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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造要求，歸納了外露式柱腳的計算原理，并給出了外露式柱腳的應用局限性。
[關鍵詞]外露式柱腳 鉸接 剛接
引言
鋼結構柱腳是連接上部結構與基礎的重要部分，對整個結構的安全及造價有重大影響。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，其構造簡單，施工方便，在實際工程中有廣泛應用。
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。由于底板與混凝土之間不能受拉，當底板出現拉力時，由嵌固在基礎中的錨栓來承擔。
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由柱腳底板與其下部的混凝土的摩擦力來抵抗。當剪力過大時，應考慮設計剪力鍵來分擔。
鉸接柱腳僅傳遞軸力和剪力，不傳遞彎矩，彎矩僅出現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，通過混凝土的承壓來抵抗，而由彎矩產生的拉力則通過錨栓的受拉來抵抗。
2.外露式柱腳的構造要求?
2.1 柱腳底板
混凝土強度遠遠低于鋼材，因而必須在鋼柱柱腳處設置一塊較大的鋼底板，來增加基礎的受力面積，使得基礎頂面的壓應力不大于混凝土的抗壓強度設計值。底板的厚度對于鉸接柱腳不宜小于20mm，剛接不宜小于30mm，且均不應小于鋼柱翼緣厚度。底板的尺寸及厚度均應通過計算確定。
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其與鋼柱板件的厚度和底板厚度相協調的原則來確定，一般不宜小于20 mm，數量一般根據底板的面積和構造的要求確定。當出現上拔力時，鉸接柱腳的錨栓應通過計算確定。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量應由計算確定，直徑不應小于24mm。
為便于安裝與調整，底板上的螺栓孔應比栓桿直徑大0.2～0.5倍，錨栓錨固長度不應小于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，應設置錨栓螺母墊板，并采用雙螺母緊固。
鉸接柱腳不承受彎矩，錨栓設在翼緣內側；剛接柱腳錨栓設在翼緣外側，通常多于4個。
3.外露式柱腳的計算?
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混凝土軸心抗壓強度的設計值。
3.2 底板厚度的確定
在計算底板厚度時，假定底板的懸挑部分類似于固定在柱周邊的懸臂構件，其所受荷載為均布荷載。
當柱腳底板下混凝土基礎的反力較大時，為避免底板厚度過厚，可采取設置加勁肋的處理方法，將底板分為區格，分別計算各區格內的底板。
3.3 柱腳底板與鋼柱間連接焊縫計算
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行計算，此處的計算應按《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）進行設計。焊縫傳遞全部荷載，但考慮到現階段鋼材加工的實際情況，如果能夠銑平頂緊，應考慮承壓傳力的作用，此時焊縫承受的柱壓力應考慮折減。在實際工程中，一般考慮焊縫僅需承受25%的柱壓力，即此處可折減75%，計算中焊縫滿足柱腳內力的25%可認為焊縫設計是安全的[1]。
3.4 錨栓的確定
當有上拔力出現時，錨栓的數量應根據上拔力確定。
3.5 柱腳的抗剪計算
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由柱腳底板與其下部的混凝土的摩擦力來抵抗，摩擦系數控制在0.4，即如果0.4倍的軸力大于水平剪力，可不設置剪力鍵。否則，應考慮設置剪力鍵。
抗剪連接件設置方向應保證鋼板面與剪力方向垂直，同時抗剪連接件應有足夠的剛度（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。上述驗算應按兩個方向分別進行。
結論
外露式柱腳設計理論較為成熟，應用較為廣泛，設計人員應在設計時合理選擇鉸接還是剛接，按相應理論進行計算，并滿足構造要求。對于剛接柱腳，規范中明確規定，只有7度及以下的地區且高度不超過50m的情況下才可以采用外露式柱腳，設計時應特別注意。
參考文獻?
[1]柳瑋濤 林娜.火力發電廠鋼結構主廠房柱腳設計淺談[N]. 武漢大學學報，2004.9：56-57.
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