吳健　王蕓蕓

摘要：柱腳是鋼結(jié)構(gòu)中上部主體結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)連接的重要節(jié)點(diǎn)，文章對(duì)銅結(jié)構(gòu)的埋入式和外包式柱腳的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)柱腳；埋入式；外包式

1.通常鋼結(jié)構(gòu)的柱腳形式有外包式柱腳，埋入式柱腳及外露式柱腳3種

外包式柱腳指將鋼柱腳外面用鋼筋混凝土包住的柱腳，埋入式柱腳是把鋼柱固定在混凝土的基礎(chǔ)梁上柱腳，而外露式柱腳是在混凝土基礎(chǔ)表面固定鋼柱的柱腳，其也是最常用的鋼結(jié)構(gòu)柱腳。鋼結(jié)構(gòu)柱腳，反力特別大，因此設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)一般采用固定柱腳。在此類情況下，采用外露式柱腳不僅會(huì)導(dǎo)致底板既大又厚，消耗大量鋼材，更重要的是難以確保柱腳被完全固定。外包式柱腳和埋入式柱腳鋼結(jié)構(gòu)固定式柱腳的很好的選擇，通?？拐鹪O(shè)計(jì)也用這兩類柱腳。

2.埋入式柱腳抗震設(shè)計(jì)

埋入式柱腳的特點(diǎn)，是將鋼柱以一定深度埋置在混凝土基礎(chǔ)梁中，埋人部分的鋼柱表面雖然焊有栓釘，但根據(jù)研究，在這種形式的柱腳中栓釘?shù)淖饔貌淮?，?nèi)力的傳遞主要依靠混凝土對(duì)鋼柱翼緣的承壓力，柱的軸向壓力可由柱腳底板傳給混凝土，柱的軸向拉力可由柱腳底板伸出部分對(duì)混凝土的承壓作用傳給混凝土，或由錨栓傳給基礎(chǔ)。埋入式柱腳的支配因素是埋入深度。試驗(yàn)表明，對(duì)于輕型工字形柱，埋深與柱截面高度之比不得小于2，對(duì)于大截面的寬翼緣H形柱和箱形柱，埋深與截面高度之比不得小3，且同時(shí)應(yīng)滿足下式要求：

d>=（6M/bf*fc）0.5

d-柱腳埋深；M-柱腳全截面屈服時(shí)的極限彎矩；bf-柱在受彎方向截面翼緣的寬度；fc-基礎(chǔ)混凝土軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

2.1柱腳軸向壓力由柱腳底板直接傳給基礎(chǔ)，按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010驗(yàn)算柱腳底板下混凝土的局部承壓，承壓面積為底板面積。

2.2埋入式柱腳應(yīng)驗(yàn)算在軸力和彎矩作用下基礎(chǔ)混凝土的側(cè)向抗彎極限承載力，埋入式柱腳的極限受彎承載力不應(yīng)小于鋼柱全塑性抗彎承載力；與極限受彎承載力對(duì)應(yīng)的剪力不應(yīng)大于鋼柱的全塑性抗剪承載力。

埋入式柱腳的計(jì)算，可按以下假設(shè)進(jìn)行：鋼柱的軸心壓力N是由埋入的鋼柱底板直接傳遞到鋼筋混凝土基礎(chǔ)上；柱腳處的彎矩M由埋入鋼柱的翼緣與混凝土基礎(chǔ)的承壓力來傳遞給基礎(chǔ)，或者由埋入部分鋼柱上的抗剪焊釘來傳遞；柱腳的剪力v由埋入鋼柱的翼緣和基礎(chǔ)混凝土的承壓力來傳遞。

2.3采用鋼管柱時(shí)埋入式柱腳的構(gòu)造要求，截面寬厚比或徑厚比較大（≥33）的箱形柱和鋼管柱，其埋入部分應(yīng)采取措施防止在混凝土側(cè)壓力下被壓壞。常用方法是填充混凝土，填充高度應(yīng)稍高于混凝土基礎(chǔ)上表面；或在基礎(chǔ)上端附近設(shè)置內(nèi)隔板或外隔板。隔板的厚度應(yīng)按計(jì)算確定，外隔板的外伸長(zhǎng)度不應(yīng)小于柱邊長(zhǎng)（或管徑）1/10。對(duì)于有抗拔要求的埋入式柱腳，可在埋入部分設(shè)置栓釘。

2.4鋼柱邊（角）柱柱腳埋入混凝土基礎(chǔ)部分的上、下部位均需布置u形鋼筋加強(qiáng)。當(dāng)邊（角）柱混凝土保護(hù)層厚度較小時(shí)，可能出現(xiàn)沖切破壞，可用下列方法之一補(bǔ)強(qiáng)：

設(shè)置栓釘。根據(jù)過去的研究，栓釘對(duì)于傳遞彎矩和剪力沒有什么支配作用，但對(duì)于抗拉，由于栓釘受剪，能傳遞內(nèi)力。

錨栓。因柱子的彎矩和剪力是靠混凝土的承壓力傳遞的，當(dāng)埋深較深時(shí)，在錨栓中幾乎不引起內(nèi)力，但柱受拉時(shí)，錨栓對(duì)傳遞內(nèi)力起支配作用。在埋深較淺的柱腳中，加大埋深，提高底板和錨栓的剛度，可對(duì)錨栓傳力起積極作用。

3.外包式柱腳抗震設(shè)計(jì)

外包式柱腳的特點(diǎn)，是鋼柱底板與外包混凝土底部齊平，外包混凝土配有主筋和箍筋，頂部箍筋要集中配置，鋼柱的外包部分要設(shè)置栓釘，鋼柱翼緣外側(cè)的混凝土保護(hù)層厚度一般不應(yīng)小于150mm，外包式柱腳的內(nèi)力分布進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)鋼柱與基礎(chǔ)鉸接時(shí)，柱腳彎矩完全由外包鋼筋混凝土承受，柱的剪力也由外包混凝土承擔(dān)。至于柱的軸力，一般認(rèn)為，軸力可由鋼柱底板直接傳給基礎(chǔ)，軸向拉力可通過底板的伸出邊緣和錨栓傳給基礎(chǔ)。

外包式柱腳設(shè)計(jì)應(yīng)注意的主要問題是：（1）當(dāng)外包層高度較低時(shí)，外包層和柱面間很容易出現(xiàn)粘結(jié)破壞，為了確保剛度和承載力，外包層應(yīng)達(dá)到柱截面的2.5倍以上，其厚度應(yīng)符合有效截面要求。（2）若主筋的粘結(jié)力和錨固長(zhǎng)度不夠，主筋在屈服前會(huì)拔出，使承載力降低。為此，主筋頂部一定要設(shè)彎鉤，下端也應(yīng)設(shè)彎鉤并確保錨固長(zhǎng)度不小于25d。（3）如果箍筋太少，外包層就會(huì)出現(xiàn)斜裂縫，箍筋至少要滿足通常鋼筋混凝土柱的設(shè)計(jì)要求，其直徑和間距應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定。為了防止出現(xiàn)承壓裂縫，使剪力能從主筋順暢地傳給鋼筋混凝土，除了通常的箍筋外，柱頂密集配置幾道箍筋十分重要。（4）抗震設(shè)計(jì)時(shí)，在柱腳達(dá)到最大受彎承載力之前，不應(yīng)出現(xiàn)剪切裂縫。（5）采用箱形柱或圓管柱時(shí)，若壁板或管壁局部變形，承壓力會(huì)集中出現(xiàn)在局部。為了防止局部變形，柱壁板寬厚比和徑厚比應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003關(guān)于塑性設(shè)計(jì)規(guī)定，也可在柱腳部分在鋼管內(nèi)澆灌注混凝土。

埋入式柱腳和外包式柱腳的混凝土保護(hù)層厚度均不小于180mm，鋼柱埋人部分和外包部分均宜在柱翼緣上設(shè)置圓頭焊釘，其直徑不得小于16mm，其水平向和豎向的中心距離不得大于200mm。

4.結(jié)語

外包式和埋人式柱腳在抗震設(shè)計(jì)中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，文章從受力等多方面對(duì)其具體設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步探討，希望能為相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。