在钢结构设计中，节点设计是重要的一环，而柱脚设计又是重中之重，柱脚的计算内容很多，形式多样，如何正确使用至关重要。
本文根据目前的规范和网上资料，结合实际项目经验，仅供参考。
（一）
柱脚类型选择
现行柱脚形式选择规定
不同类型钢结构工程柱脚查询表
结合各项规范对钢结构柱脚设计的规定，不同类型的钢结构工程可选用的柱脚如下表所示。
设计强度
类型
柱脚形式
裸露
外包
嵌入式
插入
6度，7度
门式框架轻型厂房
✓
✓
✓
✓
单层（重型）钢结构厂房
○
✓
✓
✓
多层钢结构厂房
×
✓
✓
✓
单层钢结构建筑
○
✓
✓
✓
多层钢结构建筑
×
○
✓
✓
高层钢结构建筑
×
○
✓
✓
钢与混凝土组合结构
×
○
✓
✓
钢管混凝土组合结构
×
○
✓
✓
8度及以上
门式框架轻型厂房
○
✓
✓
✓
单层（重型）钢结构厂房
×
✓
✓
✓
多层钢结构厂房
×
✓
✓
✓
单层钢结构建筑
○
✓
✓
✓
多层钢结构建筑
×
○
✓
✓
高层钢结构建筑
×
○
✓
✓
钢与混凝土组合结构
×
○
✓
✓
钢管混凝土组合结构
×
○
✓
✓
（注：✓：适宜采用○：可以采用×：不宜采用或不能采用）
《钢结构设计标准》（GB50017-2017）中关于柱底座的新规定
1、新钢标准明确规定多层钢结构框架柱可采用插入式柱脚，正式承认了插入式柱脚在民用建筑中的应用。此前，插入式柱脚主要出现在工业建筑的相关内容中。
2.基于抗震性能化设计中柱脚其他相关规定请参见《钢结构设计标准》（GB50017-2017）第17.2.12条。
3、新钢标准参考了日本关于外包柱底座的相关规定，受力方式较前代规范有所更新，钢柱在外包柱底座顶部弯矩最大，在底板处近似为零，弯矩通过钢柱与混凝土之间的压力传递。以往受力方式假定轴力由钢柱底板传递，弯矩通过栓钉传递到混凝土短柱。受力方式的改变，导致栓钉的设计要求也有所不同。新钢标准中不再有栓钉的要求，只是在图中标明栓钉为可选项，与高钢标准中“应在钢柱外包部分的翼缘面上设置栓钉”的规定相一致，即栓钉属于构造措施。
4、新钢标准提出了外包柱脚的四种典型破坏模式，并根据破坏模式提出了相应的构造措施。外包混凝土顶部的抗剪钢筋通常集中设置3个构造箍筋，防止顶部混凝土被压垮，保证水平剪力的传递；外包柱脚处箍筋间距为100mm，避免产生剪切裂缝，并应保证钢筋的锚固长度和混凝土的外部厚度；保证外包混凝土的高度。
5、新钢标准还对预埋柱底座受力模式的假设做了修改，由钢柱侧面与混凝土之间受压区的支座反力形成的抗力来抵抗弯矩和剪力（高钢标准未做改变），不同于以往计算时假设钢柱侧面栓钉的剪力来抵抗弯矩。钢柱预埋部分不需要设置栓钉。对于有拉拔力作用的柱，应在柱预埋于混凝土的部分设置栓钉。
柱基结构
外露铰链柱底座
（1）铰接柱脚有三种形式：轴承式（图1-a）、平板式（图1-b、c）、底板加靴梁式（图1-d）。工程上还有其他形式的铰接柱脚。
（2）柱底板厚度不宜小于20mm，且不宜小于钢柱翼缘厚度。
（3）锚栓一般只起安装时固定构件的作用，因此锚栓直径通常按与钢柱板厚度、底板厚度相协调的原则确定，一般可在20～42mm范围内选取，不宜小于20mm。
（4）为便于安装调整，底板上的螺栓孔应大于螺栓杆直径的0.2～0.5倍，锚栓锚固长度不宜小于25d。安装后应将垫块与底板焊接固定。由于底板开口较大，应设置锚栓螺母垫块，并采用双螺母紧固。
（5）铰接柱脚不承受弯矩，地脚螺栓均位于翼缘内侧；刚性柱脚地脚螺栓均位于翼缘外侧，通常大于4个。
外露刚性柱底座
当作用在柱脚上的轴压力和弯矩较小时，可采用图a至e；当轴压力和弯矩较大时钢结构补强，可采用图f至k，其中图k为重型工业厂房的箱型柱脚。
实腹刚性柱底座主要由底座板、加劲肋、靴梁、隔板、锚栓及锚栓支撑支架等组成。各板的强度、刚度及其间的连接应起到增加柱底座整体刚度、提高柱底座承载力和变形能力的作用，结构应满足下列要求：
（1）柱底板厚度不宜小于30mm，且不宜小于钢柱翼缘厚度。
（2）当采用外露柱脚时，柱脚的极限承载力不宜小于柱截面塑性屈服承载力的1.2倍。柱脚锚固螺栓不宜用来承受柱脚处的水平剪力，柱脚剪力应由底板与基础间的摩擦力或设置剪力键等措施来承受。柱脚锚固螺栓应锚固牢固。
（3）刚性柱脚的锚栓不仅在安装过程中起固定作用，而且还要在柱脚弯矩作用下承受拉力。刚性柱脚的锚栓直径及数量应经计算确定，其直径不宜小于24mm。
（4）对于抗震水平为三级及以上建筑，锚栓的截面面积不应小于钢柱下端截面面积的20%。
外柱底座
（1）外包柱底座板宜位于基础梁或筏板混凝土保护层内。外包混凝土厚度H型柱不宜小于160mm，矩形管、圆管柱不宜小于180mm，且不宜小于钢柱截面高度的30%。混凝土强度等级不宜低于C30。柱底座外包高度H型柱不宜小于柱截面高度的2倍，矩形管、圆管柱不宜小于矩形管截面长边尺寸或圆管直径的2.5倍。当无地下室时，外包宽度和高度宜增加20%，当只有一层地下室时，外包宽度宜增加10%。
（2）柱底板厚度不宜小于16mm。
（3）柱脚锚栓直径不宜小于16mm，锚固长度不宜小于其直径的20倍。锚栓直径的选取应使基础最大压应力值不超过混凝土局部承载强度的设计值。锚栓底部应设锚板或挂钩。
(4) 混凝土柱的顶部箍筋处应设置水平加劲肋或横隔板。
（5）当框架柱为圆管或矩形管时，应在管内浇注混凝土，其强度等级不宜小于基础混凝土强度等级，浇注高度应高于外侧混凝土，且不宜小于圆管直径或矩形管长边。
（6）外层钢筋混凝土的抗弯、抗剪承载力验算及受拉钢筋、箍筋的构造要求应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》（2015年版）（GB50010-2010）的有关规定。主筋穿入基础的长度不应小于25倍直径。四角主筋两端应加弯头，向下弯头长度不应小于15d。外层顶部箍筋应加强且密实（间距不应大于50mm），不应少于3根直径12mm的HRB335级热轧钢筋。
（7）外部钢柱翼缘面应按结构设置栓塞，并按预埋柱底座结构设置。
（8）外购、预埋的柱脚，钢柱脚与混凝土接触的范围内不得涂漆。安装柱脚时应用砂轮清除钢柱表面的污垢、油污、铁锈、焊渣等。
预埋柱脚
（1）埋置深度：H型钢柱埋置深度不宜小于钢柱截面高度的2倍；矩形管柱、圆管柱埋置深度不宜小于截面高度加圆管外径的2.5倍；为将柱的全部塑性弯矩传递给基础，边柱、角柱的埋置深度应适当增加。
（2）钢柱底板处应按弯曲连接设计布置锚栓，锚栓的埋置长度不宜小于其直径的25倍。锚栓底部应设锚板或挂钩，锚板厚度应大于锚栓直径的1.3倍。锚栓周围及底部混凝土应有足够的厚度，避免基础受到剪切破坏。锚栓应根据混凝土基础的要求设保护层。
（3）钢柱预埋件四周应设置垂直钢筋和箍筋。垂直钢筋的直径应符合《混凝土结构设计规范》的有关规定。箍筋直径不宜小于10mm，间距不宜大于250mm，且顶端宜较密。边柱、角柱易发生混凝土剪切破坏，应有足够的配筋。预埋件的顶部和底部应设置U型钢筋，以加强预埋件，如下图所示。U型钢筋的开口应朝内，其锚固长度应从钢柱内部测量，且不应小于钢筋直径的30倍。
（4）钢柱预埋件侧面混凝土保护层也应有足够的厚度。如下图所示，保护层厚度C1不应小于弯曲方向钢柱截面高度的1/2，且不应小于250mm，C2不应小于弯曲方向钢柱截面高度的2/3，且不应小于400mm。基础梁与梁边的夹角应设为钝角，坡度应≤1：4。
（5）混凝土基础顶部宜设置水平加劲肋。当箱形柱壁宽厚比大于30时，应在预埋件顶部设置隔墙。也可在箱形柱预埋件内灌满混凝土。当混凝土灌至基础顶部以上1倍箱形截面高度时，预埋件顶部可不设隔墙。
（6）钢柱预埋部分不需要设螺栓，对于有拉拔力作用的柱，应在柱预埋于混凝土部分设置螺栓。
插入柱脚
插入式柱脚是指将钢柱直接插入浇注的杯口内，经校准后再将细石混凝土浇注至基础顶面，使钢柱与基础刚性连接。柱脚的作用是通过二次浇注的细石混凝土将钢柱下端的内力（轴力、弯矩、剪力）传递给基础。其传力机理与嵌入式柱脚基本相同。钢柱下部的弯矩和剪力主要由二次浇注层细石混凝土的侧压力对钢柱翼缘产生的弯矩来平衡，轴力则由二次浇注层的黏结力和柱底部的反力来承担。钢柱侧面混凝土的支撑反力和受压高度范围内混凝土的抗力形成的抗力弯矩与钢柱的弯矩和剪力相平衡，即可得到保证钢柱与基础刚性连接的插入深度。
混凝土基础插入杯状件的深度应符合表12.7.10的规定。实心柱的柱脚应按本标准12.7.9条的规定计算。双肢格构柱的柱脚应按下列公式计算:
式中：N——柱肢轴向拉力设计值（N）；
ft——杯口内二浇层细石混凝土抗拉强度设计值（N/mm2）；
S为柱肢外轮廓线周长。对于圆管柱，可按公式（12.7.10-2）计算。
表12.7.10 钢柱插入杯口的最小深度
（二）轻钢分层钢柱基础设计
加层钢结构柱脚设计，因下部混凝土结构情况不同钢结构补强，可采用不同的节点处理方案。下面对加层钢结构柱脚节点类型进行总结，在后续章节中将进行详细介绍：
增层柱脚节点设计依据
轻钢增层柱脚节点连接形式分为铰接和刚接两种，如下图所示。铰接柱脚只能承受轴压力和水平剪力，不能抵抗弯矩。刚接柱脚除能承受轴压力和水平剪力外，还能承受上部增层结构传来的弯矩。
由于钢结构比钢筋混凝土结构轻，在钢结构上增加层数可以大大减轻结构的竖向荷载，但对水平荷载没有影响，即传递到柱脚的水平剪力没有明显减小。《钢结构设计标准》（GB50017-2017）和《门式刚架房屋轻型钢结构技术规范》（GB51022-2015）均明确规定，不宜采用柱脚锚栓来承受柱脚底部的水平剪力。因此，水平剪力可由底板与混凝土基础间的摩擦力来承受，也可设置剪力键来承受。剪力键的设置如下图所示。
加层钢柱脚常用节点形式
在现行轻钢加层工程中，当原有建筑为钢筋混凝土框架结构时，所采用的柱脚刚接方案主要有以下几种：
（1）直接钻孔连接法：如下图所示，在原结构柱顶适当位置钻孔并植入锚固钢筋。在柱顶铺砌一定厚度的细石混凝土。在过渡钢板上对应植入钢筋的位置钻孔。将过渡钢板与植入锚固钢筋焊接。用结构胶将植入钢筋与过渡钢板固定。最后用螺栓将钢柱底板与过渡钢板连接起来。
此种方式适用于原框架柱顶部钢筋分布不太密集，且能提供锚栓孔空间的结构。其优点是施工简单，但其缺点是由于结构胶使用寿命有限，施工质量要求高，无法保证结构的耐久性和施工质量的可靠性。同时，这种柱脚形式的抗震性能较差。
（2）柱主筋直接连接法：如下图所示，在原框架柱纵筋中，选取适当位置的纵筋加热调直其原锚固段，在过渡钢板对应位置开孔塞焊，柱顶铺细石混凝土调平，再将钢柱底板与过渡钢板用螺栓连接，达到安装钢柱的目的。这种连接方法的缺点是很多情况下很难找到满足数量要求的钢筋，无法保证柱脚在复杂受力下的承载性能，无法提高连接节点的抗震性能。
（3）U型箍连接法：如下图所示，当增层结构只有一层或增层部分内力较小时，可采用U型螺栓连接方法，即先在原柱顶砌筑一定厚度的混凝土，在钢柱下利用U型螺栓将钢柱与原结构混凝土梁连接。钢柱底板与U型箍采用钻孔塞焊或螺栓连接。这种柱脚连接形式施工简单，但不能提高节点的受力性能。
增层钢柱脚其他型式节点在工程中的应用
由于3种传统的柱脚连接形式构造简单，不利于复杂受力状态下的荷载传递，且不能有效提高节点的抗震性能，因此，在采用轻钢楼板对钢筋混凝土框架结构增设楼层时，为保证增设楼层节点的可靠性，提高增设楼层后结构的抗震性能，结合实际工程，对如下连接节点进行了总结整理。
（1）外露柱头的新柱底：此柱底节点适用于顶部附加层数较少的既有建筑混凝土结构。当新增钢柱截面尺寸及柱底板尺寸较小时，可采用下列节点连接方式：（此节点不表明原有混凝土梁、柱自带配筋部位）。此方式适用于原有框架柱顶钢筋分布不密集的结构。
（2）外包刚接柱脚方案一：此柱脚节点适用于既有建筑混凝土结构顶层改造，当新增钢柱及柱底板截面尺寸较小，下部混凝土柱截面尺寸较大时，可采用如下节点连接方式：（此节点不表明原混凝土梁、柱本身有配筋部分）
（3）外刚连接柱脚方案2：此柱脚节点适用于既有建筑混凝土结构顶层改造，钢柱脚底板较大，原混凝土柱截面尺寸较小，无法为上部钢柱外混凝土部分提供纵筋锚固空间，可采用如下节点连接方式：
（4）外刚连接柱脚方案3：此柱脚节点适用于既有建筑混凝土结构顶层改造。钢柱脚底板较大，原混凝土柱截面尺寸较小，不能为上部钢柱外混凝土部分提供纵筋锚固空间。也可采用下述节点连接方式：
对于方案二、三的外包刚接柱脚，钢柱底板上方现浇外包钢筋混凝土，增加了现浇混凝土柱头对钢柱的预埋能力；通过钢柱与外包钢筋混凝土的共同作用，将上部结构产生的轴力、弯矩有效地传递给原结构；同时，避免了新增钢柱与原混凝土柱之间刚度的突变。
列头节点引用
