一、钢柱柱脚形式的分类

刚性固定柱脚：

1)埋入式柱脚；

2)外包式柱脚；

3)插入式柱脚；

铰接柱脚：

外露式柱脚；

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二、埋入式柱脚

2.1、基本概念：

有这么一种柱脚，被称作埋入式柱脚，它是把钢柱底端径直埋入混凝土基础筏板里、地基梁内或者地下室墙体内的有着刚性连接的柱脚，它的特点在于被埋入相对自身具备绝对刚性的基础当中进而形成刚性固定柱脚节点，这种柱脚构造稳固可靠，常常被应用于高层钢结构框架柱的柱脚处。

2.2、埋入式柱脚的受力特点

柱的轴向压力N，是由钢柱的柱脚底板，直接传递给钢筋混凝土基础的；那柱的轴向拉力呢、它是通过柱脚底板悬出部分，把其上部混凝土的反向压力，传递给基础的，或者是经由锚栓底脚螺栓，直接传给基础的。

(2)柱的弯矩M有两种传递方式：

a、是通过H型钢柱翼缘上的抗剪圆柱头焊钉传递至基础的，在实际的工程设计当中多数采用这样子的方法。(也存在研究表明：此种形式的柱脚里面栓钉所起到的作用并非很大。内力的传递主要是以下所讲述的那些方式。)。

首先，传递给基础依靠的是什么呢，是钢筋混凝土对钢柱翼缘侧向承压力产生的抵抗拒 后的基础传递 ，进而传递给基础。

（3）柱脚顶部存在水平剪力V，此水平剪力V要通过钢柱翼缘予以传递，还要经由基础混凝土侧向承压力来进行传递。

由于目前还没有能力考虑的有利因素如下：

(4)在钢柱翼缘跟基础混凝土处于侧向承压应力状态的情况下，鉴于钢柱翼缘与混凝土之间存在摩擦进而产生的抵抗力，于设计的时候是不予以考虑的。

(5)钢柱翼缘与基础混凝土之间的粘结作用设计时不考虑。

(6)确定垂直纵向钢筋面积，此面积是埋入钢柱周边对称配置的，在这个确定过程中，不考虑弯矩，该弯矩是由钢柱承担的。

埋入式柱脚的埋深与构造示意图如下：

2.3、埋入式柱脚一般构造要求及部分细部设计计算

2.3.1、那种埋入式柱脚当中进行安装的钢柱，其埋入基础的深度，一般是能够在后面所提到的以下范围之内去采用的，这里的hc指的是钢柱截面整体算出来相对应的高度亦或是管径：

a、轻型工字钢截面柱： H=(2.0~2.5)hc；

b，存在圆管形截面柱，还有箱型截面钢柱，其中柱的高度H，其数值范围是(2.5~3.0)hc。

对于埋入式柱脚，要在钢柱埋入部分的顶部做处理，需设置水平加劲肋或者横隔板。对于H型截面柱，其水平加劲肋外伸宽度的宽厚比所遵循的标准是，应不大于9乘以(235除以fay)的二分之一次方。对于箱型截面柱，其内部横隔板的宽厚比的要求是，应不大于30乘以(235除以fay)的二分之一次方。

2.3.3、对于埋入式柱脚，在钢柱的埋入部分那儿，要设置圆柱头抗剪栓钉，栓钉的数量设定以及布置方式，得依据计算要求来加以确定。[id_25560806]

2.3.4、埋入式柱脚的钢柱脚底板，其长与宽，是依据柱的轴力，按照下式来计算确定的，并且要满足构造要求；N 除以（L 乘以 B）小于等于 fc ，这里 N 是柱轴力钢结构计算公式，fc 是混凝土轴心抗压强度设计值；通常钢柱脚底板的厚度，不小于钢柱较厚板件厚度，同时不小于 20mm，还要符合下式要求：t 大于等于（6Mmax 除以 f）的二分之一次方。式中，Mmax 是根据钢柱脚底板与基础间的压应力以及钢柱脚底板的支承条件所确定的柱脚底板的最大弯矩。

钢柱脚底板在当需要借助锚栓进行固定的情况下，锚栓的锚固深度应当是不小于25d ，并且锚栓一般仅仅是用作安装固定用途的。

2.3.6、钢柱脚埋入部分的外围混凝土之中，要配置竖向钢筋从而形成暗柱，暗柱的截面能够是钢柱边长加上300mm ，其配筋率不可以小于0.2% ，竖向钢筋沿着周边的间距不可以大于200mm ，四根角筋的直径不可以小于φ20 ，每边中间的附加钢筋不可以小于φ16 ，箍筋通常取φ10@100 ，靠近基础顶面要增设三道φ12@50的加强箍筋，竖向钢筋要锚入柱脚底板下不少于35d。

柱脚一侧竖向钢筋(主筋)的截面面积As应按下式验算：

As = M / (d*fsy) ; M=M1+V*h

式中： M ―作用于钢柱柱脚底部的弯矩设计值；

M1 ―作用于钢柱埋入处顶部的弯矩设计值；

V ―作用于钢柱埋入处顶部的水平剪力设计值；

h ―钢柱的埋深；

d ―受拉侧与受压侧竖向钢筋合力点间的距离；

fsy ―钢筋的抗拉强度设计值；

三、外包式柱脚

3.1、基本概念：

那种被称作外包式柱脚的，是把钢柱底板放置于基础面上 ，接着让基础伸出来钢筋混凝土短柱 ，将钢柱柱脚浇筑包裹起来 ，使其成为一个整体。就如下图呈现的那样：

3.2、外包式柱脚的受力特点

(1)柱的轴向压力N，是由钢柱的柱脚底板径直传递给钢筋混凝土基础的；而柱的轴向拉力，乃是借助柱脚底板悬出部分以及锚栓传递给基础的。

柱的弯矩，通过钢柱翼缘的栓钉，传递给包脚钢筋混凝土短柱，再由钢筋混凝土短柱传递至基础。故而，在外包式柱脚中，栓钉有着特别起着重要的传力作用。与此同时，短柱配筋，由弯矩大小来决定，然而，在计算短柱垂直纵向主筋配置时，不把钢柱承担的内力考虑进去。

包脚处顶部，存在着水平剪力，此剪力由包脚混凝土以及短柱箍筋一同承担。栓钉，在传力方面，起着重要的作用。

3.3、外包式柱脚一般构造要求及部分细部设计计算

3.3.1钢柱柱脚外包混凝土短柱的高度，一般可在以下范围内采用，hc为钢柱截面的高度或管径。

a、轻型工字钢截面柱： H=(2.0~2.5)hc；

b、圆管形截面柱和箱型截面钢柱：H=(2.5~3.0)hc。

3.3.2、外包式柱脚钢柱处于短柱的顶部位置，同样需要设置水平加劲肋或者横隔板；针对H型截面柱而言，其水平加劲肋外伸宽度的宽厚比应当不大于9(于235/fay)½，对于箱型截面柱来讲，其内部横隔板的宽厚比应当不大于30(于235/fay)½。

对于外包式柱脚的钢柱而言，在混凝土短柱的那部分区域，需要设置圆柱头抗剪栓钉，栓钉的数量以及布置情况，应该依据计算所要求的来予以确定。在H型截面柱强轴两边的翼缘处，于箱型截面柱两轴的每一侧，以及圆管形截面柱两轴的每一侧（呈90度扇面），这里的栓钉数目适宜的情况是不小于8根直径为φ16的，栓钉在水平方向以及竖向方向的中心距离都不应该大于200mm，栓钉的竖向中心距离适宜的情况是不小于6倍栓钉直径，其横向间距适宜的情况是不小于4倍栓钉直径，栓钉外表面到钢柱翼缘侧边的距离不应该小于20mm；栓钉的直径不应该小于φ16（常用φ19），栓钉的长度适宜选取4至6倍栓钉直径这么长。

栓钉数量计算公式如下：

n大于或等于Nf除以Nv ，Nf等于M除以hc ，Nv等于根号下0.43As乘Ec乘fc ，且Nv小于或等于0.7As乘γ乘f。

上式中各符号的含义：

n ―理论计算所需栓钉最少数量;

Nf ，它是因为弯矩 M存在着作用，进而在混凝土的内部，钢柱的单侧翼缘由此产生的那种轴向压的力以及与压相反的拉力。

M ―作用于钢柱包脚顶部的弯矩；

hc ―包脚钢柱的截面高度；

Nv ―一个圆柱头焊接栓钉受剪承载力设计值；

As ―一个圆柱头栓钉截面面积；

Ec ―混凝土的弹性模量；

fc ―混凝土的轴心抗压强度设计值；

f ―栓钉所用材料的抗拉强度设计值；

3.3.4，外包式柱脚钢柱脚底板的长，按柱的轴力根据下式计算确定，同时应满足构造要求，N / (L*B) ≦ fc，N为柱轴力。外包式柱脚钢柱脚底板的宽，也按柱的轴力根据下式计算确定，同时也应满足构造要求，N / (L*B) ≦ fc，fc为混凝土轴心抗压强度设计值。一般钢柱脚底板的厚度，不小于钢柱较厚板件厚度，且不小于20mm，同时应符合下式要求，t≥(6Mmax/f) ½。式中，Mmax根据钢柱脚底板与基础间的压应力和钢柱脚底板的支承条件所确定的柱脚底板的最大弯矩。

3.3.5，钢柱脚的那种用来当作安装固定用途的底板固定锚栓，其中对锚栓有着要求，其锚固的深度，是要不小于二五d的。

对于3.3.6所述的外包式钢柱脚，翼缘外侧混凝土保护层的厚度，不能小于200mm，短柱的截面，能够是钢柱边长加上200mm。其配筋率，应当不小于0.2%，竖向钢筋沿周边的间距，不可以大于200mm。对四根角筋，按直径来说，应不小于φ20，对于每边中间的附加钢筋而言，应不小于φ16。箍筋一般是取φ10@100，靠近基础顶面，要增设三道φ12@50加强箍筋。竖向钢筋锚入柱脚底板下，长度应不少于35d。

柱脚一侧竖向钢筋(主筋)的截面面积As应按下式验算：

As = M / (d*fsy) ; M=M1+V*h

式中： M ―作用于钢柱柱脚底部的弯矩设计值；

M1 ―作用于钢柱埋入处顶部的弯矩设计值；

V ―作用于钢柱埋入处顶部的水平剪力设计值；

h ―钢柱的埋深；

d ―受拉侧与受压侧竖向钢筋合力点间的距离；

fsy ―钢筋的抗拉强度设计值；

四、插入式柱脚

4.1、基本概念：

就所谓的插入式柱脚而言，它指的是把钢柱脚插入到混凝土杯口基础之内，通过采用二次浇灌微膨胀细石混凝土的方式来进行固定，它具备构造简单的特点，有着节约钢材的特性，呈现出安全可靠的状况，拥有施工方便的优点之处。插 入式柱脚一般仅仅是被应用于单层钢结构工业厂房，并不适宜于高层建筑钢结构。

4.2、插入式柱脚的受力特点

其受力特点同外包式柱脚，仅是施工顺序有别。

4.3、插入式柱脚一般构造要求及部分细部设计计算

除其混凝土杯口构造有别外，其它基本和外包式柱脚相似。

4.4、高杯口基础短柱构造

基础短柱属于高杯口基础的那种，其纵向的钢筋，除了要满足计算所需要求之外，还应当满足下面这些构造方面的要求：

短柱四角纵向钢筋，钢筋的直径，在4.4.1的要求下，不宜小于20mm，并且要，延伸至基础底板的钢筋网上。大吨位吊车的双肢柱短柱，其四角纵向钢筋的直径，不宜小于25mm。

4.4.2、短柱长边的纵向钢筋，当长边尺寸比较小，小于1000mm的时候，其钢筋直径不应该小于12mm，间距不应该大于200mm，当长边尺寸比较大，大于或等于1000mm的时候，其钢筋直径不应该小于16mm，间距不应该大于200mm，并且每隔一米的样子伸下一根并作150mm的直钩支承在基础底部的钢筋网上，剩下的钢筋锚固至基础底板顶面下la处。

在4.4.3的规定下，短柱短边位置处，每隔200mm的间距，应当配置纵向钢筋，该纵向钢筋的直径要不小于16mm，并且，每一边的配筋率，要不少于短柱截面面积的0.05%。

4.4.4、短柱之中的箍筋，其直径不应当小于8mm，，其间距不应当大于150mm；当抗震设防烈度是8度以及9度时，，此中箍筋直径不应当小于8mm，，其间距不应当大于100mm；在靠近短柱顶面的地方应当增设三道加强箍筋3Φ10@50。

4.4.5、短柱顶面焊接钢筋网：短柱长边尺寸小于或等于1000mm时，其钢筋直径不应小于12mm，短柱长边尺寸大于1000mm、小于1500mm时，其钢筋直径不应小于14mm，短柱长边尺寸大于1500mm、小于2000mm时，其钢筋直径不应小于16mm。

对H型截面钢柱而言，其插入深度一般能够在(2.0~2.5)倍柱截面高的范围之内予以采用。实腹式钢柱采用插入式柱脚时，埋入深度是不得小于钢柱截面高度乘以2的数值；与此同时，还应当要满足《建筑抗震设计规范》9.2.13条关于，d≥(6M/bf*fc)½的计算式所要求的全部条件。

其中d，它代表着柱脚的埋深；而M，是柱脚全截面屈服时所对应的极限弯矩；bf，这是柱在受弯方向那个截面的翼缘宽度；fc则是基础混凝土轴心受压时的强度设计值耶。

4.4.7，高杯口基础的杯壁厚度t，依据《建筑地基基础设计规范》(GB 50007--2002)表8.2.6来取值。

4.4.8、钢柱当中的双肢钢柱也好与高杯口基础的连接，得符合上述第4.4.6条有关插入深度的规定，杯壁厚度符合上述第4.4.7条规定，并且符合下列相关条件的时候喽，杯壁以及短柱配筋，能够依据上述第4.4.1到4.4.5条的构造要求来做设计。

有这样一种工业厂房，其起重机起重量要达到小于或等于75t的标准钢结构计算公式，轨顶标高也需小于或等于14m，基本风压得小于0.5kPa，并且基础短柱的高度不大于5m。

(2)、起重机的起重量是大于75t的，基本风压大于0.5kPa，并且是符合下列表达式的，这个表达式是针对截面短轴来说的，在这种情况下，钢筋混凝土短柱的刚度是大于等于插入钢柱刚度的十倍，是这样的情况。

E2* I2 / E1* I1≥10

式中：

E1---钢柱的弹性模量；

I1---钢柱对其截面短轴的惯性矩；

E2---短柱的钢筋混凝土弹性模量；

I2---短柱对其截面短轴的惯性矩。

4.4.9，当不符合第4.4.8条构造配筋条件的要求之时，钢筋混凝土短柱要按计算要求来配筋，其受力侧纵筋单边配筋率应当不小于0.2%，箍筋要沿短柱全长加密成@100，箍筋直径不小于φ8（七度以上抗震设防不小于φ10）。