二手钢结构埋入式柱脚的计算方法和构造要求

预埋柱脚估算公式

预埋柱脚的设计应符合下列要求：

1 柱脚轴压由柱背板直接传给基础。 柱背板下混凝土的局部承压应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》验算，承载面积为底板面积。

2 抗震设计中，应根据预埋钢柱的侧向挠度分布校核基础顶部可能出现塑性铰的柱脚（图8.6.4-1）。 横向弯曲极限承载力。 预埋柱脚的极限抗弯承载力不应大于钢柱的全塑性抗弯承载力； 极限受弯承载力对应的弯矩不应小于钢柱的全塑性抗剪承载力，并应按下式验算：

式中：Mu——柱脚预埋件的极限抗弯承载力（N·mm）；

Mpc——考虑轴力影响的钢柱截面的全塑性抗弯承载力(N·mm)，按本规程8.1.5的规定估算；

l——基础顶面至钢柱拐点的距离（mm），可取柱脚所在层高的2/3；

bc——柱垂直于剪力方向的长度，H型截面柱取当量厚度（mm）；

hB——钢柱脚埋入深度（mm）；

fck——基础混凝土抗压硬度标准值（N/mm2）；

α——耦合系数，按本规程表8.1.3的规定采用。

图8.6.4-1 预埋柱基混凝土横向挠度分布

3 采用箱形柱、圆管柱时，预埋柱脚结构应符合下列要求：

1) 对于截面宽厚比或径厚比较大的箱形柱和圆形管柱,应采取措施防止预埋件在混凝土的侧压作用下被压坏。 一种常用的技术是填充混凝土（图8.6.4-2b）； 或在基础顶面附近设置内层或外层搁板（图8.6.4-2c、d）。

2）货架的长度应按估算确定，外层货架的悬挑不应大于立柱周长（或内径）的1/10。 对于有拔出要求的埋地柱脚，可在埋地部分设置拱圈（图8.6.4-2a）。

图8.6.4-2 预埋柱脚压拔结构

1-浇注孔； 2-基础顶面

4 抗震设计中，基础顶部钢柱可能出现塑性铰，埋入混凝土基础部分的边（角）柱上下部分需用U型钢筋加固, 可按以下公式查算 U 形柱数：

1) 当柱脚受到由外向外作用的弯矩时(图8.6.4-3a)：

2) 当柱脚受到由内向内作用的弯矩时(图8.6.4-3b)：

式中： Mu——柱脚预埋件U形加强筋提供的横向极限弯曲承载力（N·mm），可取Mpc；

Ty——U型筋的抗拉承载力（N/mm2），Ty=Atfyk二手钢结构，At为U型筋截面积（mm2）之和，fyk为硬度标准值U 形钢筋的(N/mm2) mm2);

fck——基础混凝土抗压硬度标准值（N/mm2）；

a——U形钢筋受力点至基础上表面或柱底板下表面的距离（mm）（图8.6.4-3）；

l——基础顶面至钢柱拐点的高度（mm），可取柱脚所在层高的2/3；

hB——钢柱脚埋入深度（mm）；

bc——垂直于剪力方向的柱规格(mm)。

图8.6.4-3 预埋钢柱脚部U型钢筋估算图

在估算预制构件拼接和柱脚时，预制构件的抗弯承载力应考虑轴力的影响。 预制构件的全塑性抗弯承载力Mp，按下列规定用Mpc代替：

1 一对H型、箱型预制构件应符合下列要求：

式中：N——构件轴力设计值(N)；

Ny——构件的轴向屈服承载力（N）；

A——H形或盒形预制构件的横截面积（mm2）；

Aw——杆件拱环横截面积（mm2）；

fy——该构件主梁钢的屈服硬度（N/mm2）

公式反演

根据高钢规范8.6.4-3，影响柱脚预埋件极限抗弯承载力Mu的因素有几个。

(1) 柱脚外混凝土等级 (2) 柱脚钢架长度 (3) 柱脚钢架埋入深度。 (4)柱脚所在楼层的高度。

对于确定钢柱截面规格的情况，基本确定了（1）、（2）、（4）三个条件。 根据高钢标尺8.6.4-3，可反推柱脚钢架埋入深度估算值

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

由式可知：（1）提高柱脚外部混凝土等级，增加柱脚埋入深度； (2)减少柱脚钢架长度，增加柱脚埋入深度。

可见，推断的埋深通常大于结构要求的埋深。 埋地柱脚的抗震性能校核计算通常比较容易满足，也就是说一般不需要估算钢柱的极限抗弯能力。

柱脚纵筋及筏板布置

在《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015中，对埋地柱脚下的纵筋估算没有要求。

在国家标准图集《多高层民用建筑钢结构详细结构图》中，对于预埋式柱脚，柱脚处主筋的布置要求通过估算设计值来确定。柱脚顶部的挠度。 具体估算方法可参考李兴荣等编写的《钢结构节点设计导则》（第四版）第8-117条。 拉力侧和压力侧对称布置。

为保证预埋钢柱与钢筋混凝土基础或基础梁的整体性，钢柱预埋处的弯矩应满足下列要求：

(1) 预埋钢柱四周布置的竖向横向主筋应按第8-117条的要求确定，并应满足最低含钢量(≥0.2%)的要求，其弯矩不应超过大于4φ22，下端应设挂钩； 竖向横向主筋的锚固宽度la（钢柱掌板底面以下部分的埋入深度）不应大于35d（d钢筋半径）； 当竖向横向主筋中距小于200mm时，宜增设一根半径为φ6的竖向横向立筋； 埋地底部不应布置不超过3φ12@50的加强法兰； 通常法兰是d10@100。

(2) 预埋钢柱处，基础梁主筋必须固定在钢柱两侧和竖向横向主筋上，并在该处设置3φ12@50钢筋腹杆基础梁主筋在水平方向的弯曲膨胀。

(3) 在山墙内或必要时在预埋钢柱外围，如有潮汐流，宜设置单层竖向横向主筋和组合腹板。

工字钢两侧混凝土保护层

《组合结构设计规范》-2016第6.5.8条工字钢混凝土柱预埋柱脚，工字钢底板长度不应大于工字钢底板长度柱脚的异型钢腹板，不应大于25mm。

6.5.9 工字钢混凝土柱预埋柱脚，预埋范围内及上层工字钢腹板和纵梁应设置拱圈，拱圈半径不宜大于大于 19mm。 水平和垂直宽度不应小于200mm，拱圈距工字钢腹板边缘的距离不应大于50mm二手钢结构，且不应小于100mm。

6.5.10 工字钢混凝土柱预埋柱脚,中心柱工字钢两侧插入基础的混凝土保护层最小长度不应大于180mm,边柱和女儿墙 250mm（图 6.5.10）。

图 6.5.10 预埋柱基础混凝土保护层宽度

JGJ99-2015高层民用建筑钢结构技术规范第8.6.1条：

3 钢柱预埋柱脚应将柱脚预埋在混凝土基础中(图8.6.1-1c)。 H型截面柱的埋深深度不应大于柱截面长边的2.5倍，圆管柱的埋深不应大于柱径的3倍； 钢柱掌板宜设预埋件与上部混凝土连接。 钢柱预埋件侧面混凝土保护层宽度要求（图8.6.1-2a）：C1不应大于钢柱受弯方向截面高度的一半，且不宜超过大于250mm，C2不应大于钢柱在弯曲方向截面高度的2/3，且不大于400mm。

钢柱预埋部分的四个角宜设置竖向钢筋，四周应布置钢筋。 法兰半径不应大于10mm，宽度不应小于250mm； 屋面顶部宜安装U型钢筋（图8.6.1-2b），U型钢筋开口应向内； U型钢筋的锚固宽度应从钢柱外侧算起，锚固宽度(la，laE)应符合现行国家标准《混凝土设计规范》的有关规定结构”确定。 预埋件的柱面宜设纵梁。

图8.6.1-2 预埋柱脚的其他结构要求

1-U型加强筋（两根）

在混凝土基础的底部，钢柱应设置水平支腿肋。 当箱形柱的蒙皮宽厚比小于30时，预埋件底部宜设搁板； 箱形柱的预埋部分也可填筑混凝土，当混凝土填筑至基础底部以上1倍箱形截面时，高度较高时，埋设部分底部可不设一个架子。