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钢结构柱脚抗震设计要点分析 　　【摘要】柱脚是钢结构中上部主体结构与基础连接的重要节点，本文对钢结构的埋入式和外包式柱脚的抗震设计进行分析，希望能为相关设计提供参考。 　　【关键词】钢结构柱脚；埋入式；外包式 　　中图分类号：TU291 文献标识码：A 　　一、引言 　　通常钢结构的柱脚形式有外包式柱脚，埋入式柱脚及外露式柱脚3种。外包式柱脚指将钢柱脚外面用钢筋混凝土包住的柱脚，埋入式柱脚是把钢柱固定在混凝土的基础梁上柱脚，而外露式柱脚是在混凝土基础表面固定钢柱的柱脚，其也是最常用的钢结构柱脚。钢结构柱脚，反力特别大，因此设计规划时一般采用固定柱脚。在此类情况下，采用外露式柱脚不仅会导致底板既大又厚，消耗大量钢材，更重要的是难以确保柱脚被完全固定。外包式柱脚和埋入式柱脚钢结构固定式柱脚的很好的选择，通常抗震设计也用这两类柱脚。 　　二、埋入式柱脚抗震设计 　　埋入式柱脚的特点，是将钢柱以一定深度埋置在混凝土基础梁中，埋入部分的钢柱表面虽然焊有栓钉，但根据研究，在这种形式的柱脚中栓钉的作用不大，内力的传递主要依靠混凝土对钢柱翼缘的承压力，柱的轴向压力可由柱脚底板传给混凝土, 柱的轴向拉力可由柱脚底板伸出部分对混凝土的承压作用传给混凝土，或由锚栓传给基础。埋入式柱脚的支配因素是埋入深度。试验表明, 对于轻型工字形柱，埋深与柱截面高度之比不得小于2，对于大截面的宽翼缘H形柱和箱形柱，埋深与截面高度之比不得小于3 。 　　1.柱脚轴向压力由柱脚底板直接传给基础，按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 验算柱脚底板下混凝土的局部承压，承压面积为底板面积。 　　2.埋入式柱脚应验算在轴力和弯矩作用下基础混凝土的侧向抗弯极限承载力，埋入部分钢柱侧向应力分布见图2.1；埋入式柱脚的极限受弯承载力不应小于钢柱全塑性抗弯承载力；与极限受弯承载力对应的剪力不应大于钢柱的全塑性抗剪承载力，验算公式如下： 　　 　　 　　 　　 　　式中： 　　 －－钢柱脚组合的弯矩设计值； 　　 －－柱脚埋入部分承受的极限受弯承载力； 　　 －－存在轴力时钢柱截面的全塑性弯矩，按第8.1.6 条的规定计算。 　　－－基础顶面到钢柱反弯点的距离，可取柱底所在层层高的2/3； 　　－－与弯矩作用方向垂直的柱身宽度，对工字形截面柱应取等效宽度； 　　－－钢柱脚埋置深度； 　　－－基础混凝土抗压强度标准值。 　　 　　 图2.1埋入式柱脚混凝土的侧向应力分布 　　3.采用钢管柱时埋入式柱脚的构造要求 　　 　　 图2.2埋入式柱脚的抗压和抗拔构造 　　截面宽厚比或径厚比较大（≥33）的箱形柱和钢管柱，其埋入部分应采取措施防止在混凝土侧压力下被压坏。常用方法是填充混凝土（图2.2 b），填充高度应稍高于混凝土基础上表面；或在基础上端附近设置内隔板或外隔板（图2.2c,d）。隔板的厚度应按计算确定，外隔板的外伸长度不应小于柱边长（或管径）的1/10。对于有抗拔要求的埋入式柱脚，可在埋入部分设置栓钉（2.2a）。 　　4. 钢柱边（角）柱柱脚埋入混凝土基础部分的上、下部位均需布置U 形钢筋加强（见图2.2b），可按下列公式验算U 形钢筋数量： 　　当柱脚受到由内向外作用的剪力时（图2.2a)， 　　 　　当柱脚受由外向内作用的剪力时 　　 　　式中： 　　 －－柱脚埋入部分由U 型加强筋提供的侧向极限受弯承载力，可取1.2； 　　Ty ――U 形加强筋的受拉承载力，Ty=At*fyk为U 形加强筋的截面面积之 　　和， 为U 形加强筋的强度标准值； 　　 ――基础混凝土的受压强度标准值； 　　a――U 形加强筋重心到基础上表面或到柱底板下表面的距离（见图2.2 ）； 　　――基础顶面到钢柱反弯点的高，可取底层层高的2/3； 　　 ――钢柱脚埋置深度； 　　 ――与弯矩作用方向平行的柱身尺寸。 　　 　　图2.3 埋入式钢柱脚U 形加强筋计算简图 　　当边（角）柱混凝土保护层厚度较小时，可能出现冲切破坏，可用下列方法之一补强： 　　（一）设置栓钉。根据过去的研究，栓钉对于传递弯矩和剪力没有什么支配作用，但对于抗拉，由于栓钉受剪，能传递内力。 　　（二）锚栓。因柱子的弯矩和剪力是靠混凝土的承压力传递的，当埋深较深时，在锚栓中几乎不引起内力，但柱受拉时，锚栓对传递内力起支配作用。在埋深较浅的柱脚中，加大埋深，提高底板和锚栓的刚度，可对锚栓传力起积极作用 　　三、外包式柱脚抗震设计 　　外包式柱脚的特点, 是钢柱底板与外包混凝土底部齐平, 外包混凝土配有主筋和箍筋, 顶部箍筋要集中配置, 钢柱的外包部分要设置栓钉, 钢柱翼缘外侧的混凝土保护层厚度一般不应小于150mm，