钢结构埋入式柱脚的计算方法和构造要求

2023-02-14 09:57:12

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埋入柱脚计算公式

埋入式柱脚的设计应符合下列规定：
1 柱脚轴向压力由柱脚底板直接传给基础，应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010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 抗震设计时，在基础顶面处柱可能出现塑性铰的柱脚应按埋入部分钢柱侧向应力分布(图8.6.4-1)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，应按下列公式验算：

图8.6.4-1 埋入式柱脚混凝土的侧向应力分布

    3 采用箱形柱和圆管柱时埋入式柱脚的构造应符合下列规定：
        1)截面宽厚比或径厚比较大的箱形柱和圆管柱，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8.6.4-2b)；或在基础顶面附近设置内隔板或外隔板(图8.6.4-2c、d)。
        2)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(图8.6.4-2a)。

公式反推

根据高钢规8.6.4-3条，影响柱脚埋入部分承受的极限受弯承载力Mu几个因素

（1）柱脚外部混凝土等级（2）柱脚钢骨宽度（3）柱脚钢骨埋入深度。（4）柱脚所在层层高。

对于钢柱截面尺寸确定的情况，（1）、（2）、（4）三个条件基本都是确定的，根据高钢规8.6.4-3条，可以反推得出柱脚钢骨埋入深度的计算值

hB≥Mu/(fck*bc*l)+√2*√（Mu/(fck*bc*l)）*√（Mu/(fck*bc*l)+2l）

从公式可以看出，（1）柱脚外部混凝土等级提高，柱脚埋入深度降低（2）柱脚钢骨宽度增大，柱脚埋入深度降低。

可以看出倒推的埋入深度一般情况下小于构造要求的埋入深度。埋入式柱脚的抗震性能验算一般比较容易满足也就是说通常情况下无需计算钢柱的极限受弯承载力。

柱脚纵筋及箍筋配置

《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015中未对埋人式柱脚纵筋的计算要求。

国标图集《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》16G519中对埋人式柱脚，要求柱脚主筋配置量根据柱脚底部弯矩设计值计算确定。具体计算方法可以参照李星荣等所著《钢结构连接节点设计手册》(第四版)8-117条设置在埋人式钢柱四周的垂直纵向主筋，应分别在垂直于弯矩作用平面的受拉侧和受压侧对称配置。

为确保埋入的钢柱和钢筋混凝土基础或基础梁的整体性，在钢柱埋入处的配筋应符合以下的要求：

(1)在埋入的钢柱四周所配置的垂直纵向主筋，应按第8-117条的要求确定，同时应符合最小含钢率(≥0.2%)的要求，且其配筋不宜小于4φ22，并应在上端设置弯钩;垂直纵向主筋的锚固长度la(钢柱脚底板底面以下部分的埋置深度)不应小于35d(d钢筋直径);当垂直纵向主筋的中距大于200mm时，应增设直径为φ6的垂直纵向架立筋;在埋人处的顶部应配置不少于3φ12@50的加强箍筋;一般箍筋为d10@100 。

(2)在钢柱埋入处，基础梁的主筋必须固定在钢柱和垂直纵向主筋的外侧、并在基础梁主筋水平方向的弯折扩展处，配置3φ12@50的加强箍筋 。

(3)在角柱中或有必要时，在埋入的钢柱外围，有时尚应配置双层垂直纵向主筋和复合箍筋。