等级为M50的膨胀水泥砂浆。
一般构造要求刚性固定露出式柱脚，一般均应设置加劲肋（加劲板），以加强柱脚的刚度；当荷载大、嵌固要求高时，尚须增设锚栓支承托座等补强措施。
圆形柱脚底板的直径和厚度应按下文要求确定；同时尚应满足构造上的要求。
一般底板的厚度不应小于柱子较厚板件的厚度，且不宜小于30mm。
通常情况下，圆形底板的长度和宽度先根据柱子的截面尺寸和锚栓设置的构造要求确定；当荷载大，为减小底板下基础的分布反力和底板的厚度，多采用补强做法，如增设加劲肋（加劲板）和锚栓支承托座等补强措施，以扩展底板的直径。
钢结构工程中的箱形柱柱脚设计
面≮
图４柱底抗剪键大样
２．４柱底板锚筋计算（图５） 底板锚筋计算采用偏心压力法。先按构造要求
进行布置，然后计算锚筋的最大拉力，考察是否满足 要求。由弯矩平衡关系可知：
尬＝Ｆ１ｙｌ＋Ｆ２Ｙ２＋Ｆ３ｙ３＋…＋Ｆ。ｙ。 式中 Ｅ——锚筋拉力；
Ｙ。——锚筋距形心轴ｚ的距离。
＋ｌ Ｉ
Ｉ
十Ｉ
＋＋＋＋＋＋ ＋＋＋＋＋＋ ｊ｛ ｉ
４００×３０，材质Ｑ３４５一Ｂ；柱脚反力：Ｎ＝４ ４６１ ｋＮ，
Ｕ－－－－５８ ｋＮ，Ｕ＝－－３７１ ｋＮ，尬＝１ ０３２ ｋＮ·１２１，鸠
一１９３ ｋＮ·ｍ。
图２ ２１号柱脚
２．１锸板尺寸及厚度的确定 锚板的尺寸主要考虑板底混凝土的局部承压破
坏，即底板的尺寸由基础混凝土的抗压设计强度确 定，计算底板厚度时，各区格应力可偏于安全地取底 板的最大应力计算。根据构造，初选底板尺寸为： ａ ｘ ｂ—ｌ １００ ｒａｍ×６００ ｍｍ，在轴力、弯矩共同作用 下，柱底板最大压应力为：
ｌ工程概况 ，西安市广电世纪园剧场钢结构工程Ｂ区分为
舞台和观众厅两部分，屋盖为空间管桁架结构，柱子 为箱形截面钢柱，截面尺寸为９００ ｍｍ×４００ ｍｍ，板 厚３０ ｔｒｉｍ，材质Ｑ３４５一Ｂ钢，外露式刚接柱脚。
２箱形钢柱柱脚的理论计算 该工程结构部分采用ＳＡＰ２０００有限元分析软
件进行设计，柱脚平面布置如图１所示，柱脚厦力见 表１。
板底应力寸。＝１８．２１２ ＭＰａ，板厚按Ｉ区和Ⅱ区 悬臂板计算（图３），为了计算方便同时考虑偏于安 全，暂不考虑角部三角区域（图３中板的４个角部除 阴影部分外的区域）的有利作用。由图３可知，悬臂 板Ｉ、Ⅱ分别在Ｙ向、ｚ向的悬挑长均为１００ ｍｍ， 即，ｓ＝Ｚ，＝１００ ｍｌＴｌ，则ＭＩ＝Ｍｎ＝０．５ａ。《，＝ ，９１ ０６０ Ｎ·ｍｍ，按板的弹性强度理论可知，单位板
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M
l
l
ha
c
a1 c t1 B t1
按支承在柱边的双悬臂外伸梁受均布反力作用。 l l R M q e 2 a b1 e V ql R
(4)隔板的计算
h1
L
a1
0 . 5 q a 1 l w 1 w 0 . 7 h f f 1 f
2 2
b1
式中： a 2--对角线长度； β --系数，与 b2 有关。 / a2
b2/a2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
L
1.0
1.1
β
0.026
0.042
0.056
0.072
0.085
0.092
0.104
0.111
0.120
c
≥1.2 0.125
a1 c t1 B t1
式中： a 1--自由边长度； β --系数，与 b1 有关。 / a1
焊缝（4条）长度确定。
N lw 60 h f w 4 0 . 7 h f ff
所 以h ： hf a lw 2 且取 10 的倍数。
靴梁
a
b1
L
c
a1 c t1 B t1
ha
B、靴梁的截面验算
上式中的 q为线荷载，按实际
l
情况计算。
R R q’
L
M 6 M 抗弯： 2 f W t h 1 a
③三边支承部分：
④四边支承部分： 式中：
M q a 4
2
a--四边支承板短边长度；
b--四边支承板长边长度； α—系数，与b/a有关。
b/a α
1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
a L
1.9
b1
2.0
c
3.0 ≥4.0 0.091 0.095 0.099 0.101 0.119 0.125
2.柱脚的计算 (1)底板的面积 假设基础与底板间的压 应力均匀分布。
a1— 构件截面高度； t1— 靴梁厚度一般为10～14mm； c— 悬臂宽度，c=3～4倍螺栓直 径d，d=20～24mm，则 L 可求。 注意B、L均应取整。
a
L
b1
取定B、L后应验算基础顶面压应力要求：
q N A n cf c
a
b1
N A (463 ) n l fc
式中：fc--混凝土轴心抗压设计强度； β l--基础混凝土局部承压时的强度提高系数。 fc 、β l均按《混凝土结构设计规范》取值。
An—底版净面积，An =B×L-A0。 Ao--锚栓孔面积，一般锚栓孔直径为锚栓直径的
1～1.5倍。
c
a1 c t1 B t1
0.048
0.055
0.063
0.069
0.075
0.081
0.086
取 M max M ， M ， M ， M max 1 2 3 4
6 M 底板厚 t 度max 要 14 求 mm ： ( 4 65 ) f
a1 c t1 B t1
(3)靴梁的设计 A、靴梁的最小厚度不宜小于10mm，高度由其与柱间的
X
隔板 锚栓
Y
隔板
肋板
b1
锚栓用以固定柱脚位置，沿轴线布置2个，直径2024mm。
（二）柱脚计算
N
柱
靴梁 隔板 锚栓 a L b1 c a1 c t1 t1
1.传力途径
底板
隔板
隔板（肋板）
柱
靴梁ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
实际计算不考虑
底板
混凝土基础
B
柱脚零件间的焊缝布置
焊缝布置原则：
考虑施焊的方便与可能
靴梁 隔板 底板 L
4.7
柱脚设计
为了使柱子安全承载并将荷载传至基础，必须合理 构造柱头、柱脚。
设计原则是：传力明确、过程简洁、经济合理、 安全可靠，并具有足够的刚度且构造又不复杂。
一、铰接柱脚 1、柱脚的型式和构造
实际的铰接柱脚型式有以下几种：
轴承式柱脚 制作安装复杂，费钢材，但与 力学符合较好。
枢轴
N 柱 靴梁 底板
c
a1 c t1 B t1
B a 2 t 2 c 1 1
(2)底板的厚度
L
a
b1
底板的厚度，取决于受力大小，可将其分为不同
受力区域：一边(悬臂板)、两边、三边和四边支承板。
①一边支承部分（悬臂板）
qc M1 2
2
c
a1 c t1 B t1
②二相邻边支承部分：
a
M β q a 2
b1/a1
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
L
1.0
1.1
β
0.026
0.042
0.056
0.072
0.085
0.092
0.104
0.111
0.120
当b1/a1<0.3时，可按悬臂长度为b1的悬臂板计算。
c
≥1.2 0.125
M q a 3 β
2 1
a
b1
a1 c t 1 B t1
h l 2 h 取整 ) 1 w 1 f(
c
q’
a1
a
b1
t1 B t1
隔板可视为简支于靴梁的 简支梁，负荷范围如图。
h1
隔板的厚度不得小于其宽 度的1/50，高度由计算确定， 且略小于靴梁的高度。
隔板
c
ha
隔板截面验算：
M 6 M 抗弯： 2 f W t h 2 1
VS 1 . 5 V 抗剪： f v It t h 2 21 式中：
(5)靴梁及隔板与底板间的焊缝的计算
a1
q’
2 M q a 8V q a 2 t a 50 ( 取 ) 1 1 2 1
按正面角焊缝，承担全部轴力计算，焊脚尺寸由 构造确定。
N w ff 0 . 7 h l f f w
h1