第三章钢结构的连接：3.9钢结构柱脚节点构造及计算

点击上方"钢结构设计"

关注我

第三章 钢结构的连接

3.9 钢结构柱脚节点构造及计算

3.9.1 钢结构柱脚的分类

柱脚的作用是把柱固定于基础，并把柱的内力传给基础。

柱脚设计需确保：柱子内部力量能够稳定传递至地基；与地基实现稳固的联结；最大程度地与设计图纸相吻合。

根据结构受力的不同，钢结构柱脚主要分为铰接式和刚性连接式两大类。

（1）铰接柱脚：

铰接柱脚主要承受竖直和水平的力，而不会传递弯曲力矩；通常分为轴承型铰接柱脚和平板型铰接柱脚两大类。

工程中常用的铰接柱脚示例如下：

常用的铰接柱脚详细构造如下：

（2）刚接柱脚：

刚接柱脚除了传递垂直力和水平力，还要传递弯矩；

一般有外露式柱脚、插入式柱脚、埋入式柱脚、外包式柱脚四种。

工程中常用的刚接柱脚示例如下：

常用的刚接柱脚详细构造如下：

3.9.2 钢结构柱脚的一般构造

（1）柱脚锚栓选型

铰接柱脚的锚栓直径通常遵循与钢柱板件厚度及底板厚度相匹配的原则来决定，一般会选择在20mm至42mm之间，且不宜选取小于20mm的直径。

柱脚锚栓在柱脚弯矩的影响下承受着拉力，并且在此过程中起到固定作用。锚栓的直径是根据其抗拉承载力的设计值来确定的，其直径不宜小于30毫米。对于门式刚架结构，当柱脚锚栓的抗拉承载力设计值较低时，可以选择直径为27毫米或24毫米，但直径不得小于24毫米。

柱脚底板的锚栓孔径，建议选用比锚栓直径大5至8毫米的尺寸；至于锚栓垫板的锚栓孔径，则应选择比锚栓直径多出2毫米的规格。

柱子校正安装完成之后，需将锚栓的垫板与底板焊接固定；同时，锚栓要用两个螺母进行紧固处理，并且为了确保螺母不会脱落，螺母与锚栓垫板之间还需进行电焊连接。

锚栓选用如下表（可点击看大图）：

（2）柱脚锚栓的安装措施

为确保锚栓能够精确安装，必须选用具备充足强度的支撑结构，同时，在混凝土浇筑作业中需特别留意，防止其发生位移。

常用的锚栓固定支架示例如下图：

（3）柱脚抗剪件

柱脚底部的水平反力不宜通过外露式柱脚锚栓来承担，这种反力可由底板与混凝土基础之间的摩擦力（摩擦系数约为0.4）来抵消，或者通过安装抗剪件来承受。换句话说，一旦水平力超过轴压力的0.4倍，就必须安装抗剪件。

在实际工程操作中，不论外露式柱脚的计算是否要求配备剪切支撑构件，通常情况下，都应当安装剪切支撑构件。

抗剪键的构造做法如下图：

3.9.3 钢结构柱脚计算

本节主要阐述外露式刚接柱脚的计算方法，其核心内容包括：依据构造要求确定底板及加劲板的尺寸规格、对混凝土的承压能力进行校核、对锚栓的拉剪强度进行检验、对底板的厚度进行验证、对加劲肋的尺寸进行核实等。

钢框架结构中，柱底板的厚度通常介于20毫米至40毫米，不宜低于14毫米，并且必须与钢柱最厚的板层厚度相匹配。

这是我们所编制的暴露式刚性连接柱脚计算软件（点击可放大查看），其计算依据为《钢结构连接节点设计手册（第二版）》第八章第八节所述方法。在计算过程中，需输入钢柱的截面尺寸、材料属性以及荷载数据，该程序能够依据手册中的计算规范，对柱脚的尺寸和承载能力进行验证。