通过比较几种常见的刚性柱脚形式，以福州某新建单层钢结构厂房插入式柱脚为例，计算并复核了非地震和地震工况下插入式柱脚的插入深度和承载应力，可为类似钢结构厂房的结构设计提供参考。
关键词:插件柱脚；高大的单层厂房；插入深度；刚性柱脚
0简介
随着我国经济的发展和工业水平的提高，钢结构在工业与民用建筑中的应用越来越广泛，尤其是单层大跨度钢结构工业厂房，在工业建筑领域占有很大的比重。钢材具有较高的强度和良好的变形能力，设计合理的钢结构建筑具有优良的抗震和耗能性能。其中，钢柱脚的设计非常重要，是关系到整个结构安全的关键节点。插入式柱脚因其结构简单、施工方便，在一些重工业厂房中得到了广泛应用，但在轻钢厂房中应用相对较少。本文通过对各种常用柱脚的比较和沿海某高门钢厂房插入式柱脚的设计实例，可供设计研究和参考。
1刚性柱脚的形式
1.1暗柱脚
埋入式柱脚是高刚度埋入式柱脚的基础。
在混凝土中，钢柱底部容易满足形成塑性铰的要求，柱脚的埋置和刚度容易得到保证，抗震性能好。但施工技术难度较大，可用于对柱脚抗震和刚度要求较高的多层钢结构建筑。
1.2外包柱脚
外包柱脚是将钢柱外包钢筋混凝土形成的柱脚，柱脚底部的弯矩由外包钢筋混凝土承担。这种形式的柱脚用钢量大，且由于外包混凝土保护层厚度的限制，柱脚与基础的预埋固定不如埋入式牢固，但施工比埋入式简单。
1.3外露柱脚
露柱脚用埋入混凝土中的地脚螺栓将钢柱与基础连接起来，现场安装定位相对简单，广泛应用于柱脚弯矩较小的单层钢结构厂房，尤其是门式刚架厂房。但由于其抗震性能较差，不适合用于多层钢框架结构的刚性柱脚。如果柱脚弯矩较大，柱脚地脚螺栓规格过大，施工质量难以保证。
1.4插件柱脚
插柱脚是将钢柱直接插入混凝土杯基础中，校正后用细石混凝土浇筑至基础顶面，使钢柱与基础刚性连接。柱脚的作用是通过细石混凝土的二次浇筑将钢柱下端的内力传递给基础，传力机理与埋入式柱脚基本相同。钢柱下部的弯矩和剪力主要是由于在钢上二次浇筑细石混凝土引起的。
柱翼缘侧压力产生的弯矩被平衡，轴力由二次浇筑层的粘结力和柱底的反作用力承担。钢柱侧面混凝土的支撑反力和承受高度范围内混凝土的拉力形成的抵抗弯矩与钢柱的弯矩和剪力相平衡。
2个计算示例
2.1项目概述
福建省福州市长乐区，一栋单层钢结构厂房。抗震设防烈度为7度，场地类别为二类，基本风压为0.80KN/m2，建筑平面尺寸为98x28m，柱距为6.6m，刚架跨度为28m，建筑檐口高度为18 m，插柱脚示意图如图1所示。钢柱截面为焊接H型钢，截面尺寸为H600x300x10x16，截面特性为A=15280mm2，W=3238159mm3。钢材为Q235B，f=215N/mm2，fy=235N/mm2，基础杯混凝土强度等级为C30，fc=14.3N/mm2，fck=20.1N/mm2。杯中分两次浇筑的细石混凝土为C35，fc=16.7N/mm2，fck=23.4N/mm2，ft=1.57N/mm2，ftk=2.20N/mm2。根据计算软件PKPM-STS得出最不利组合内力:N=14.5KN，M=540KN*m，v = 92.5kn。
图1插件柱脚示意图
2.2柱脚插入基础杯的深度及柱边混凝土受力的验算
2.2.1插入深度计算:
2.2.2轴承应力的计算:
2.3柱脚抗震极限承载力插入深度计算及柱边混凝土轴心抗压强度验算
2.3.1插入深度计算:
2.3.2轴向抗压强度的计算:
3杯口基础构造及注意事项
杯状基础的构造要求应符合《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011的相关规定；h形实腹钢柱可不设柱底板，但当内力较大时，可设柱底板，但应在底板下设置临时调整措施；钢柱脚不得在插入深度内涂漆。柱脚安装后，应用砂轮将钢柱表面的泥土、油污、铁锈、焊渣清理干净。
4摘要
由于沿海地区单层钢结构厂房的自重轻、风压大，特别是高大的单层厂房，为了控制结构柱顶的位移，提高刚架的整体刚度，柱脚一般为刚性。在水平荷载作用下，刚接柱脚的弯矩较大。如果采用外露式刚接柱脚，柱脚的锚栓在偏心荷载作用下会承受很大的拉力，导致柱脚板尺寸和锚栓规格较大，施工难度大，外露式柱脚刚接性能不好。而实腹柱插入式柱脚具有传力机理明确、柱脚结构简单、施工方便、节约钢材、安全可靠等优点。已在多个单层工业厂房项目中推广使用，效果良好。因此，在柱脚弯矩比较大的门式刚架厂房中，采用插入式柱脚是较好的选择。
