钢结构外包式柱脚计算-外包式柱脚
浅谈外包式刚接柱脚的设计要点
刚度进行分配 ；而这里 混凝 土和 钢柱子 的形 心处在 相 同的
１ 外 包式 钢柱 脚 的传 力介 绍
１ ． １ 轴 力的 传 递
Ｊ Ｇ Ｊ ９ ９— ９ ８《 高层 民用 建筑 钢结构 设计 规程 》 … 中没有 明确柱 子的轴力是否全 部 由柱底 板传 递到 下部 的混凝 土基 础上 ，有些 书籍 要求全 部通 过柱 底板 传递 Ｊ 。但 由于布置 了栓钉 ，在 向下 的钢柱 轴力 作用下 必然 会有 一部 分轴 力传 递 到混凝 土上 ，因此 钢柱 轴力 向下 逐渐 变小 ，而混凝 土 内 轴 力逐渐 变大 ，如图 ２所 示。 传 递到外包混凝土 内的轴力 的上 限是按 照钢 截面 和外 包混凝 土截 面的轴压 刚度 进行 分配 的。 由于 外包 混凝 土高
一
是决定其承载 力的主要 因素 ，在 结构 中起 着承 上启 下 的重 要 作用。他能有 效地 固定柱 身 并将柱 下端 的轴 力、弯矩 和 剪力有效传递 给基 础 ，使上 部 结构与基 础 共 同工作 。本 文 着重讨论常 用 于窑尾 框 架 的外 包 式刚接 柱 脚 的设 计要 点 ， 提供 给设 计参考 。
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１ ． ２ 弯矩 的 传 递
弯矩的传递与 轴力 的传递完 全不 同 ，因 为弯矩 正 比于 抗弯刚度 、外包混凝 土处 在截 面 的外 围 ，对抗 弯相 对更 有 利。假 设外包混凝 土与 内部 的钢截 面侧移 相 同，即外 包 混 凝 土和钢柱在侧 向弯 曲时具 有相 同 的弯 曲曲率。此时 ，即
柱脚 的内力传递 和恢 复力 特性 有重要 的作 用。 因此 应该 使 得包脚高度足够 ， 混凝土的保护层也 要足够满 足纵筋 的可靠 锚固， 在顶部 纵筋要做成弯钩状 ， 下弯不得小于 １ ５ ０ ｍ ｍ。
钢柱外包式柱脚抗震设计问题
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ： Ｔｈｅ ｃ ｏ ｌ ｕ ｍｎ ｂ ａ ｓ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏｒ ｔ ａ ｎｔ ｎｏ ｄｅ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｕ ｐｐ ｅ ｒ ｐａ ｒ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎｄ
ＳＥＭ Ｉ ． ＥＭ ＢＥＤＤＥＤ Ｓ ＴＥＥＬ ＣｏＬＵＭ Ｎ ＢＡ Ｓ Ｅ ＤＥＳＩ ＧＮ Ｉ ＳＳ ＵＥ ＵＮ ＤＥＲ Ｓ ＥＩ ＳＭ Ｉ Ｃ ＣＯＮＤ Ｉ ＴＩ Ｏ Ｎ
Ｃａｉ Ｑｉ ａ ｎ Ｓ ｈ ｕ ｉ Ｐ ｅ ｉ ｊ ｕ ｎ
（ Ｃｈ ｉ ｎａ Ｈｕａ ｎ ｑ ｉ ｕ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｎｇ ＆ Ｅｎ ｇｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，Ｓｈ ａ ｎ ｇｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ３ ２，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ（ ＧＢ ５ ０ ０ １ １ —２ ０ １ ０ ）ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｕ ｌ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｉ ｓ
外露式刚接柱脚计算书
外露式刚接柱脚计算书项目名称____xxx_____ 日期_____________设计_____________ 校对_____________一、柱脚示意图二、基本参数1．依据规范《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102:2002) 2．柱截面参数柱截面高度h b =500mm柱翼缘宽度b f =500mm柱翼缘厚度t f =14mm柱腹板厚度t w =14mm3．荷载值柱底弯矩M=350mkN柱底轴力N=500kN柱底剪力V=50kN4．材料信息混凝土C25柱脚钢材Q235-B锚栓Q2355．柱脚几何特性底板尺寸 a ＝75mm c ＝100mm b t ＝85mm l t ＝75mm柱脚底板长度 L =800mm柱脚底板宽度 B =800mm柱脚底板厚度 t =30mm锚栓直径 d =39mm柱腹板与底板的焊脚高度 h f1 =10mm加劲肋高度 h s =210mm加劲肋厚度 t s =10mm加劲肋与柱腹板和底板的焊脚高度 h f2 =10mm三、计算过程1. 基础混凝土承压计算（1） 底板受力偏心类型的判别36t l L +=800/6+75/3=158.333mm 偏心距 NM e ==350×1000/500=700mm 根据偏心距e 判别式得到：abs(e)>(L/6+lt/3) 底板计算应对压区和拉区分别计算（2） 基础混凝土最大压应力和锚栓拉力a. 6/0L e ≤<锚栓拉力 0a =T)/61(max L e LBN +=σ b.)3/6/(6/t l L e L +≤<锚栓拉力 0a =T)2/(32max e L B N -=σ c. )3/6/(t l L e +>若d <60mm 则：2max 6LB M L B N ⋅⋅+⋅=σ 2min 6L B M L B N ⋅⋅-⋅=σ 柱脚底板的受压区长度 x n ＝m inm ax m ax σσσ-⋅L 若mm 60≥d 则：解下列方程式得到柱脚底板的受压区长度x n ：0))(2/(6)2/(3n t t a e 2n 3n =---+--+x l L l L e BnA x L e x 其中，A e a 为受拉区锚栓的有效面积之和，n =E s /E c 。
外包柱脚塑性抗弯承载力计算分析
ＡＢ ＴＲＡＣ Ｓ Ｔ：Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｈ ｅ － ｍｂ ｄ ｅ ｏ ｎ ｃ ｉｎ ａ ｏ ｃ ｅ ｅ ｉ ｆｌ ｄ ｒ ｃ ａ ｇ ｌ ｒ ｓｅ ｌｔ ｂ ｏ ｕ ｌ ｅ ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｆｔ ｅ ｓ ｍｉ ｅ ｅ ｄ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｔ ｃ ｎ ｒ ｔ －ｎ ｉ ｅ ｅ ｔ ｎ ｕ ａ ｔ ｅ ｕ ｅ ｃ ｌ ｎ ｎ ｌ
ｔ ａ ｅ ｃ ｄｅ （ ｈｅ ｓ ｍ ｏ ＧＢ ５ ０１１— ２ ０）， ｔ ｃ ｌｕｌｔｎ ｍ ｅ ｈｏｄ ０ ０１ ｈｅ ａｃ ａ ｉ ｇ ｔ ｏｆ ｔ ｅ ｌｉ ａ ｅ ｏ ｉ ｇ ａ ａｃｔ ｏ ｔ ｅ ｏｎｎ ｃ ｉｎｓ ｈ ｕ ｔｍ ｔ ｌａｄ ｎ ｃ ｐ ｉｙ ｆ ｈ ｃ ｅ ｔｏ
（ 以下简称 “ 抗规 ” 的 要 求 ， 比新 旧抗 规 下 的 计 新 ） 对
技术 规程 》 （ 以下 简称“ 高钢规 ” 中的相关 方 法 ， ） 但
对 于抗震 设计 时 ，高钢 规” “ 以及 “ 旧抗规 ” 均未 作 明 确规 定 ，０ ０年 出版并 实施 的“ ２１ 新抗 规 ” 出 了相 关 做
３ ２ 新抗规 要 求 ． ２１ ０ ０年 出版 的 “ 抗 规 ” 明 确 规 定 柱 脚 与 基 新 中
层结 构 ， 其结 构有一 层或 一层 以上 的地下 室时 ， 倾 抗
覆 力矩 大部分 也 可 由首 层楼板 和 负一层楼 板组 成 的
力 矩承 受 ； 三 ， 第 当高层 结构地 下 室不少 于两层 或多
Ｍ ≥ Ｍ （） ２
２０ ０ ２年前 后 出版 的 一 系 列 规 范 基 本 未 对 柱 脚
式中： Ｍ。 为考 虑轴力 影 响时钢管 混凝 土柱柱 身 的全 塑性 受弯 承载能 力 ； 为外包 混凝 土受拉 主筋 屈 服 Ｍ
外包式柱脚计算
γ = 1.67 钢筋规格 HRB335
保护层厚度c(mm)= 40 保护层+纵筋+箍筋δ (mm)= 77 包脚有效高度h0(mm)
fy(N/mm2)= 300
纵筋直径 A1(mm2) 箍筋直径 A2(mm2) 箍筋肢数nv 箍筋间距s 25
h0=h'-2*c= 846
490.8739 翼缘处混凝土有效宽度be=b'-b= 550 12 113.0973 6 100
Vcs>Vb,箍筋满足
注：只有红色文字可以改动；灰色区域为结果输出
c v
hc(mm) =h-t = 632 栓钉规格∅ 22 A(mm2)= 380.1327 栓钉受拉设计值 f(N/mm2) 215 h'(mm) 1000
包脚尺寸h'﹡b'*H
Ncv<0.43*A*√(Ec*fc) = 107.0613 (kN) N v<0.7*A*γ *f = 95.54065 (kN)
c
b'(mm) 1000
H(mm) 600
栓钉抗拉与屈服强度之比
栓钉数目n >Nf/Nc v = 5.134006 包脚底部弯矩Mb Mb=M+V*H= = 361.342 (kN•m) 纵向钢筋计算面积As As > Mb/(fy*h0) > 1423.727 mm2 As > 0.2%*h'*b' > 2000 mm2
外包式柱脚计算
柱底内力 M（kN•m) 310 N(kN) 400 V(kN） 85.57 C30混凝土 Ec(N/mm2) fc(N/mm2) 30000 14.3 h(mm) 650
柱截面尺寸h﹡b﹡tw﹡t
浅谈钢管混凝土框架外包式柱脚设计
—
软件对结构进行整体分析 ，读出钢管混凝 土柱底设计 内力 ， 作用于柱脚处 的弯矩 Ｍ ＝１ ７ ０ ０ ｋ Ｎ・ ｍ，轴力 Ｎ＝ ２ ４ ３ ０ ０ ｋ Ｎ， 剪力 Ｖ＝ ２ １ ５ ０ ｋ Ｎ，对其外包式柱脚进行结构设计 。
李 拨
（ 成都建 筑 材料工 业设计 研究 院有 限公 司 ，四川 成都
摘 要 ：结 合 内蒙 古鸟 兰察 布 市 某窑 尾 框 架 。采 用
６ １ ０ ０ ２ １ ）
悬挑部分如果不加加劲板 ，悬 挑端部 的最大弯矩 。
Ｍｉ ＝０ ． ５ １ ＝０ ． ５ Ｘ １ ７ ． ７ ６ ３ ｘ２ ０ ０ ＝３ ５ ５ ２ ６ ０ Ｎ・ ｍｍ
Ｓ Ａ Ｔ ＷＥ软件进行 结构整体 分析计算 ，读 出柱底 内力 ，并通 过对 外包式柱 脚进行 计算 ，无 论是在施 工过 程 中，还是 施 工完成后 ，都满足承载力要 求。
关 键 词 ：钢 管 混 凝 土 ；外 包式 柱脚 ；Ｓ Ａ Ｔ ＷＥ软 件
此时柱脚底板需要的厚度为 ：
ｔ 。 ｂ ＝， ／ ６ Ｍｉ ／ ｆ ＝， ／ ６ Ｘ ３ ５ ５ ２ ６ ０ ／ ２ ５ ０＝ ９ ２ ． ３ ｍ ｍ
０ ． ０ ７ ７ ５ ３ Ｘ１ ７ ． ７ ６ ３ Ｘ３ ２ ２ ＝１ ４ ２ ７ ９ ０ Ｎ． ｍｍ
ｔ ｂ＝ ６ Ｍｉ ／ ｆ ＝， ／ ６ Ｘ １ ４ ２ ７ ９ ０ ／ ２ ５ ０ ＝５ ８ ． ５ ４ ｍｍ
３ 钢 柱底 板计算
根据规范构造要 求 ，外包 式柱脚 中，钢筋 混凝 土 的包 脚高度 ＨＲ 。 ≥３ ． ０ ｈ ｃ＝ ． ３ ． ０×９ ２ ０＝ ２ ７ ６ ０ ｍ ｍ，设计 中取 整值 Ｈ ＝３ ０ ０ ０ ｍ ｍ，外 包 式 柱 脚 底 板 为 采 用 圆 板 ，悬 挑 长 度
钢结构刚性固定柱脚的3个方法
钢结构刚性固定柱脚的3个方法一、钢柱柱脚形式的分类（1）刚性固定柱脚：1）埋入式柱脚；2）外包式柱脚；3）插入式柱脚。
（2）铰接柱脚：外露式柱脚。
二、埋入式柱脚1、基本概念埋入式柱脚是指将钢柱底端直接埋入混凝土基础筏板、地基梁或地下室墙体内的一种刚性连接的柱脚。
其特点是埋入相对自身绝对刚性的基础中而形成刚性固定柱脚节点。
这种柱脚构造可靠，常用于高层钢结构框架柱的柱脚。
2、埋入式柱脚的受力特点（1）柱的轴向压力N，由钢柱的柱脚底板直接传递给钢筋混凝土基础；柱的轴向拉力，则是通过柱脚底板悬出部分将其上部混凝土的反向压力传递给基础，或经由锚栓（底脚螺栓）直接传给基础。
（2）柱的弯矩M有2种传递方式：1）均由H形钢柱翼缘上的抗剪圆柱头焊钉传递给基础，在实际工程设计中大多采用该方法；2）依靠钢筋混凝土对钢柱翼缘的侧向承压力所产生的抵抗拒来传递给基础。
（3）柱脚顶部的水平剪力V由钢柱翼缘与基础混凝土侧向承压力来传递。
（4）钢柱翼缘与基础混凝土在侧向承压应力状态下，由于钢柱翼缘与混凝土摩擦而产生的抵抗力，设计时不考虑。
（5）钢柱翼缘与基础混凝土之间的粘结作用设计时不考虑。
（6）在确定埋入钢柱周边对称配置的垂直纵向钢筋面积时，不考虑由钢柱承担的弯矩。
3、埋入式柱脚一般构造要求及部分细部设计计算（1）埋入式柱脚的钢柱埋入基础的深度一般可以在以下范围内采用（h c为钢柱截面的高度或管径）：1）轻型工字钢截面柱：H=（2.0~2.5）h c；2）圆管形截面柱和箱形截面钢柱：H=（2.5~3.0）h c。
（2）埋入式柱脚，在钢柱埋入部分的顶部，应设置水平加劲肋或横隔板；对H形截面柱，其水平加劲肋外伸宽度的宽厚比应不大于9（235/f ay）½，对于箱型截面柱，其内部横隔板的宽厚比应不大于30（235/f ay）½。
（3）埋入式柱脚在钢柱的埋入部分，应设置圆柱头抗剪栓钉，栓钉的数量和布置，应按计算要求确定。
钢结构外包式柱脚计算
Vcs>Vb,箍筋满足
注：只有红色文字可以改动；灰色区域为结果输出
490.8739 翼缘处混凝土有效宽度be=b'-b= 500 12 113.0973 6 100
纵筋根数n>As/A1= 8.329046 包脚底部剪力Vb Vb> Mb/(H-c)= 717.1582 kN 包脚受剪承载力Ncs 1）Ncs(kN)=0.07*b'*h0*fc + 0.5*fy*A2*nv*h0/s= 2428.347 2）Ncs(kN)=0.14*be*h0*fc + fy*A2*nv*h0/s= 3480.118 取小值Ncs(kN)= 2428.347
γ = 1.67 钢筋规格 HRB335
保护层厚度c(mm)= 40 保护层+纵筋+箍筋δ (mm)= 77 包脚有效直径 A1(mm2) 箍筋直径 A2(mm2) 箍筋肢数nv 箍筋间距s 25
h0=h'-2*c= 1146
纵向钢筋计算面积As As > Mb/(fy*h0) > 4088.511 mm2 As > 0.2%*h'*b' > 2860 mm2
c
hc(mm) =h-t = 764 栓钉规格∅ 22
2 A(mm )= 380.1327
栓钉受拉设计值 f(N/mm2) 215 h'(mm) 1300
包脚尺寸h'﹡b'*H
b'(mm) 1100
H(mm) 2000
栓钉抗拉与屈服强度之比
栓钉数目n >Nf/Ncv= 16.91243 包脚底部弯矩Mb Mb=M+V*H= = 1405.63 (kN•m)
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柱底内力 M（kN•m) 1234.49 N(kN) 365.76 V(kN） 85.57 C30混凝土 Ec(N/mm2) fc(N/mm2) 30000 14.3 h(mm) 800
柱截面尺寸h﹡b﹡tw﹡t
b(mm) 600
tw(mm) 16
t(mm) 36
M作用下钢柱一侧翼缘轴力Nf Nf=M/hc= 1615.825 (kN) 栓钉受剪承载力Ncv N v<0.43*A*√(Ec*fc) = 107.0613 (kN) Ncv<0.7*A*γ *f = 95.54065 (kN)
γ = 1.67 钢筋规格 HRB335
保护层厚度c(mm)= 40 保护层+纵筋+箍筋δ (mm)= 77 包脚有效高度h0(mm)
fy(N/mm2)= 300
纵筋直径 A1(mms 25
h0=h'-2*c= 1146
纵向钢筋计算面积As As > Mb/(fy*h0) > 4088.511 mm2 As > 0.2%*h'*b' > 2860 mm2
c
hc(mm) =h-t = 764 栓钉规格∅ 22
2 A(mm )= 380.1327
栓钉受拉设计值 f(N/mm2) 215 h'(mm) 1300
包脚尺寸h'﹡b'*H
b'(mm) 1100
H(mm) 2000
栓钉抗拉与屈服强度之比
栓钉数目n >Nf/Ncv= 16.91243 包脚底部弯矩Mb Mb=M+V*H= = 1405.63 (kN•m)
Vcs>Vb,箍筋满足
注：只有红色文字可以改动；灰色区域为结果输出
490.8739 翼缘处混凝土有效宽度be=b'-b= 500 12 113.0973 6 100
纵筋根数n>As/A1= 8.329046 包脚底部剪力Vb Vb> Mb/(H-c)= 717.1582 kN 包脚受剪承载力Ncs 1）Ncs(kN)=0.07*b'*h0*fc + 0.5*fy*A2*nv*h0/s= 2428.347 2）Ncs(kN)=0.14*be*h0*fc + fy*A2*nv*h0/s= 3480.118 取小值Ncs(kN)= 2428.347