钢结构——钢柱脚锚栓的设计方法

钢结构柱脚螺栓计算
1.确定载荷：首先需要确定柱脚所承受的垂直荷载和水平荷载。

这些荷载通常由设计师或结构工程师提供。

2.选择螺栓类型：根据设计要求和压力要求，选择适当的螺
栓类型。

常见的螺栓类型有标准螺栓、高强度螺栓和预应力螺栓。

3.计算柱脚尺寸：根据柱脚尺寸和构件结构类型，计算柱脚
的几何参数，如柱脚板的厚度、直径等。

4.确定螺栓数量：根据设计要求和载荷，计算确定所需的螺
栓数量。

通常，需要确保每个柱脚周围均匀分布的螺栓。

5.计算螺栓的阻力：根据柱脚螺栓的受力情况，计算出螺栓
的阻力。

这可以通过使用螺栓的强度参数和载荷来完成。

6.检查螺栓的预紧力：根据螺栓的阻力和实际设计载荷，检
查螺栓的预紧力是否在合理范围内。

确保螺栓的预紧力足够大，以确保柱脚连接的稳定性。

7.检查剪切强度：根据螺栓在剪切方向上受力的情况，检查
螺栓的剪切强度是否符合设计要求。

超重、大直径钢结构柱脚锚栓安装定位施工技术摘要：某大型汽车生产线单层钢结构厂房，施工中设计有24个独立承台为超重、大直径埋入式钢结构柱脚锚栓，每个独立承台埋入的柱脚锚栓为12根，锚栓有效直径为Φ68，本文主要针对该独立承台钢筋工程施工过程中柱脚锚栓的安装定位施工技术，包括支座和临时支撑设计与施工、超重柱脚锚栓的吊装、定位等施工措施进行介绍。

关键词：超重、大直径锚栓；柱脚锚栓；定位板；临时支撑；吊装；三维模型1 工程概况某大型汽车生产线单层钢结构总装厂房，建筑面约125000㎡，包括单层总装车间厂房、二层设备平台通廊，二层设备平台通廊标高为11.8m，屋顶最高处标高为19.6m，为有效传递设备平台震动产生的荷载，设计时，二层设备平台通廊钢柱基础为独立基础，钢柱与基础连接锚栓为超重、大直径锚栓（锚栓有效直径为Φ68），根据设备平台整体工程的特点，在设备平台的两端角部受力最大的钢柱柱脚按照设计图纸要求每个承台需埋入12根超重、大直径柱脚锚栓，因此，在独立基坑垫层、钢筋工程施工过程中，12根超重、大直径柱脚锚栓的定位及埋设需要仔细研究及分析，避免埋设位置偏移，造成严重安装质量后果。

图1 M68锚栓三维渲染图2 预埋锚栓概况二层设备平台通廊两侧钢柱基础为独立承台，柱网间距为24m，每个独立承台均埋设12根有效直径为Φ68的高强锚栓及12根Φ36的高强锚栓，设备平台通廊每个钢柱各为二个独立承台，每个独立承台埋设12根有效直径为Φ68的高强锚栓，柱脚锚栓材质为Q390D，钢柱重量为10.7t，钢柱通过高强预应力锚栓与独立承台紧密连接。

3 预埋工程的特点及难点（1）柱脚锚栓埋设间距为15cm，埋设间距较密，施工难度较大，每个柱脚锚栓的重量约170kg，重量重，长度长，造成安装过程中定位困难。

（2）每个箱型柱柱脚为12根Ф68mm锚栓。

在施工过程中必须保证锚栓全部顺利穿过定位锚板，因而对每根锚栓的垂直度精度要求极高。

钢结构柱脚锚栓施工方案1. 引言钢结构柱脚锚栓是一种重要的连接元素，用于固定钢柱与地基或其他结构上。

其施工方案的设计与执行对于钢结构的稳定性和安全性至关重要。

本文将介绍一种钢结构柱脚锚栓的施工方案，包括材料准备、施工步骤和质量控制。

2. 材料准备在进行钢结构柱脚锚栓施工前，需要准备以下材料和工具：•钢结构柱脚锚栓•混凝土•预埋件模板•锚栓固定剂•打螺丝工具•砂浆桶和搅拌工具•测量工具（如水平仪、测距仪等）3. 施工步骤3.1 钢结构柱脚锚栓的定位与标定在施工前，需要根据设计图纸确定钢结构柱脚锚栓的位置。

使用测量工具测定柱脚锚栓的中心线、间距和垂直度。

根据测量结果，在地基或混凝土基座上标定出钢结构柱脚锚栓的位置。

3.2 预埋件模板的安装在钢结构柱脚锚栓位置标定后，将预埋件模板按照设计要求安装在混凝土基座或地基上。

确保预埋件模板的位置准确，并使用水平仪进行调整。

在安装过程中，需要注意预埋件模板的固定，防止其移动和倾斜。

3.3 混凝土灌注在预埋件模板安装完成后，进行混凝土的灌注。

将预先准备的混凝土倒入模板中，确保混凝土充满模板并压实。

在灌注混凝土后，使用搅拌工具搅拌混凝土，以去除气泡和空隙。

3.4 锚栓的安装与固定在混凝土凝固之前，立即进行钢结构柱脚锚栓的安装和固定。

首先，在钢结构柱脚锚栓上涂抹适当的锚栓固定剂。

然后，将锚栓插入预埋件孔中，并使用打螺丝工具将锚栓拧紧。

3.5 混凝土的养护在锚栓安装完成后，需对混凝土进行养护。

根据混凝土材料的特性，进行适当的养护措施，如喷水养护、覆盖养护等。

养护时间根据混凝土的硬化速度确定，通常需要保持充足的湿度和稳定的环境温度。

4. 质量控制在钢结构柱脚锚栓施工过程中，需要进行质量控制以确保施工质量，并满足设计要求。

以下几个方面需要重点注意：•钢结构柱脚锚栓的尺寸和几何形状应符合设计要求。

•预埋件模板的安装位置和水平度应准确。

•混凝土的配比和浇筑要符合相关标准，并进行适当的坍落度检测。

钢结构工程柱脚锚栓预埋施工技术摘要：钢结构工程施工中，柱脚锚栓预埋施工是钢柱施工的前提，同时柱脚锚栓预埋准确也是一施工难点，施工时极易偏位，本工程通过设置锚栓固定支架及加强过程施工控制，有效提高钢柱柱脚锚栓预埋准确性，保证钢柱的顺利安装。

关键词：钢结构；柱脚锚栓；预埋；固定；定位准确；柱安装背景：钢结构工程中部分钢柱如H型钢柱、箱型柱等多采用通过柱脚锚栓与基础承台连接的方式，基础承台通常为二级承台，承台内布置底部钢筋，无面筋；柱脚锚栓为锚杆形式，一组有多个柱脚锚栓组成，柱脚锚栓组的预埋定位难度大，传统做法为采用钢筋进行点式支撑，难以形成一整体及固定牢固，易出现偏位和倾斜等质量通病，大大影响后续钢柱的安装及工程施工质量。

钢柱柱脚锚栓形式柱脚形式示意图柱脚锚栓固定支架制作柱脚锚栓固定支架采用L50*5角钢及钢板制作，固定支架焊成同柱锚栓中心线重合的框架，框架四角下部设置角钢支角，角钢长度根据承台底部标高调整高度。

上部采用设置8mm钢板定位板，定位板预留孔按照预埋螺栓准确定位。

并设置角钢支撑与底部钢架形成整体。

支架布置如下图所示。

柱脚锚栓支架示意图柱脚锚栓施工流程柱脚锚栓进场→钢筋绑扎→测量放线定位→锚栓固定架安装（标高、位移确定）→锚栓定位（定位板安装）→锚栓位移复测→焊接固定→标高位移复测→联合验收→混凝土浇筑。

柱脚锚栓安装步骤1）根据承台基础锚栓布置图，提前制作锚栓及各类固定板固定架，承台底部钢筋绑扎完成后，进行测量放线，确定固定架的位置及标高，由于基础承台底标高不一致，固定架支腿下料时，复测承台底标高，确定固定架支腿高度。

2）根据现场的实际情况，采用全站仪测放，以工程控制网点坐标值为依据，用极坐标施测的放样方法，对钢柱柱脚定位锚栓的定位轴线进行实地放样，然后对放样点位进行自检并校核。

根据基准点的位置，用全站仪在钢柱位置的混凝土垫层相应位置确定各个钢柱、型钢柱的定位轴线的准确位置，并在在混凝土面做出准确标记。

钢结构厂房柱脚设计要点钢结构厂房柱脚设计要点钢结构厂房柱脚应能可靠传递柱身承载力，宜采用埋入式、插入式或外包式柱脚，6、7度时也可采用外露式柱脚。

震害表明，外露式柱脚破坏的特征是锚栓剪断、拉断或拔出，由于柱脚锚栓破坏，使钢结构倾斜，严重者导致厂房坍塌。

外包式柱脚表现为顶部箍筋不足的破坏。

厂房钢柱可划分为两类，其一是单肢柱，即通常所称的实腹柱（包括钢管、轧制或焊接H型钢）；其二则是格构柱。

两类钢柱的受力状态不同，其柱脚设计也应区别对待。

一、实腹柱（单肢柱）实腹柱刚接柱脚，承受弯矩、剪力和轴力的共同作用。

一般情况下，首先应考虑柱脚的承载力不小于柱截面塑性屈服承载力的1.2倍。

即满足下式要求：M u≥1.2M pc，N式中：M u—刚接柱脚的极限受弯承载力；M pc，N—柱截面全塑性受弯承载力，需计入多遇地震组合轴力的影响。

1、埋入式、插入式柱脚：（1）埋入式、插入式柱脚进入砼基础的深度，应符合下式要求。

式中：d—柱脚埋入深度；b f—翼缘宽度；f c—基础砼抗压强度设计值。

并且，埋入式柱脚埋入砼的深度不宜小于2.0倍的柱截面高度；插入式柱脚不宜小于2.5倍的柱截面高度。

（2）埋入式柱脚埋入段柱受拉翼缘外侧所需焊钉数量，可按下式计算：n≥?（NA f/A+M/h co）/V s式中：n—柱受拉翼缘外侧所需焊钉数量；M、N—分别为多遇地震组合的柱脚弯矩设计值、轴力设计值；A、A f—分别为柱截面的面积、柱翼缘的截面面积；h co—柱翼缘截面的中心距；V s—一个圆柱头焊钉连接件的受剪承载力设计值，可按现行《钢结构设计规范》GB50017的规定计算。

（3）插入式柱脚插入段的剪力传递（轴力）需满足下式：N≤0.75f t sd式中：f t—基础砼抗拉强度设计值；S—插入段实腹柱截面的周长。

2、外包式柱脚：外包式柱脚属于钢和砼组合结构，内力传递复杂，影响因素多，目前还存在一些未充分明晰的内容，因此诸如各部分的形状、尺寸以及补强方法等构造要求较多。

《钢结构设计标准》解说专题（8）-柱脚设计《钢结构设计标准》解说专题（8）柱脚设计柱脚是钢结构节点中极其重要的一部分，在《钢结构设计标准》（GB 50017-2017，简称“钢标”）中，随节点单独成第12章，柱脚设计的规定独立为12.7一节。

本文专门谈谈钢标柱脚设计的规定，主要围绕两点作一些解释：1）新增内容；2）改动较大的内容。

一、关于柱脚的总体规定关于柱脚设计，原钢规的规定很少几条，还是放在构件的构造要求一节中。

原来做设计，只能看一些散落在各个规范和手册中的内容，如《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ 99-2015）（简称“高钢规”）、《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（简称“抗规”）、《构筑物抗震设计规范》（GB 50191-2012）（简称“构抗规”）、《钢结构节点设计手册》（第三版，建筑工业出版社，简称“节点手册”，内容尚未按钢标升版）、《钢结构设计手册》（建筑工业出版社，简称“钢构手册”，第四版中已根据钢标规定更新）。

但你会发现，规定还不统一。

钢标这次的柱脚设计规定，等于做了一次系统梳理。

钢标关于柱脚的规定，总体上并列地给出了四种形式：外露式、外包式、埋入式、插入式柱脚。

其余三种柱脚没啥好说，而插入式柱脚的内容，以前主要出现在工业建筑的相关规范中。

钢标明确规定，插入式柱脚可用于多层钢结构框架柱，等于正式认可了插入式柱脚在民用建筑中的应用。

虽然钢标12.7.1的条文说明表示适用范围与高钢规协调了，实际上关于插入式柱脚在民用建筑中作为并列的柱脚形式还是第一次隆重登场。

【条文】12.7.1 多高层结构框架柱的柱脚可采用埋入式柱脚、插入式柱脚及外包式柱脚，多层结构框架柱尚可采用外露式柱脚，单层厂房刚接柱脚可采用插入式柱脚、外露式柱脚，铰接柱脚宜采用外露式柱脚。

【条文说明】12.7.1 刚接柱脚按柱脚位置分为外露式、外包式、埋入式和插入式四种。

四种柱脚的适用范围主要与现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的有关规定相协调，同时参考了国内相关试验研究以及多年来的工程实践总结。

钢结构刚性固定钢柱脚的三大方法一、钢柱柱脚形式的分类刚性固定柱脚：1）埋入式柱脚；2）外包式柱脚；3）插入式柱脚；铰接柱脚：外露式柱脚；二、埋入式柱脚2.1、基本概念：所谓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。

2.2、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有两种传递方式：a、均由H型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。

（也有研究说：该形式的柱脚中栓钉的作用不大，内力的传递主要是下述方式。

）b、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。

由于目前还没有能力考虑的有利因素如下：（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。

埋入式柱脚的埋深与构造示意图如下：2.3、埋入式柱脚一般构造要求及部分细部设计计算2.3.1、埋入式柱脚的钢柱埋入基础的深度一般可以在以下范围以内采用（hc为钢柱截面的高度或管径）：a、轻型工字钢截面柱：H=（2.0~2.5）hc；b、圆管形截面柱和箱型截面钢柱：H=（2.5~3.0）hc。

2.3.2、埋入式柱脚，在钢柱埋入部分的顶部，应当设置水平加劲肋或横隔板；对H型截面柱，其水平加劲肋外伸宽度的宽厚比应不大于9（235/fay），对于箱型截面柱，其内部横隔板的宽厚比应不大于30（235/fay），2.3.3、埋入式柱脚在钢柱的埋入部分，应当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。

Annex 2:Form of Submission for JCPL Best Practice(Submit your contribution (Annex 2 form and soft copy of the proposal) via email to kmd@)Author (s)/作者: 徐丽惠Originator:Dept/部门: 设计部Title of Submission /题目: 钢结构柱脚锚栓计算方法A. Types of Submission /类型: ( ✓ Please tick 1 of the submission type /请选择其中一项)B. Category/专业分目:( ✓ Can tick more than 1 field/可多选)☐Research Papers/研究报告❑Design Resources & Details/设计资源及细节✓Procedures/过程❑Forms & templates/表格及样本❑Others/其它By Discipline:✓Architectural❑Civil❑Structural❑Mechanical❑Electrical❑Quantity Surveying❑Masterplanning☐Others: FacilityManagementBy ProjectPhases:☐BusinessDevelopment❑Design &Documentation❑Authority Submission❑Construction❑Post Construction❑Others_____________C. Synopsis/ 摘要:关于钢结构柱脚锚栓的计算方法D.Keywords/关键词:柱脚锚栓计算方法E. Contents/内容:见附件F. Date of Submission/上交日期: 8／10／２００３G. Signature of Originator/作者签名:徐丽惠钢结构柱脚锚栓计算方法设计部结构工程师徐丽惠裕廊国际顾问（苏州）有限公司苏州工业园区215021关键词：柱脚锚栓计算方法一、前言钢结构柱脚锚栓的计算方法在我国1974年的《钢结构设计规范》（T J17-74）第78条中有明确规定，但在修订后的《钢结构设计规范》（G BJ17-88）中，取消了这一条，为什么呢？我认为有两个原因：（一），考虑到这是一个普通的力学计算问题，不必在规范中作出明确的规定；（二），对于钢结构柱脚锚栓计算方法较多，拘于一种计算显然不合适。

浅析钢结构柱脚设计要点浅析钢结构柱脚设计要点柱脚的构造使柱⾝的内⼒可靠的传给基础，并和基础有牢固的连接。

柱脚的连接形式有铰接和刚接两种形式，铰接柱脚不承受弯矩，只承受轴向压⼒和⽔平剪⼒，剪⼒通常由底板和基础表⾯的摩擦⼒传递，当此摩擦⼒不⾜以承受⽔平剪⼒时，应在柱脚底板下设置抗剪键，抗剪键可⽤⽅钢、短T 字钢和H 型钢做成。

刚接柱脚承受弯矩，轴向压⼒和⽔平剪⼒。

本⽂简述柱脚底板区格划分及计算，阐述其施⼯时需要注意的问题和施⼯控制重点，并对柱脚施⼯时出现的问题，提出具体处理⽅法。

1 柱脚计算1.1柱脚底板⾯积计算底板截⾯尺⼨决定于基础材料的抗压能⼒，柱脚底板和基础接触⾯为作⽤⼒与反作⽤⼒，基础对底板的压应⼒可近似认为是均匀的，柱脚底板所需净⾯积A n （柱脚底板长乘宽，减去锚栓孔⾯积）为： A n ≥ N 为柱承受轴向压⼒；c f 为基础混凝⼟的抗压强度设计值；c β为混凝⼟局部承压时的强度提⾼系数，c f 、c β均按设计规范取值。

1.2 柱脚底板厚度计算底板的厚度由板的抗弯强度决定，底板可视为⼀个⽀撑在靴梁、隔板和柱端的平板，承受基础传来的均匀反⼒，靴梁、隔板和柱端⾯均可视为底板的⽀撑边，并将底板分割成不同的区格，其中有四边⽀撑、三边⽀撑、两相邻边⽀撑和⼀边⽀撑等区格。

在均匀分布的基础反⼒作⽤下，各区格板单位宽度上的最⼤弯矩为：1.2.1 四边⽀撑区格板：2qa M α=q 为作⽤于底板单位⾯积上的压应⼒，q=N/ A n ；a 为四边⽀撑短边长度；α为系数，根据长边b 与短边a 之⽐按表⼀取值表1 α值1.2.2 .三边⽀撑区格和两相邻边⽀撑区格：M=βqa 12a 1为三边⽀撑区格⾃由长度，两相邻边⽀撑区格为对⾓线长度；β为系数，b/a 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 3.0 ≥4.0 α 0.048 0.055 0.063 0.069 0.075 0.081 0.086 0.091 0.095 0.099 0.101 0.119 0.125CC f N β根据b 1/a 1取值，对三边⽀撑区格b 1为垂直于⾃由边的宽度；对两相邻边⽀撑区格，b 1为内⾓顶点⾄对⾓线的垂直距离（见图1）。

钢结构柱脚锚栓安装方案1.1.1锚栓构件信息柱脚锚栓按施工位置可分为外框钢柱和核心筒劲性钢柱，外框钢柱截面形式主要为箱型柱和圆管柱，核心筒劲性钢柱截面形式为十字柱，钢柱柱脚锚栓均为M30锚栓，材质为Q235B。

十字柱地脚锚栓由8根M30×700锚栓组成，箱型柱及圆管柱随钢柱截面变化地脚锚栓数量有所不同，箱型柱柱脚锚栓主要由28根M30×750锚栓组成，圆管柱柱脚锚栓主要由18根M30×750锚栓组成。

1.1.2锚栓支撑设计及受力计算为提高施工过程中锚栓准确定位，在锚栓下部设置锚栓支撑架体系，主要设计了三种支撑架体系，分别用于分十字柱、箱型柱、圆管柱锚栓安装。

钢柱锚栓支撑架主要由定位钢环板、承重钢板，型钢梁、斜撑、首层独立柱组成。

锚栓通过定位钢环板和承重钢板固定在锚栓支撑架上。

根据施工组织与工序，锚栓支撑架施工与土建底板上、下两层钢筋的绑扎穿插施工，为避免过多的工序穿插并提高施工效率，将锚栓支撑架也分为上、下两节进行施工。

首节为单层的型钢框架，包括锚栓支撑架首节立柱、立柱柱脚板。

立柱采用HW150×150×7×10型钢，柱脚板采用200×200×10钢板，第二节为锚栓支撑架主体，包括锚栓支撑架梁柱、斜撑及柱间支撑。

锚栓支撑架柱和承重板下水平撑杆采用HW150×150×7×10、立面斜撑和定位板水平撑杆采用角钢L90×7，定位采用8mm厚钢板，承重板采用20mm钢板，钢材质均为Q235B，连接形式均为角焊缝焊接。

1.1.2.1外框钢柱锚栓支撑架设计1.1.2.2锚栓支撑计算分析1.1.2.2.1型材与材质计算时选取最不利的圆管柱支撑架进行计算。

立柱采用HW150×150×7×10截面，柱脚板采用200×200×10钢板。

锚栓支撑架柱和承重板下水平撑杆采用HW150×150×7×10、立面斜撑和定位板水平撑杆采用角钢L90×7，定位采用8mm 厚钢板，承重板采用20mm钢板，钢材质均为Q235B。