单层钢结构厂房插入式柱脚是否需设置栓钉？权威手册与实践经验对比探讨

钢结构的插柱脚上是否应该安装螺柱？

厦门鹰

近日，有同事前来询问单层钢结构厂房的插接式柱脚处是否要安装地钉。原因是本次审查项目的柱脚存在拔脱力。设置钉子可以帮助防止拉出。老鹰的第一感觉是：有必要吗？因为根据个人以往的经验，无论是预制混凝土柱还是钢柱，对插柱脚的螺柱都没有要求。后来同事找到了一本说明书[1]，里面居然规定了插入式柱脚需要设置钉子。书名是著名的设计院章程。

图1 插入式柱脚固定钉

鹰理解，即使权威手册有此规定，企业标准[1]高于国家标准[2]也是可以理解的。但插入式柱脚是否有必要设置螺柱，仍值得讨论。原因简述如下：

1、插入式柱脚是指将钢柱直接插入浇注好的基础杯中。钢柱校正后，在基础顶面浇注细石混凝土，将钢柱与基础刚性连接。插柱脚的作用是通过细石混凝土二次浇筑，将钢柱下端的内力（轴力、弯矩、剪力）传递到基础。

2、后浇细石混凝土与未涂漆钢柱之间、粗化杯基混凝土之间有一定的粘结强度，可以传递柱脚内力产生的应力。这里的粘结强度可作为混凝土抗拉强度的设计值[2]。

3、插入式柱脚的柱底弯矩不是靠钢柱两侧设置的螺柱的剪力传递的，而是靠钢柱挤压形成的反臂弯矩来抵抗的以及周围的基础混凝土。 。根据高钢规范的最新解释[3]，即使对于受力方面较为不利的外式柱脚，其抗弯机制也不是通过螺栓来实现的，而是依赖于拉压关系钢筋和混凝土之间。钉子的设置只是提高了柱基的完整性。

4、插入式柱脚的轴压可由二次浇筑层细石混凝土的粘结力和钢柱底部的反作用力来承受，而轴拉则由粘结力抵抗力量;剪力由钢柱一侧的混凝土支撑。高度范围内的水平反力是平衡的。

5、插入式柱脚的传力机构与嵌入式柱脚基本相同。通过钢柱侧面混凝土的支撑反力和承压高度范围内混凝土的阻力形成的抗弯矩来平衡钢柱的弯矩和剪力，插入深度保证钢柱与基础之间能够获得刚性连接，这就是现行钢标准[2]第12.7.10条所列的公式，当然，如果插入深度的计算值为小于施工深度（与柱有关）节），应使用后者。

6、现行钢标准[2]第12.7.10条和第12.7.11条规定的插入式柱脚设计不需要安装螺柱。根据规范规定，这种柱脚形式是北钢院、重钢院早年试验研究的结果。无论是单肢实心腹板柱还是双肢格构柱，在单层工业厂房和多层住宅项目中都有应用，效果良好，不影响安装和使用调整。这种柱脚结构简单，节省钢材，安全可靠。

7、插接柱底座经历了汶川地震的实际考验，具有良好的抗震性能[4]。

8.日本已做过研究[5]。即使是类似插拔力的预埋柱脚，为了考虑与周围混凝土的粘结，也有在柱预埋件上焊接螺柱的设计方法（我国也是如此）原来的高钢规定），但螺柱只有在钢柱预埋部分与周围混凝土有较大分离时才起作用。在预期的设计荷载范围内，不会出现如此大的分离，因此可以认为，桩在这方面基本没有影响。

9、为了保证插入式柱脚与基础刚性连接，插入式柱脚的设计应符合钢标准第12.7节的计算和施工要求[2]。杯口基础底板尺寸、厚度、杯底壁厚度及钢筋应符合基础标准第8.2条相关计算及施工要求[6]。

因此，总而言之，对于插入式柱脚，钉子不会对柱脚产生应力。钢标准不要求安装钉子。老鹰还认为没有必要安装钉子。个人意见，仅供参考。

（附：图一高杯口基础示意图是不是错了？所谓高杯口应该是杯口下方有一根短柱，图中看不到，应该是常规杯口基础请参见基础基础规范[6]图8.2.5-1）

鹰于2024年11月1日

参考：

1.《建筑结构统一技术措施》，中国建筑设计研究院，2018

2、钢结构设计标准GB50017-2017

3、高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-2015

4、钢结构设计手册第四版（第2卷）2018年

5、钢结构技术概述【建筑】，【日本】日本钢结构协会，陈依依、付公义译，2003年

6、建筑基础设计规范GB50007-2011

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