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作者：史江涛，高级工程师、一级注册结构工程师、注册土木工程师（岩土）
0 简介
随着我国经济的发展和工业水平的提高，钢结构越来越多地应用于工业与民用建筑。钢材强度高，变形能力好。设计合理的钢结构建筑具有优良的抗震性能和能耗性能。钢结构建筑应根据建筑的类型、功能、高度等选择合理的钢结构体系，并精心设计结构构件和节点连接。在节点设计时，柱脚的设计非常重要，它是关系到整个结构抗震性能的关键节点。柱底座一般有嵌入式、外包式和外露式三种。外露刚性柱底座适用于6、7度抗震设防地区且建筑高度不超过50m的钢结构。本文主要讨论外露式刚性柱底座。
1 传统的裸露刚性柱底座设计方法
多年来，外露刚性柱脚设计采用的方法是《钢结构连接节点设计手册》的算法。本文称之为传统设计方法。该方法根据柱底荷载偏心距的不同，分三种情况进行计算。 ，方法如下。
图1 底板下混凝土压应力分布图
(1) 当偏心率e≤L/6时(图1(a))，底板下混凝土的最大压应力为：
2 外露刚性柱底座设计新方法
近年来，一些协会发布了《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规范》
CECS 230:2008》和行业规范《高层民用建筑钢结构技术规程：JGJ 99-2015》提出了外露刚性柱脚设计的新方法：按设计方法计算柱脚荷载钢筋混凝土受弯构件截面受力的具体计算要求如下。
(1)钢柱轴力由底板直接传递至混凝土基础。根据现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）计算柱脚板下混凝土的局部压力承载力。承压面积是底板的面积。
(2)计算在轴力和弯矩作用下所需的锚栓面积，应验算下列公式：
M≤M1(1)
式中：M为柱脚弯矩设计值，kN·m； M1为按钢筋混凝土受弯构件截面设计方法计算的轴力和弯矩作用下的柱脚弯曲承载力，kN·m。
假设截面为底板面积，受拉侧地脚螺栓单独承受拉力，混凝土基础单独承受压力。受压侧的地脚螺栓不参与工作。地脚螺栓和混凝土的强度均为设计值。
(3)抗震设计时现行钢结构设计规范采用的设计方法是，柱与柱脚连接处，柱可能设有塑性铰处的柱脚极限承载力应大于钢柱的全塑性抗弯承载力，并应按以下公式计算：
(4)钢柱底部剪力可通过底板与混凝土之间的摩擦力来传递，摩擦系数为0.4；当剪力大于底板下方的摩擦力时，应设置剪力键来承受全部剪力。 ;地脚螺栓还可用于抵抗所有剪切力。详情请参阅相关规定。
该算法根据钢筋混凝土受弯构件截面的设计方法计算柱脚的抗弯承载力。地基受力后仍保持平坦截面假设。锚栓按弹性应力应变本构模型计算，混凝土压缩按非线性应力计算。应变关系计算，该算法是考虑混凝土非线性的算法，理论上更加合理，与柱脚实际受力更加符合。
3 新方法设计计算实例
考虑到传统的设计方法多年来一直用于外露刚性柱底座的设计，大家都很熟悉，不再赘述。程序设计方法出现较晚，也较新。这里给出一个典型例子并详细说明其设计计算过程。
3.1 设计条件
H型钢框架柱脚，钢柱钢材Q345B，截面HW300×300×10×15，混凝土强度等级C30，锚栓钢材Q345B，内力设计值N=1000kN，绕强轴M=250kN ·米。
3. 2 按弹性计算
初步确定每侧法兰上有3个地脚螺栓。底板及地脚螺栓具体布置如图2所示。
偏心率
e0=米/N=250/1000=0。25m=250mm
4 结论
(1) 传统的外露刚性柱基础设计方法是基于地脚螺栓和混凝土均为线弹性材料的事实，计算方法假设基础受力后仍保持平坦截面。它是一种弹性算法。
(2)程序设计方法假设锚栓为线弹性材料，混凝土为非线性材料，并考虑其塑性。该算法是考虑混凝土受压时非线性的算法现行钢结构设计规范采用的设计方法是，理论上更加合理。
(3)通过地震作用下弹性设计和极限承载力设计的典型实例，论证了采用新设计方法计算刚性柱基础的详细过程，为类似工程提供参考。
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