· 266 ·7 2017 年 年 2 2 月 第 第 1 1 卷 理论前沿 工程技术 钢结构外露式与埋入式柱脚的对比设计 曹 拓 中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波 315103 摘要：在钢结构设计中，可根据不同工况、要求、地质条件等选择不同形式的柱脚。通过工程实例，从受力分析，柱脚计算等方面，对较为常用的外露式柱脚和埋入式柱脚两种柱脚形式进行对比。 关键词：外露式柱脚；埋入式柱脚；对比设计 中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1671-5586（2017）1-0266-01 工程实例：某工程中钢框架角柱采用 H 型钢：HW400x 400x13x21，柱底力为：N=1754KN，V=215.4KN，M X =672.3KN•m。柱及柱脚...

　　 266 7 2017 年 年 2 2 月 第 第 1 1 卷 理论前沿 工程技术 钢结构外露式与埋入式柱脚的对比设计 曹 拓 中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波 315103 摘要：在钢结构设计中，可根据不同工况、要求、地质条件等选择不同形式的柱脚。通过工程实例，从受力分析，k8凯发柱脚计算等方面，对较为常用的外露式柱脚和埋入式柱脚两种柱脚形式进行对比。 关键词：外露式柱脚；埋入式柱脚；对比设计 中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1671-5586（2017）1-0266-01 工程实例：某工程中钢框架角柱采用 H 型钢：HW400x 400x13x21，柱底力为：N=1754KN，V=215.4KN，M X =672.3KNm。柱及柱脚连接板件、锚栓等均采用 Q235B 材质，混凝土基础等级为 C30。 1 外露式柱脚 1.1 受力分析 1.1.1 轴力 轴力首先由柱传递给底板，再由底板传递给混凝土基础。当轴力为拉力时，由嵌固在基础中的地脚螺栓来承担。 1.1.2 剪力 柱脚剪力主要由柱底板与其下部的混凝土之间的摩擦力来承担，过大的剪力由抗剪键来承担。地脚螺栓不承受剪力。 1.1.3 弯矩 弯矩由柱底板直接传递给基础，通过混凝土的承压和地脚螺栓的抗拉能力。 1.2 柱脚计算 1.2.1 柱脚底板 根据以往工程经验设柱脚强轴一侧的锚栓为 3M42，则根据柱截面尺寸和锚栓的设置构造要求将柱底板边长尺寸设计为：L=B=700mm（详见图 1），混凝土基础短柱尺寸为900x900mm。 图 1 底板厚度计算： t pb ===41.8mm，取 t pb =42mm 式中 t pb 为柱底板厚度； f 为底板抗拉强度设计值； M 为底板的最大弯矩： M= c =0.087x1.72x202 =59.86KNcm 式中 c 为计算区格内地板下混凝土基础的最大分布反力，由参考文献【2】中表格可得 c =1.72 =b 2 /a 2 ，由参考文献【2】中表格可得=0.087 2 为计算区格内板的自由边长度。 1.2.2 锚栓强度 T a ===527.8KN t ==527.8/3x11.21=15.7 KN/cm2 ＜=17 KN/cm 2 （满足要求） 式中 e 为偏心距（e=M/N）；T a 为锚栓总拉力；L 为底板宽度；l t 为底板边缘至螺栓中心的距离；X n 为地板受压区的长度，可按下式计算：+3（e-L/2）-（e+L/2-l t ）（L-l t -X n ）=0 1.2.3 加劲肋计算 V i = Ri l ai c =20x14x1.72=481.6KN＞N ta =527.8/3=175.9 KN 设锚栓支承加劲肋高度和厚度为： h Ri =30cm，t Ri =16mm R ==481.6/30x1.6=10 KN/cm2 ＜fv =11.5 KN/cm2（ 满需要求） 宽厚比 b Ri /t Ri =1.4/1.6=8.8＜18（满足要求） 式中 V i 为作用剪力，取承受底板下混凝土基础的分布反力按悬臂支承得到的剪力与锚栓拉力所产生的剪力之间的较大者； Ri 为加劲肋所承受的底板区格宽度；l ai 为加劲肋所承受的底板区格长度；h Ri 为加劲肋高度；t Ri 为加劲肋厚度。 1.2.4 校核水平剪力 V fb =0.4 （ N+T a ） =0.4x （ 1754+527.8 ） =912.7 KN ＞V=215.4KN 2 埋入式柱脚 2.1 受力分析 2.1.1 轴力 当轴力为压力时，由混凝土对柱底板的承压力抵抗；轴力为拉力时，则是通过柱底板悬挑部分传递给其上方的混凝土基础，还通过锚栓与混凝土的粘结力直接传给基础。 2.1.2 剪力 柱脚剪力由柱翼缘传递给混凝土基础，混凝土对钢柱的压力通过位于柱脚上部的加劲肋和柱腹板传递，由加劲肋的轴力来平衡。 2.1.3 弯矩 第一种全部弯矩由焊于埋入的钢柱翼缘上的抗剪圆柱头栓钉传给混凝土基础；另一种全部弯矩由埋入的钢柱的翼缘与基础的混凝土承压力来传递。 2.2 柱脚计算 2.2.1 柱脚底板 根据工程经验设底板尺寸为：L=B=500mm c ==1754000/5002 =7.1 N/mm 2 ＜fc =205N/mm2 底板厚度计算：t pb ===41.8mm，取 t pb =42mm；式中 t pb 为柱底板厚度；f 为底板抗拉强度设计值；M 为底板的最大弯矩：M= c =0.087x1.72x202 =59.86KNcm；式中c 为计算区格内地板下混凝土基础的最大分布反力，由参考文献【2】中表格可得 c =1.72；=b 2 /a 2 ，由参考文献【2】中表格可得=0.087； 2 为计算区格内板的自由边长度。 2.2.2 锚栓设置 钢柱脚的锚栓一般仅作安装过程固定之用，所以此工程选用 2M42。 2.2.3 栓钉设置 N F ==672.3/400=1680KN =1680/109.65=15.3，取 16 个 为弯矩作用下埋入的钢柱单侧翼缘产生的轴向压力； 为一个栓钉的受剪承载力设计值，查表得Ф22 栓钉在C30 混凝土中受剪承载力设计值为 109.65 KN； 为埋入的钢柱单侧翼缘所需要的栓钉个数。 计算得所需Ф22 栓钉总共 32 个。 2.2.4 钢柱埋入深度 S d =3h c =1200 mm 0.25x，得：S d 1049.2mm 1.5x，得：S d 1720mm 式中 S d 为钢柱的埋入深度； 为柱翼缘厚度； 为钢柱的钢筋混凝土保护层厚度。 计算得钢柱埋入深度取 1750mm。 3 3 总结对比 外露式柱脚现场安装、定位方便。但由于底板尺寸较大，使得混凝土基础随之增大。又其刚接形式是通过预埋地脚螺栓实现，其嵌固性和刚度不能得到很好的保证。埋入式柱脚由于将柱脚埋入刚度较大的混凝土基础中，使得钢柱底部容易满足形成塑性铰的要求，柱脚的嵌固性和刚度容易得到保证，且抗震性能较好，但由于施工时要在基础中预留孔洞，使其在施工工艺上有一定难度。k8凯发 参考文献 [1]钢结构设计手册编辑委员会.钢结构设计手册（第三版）[M].中国建筑工业出版社k8凯发，2004. [2]李星荣，魏才昂，秦斌.钢结构连接节点设计手册[M].中国建筑工业出版社，2014. [3]钢结构设计规范：GB50017-2003[S].中国计划出版社，2003. [4]建筑抗震设计规范：GB50011-2010[S].中国建筑工业出版社，2010.