12.7 柱脚

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[align=center]       
        [b]Ⅰ 一般规定[/b]
        [/align]
12.7.1 多高层结构框架柱的柱脚可采用埋入式柱脚、插入式柱脚及外包式柱脚，多层结构框架柱尚可采用外露式柱脚，单层厂房刚接柱脚可采用插入式柱脚、外露式柱脚，铰接柱脚宜采用外露式柱脚。
12.7.2 外包式、埋入式及插入式柱脚，钢柱与混凝土接触的范围内不得涂刷油漆；柱脚安装时，应将钢柱表面的泥土、油污、铁锈和焊渣等用砂轮清刷干净。
12.7.3 轴心受压柱或压弯柱的端部为铣平端时，柱身的最大压力应直接由铣平端传递，其连接焊缝或螺栓应按最大压力的15％与最大剪力中的较大值进行抗剪计算；当压弯柱出现受拉区时，该区的连接尚应按最大拉力计算。[align=center]       
        [b]Ⅱ 外露式柱脚[/b]
        [/align]
12.7.4 柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水平反力，此水平反力由底板与混凝土基础间的摩擦力(摩擦系数可取0.4)或设置抗剪键承受。
12.7.5 柱脚底板尺寸和厚度应根据柱端弯矩、轴心力、底板的支承条件和底板下混凝土的反力以及柱脚构造确定。外露式柱脚的锚栓应考虑使用环境由计算确定。
12.7.6 柱脚锚栓应有足够的埋置深度，当埋置深度受限或锚栓在混凝土中的锚固较长时，则可设置锚板或锚梁。[align=center]       
        [b]Ⅲ 外包式柱脚[/b]
        [/align]
12.7.7 外包式柱脚(图12.7.7)的计算与构造应符合下列规定：
1 外包式柱脚底板应位于基础梁或筏板的混凝土保护层内；外包混凝土厚度，对H形截面柱不宜小于160mm，对矩形管或圆管柱不宜小于180mm，同时不宜小于钢柱截面高度的30％；混凝土强度等级不宜低于C30；柱脚混凝土外包高度，H形截面柱不宜小于柱截面高度的2倍，矩形管柱或圆管柱宜为矩形管截面长边尺寸或圆管直径的2.5倍；当没有地下室时，外包宽度和高度宜增大20％；当仅有一层地下室时，外包宽度宜增大10％；[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200708/09153K1G-0.jpg[/img]
        图12.7.7 外包式柱脚
        1-钢柱；2-水平加劲肋；3-柱底板；4-栓钉(可选)；5-锚栓；[/align]
[align=center]        6-外包混凝土；7-基础梁；Lr-外包混凝土顶部箍筋至柱底板的距离[/align]
  2 柱脚底板尺寸和厚度应按结构安装阶段荷载作用下轴心力、底板的支承条件计算确定，其厚度不宜小于16mm；
3 柱脚锚栓应按构造要求设置，直径不宜小于16mm，锚固长度不宜小于其直径的20倍；
4 柱在外包混凝土的顶部箍筋处应设置水平加劲肋或横隔板，其宽厚比应符合本标准第6.4节的相关规定；
5 当框架柱为圆管或矩形管时，应在管内浇灌混凝土，强度等级不应小于基础混凝土。浇灌高度应高于外包混凝土，且不宜小于圆管直径或矩形管的长边；
6 外包钢筋混凝土的受弯和受剪承载力验算及受拉钢筋和箍筋的构造要求应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定，主筋伸入基础内的长度不应小于25倍直径，四角主筋两端应加弯钩，下弯长度不应小于150mm，下弯段宜与钢柱焊接，顶部箍筋应加强加密，并不应小于3根直径12mm的HRB335级热轧钢筋。[align=center]       
        [b]Ⅳ 埋入式柱脚[/b]
        [/align]
12.7.8 埋入式柱脚应符合下列规定：
1 柱埋入部分四周设置的主筋、箍筋应根据柱脚底部弯矩和剪力按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010计算确定，并应符合相关的构造要求。柱翼缘或管柱外边缘混凝土保护层厚度(图12.7.8)、边列柱的翼缘或管柱外边缘至基础梁端部的距离不应小于400mm，中间柱翼缘或管柱外边缘至基础梁梁边相交线的距离不应小于250mm；基础梁梁边相交线的夹角应做成钝角，其坡度不应大于1：4的斜角；在基础护筏板的边[align=center]        [img=550,527]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200708/09153G062-1.jpg[/img][/align]
[align=center]        图12.7.8 柱翼缘或管柱外边缘混凝土保护层厚度[/align]
部，应配置水平U形箍筋抵抗柱的水平冲切；
2 柱脚端部及底板、锚栓、水平加劲肋或横隔板的构造要求应符合本标准第12.7.7条的有关规定；
3 圆管柱和矩形管柱应在管内浇灌混凝土；
4 对于有拔力的柱，宜在柱埋入混凝土部分设置栓钉。
12.7.9 埋入式柱脚埋入钢筋混凝土的深度d应符合下列公式的要求与本标准表12.7.10的规定：[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200708/10-200FPT309206.png[/img][/align]
[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200708/10-200FPT325D3.png[/img][/align]
  式中：M、V——柱脚底部的弯矩(N·mm)和剪力设计值(N)；
       d——柱脚埋深(mm)；
       bf——柱翼缘宽度(mm)；
       D——钢管外径(mm)；
      fc——混凝土抗压强度设计值，应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定采用(N／mm2)。[align=center]       
        [b]Ⅴ 插入式柱脚[/b]
        [/align]
12.7.10 插入式柱脚插入混凝土基础杯口的深度应符合表12.7.10的规定，实腹截面柱柱脚应根据本标准第12.7.9条的规定计算，双肢格构柱柱脚应根据下列公式计算：[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200708/09153MU8-2.jpg[/img][/align]
  式中：N——柱肢轴向拉力设计值(N)；
       ft——杯口内二次浇灌层细石混凝土抗拉强度设计值(N／mm2)；
       S——柱肢外轮廓线的周长，对圆管柱可按式(12.7.10-2)计算。[align=center]        表12.7.10 钢柱插入杯口的最小深度[/align]
[b][img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200708/09153K210-3.jpg[/img][/b]
  注：1 实腹H形柱或矩形管柱的hc为截面高度(长边尺寸)，bc为柱截面宽度，D为圆管柱的外径；
     2 格构柱的hc为两肢垂直于虚轴方向最外边的距离，bc为沿虚轴方向的柱肢宽度；
     3 双肢格构柱柱脚插入混凝土基础杯口的最小深度不宜小于500mm，亦不宜小于吊装时柱长度的1／20。
12.7.11 插入式柱脚设计应符合下列规定：
1 H形钢实腹柱宜设柱底板，钢管柱应设柱底板，柱底板应设排气孔或浇筑孔；
2 实腹柱柱底至基础杯口底的距离不应小于50mm，当有柱底板时，其距离可采用150mm；
3 实腹柱、双肢格构柱杯口基础底板应验算柱吊装时的局部受压和冲切承载力；
4 宜采用便于施工时临时调整的技术措施；
5 杯口基础的杯壁应根据柱底部内力设计值作用于基础顶面配置钢筋，杯壁厚度不应小于现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的有关规定。

[align=center]        [b]条文说明[/b]
        [/align]
[align=center]        [b]Ⅰ 一般规定[/b][/align]

12.7.1 刚接柱脚按柱脚位置分为外露式、外包式、埋入式和插入式四种。四种柱脚的适用范围主要与现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的有关规定相协调，同时参考了国内相关试验研究以及多年来的工程实践总结。[align=center]       
        [b]Ⅱ 外露式柱脚[/b][/align]

12.7.4 按我国习惯，柱脚锚栓不考虑承受剪力，特别是有靴梁的锚栓更不能承受剪力。但对于没有靴梁的锚栓，国外有两种意见，一种认为可以承受剪力，另一种则不考虑(见G.BALLIO，F.M.MAZZOLANI著《钢结构理论与设计》，冶金部建筑研究总院译，1985年12月)。另外，在我国亦有资料建议，在抗震设计中可用半经验半理论的方法适当考虑外露式钢柱脚(不管有无靴梁)受压侧锚栓的抗剪作用，因此条文中采用“不宜”。至于摩擦系数的取值，现在国内外已普遍采用0.4，故列入。
12.7.5 柱脚锚栓的工作环境变化较大，露天和室内工作的腐蚀情况不尽相同，对于容易锈蚀的环境，锚栓应按计算面积为基准预留适当腐蚀量。
12.7.6 本条主要是根据工程实践经验总结，对外露式柱脚的设计和构造做出了具体的规定。
非受力锚栓宜采用Q235B钢制成，锚栓在混凝土基础中的锚固长度不宜小于直径的20倍。当锚栓直径大于40mm时，锚栓端部宜焊锚板，其锚固长度不宜小于直径的12倍。

[align=center]        [b]Ⅲ 外包式柱脚[/b][/align]

12.7.7 外包式柱脚属于钢和混凝土组合结构，内力传递复杂，影响因素多，目前还存在一些未充分明晰的内容。因此，诸如各部分的形状、尺寸以及补强方法等构造要求较多。
混凝土外包式柱脚的钢柱弯矩(图20)，大致上外包柱脚顶部钢筋位置处最大，底板处约为零。在此弯矩分布假定下所对应的承载机构如图21所示。也即在外包混凝土刚度较大且充分配置顶部钢筋的条件下，主要假定外包柱脚顶部开始从钢柱向混凝土传递内力。
外包式柱脚典型的破坏模式(图22)有：钢柱的压力导致顶部混凝土压坏；外包混凝土剪力引起的斜裂缝；主筋在外包混凝土锚固区破坏；主筋弯曲屈服。[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200708/10-200FPZAQ62.png[/img][img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200708/10-200FPZHN61.png[/img]
        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200708/10-200FPZI9233.png[/img][/align]
          其中，前三种破坏模式会导致承载力急剧下降，变形能力较差。因此外包混凝土顶部应配置足够的抗剪补强钢筋，通常集中配置3道构造箍筋，以防止顶部混凝土被压碎和保证水平剪力传递。外包式柱脚箍筋按100mm的间距配置，以避免出现受剪斜裂缝，并应保证钢筋的锚固长度和混凝土的外包厚度。
         随外包柱脚加高，外包混凝土上作用的剪力相应变小，但主筋锚固力变大，可有效提高破坏承载力。外包混凝土高度通常取柱宽的2.5倍及以上。
         综上所述，钢柱向外包混凝土传递内力在顶部钢筋处实现，因此外包混凝土部分按钢筋混凝土悬臂梁设计(图23)即可。
[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200708/09153H500-4.jpg[/img]
        图23 外包式柱脚的计算概念图[/align]
          外包混凝土尺寸较大时，放大柱脚底板宽度，柱外侧配置锚栓，可按这些锚栓承担一定程度的弯矩来设计外包式柱脚，其传力机构如图24所示，此时底板下部轴力和弯矩可分开处理。简言之，轴力由底板直接传递至基础，对于弯矩，受拉侧纵向钢筋和锚栓看作受拉钢筋，用柱脚内力中减去锚栓传递部分的弯矩。
[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200708/09153Ma4-5.jpg[/img]
        图24 外包式柱脚地脚螺栓的计算方法[/align]
          柱脚受拉时，当在弯矩较小的钢柱中性轴附近追加设置锚栓时，较为简便的设计方法是由锚栓承担拉力。
         外包式柱脚的柱底钢板可根据计算确定，但其厚度不宜小于16mm；锚栓直径规格不宜小于M16，且应有足够的锚固深度。
[align=center]       
        [b]Ⅳ 埋入式柱脚[/b][/align]
       
        12.7.8 将钢柱直接埋入混凝土构件(如地下室墙、基础梁等)中的柱脚称为埋入式柱脚(图25)；而将钢柱置于混凝土构件上又伸出钢筋，在钢柱四周外包一段钢筋混凝土者为外包式柱脚，亦称为非埋入式柱脚。这两种柱脚常用于多、高层钢结构建筑物。本条规定与现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99以及《钢骨混凝土结构设计规程》YB 9082中相类似的构造要求相协调。
[align=center]        [img]https://gf.1190119.cn/https://gf.1190119.cn/Web/uploads/allimg/200708/09153M632-6.jpg[/img]
        图25 埋入式柱脚
        1-加劲肋；2-栓钉；3-钢筋混凝土基础[/align]
          研究表明，栓钉对于传递弯矩和剪力没有支配作用，但对于抗拉，由于栓钉受剪，能传递内力。因此对于有拔力的柱，规定了宜设栓钉的要求。
        12.7.9 柱脚边缘混凝土的承压应力主要依据钢柱侧面混凝土受压区的支承反力形成的抗力与钢柱的弯距和剪力平衡，便可得出钢柱与基础的刚性连接的埋入深度以及柱脚边缘混凝土的承压应力小于或等于混凝土抗压强度设计值的计算式。
[align=center]       
        [b]Ⅴ 插入式柱脚[/b][/align]
       
        12.7.10 当钢柱直接插入混凝土杯口基础内用二次浇灌层固定时，即为插入式柱脚(图26)。近年来，北京钢铁设计研究总院和重庆钢铁设计研究院等单位均对插入式钢柱脚进行过试验研究，并曾在多项单层工业厂房工程中使用，效果较好，并不影响安装调整。本条规定是参照北京钢铁设计研究总院土建三室于1991年6月编写的“钢柱杯口式柱脚设计规定”(土三结规2-91)提出来的，同时还参考了有关钢管混凝土结构设计规程，其中钢柱插入杯口的最小深度与我国电力行业标准《钢-混凝土组合结构设计规程》DL／T 5085-1999的插入深度比较接近，而国家建材局《钢管混凝土结构设计与施工规程》JC J01-89中对插入深度的取值过大，故未予采用。另外，本条规定的数值大于预制混凝土柱插入杯口的深度，这是合适的。
         对双肢柱的插入深度，北京钢铁设计研究总院原取为(1／3～1／2)hc。而混凝土双肢柱为(1／3～2／3)hc，并说明当柱安装采用缆绳固定时才用1／3hc。为安全计，本条将最小插入深度改为0.5hc。
          在原规范第8.4.15条的基础上，增加了单层、多层、高层和单层厂房双肢格构柱插入基础深度的计算。插入式柱脚是指钢柱直接插入已浇筑好的杯口内，经校准后用细石混凝土浇灌至基础顶面，使钢柱与基础刚性连接。柱脚的作用是将钢柱下端的内力(轴力、弯矩、剪力)通过二次浇灌的细石混凝土传给基础，其作用力的传递机理与埋入式柱脚基本相同。钢柱下部的弯矩和剪力，主要是通过二次浇灌层细石混凝土对钢柱翼缘的侧向压力所产生的弯矩来平衡，轴向力由二次浇灌层的粘结力和柱底反力承受。钢柱侧面混凝土的支承反力形成的抵抗弯矩和承压高度范围内混凝土的抗力与钢柱的弯矩和剪力平衡，便可得出保证钢柱与基础刚性连接的插入深度。20世纪80年代～90年代国内对双
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        图26 插入式柱脚[/align]
        肢格构柱插入式钢柱脚进行了试验研究，并已在单层工业厂房和多高层房屋工程得到使用，效果很好。这种柱脚构造简单、节约钢材、安全可靠。
        12.7.11 柱脚构造及杯口基础的设计规定主要是工程设计实践经验的总结。