MIT_0001

第六节钢柱脚

第8.6.1条

高层钢结构框架柱的柱脚宜采用埋入式或外包式柱脚。仅传递垂直荷载的铰接柱脚可采用外露式柱脚。当钢框架按本规程第3.5.2条和第3.5.5条的要求在地下室中设置钢骨混凝土结构层时，其钢柱脚可按本节要求进行设计。

第8.6.2条

埋入式柱脚(图8.6.2)的埋深，对轻型工字形柱，不得小于钢柱截面高度的二倍；对于大截面H型钢柱和箱型柱，不得小于钢柱截面高度的三倍。

埋入式柱脚在钢柱埋入部分的顶部，应设置水平加劲肋或隔板。加劲肋或隔板的宽厚比应符合现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17)关于塑性设计的规定。埋入式柱脚在钢柱的埋入部分应设置栓钉，栓钉的数量和布置可按外包式柱脚的有关规定确定。

图 8.6.2 埋入式柱脚

第8.6.3条

埋入式柱脚(图8.6.3)通过混凝土对钢柱的承压力传递弯矩(图8.6.3-1)。埋入式柱脚的混凝土承压应力应小于混凝土轴心抗压强度设计值，可按下式计算(图8.6.3-2)：

$\200dpi \tiny \sigma =\left (\frac{2h_{0}}{d}+1 \right )\left [1+\sqrt{1+\frac{1}{\left ( 2h_{0}/d+1\right )^{2}}} \right ]\frac{V}{b_{f}d}$ （8.6.3）

式中

$\inline V$ ：柱脚剪力；

$\inline h_{0}$ ：柱反弯点到柱脚地板的距离；

$\inline d$ ：柱脚埋深；

$\inline b_{f}$ ：钢柱翼缘宽度。

图 8.6.3-1 埋入式柱脚的受力状态

图 8.6.3-2 埋入式柱脚的计算简图

第8.6.4条

埋入式柱脚钢柱翼缘的保护层厚度，应符合下列规定：

1.对中间柱不得小于180mm(图8.6.4-1)；

2.对边柱和角柱的外侧不宜小于250mm(图8.6.4-1)；

3.埋入式柱脚钢柱的承压翼缘到基础梁端部的距离，应符合下列要求(图8.6.4-2~3)；

$\200dpi \tiny V_{1}=f_{ct}A_{cs}$ （8.6.4-1）

$\200dpi \tiny V_{1}=\left (h_{0}+d_{c} \right )V/\left (3d/4-d_{c} \right )$ （8.6.4-2）

$\200dpi \tiny A_{cs}=B\left (a+h_{c}/2 \right )-b_{f}h_{c}/2$ （8.6.4-3）

式中

$\inline V_{1}$ ：基础梁端部混凝土的最大抵抗剪力；

$\inline V$ ：柱脚的设计剪力；

$\inline b_{f}$ 、 $\inline h_{c}$ ：分别为钢柱承压翼缘宽度和截面高度；

$\inline a$ ：自钢柱翼缘外表面算起的基础梁长度；

$\inline B$ ：基础梁宽度，等于 $\inline b_{f}$ 加两侧保护层厚度；

$\inline f_{ct}$ ：混凝土的抗拉强度设计值；

$\inline h_{0}$ 、 $\inline b$ ：见图8.6.3-2；

$\inline d_{c}$ ：钢柱承压区合力作用点至混凝土顶面的距离。

图 8.6.4-1 埋入式柱脚的保护层厚度

图 8.6.4-2 基础梁长度

图 8.6.4-3 计算简图

4. 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，钢柱承压区及其承压力合力至混凝土顶面的距离 $\inline d_{c}$ ，应按下列规定确定(图8.6.4-4)：

$\200dpi \tiny d_{c}=\frac{b_{f}b_{e,s}d_{s}+d^{2}b_{e,w}/8-b_{e,s}b_{e,w}d_{s}}{b_{f}b_{e,s}+db_{e,w}/2-b_{e,s}b_{e,w}}$ （8.6.4-5）

式中

$\inline b_{f}$ ：钢柱承压翼缘宽度；

$\inline b_{e,s}$ ：位于柱脚上部的钢柱横向加劲肋有效承压宽度；

$\inline b_{e,w}$ ：柱腹板的有效承压宽度；

$\inline d_{s}$ ：加劲肋中心至混凝土顶层的距离；

$\inline d$ ：柱脚埋深。

图 8.6.4-4 钢承压面积合力位置

第8.6.5条

埋入式柱脚的钢柱四周，应按下列要求设置主筋和箍筋：

1. 主筋的截面面积应按下列公式计算：

$\200dpi \tiny A_{s}=M/(d_{0}f_{sy})$ （8.6.5-1）

$\200dpi \tiny M=M_{0}+Vd$ （8.6.5-2）

式中

$\inline M$ ：作用于钢柱脚底的弯矩；

$\inline M_{0}$ ：柱脚的设计弯矩；

$\inline V$ ：柱脚的设计剪力；

$\inline d$ ：钢柱埋深；

$\inline d_{0}$ ：受拉侧与受压侧纵向主筋合力点间的距离；

$\inline f_{sy}$ ：钢筋抗拉强度设计值。

2. 主筋的最小含钢率为0.2%，其配筋不宜小于4φ22，并在上端设弯钩。主筋的锚固长度不应小于35d(d为钢筋直径)，当主筋的中心距大于200mm时，应设置φ16的架立筋。

3. 箍筋宜为φ10，间距100；在埋入部分的顶部，应配置不少于3φ12、间距50的加强箍筋。

第8.6.6条

外包式柱脚(图8.6.6-1)的混凝土外包高度与埋入式柱脚的埋入深度要求应相同。

外包式柱脚的抗震第一阶段设计，应符合下列规定：

1. 在计算平面内，钢柱一侧翼缘上的圆柱头栓钉数目，应按下列公式计算。柱轴向的栓钉间距不得大于200mm（图8.6.3-1）。

$\200dpi \tiny n=N_{f}/N_{v}^{s}$ （8.6.6-1）

$\200dpi \tiny N_{f}=M/\left (h_{c}-t_{f} \right )$ （8.6.6-2）

式中

$\inline n$ ：钢柱脚一侧翼缘需要的圆柱头栓钉数目；

$\inline N_{f}$ ：钢柱一侧抗剪栓钉传递的翼缘轴力；

$\inline M$ ：外包混凝土顶部箍筋处的钢柱弯矩设计值；

$\inline h_{c}$ ：钢柱截面高度；

$\inline t_{f}$ ：钢柱翼缘厚度；

$\inline N_{v}^{s}$ ：一个圆柱头栓钉的受剪承载力设计值，按本规程第7.2.8条的规定计算，栓钉直径不得小于16mm。

图 8.6.6-1 外包式柱脚

2. 外包式柱脚底部的弯矩全部由外包钢筋混凝土承受，其抗弯承载力应按下式验算。受拉主筋的锚固长度，应

符合现行国家标准《钢筋混凝土结构设计规范》(GBJ10)的规定。

$\200dpi \tiny M\leq nA_{s}f_{sy}d_{0}$ （8.6.6-3）

式中

$\inline M$ ：外包式柱脚底部的弯矩设计值；

$\inline A_{s}$ ：一根受拉主筋截面面积；

$\inline n$ ：受拉主筋的根数；

$\inline f_{sy}$ ：受拉主筋的抗拉强度设计值；

$\inline d_{0}$ ：受拉主筋重心至受压区主筋重心间的距离。

3. 外包混凝土的抗剪承载力，应符合下列规定：

1)当钢柱为工形截面时(图8.6.6-2a)，外包式钢筋混凝土的受剪承载力宜按式(8.6.6-5)和(8.6.6-6)计算，并取其较小者：

$\200dpi \tiny V-0.4N\leq V_{rc}$ （8.6.6-4）

$\200dpi \tiny V_{rc}=b_{rc}h_{0}\left (0.07f_{cc}+0.5f_{ysh}\rho _{sh} \right )$ （8.6.6-5）

$\200dpi \tiny V_{rc}=b_{rc}h_{0}\left (0.14f_{cc}b_{e}/b_{rc}+f_{ysh}\rho _{sh} \right )$ （8.6.6-6）

式中

$\inline V$ ：柱脚的剪力设计值；

$\inline N$ ：柱最小轴力设计值；

$\inline V_{rc}$ ：外包钢筋混凝土所分配到的受剪承载力；

$\inline b_{rc}$ ：外包钢筋混凝土的总宽度；

$\inline b_{c}$ ：外包钢筋混凝土的有效宽度（图8.6.4-2a）

$\200dpi \tiny b_{e}=b_{e1}+b_{e2}$

$\inline f_{cc}$ ：混凝土轴心抗压强度设计值；

$\inline f_{ysh}$ ：水平箍筋抗拉强度设计值；

$\inline \rho _{sh}$ ：水平箍筋配筋率；

$\200dpi \tiny \rho _{sh}=A_{sh}/b_{rc}s$

当 $\inline \rho _{sh}$ >0.6%时，取0.6%。

$\inline A_{sh}$ ：一支水平箍筋的截面面积；

$\inline s$ ：箍筋的间距；

$\inline h_{0}$ ：混凝土受压区边缘至手拉钢筋重心的距离。

图 8.6.6-2 外包式柱脚截面

(a)工字型柱；(b)箱形柱

2) 当钢柱为箱形截面时（图8.6.6-2b），外包钢筋混凝土的受剪承载力为：

$\200dpi \tiny V_{rc}=b_{e}h_{0}\left (0.07f_{cc}+0.5f_{ysh}\rho _{sh} \right )$ （8.6.6-6）

式中

$\inline b_{e}$ ：钢柱两侧混凝土的有效宽度之和，每侧不得小于180mm；

$\inline \rho _{sh}$ ：水平箍筋配筋率；

$\200dpi \tiny \rho _{sh}=A_{sh}/b_{e}s$

当 $\inline \rho _{sh}$ ≥1.2%时，取1.2%。

第8.6.7条

由柱脚锚栓固定的外露式柱脚承受轴力和弯矩时，其设计应符合下列规定：

1. 底板尺寸应根据基础混凝土的抗压强度设计值确定；

2. 当底板压应力出现负值时，应由锚栓来承受拉力。当锚栓直径大于60mm时，可按钢筋混凝土压弯构件中计算钢筋的方法确定锚栓直径；

3. 锚栓和支承托座应连接牢固，后者应能承受锚栓的拉力；

4. 锚栓和内力应由其与混凝土之间的粘结力传递。当埋设深度受到限制时，锚栓应固定在锚板或锚梁上；

5. 柱脚底板的水平反力，由底板和基础混凝土间的摩擦力传递，摩擦系数可取0.4。当水平反力超过摩擦力时，可采用下列方法之一加强：

1) 底板下部焊接抗剪键；

2) 柱脚外包钢筋混凝土。