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摘要：通过对现有的关于钢柱脚的研究成果的研究可知，钢柱脚对建筑结构具有显著影响。因此，在后续发展过程中仍需进一步研究钢柱脚的相关理论、形式、试验以及量化设计方法在实际工程中的运用。近些年来，钢结构的运用范围愈来愈广，关于钢柱脚设计的研究愈来愈倾向于在确保安全的基础上不断提高钢柱脚设计的标准化与规范化。
关键词：柱脚；钢结构；设计；房屋
1 抗剪键的设置与要求
对于需要承受较高风荷载或需要满足很高抗震设防烈度的区域,通常会在基底中产生很大水平剪力,此时需为柱底板设置抗剪键,从而克服柱底板和混凝土摩擦力过低的问题。其中，抗剪键的构造应按照“规程”(CECS 102:2002)中的相关要求把水平剪力通过柱底板和混凝土摩擦力或专门利用抗剪键来实现。对于抗剪键的结构通常是以位于刚架平面上具有较大刚度的工字钢与柱底板面之间以垂直角度进行焊接,同时计算截面和连接焊缝之间的抗剪力。同时，为基础顶面开设凹坑，从而便于安装过程的插入,接着再实施二次灌浆。
抗剪键需要通过柱底板空隙灌浆的密实度发挥作用,只有确保良好的密实度才能使二次灌浆和混凝土柱底板之间形成协同作用,由此可见，抗剪键除了需要满足合适的截面尺寸与焊缝尺寸,还应选择具有合适密实度的灌浆。
通常以工字钢、角钢、槽钢或钢板来制造抗剪键,并使其长度方向与柱底板之间形成平行排布状态,并使材料与柱底板保持平行，相对于柱底板垂直的状态可以获得较大的抗剪截面并形成大尺寸抗剪焊缝,同时也不必为基础设置凹坑结构。位于柱底板下的灌浆空隙能够避免抗剪键和基础表面之间的接触,形成空隙结构,确保柱底标高可以获得一定的调整余量,从而使抗剪键发挥作用.确保工程的安全性。
2 柱脚形式及设计方法
根据结构内力的不同可以把柱脚分成刚接柱脚与铰接柱脚共两类。其中，铰接柱脚只可以传递垂直于水平作用载荷，而刚性柱脚除了可以传递上述载荷以外还可以实现弯矩的传递过程。根据不同的钢结构，可以把刚性柱脚的类型分成外露式、埋入式、外包式三种柱脚。设计刚性柱脚时，应在确保结构安全性的基础上，通过分析柱脚受力情况与实际工程特点，并根据造价和工期要求，选择最优的柱脚类型，从而获得最佳效益。
2.1 外露式柱脚
外露式柱脚是通过锚栓把钢柱固定于混凝土表面部位的柱脚。其组成结构包括加劲肋、底板、锚栓与锚栓支承托座等部分。其中，外露式柱脚通过锚栓来实现柱子与基础的连接，整体构造较为简单，可以快速完成施工过程。
设计外露式刚性固定柱脚时需对如下部分进行分析：计算底板下部混凝土压应力；计算水平抗剪力；核算锚栓受拉载荷；计算底板厚度。同时，构建压应力平衡系统，之后再进行求解分析。
Mimax是利用柱脚底板混凝土基础作用力与底板支承条件来计算最大弯矩。其中，外露式柱脚具有简单结构，便于进行施工，可选择铰接与刚接结构的柱脚，属于一种广泛使用的钢结构，但需注意外露式柱脚不具备良好的抗震性，而选择刚接柱脚则会增大尺寸，不太适合选择外露结构。
2.2 埋入式柱脚
埋入式柱脚是一种把钢柱埋入混凝土基础梁内一定深度的柱脚，其大部分是依靠栓钉、底板以及锚栓等构成的。然而通常情况下柱脚锚栓无需用于肩负起底部的水平力，埋深偏小的柱脚基本上是依靠抗剪键抑或是底板的摩擦力进行抗剪；而埋深偏大的既可依靠底板摩擦力进行抗剪，亦可将钢骨埋入部分的抗剪作用充分发挥出来。总体而言，埋入式柱脚具有抗震性能优越、刚接水平高的优势，但也存在施工时间长、结构繁杂程度高等不足之处。为了计算出埋入式柱脚，必须进行栓钉焊接计算以及底板厚度的验算，了解埋入深度的要求等。因为埋入式柱脚内力传递的繁杂程度较高，在计算时作出许多假定，比方说假设轴力要通过底板向基础传递过去，剪力要借助混凝土和钢柱的承压力进行传递，弯矩得依靠混凝土和钢柱的承压力进行传递抑或是依靠栓钉进行传递等。
3 抗剪键的设置和要求
在抗震设防烈度较高或者风荷载较大的区域，基底水平剪力偏大，通常需将抗剪键安设于柱底板下方，以此增加混凝土和柱底板之间的摩擦力。“规程”(CECS 102:2002)中的第七条、第二十条、第二条中有提及抗剪键的设置方法，但是只是谈到了水平剪力需安设抗剪键承受抑或是依靠混凝土和柱底板之间的摩擦力进行承受。同时还指出，在柱底板地面垂直焊接处于刚架平面方向截面刚度较大的工字钢等，以完成抗剪键的设置。但必须要准确地求出与焊缝相连的抗剪能力及其截面，同时为了有利于后续安装工程中插入方便，应当对基础顶表面做坑，紧接着实施二次灌浆。
此外，规程中并未具体地指出连接焊缝与抗剪键截面的抗剪能力的计算方式，也没有明确指出抗剪键所承受的剪力究竟是一些基底剪力，还是所有基底剪力。大部分设计流程中亦未设置抗剪键的设计模块，一些流程中仅仅强调要增设抗剪键，然而没有明确指出抗剪键的焊缝长度与截面。纵观现有的工程，不难看出有些抗剪键的设置不大科学。比方说某工程柱底板下空隙只有5cm，抗剪键是8，柱底板的大小为115cm×60cm，L=20cm垂直柱底板放置，这样的话就必须在基础表面做坑，将一槽钢插入到基础顶面的坑中，既不能对插入槽钢的坑是否实施了灌浆进行检验，亦不能将坑中的杂物彻底地清理干净，更别提对其密实度进行检验了。倘若其密实度达不到要求，那么抗剪键的功能将无法发挥出来，甚至会使基础截面的作用弱化。综上，通常无需在基础表面做坑然后插入抗剪键。
要想确保抗剪键的作用得到充分发挥，首先要确保柱底板下的空隙灌浆密实，唯有如此才能进行柱底板和混凝土基础、二次灌浆施工。由此可见，抗剪键的作用的大小是由灌浆的密实度以及焊接长度、高度、抗剪键的截面所决定的。
抗剪键往往会采用角钢、工字钢、钢板以及槽钢，与平行柱底板平行设置。而材料平行柱底板的放置对抗剪焊缝的长度以及抗剪截面的大小有着更高的要求，同时无需在基础上做坑。此外，要在柱底板下预留灌浆孔隙，从而使抗剪键和基础表面之间存在一定距离，从而有效保证抗剪键发挥出其应有的作用，确保工程的安全。
4 结论
由于我国钢结构厂房的迅猛发展，现阶段我国出现了大量钢结构柱脚的形式。此篇文章中，笔者充分结合个人多年以来工作过程中积累的经验，进一步介绍并分析钢结构柱脚的结构设计。
参考文献：
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论文作者:陈茜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/8/26
标签：底板论文; 剪力论文; 截面论文; 混凝土论文; 基础论文; 钢结构论文; 密实论文; 《建筑学研究前沿》2019年10期论文;