[摘 要]外露式柱腳可兼做鉸接與剛接，分析了外露式柱腳的受力形式，提出了外露式柱腳的構(gòu)造要求，歸納了外露式柱腳的計(jì)算原理，并給出了外露式柱腳的應(yīng)用局限性。
[關(guān)鍵詞]外露式柱腳 鉸接 剛接
引言
鋼結(jié)構(gòu)柱腳是連接上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的重要部分，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全及造價(jià)有重大影響。柱腳按受力性能分為鉸接與剛接，鉸接柱腳宜采用外露式，剛接柱腳可采用外露式、埋入式及外包式。外露式柱腳是將鋼柱通過底板與錨栓固定在混凝土表面的柱腳，兼可做成鉸接與剛接，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，在實(shí)際工程中有廣泛應(yīng)用。
1.外露式柱腳的受力分析
鋼柱傳來的軸力首先通過鋼柱與底板間的焊縫傳遞給底板，再由底板把壓力傳給混凝土基礎(chǔ)。由于底板與混凝土之間不能受拉，當(dāng)?shù)装宄霈F(xiàn)拉力時(shí)，由嵌固在基礎(chǔ)中的錨栓來承擔(dān)。
在柱腳中，錨栓通常不能用以承受柱腳底部的水平剪力，此部分的水平剪力應(yīng)由柱腳底板與其下部的混凝土的摩擦力來抵抗。當(dāng)剪力過大時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)剪力鍵來分擔(dān)。
鉸接柱腳僅傳遞軸力和剪力，不傳遞彎矩，彎矩僅出現(xiàn)在剛接柱腳的連接中。在剛接柱腳中，彎矩由柱底板直接傳給基礎(chǔ)，通過混凝土的承壓來抵抗，而由彎矩產(chǎn)生的拉力則通過錨栓的受拉來抵抗。
2.外露式柱腳的構(gòu)造要求
2.1 柱腳底板
混凝土強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼材，因而必須在鋼柱柱腳處設(shè)置一塊較大的鋼底板，來增加基礎(chǔ)的受力面積，使得基礎(chǔ)頂面的壓應(yīng)力不大于混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。底板的厚度對(duì)于鉸接柱腳不宜小于20mm，剛接不宜小于30mm，且均不應(yīng)小于鋼柱翼緣厚度。底板的尺寸及厚度均應(yīng)通過計(jì)算確定。
2.2 錨栓
鉸接柱腳的錨栓一般僅起到安裝過程中固定的作用，因此錨栓的直徑通常根據(jù)其與鋼柱板件的厚度和底板厚度相協(xié)調(diào)的原則來確定，一般不宜小于20 mm，數(shù)量一般根據(jù)底板的面積和構(gòu)造的要求確定。當(dāng)出現(xiàn)上拔力時(shí)，鉸接柱腳的錨栓應(yīng)通過計(jì)算確定。剛性柱腳的錨栓則不僅起到安裝過程固定的作用，而且在柱腳彎矩作用下承受拉力。因此，剛性柱腳的錨栓的直徑和數(shù)量應(yīng)由計(jì)算確定，直徑不應(yīng)小于24mm。
為便于安裝與調(diào)整，底板上的螺栓孔應(yīng)比栓桿直徑大0.2～0.5倍，錨栓錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于25d，待安裝就位后，將墊板與底板焊死固定。由于底板開孔較大，應(yīng)設(shè)置錨栓螺母墊板，并采用雙螺母緊固。
鉸接柱腳不承受彎矩，錨栓設(shè)在翼緣內(nèi)側(cè)；剛接柱腳錨栓設(shè)在翼緣外側(cè)，通常多于4個(gè)。
3.外露式柱腳的計(jì)算
3.1 底板平面尺寸的確定
為了確定柱腳底板的面積，假定底板下基礎(chǔ)混凝土的壓力是呈線性分布。底板所受的壓力不得大于基礎(chǔ)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值。
3.2 底板厚度的確定
在計(jì)算底板厚度時(shí)，假定底板的懸挑部分類似于固定在柱周邊的懸臂構(gòu)件，其所受荷載為均布荷載。
當(dāng)柱腳底板下混凝土基礎(chǔ)的反力較大時(shí)，為避免底板厚度過厚，可采取設(shè)置加勁肋的處理方法，將底板分為區(qū)格，分別計(jì)算各區(qū)格內(nèi)的底板。
3.3 柱腳底板與鋼柱間連接焊縫計(jì)算
柱腳底板與柱下端的連接焊縫，無論有無加勁肋的布置，均可按無加勁肋的情況進(jìn)行計(jì)算，此處的計(jì)算應(yīng)按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）進(jìn)行設(shè)計(jì)。焊縫傳遞全部荷載，但考慮到現(xiàn)階段鋼材加工的實(shí)際情況，如果能夠銑平頂緊，應(yīng)考慮承壓傳力的作用，此時(shí)焊縫承受的柱壓力應(yīng)考慮折減。在實(shí)際工程中，一般考慮焊縫僅需承受25%的柱壓力，即此處可折減75%，計(jì)算中焊縫滿足柱腳內(nèi)力的25%可認(rèn)為焊縫設(shè)計(jì)是安全的[1]。
3.4 錨栓的確定
當(dāng)有上拔力出現(xiàn)時(shí)，錨栓的數(shù)量應(yīng)根據(jù)上拔力確定。
3.5 柱腳的抗剪計(jì)算
在柱腳中，錨栓通常不能用以承受柱腳底部的水平剪力，此部分的水平剪力應(yīng)由柱腳底板與其下部的混凝土的摩擦力來抵抗，摩擦系數(shù)控制在0.4，即如果0.4倍的軸力大于水平剪力，可不設(shè)置剪力鍵。否則，應(yīng)考慮設(shè)置剪力鍵。
抗剪連接件設(shè)置方向應(yīng)保證鋼板面與剪力方向垂直，同時(shí)抗剪連接件應(yīng)有足夠的剛度（通過鋼板厚度保證），一般不小于50mm。也可采用型鋼作為抗剪連接件。上述驗(yàn)算應(yīng)按兩個(gè)方向分別進(jìn)行。
結(jié)論
外露式柱腳設(shè)計(jì)理論較為成熟，應(yīng)用較為廣泛，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)合理選擇鉸接還是剛接，按相應(yīng)理論進(jìn)行計(jì)算，并滿足構(gòu)造要求。對(duì)于剛接柱腳，規(guī)范中明確規(guī)定，只有7度及以下的地區(qū)且高度不超過50m的情況下才可以采用外露式柱腳，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意。
參考文獻(xiàn)
[1]柳瑋濤 林娜.火力發(fā)電廠鋼結(jié)構(gòu)主廠房柱腳設(shè)計(jì)淺談[N]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2004.9：56-57.
