柱腳的案例
鋼結構工程中外露式柱腳常見做法及有關規定
本文轉載自公眾號結構鑒定
01
概述
柱腳是鋼結構建構筑物中的重要節點之一，通過其承上啟下的作用可將柱與基礎有效地連接在一起，以確保上部結構承受各種外力作用，而后轉換成柱腳部位的軸力、彎矩和剪力并傳遞給基礎。鋼結構建構筑物采用的柱腳類型按其位置分為外露式、外包式、埋入式和插入式四種；按其受力情況又可分為鉸接柱腳和剛接柱腳兩類。其中埋入式、插入式或外包式柱腳三種類型在結構設計中通常假定為剛接柱腳，而外露式柱腳根據需要即能設計成剛接柱腳，也能設計成鉸接柱腳。外露式柱腳具有設置靈活、施工方便、直觀、便于維護等特點，是鋼結構建構筑物中廣泛采用的一種柱腳形式。本文將對鋼結構工程中外露式柱腳常見做法及標準規范對其相關要求、檢測鑒定工程中注意事項做個簡要描述。
02
常見的外露式鋼結構柱腳案例
在現場檢測工作與日常生活中，我們會經常遇見外觀形態各異的外露式柱腳，比如工業建筑物廠房柱、構筑物支架柱的柱腳，或交通桿、路燈桿、移動信號塔、廣告牌等民用設施的柱腳，其外觀如表1中照片所示。通過這些外露式鋼結構柱腳的外觀照片可以看出，其共性特點是：地表部分都具有底板、錨栓（螺栓），部分具有加勁肋、或靴梁（加勁肋、隔板）。此外相關鋼結構設計手冊分別基于剛接柱腳、鉸接柱腳兩種類型給出了外露式柱腳做法相應圖例。
展開 鋼柱可以直接插入預制基礎了！
這里列舉一二：
1、插入式柱腳
鋼柱可以直接插入預制的混凝土杯口基礎，然后用二次澆灌層固定，也就是插入式柱腳。插入式柱腳是指鋼柱直接插入己澆筑好的杯口內，經校準后用細石混凝土澆灌至基礎頂面，使鋼柱與基礎剛性連接。柱腳的作用是將鋼柱下端的內力(軸力、彎矩、剪力)通過二次澆灌的細石混凝土傳給基礎，其作用力的傳遞機理與埋入式柱腳基本相同。鋼柱下部的彎矩和剪力，主要是通過二次澆灌層細石混凝土對鋼柱翼緣的側向壓力所產生的彎矩來平衡，軸向力由二次澆灌層的粘結力和柱底反力承受。
2、法蘭板要設置加勁肋。
沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板(法蘭板)，宜設置加勁肋。為啥呢？ 因為撬力很難精確計算，故沿桿軸方向受拉的螺栓(鉚釘)連接中的端板(法蘭板)，應采取構造措施(如設置加勁肋等)適當增強其剛度，以免有時撬力過大影響緊固件的安全。法蘭板是啥？看圖：
3、塞焊縫和槽焊縫
原規范中對圓形塞焊焊縫、圓孔或槽孔內角焊縫沒有作出規定，考慮工程中已有較多應用，因此這次標準將圓形塞焊焊縫、圓孔或槽孔內角焊縫列入標準，且只能用于抗剪和防止板件屈曲的約束連接。那啥是塞焊縫和槽焊縫呢？看圖：
4、螺栓不能與焊接共同受力
同一連接部位中不得采用普通螺栓或承壓型高強度螺栓與焊接共用的連接；在改、擴建工程中作為加固補強措施，可采用摩擦型高強度螺栓與焊接承受同一作用力的栓焊并用連接。
普通螺栓連接受力狀態下容易產生較大變形，而焊接連接剛度大，兩者難以協同工作，在同一連接接頭中不得考慮普通螺栓和焊接的共同工作受力；同樣，承壓型高強度螺栓連接與焊縫變形不協調，難以共同工作；而摩擦型高強度螺栓連接剛度大，受靜力荷載作用可考慮與焊縫協同工作，但僅限于在鋼結構加固補強中采用栓焊并用連接。
展開 高強度螺栓一定比普通螺栓強度高？
柱腳錨栓
15. 錨栓沒有等級，只有材料之分：Q235和Q345。建筑結構上用錨栓最多的就是柱腳錨栓。
16.柱腳錨栓既不屬于普通螺栓也不屬于高強度螺栓。嚴格來說，它不屬于螺栓。柱腳錨栓一般采用M20或M24。
17. 柱腳錨栓的制造標準應該同普通螺栓的制造標準。柱腳錨栓埋入的長度應該與其與混凝土之間的摩擦力，還有就是錨栓的形式有關。
膨脹螺栓和化學螺栓
18. 不管是膨脹錨栓還是化學錨栓，均非國標規范中的連接形式，應避免使用這類連接，尤其是重要的連接中。均應采用事先預埋件。
19. 膨脹錨栓主要靠膨脹管的張開與砼產生摩擦力來抗拔的。抗拔力的大小與施工工藝關系較大，人為因素較大，抽檢做抗拉實驗也沒用。
20. 化學錨栓是采用打孔機打孔成型，然后灌入化學漿料，將栓桿放入，以成錨固作用。
21. 膨脹螺栓和化學螺栓，其實都屬于錨栓性質。在某些情況下，因為沒有事先預埋，就需要用到膨脹螺栓或化學錨栓了。但這種情形應該在設計中努力避免。因為錨栓都應該預埋。例如柱腳錨栓。因為只有這樣，才能保證最佳的粘接和受力。而且事后打孔，常常會對砼中的受力鋼筋以及砼本身造成損傷。
22. 砼規范中，對于預埋在混凝土中的構件，都稱之為預埋件。根據建設部文件，膨脹螺栓不得用于幕墻。一般新建工程，嚴禁采用膨脹錨栓，都應該采用預埋。
展開 探索 ABAQUS 在土木工程中的應用
</p><p>? 復雜鑄鋼節點及柱腳：大跨空間結構中，柱腳節點受力復雜關鍵。由于缺乏力學性能分析和承載力校核依據，ABAQUS 對其進行有限元分析意義重大。通常先在 AutoCAD 建模再導入 ABAQUS，某復雜柱腳分析結果對結構設計指導作用明顯。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202412/2d2363a8a774df596baa62a9d5413d9d.png"></p><p>圖1 圓鋼管混凝土在純扭受力狀態下的截面剪應力分布</p><p>2、建筑結構動力彈塑性分析：復雜建筑結構和罕遇地震下結構動力彈塑性分析離不開有限元軟件，ABAQUS 為此提供了重要參考。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202412/f506b9e4dc5b3e09f2890fb8fca2178c.png"></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202412/006ce2996f1c4b5d316adb353cb2b536.png"></p><p>圖2 典型型鋼混凝土梁模型和應力、應變分布</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202412/3abb318d0335cbc28a3063dc23526e93.png"></p><p>圖3 某復雜柱腳的計算結果</p><p>3、 ABAQUS 在橋梁工程中的應用實例</p><p>鋼腹桿 - 混凝土組合橋梁：社會發展促使橋梁結構向 “輕質、高強、長跨、環保、美觀” 邁進，鋼腹桿 - PC 組合梁應運而生。常用橋梁軟件難以分析此新型橋梁，ABAQUS 則可對其建模并得出典型算例的前兩階振型模態。
展開 
沉沒中的關西機場
柱腳的頂升系統
用千斤頂將柱腳抬起，安裝墊片調平
頂升系統是在航站樓地下一層實施的，在柱腳設置千斤頂，可以根據監測的沉降數據，將各個柱子的標高重新調平和抬高。
在關西機場建造之初，人們可能并沒有考慮到全球氣候變暖的影響。聯合國政府間氣候變化專門委員會曾預計，到2100年海面可能會上升18～59cm，甚至更多。這對關西國際機場無疑是雪上加霜。工程師們為了延續這座機場的生命、延緩它的沉沒，仍在不斷努力中……
參考文獻：
1.日本關西機場或將沉入大海,大連海事大學王諾教授，
2.日本結構技術典型實例100選,日本建筑構造技術者協會編,滕征本等譯
3. 本文圖片均來源于網絡，版權屬于原作者或網站
展開 組合結構設計規范JGJ 138-2016
.…·…............... 59
6.5 柱腳設計及構造.......................…..................……. 62
6. 6 梁柱節點計算及構造........….........……·…............... 69
7 矩形鋼管混凝土框架柱和轉換柱….............................. 80
7.1 一般規定 ...................................…................... 80
7.2 承載力計算.......................……........…................. 81
7. 3 構造措施 …........……....................................…. 88
7. 4 柱腳設計及構造………..............…......................... 89
7. 5 梁柱節點計算及構造…........…...........................…. 94
8 圓形鋼管混凝土框架柱和轉換柱.........….................. 101
8. 1 一般規定.......................…........................……. 101
8. 2 承載力計算........…........................................... 101
8.3 構造措施........…........…................…….........…. 107
8. 4 柱腳設計及構造 .................….........…·…........…. 107
8.5
展開 如何防止鋼結構廠房基礎下沉
對于高度不高且不帶吊車的門式剛架鋼結構廠房 ：柱腳與基礎的連接通常按鉸接設計 。基礎頂面僅受由上部結構產生的豎向壓力及風荷載產生的水平力 。水平風荷載產生的基礎底面附加偏心彎矩較小 , 基礎設計相對簡單 。
對高度較高且帶有橋式吊車的門式剛架鋼結構廠房及鋼排架結構廠房 ：尤其是當吊車噸位較大 ( 單跨兩臺 20t 吊車或更大) 時 , 為了有效提高結構的抗側移剛度以控制橫向位移 , 柱腳通常設計為橫向剛接 、縱向鉸接 。廠房所受縱向水平荷載通過柱間支撐傳至基礎頂面 。而在橫向 , 因為鋼結構自重輕 , 結構自振周期長 , 水平地震作用相對較小 ,起控制作用的橫向水平荷載通常為吊車水平制動荷載加風公式 , 兩桿軸力可以不相等 。 公式以彈性穩定理論為依據 ,適用于兩桿長度相同 、 截面也相同的交叉斜桿 。
1) 相交另一桿受壓 , 兩桿截面相同并在交叉點均不中斷 , 則 :
式中：
2) 相交另一桿受壓 , 此另一桿在交叉點中斷但以節點板搭接 , 則 :
3) 相交另一桿受拉 , 兩桿截面相同并在交叉點均不中斷 , 則 :
4) 相交另一桿受拉 , 此拉桿在交叉點中斷但以節點板搭接 , 則 :
新規范和舊規范計算長度系數對比見表 1 。
由表可見 ,舊規范有時偏于保守 , 有時又不太 安全 。
展開 某門式剛架結構設計實例
4．柱腳及梁柱的鉸接與剛接設置：
由于本項目檐高較低，且沒有行車，故柱腳均可按鉸接處理，對于中柱，采取搖擺柱，即柱與梁連接采用鉸接的模式。計算簡圖見圖3-26。
（三）荷載計算
1．恒載計算：
作用在屋面梁上的恒載有：
0.5mm厚壓型鋼板，重量0.5*7.85*1.25= 5.0 Kg/m2
75mm 厚保溫棉 （容重14kg/m3）75*14/1000=1.05Kg/m2
0.4mm厚屋面內襯板，重量0.4*7.85*1.1=3.5Kg/m2
屋面檁條重量，一般可取3-5Kg/m2
屋面支撐、系桿、檁條拉條、隅撐等重量，可取2Kg/m2
以上重量合計約為15Kg/m2,作用在框架上的恒載為0.15KN/m2*7.5m=1.125KN/m，見下圖：
2．活載計算： 由于每榀框架受荷面積A=66*7.5＝495m2>60m2，故活荷載可取為 0.3KN/m2。
3．屋面懸掛荷載 根據客戶要求，取0.1KN/m2，由于STS軟件沒有此基本工況，我們將懸掛荷載放在活荷載里進行考慮，將活荷載取為0.4KN/m2，這樣作用在框架上的活荷載為0.4KN/m2*7.5m=3.0KN/m,見下圖
4．風荷載計算：
日照的風荷載標準值為0.4KN/m2，按照CESE 102：2002，內部標準跨的風荷載體型系數，風載體型系數參照下圖：
則作用在框架梁柱上的風荷載分別為：
0.4*7.5*(+0.25)=0.8KN/m
0.4*7.5*1.05*(-1.0)=-3.15 KN/m
0.4*7.5*1.05*(-0.65)=-2.0KN/m
0.4*7.5*1.05*(+0.55)=-1.7KN/m
在輸入風荷載時，需要注意STS里的正負號與與體型系數的正負號有所不同。
展開 考慮了雙非線性的復雜鋼結構節點極限承載力分析
一、工程概況
本工程為某影城廣場前的“大門”，建筑創意為電影的膠片-大飄帶，建筑效果圖如圖1所示，結構設計采用MIDAS GEN 2020（V2.1）軟件，結構采用鋼結構片狀桁架形式，如圖2所示，端部采用V字型支撐整個結構體系，V字型支撐底部與基礎連接，本文主要研究對象為V字型柱腳節點，該節點為關鍵受力部位，如圖3所示。
圖1 建筑效果圖
圖2 結構設計模型
圖3 V字型柱腳節點
二、有限元計算
2.1、節點幾何模型
根據MIDAS Gen整體計算模型實際截取部位選取其中一個具有代表性且受力最大位置的節點進行有限元分析。支座2（節點844）由兩根斜桿交匯形成一個“V”字型并匯交于底部鋼板支座上，如圖 4所示，節點的構造及各桿件幾何關系、三維幾何模型如圖。
圖 4 支座2（節點844）
圖 5 支座2節點平立面圖及RHINO三維示意圖
《鋼結構設計標準》GB50017-2017中沒有V字型柱腳節點的具體計算方法，對于此類特殊構造且傳力關鍵部位的節點，需要進行有限元補充計算，在設計階段通過MIDAS FEA軟件建立節點的有限元模型，進行結構整體協同分析，檢驗節點處的設計安全性。節點作為結構整體的一部分，經常被剝離出來并進行邊界簡化，并從結構設計軟件提取內力施加到節點有限元模型中去，再進行節點有限元計算分析，但邊界條件假定會對結果產生一定的誤差，工況較多，不便進行手動施加內力，故而采用MIDAS FEA進行節點與整體模型協同分析。后述并給出MIDAS FEA設計工況下的承載力分析結果。
審圖專家認為本節點是關鍵的傳力節點，需要進行極限承載力的驗算，提出按照設計荷載的1.6倍來復核節點，以驗證節點的安全系數。
展開 汽車保險杠模具設計問題點檢討
原因：由于牌照安裝柱腳的存在，保壓過程中料流經過柱腳，在產品表面引起壓力痕。
方案：產品頂面加材料，側面減材料，改變料流方向，移動壓力線的位置
缺陷：圖示B7L前保險桿，在翼子板區域存在縮印。
原因：原始數據上設計有防縮槽，目的是為了避免此轉角區域出現縮印。但沒有達到預期的效果，卻產生了縮印缺陷。
措施：取消防縮槽設計（MagotanCC項目上已經得到驗證）。
缺陷：圖示B7L前保險桿，上格柵三點側澆口位置產品表面出現“八”字氣痕。
原因：流道經過區域壁厚不均勻，兩側厚中間薄。
措施：建議修改產品，增加連接區域的產品厚度，最好是中間厚，兩側薄。
缺陷：圖示B7L后保險桿，在翼子板區域存在縮印。
原因：原始數據上設計有防縮槽，目的是為了避免此轉角區域出現縮印。但沒有達到預期的效果，卻產生了縮印缺陷。
措施：取消防縮槽設計（MagotanCC項目上已經得到驗證）。
展開 封閉式門式剛架中間區的主剛架3d3s設計
?顯示截面名稱、軸線等，以及改變顯示顏色；
?按工況顯示節點荷載、單元荷載
3、夾層新構件的添加
?建模
line命令建立夾層梁柱模型，并選用命令將新建的7根線定義為桿件
?邊界條件的設定
將三個新柱腳設為鉸接柱腳(平面內允許轉動為繞Y軸無約束)
將三個中柱柱頂鉸接(釋放平面內轉角為繞3軸釋放)
?構件信息的輸入
新加構件的梁柱按截面庫中的最小設置
選擇已有材性，將新加構件的梁柱定義為16Mn，軟件材性的缺省值為16Mn
左圖演示按定義長度設定計算長度，全選梁；右圖全選柱，演示按定義系數設定計算長度。
4、荷載的添加
?建立荷載庫
?添加荷載
選中添加的夾層梁，將上面建立的恒載和活載添加到桿件上
?工況的顯示
?地震作用的定義
?效應組合的系數
5、內力及效應組合的計算和顯示查詢
?工況及組合內力、位移的顯示和查詢
6、桿件設計
?優化驗算
優化伴隨著截面改變，若用戶不希望改變截面，請按否，并通過校核來驗算。
這里填取消，可以不繼續進行優化，而采用人工修改截面，填確定即如例1優化至結束
由于含有剛接柱腳，采用查表法取用柱子的計算長度已經不適用，故選用一階分析法并校核。
校核前需重新計算地震、內力，這里同例1。
?人工調整截面
：同例1操作
：同例1操作
用戶還可以選用自己定義的截面，操作如下，這里我們先生成兩個新截面：
最后生成的截面如下圖，用戶可采用上面三種方法，達到目的即可。
展開 
鋼管混凝土結構質量標準化圖冊，趕快收藏！
螺栓固定架的制作與安裝→螺栓固定架驗收→承臺鋼筋綁扎→螺栓復測檢查→混凝土澆筑及檢查控制→混凝土澆筑完成后復測及糾偏
1.2 控制要點
1.2.1 地腳螺栓安裝時應垂直，無傾斜，并應滿足下端彎鉤有效與基礎底板的錨固要求；
1.2.2 地腳螺栓在敷設前，應將地腳螺栓上的銹垢等清理干凈，但螺紋部位應涂上油脂；
1.2.3 混凝土澆筑過程中，應避免用力碰撞地腳螺栓，避免影響地腳螺栓精度；
1.2.4 柱腳灌漿時，應按設計要求使用對應級別的灌漿料進行灌漿，并灌注密實；
1.2.5 柱腳灌漿凝固并達到設計強度后，方可進行上部鋼柱吊裝。
1.3 質量要求
1.3.1 螺栓應處于垂直狀態，其允許偏差為≤L/200，L 為地腳螺栓長度，且不大于5mm；
1.3.2 螺栓擰緊后，螺母上應露出2~3絲；
1.3.3 地腳螺栓中心偏差處理。螺栓直徑小于30mm、中心偏差在（10~30mm）以內時，可用氧氣乙炔進行火焰修正，并增焊鋼板進行加固；如螺栓直徑大于30mm，偏差較大時，可將螺栓切斷后，用一塊鋼板焊在螺栓中間。
2. 鋼柱吊裝
2.1 控制要點
2.1.1 首節鋼柱吊裝控制要點
（1）首節鋼柱吊裝前，鋼管混凝土柱基礎應達到一定強度，方可進行首節鋼柱吊裝；根據測設的軸線確定鋼柱安裝位置，并在混凝土面彈出“十”字和鋼柱外邊線，對預埋的地腳螺栓進行澆筑后的測量復核，確保構件安裝定位準確無誤。
（2）構件吊裝前對鋼管構件的實際尺寸進行核對，確定構件就位位置上部空間是否滿足要求，構件就位后進行臨時固定，防止構件移位，校正無誤后及時焊接固定。
展開 【鋼結構·技術】拱的力量
在柱腳范圍，混凝土厚度加厚到400。
清水混凝土外露在室內，整個建筑中可以感受到結構帶來的力與美，但又不顯得結構突兀。
其他拱形建筑
Ludwig Erhard Haus（柏林證券交易中心及商會）
裝配式框架混凝土結構安裝方法
其要點是保持柱腳位置不動，并使柱的吊點、柱腳中心和杯中心三點共圓
旋轉法吊柱示意圖
（a）旋轉過程； （b）平面布置
1-柱子平臥時； 2——起吊中途； 3——直立
②滑行法。起吊時起重機不旋轉，只起升吊鉤，使柱腳在吊鉤上升過程中沿著地面逐漸向前滑行，直至柱身直立的方法稱為滑行法。其要點是柱的吊點要布置在杯旁，并與杯口中心兩點共圓弧（見圖）。
（a）旋轉過程； （b）平面布置
1-柱子平臥時；2——起吊中途；3——直立
3）柱的臨時固定與校正
柱子安裝就位后需立即進行臨時固定，目前工程上大多采用環式固定器或管式支撐進行臨時固定。
柱的校正一般需要3次，第1次在脫鉤后電焊前進行初校；第2次在接頭電焊后進行校正，并觀測由于鋼筋電焊受熱收縮不均勻而引起的偏差；第3次在梁和樓板安裝后校正，以消除梁柱接頭因電焊產生的偏差。
柱的校正包括垂直度校正和水平度校正。其垂直度的校正一般采用經緯儀、線墜進行。見圖所示。
柱子的垂直度校正
（2）梁、板安裝
框架結構的梁有普通梁和疊合梁兩種。框架結構的樓板一般根據跨度和樓面荷載選擇，可分為預應力空心板、預應力密肋樓板等。板一般都擱在梁上，用細石混凝土澆灌接縫以增強期結構的整體性。梁的安裝過程一般有梁的綁扎、起吊、就位、校正和最后固定。板的安裝過程與柱和梁的安裝過程基本相同。
將預制的預應力混凝土薄板吊裝到預制梁之間
（3）墻板結構構件吊裝
墻板安裝前應復核墻板軸線、水平控制線，正確定出各樓層標高、軸線、墻板兩側邊線、墻板節點線、門窗洞口位置線、墻板編號及預埋件位置。
墻板安裝順序一般采用逐間封閉法。
展開 圖解 | 鋼結構各構件和做法大全
1-1-3、門式剛架的基本形式
a.典型門式剛架
b.帶吊車的門式剛架
c.帶局部二層的門式剛架
1-1-4、基本節點
a.柱腳節點
b.梁、柱節點
■局部二層節點參照多層框架體系。
1-1-5、剛架衍生形式
■吊車和局部二層可在衍生形式剛架中布置。
■山墻剛架其本質也是多連跨剛架，不過中間柱與剛架柱比截面旋轉了90度。
1-2、多層框架體系
1-2-1、框架圖示
1-2-2、說明
力學模型
a.純剛接框架：縱橫兩個方向均采用剛接的框架。
b.剛接-支撐框架：橫向采用剛接，縱向采用鉸接，并在縱向設置支撐，以傳遞水平力。
c.支撐式框架：縱橫向均采用鉸接，兩向均設置支撐傳遞水平力。
d.有時為保證足夠的剛度，在剛接框架中亦設置支撐。
框架柱
框架柱可采用H型截面、箱形截面、十字形截面、圓管形截面等。所有上部結構的力都通過框架柱傳遞給基礎。
框架梁
框架梁一般采用H型截面。樓蓋和屋蓋上的力通過框架梁傳遞給框架柱。
支撐
支撐采用一般采用熱軋型鋼制作，其功能是傳遞層間水平力和保證結構的剛度。
1-2-3、基本節點
a.柱腳節點
■柱腳節點同門式剛架體系。
b.柱、梁節點
2、支撐、系桿
2-1、圖示
柱間柔性支撐 柱間剛性支撐
2-2、說明
■支撐分為柔性支撐和剛性支撐兩種。柔性支撐由圓鋼制作，安裝時必須張緊，主要用于門式剛架結構。剛性支撐由型鋼制作，用于多層框架、吊車梁下段支撐等剛度要求高的結構中。
■系桿和支撐聯合作用，形成封閉的受力體系。
展開 