浅析轻钢结构柱脚设计和施工质量控制要点

在轻钢结构设计中，柱脚作为结构整体的重要组成部分，在结构中起“承上启下”的作用，将上部结构的荷载传递到基础，对整个工程的质量和安全具有十分重要的意义。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，提出具体处理方法和预防措施，以保证轻钢结构柱脚设计和施工质量。

柱脚作为工程上部结构和地基基础连接的节点，要和基础牢固连接，并保证柱身的内力可靠的传给基础。柱脚的连接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，水平剪力通常由柱底板和基础表面的摩擦力传递，当水平剪力大于柱底板和基础表面的摩擦力时，应在柱脚底板下设置抗剪键，加强抗剪切能力，抗剪键一般用T字钢、方钢和H型钢等做成。刚接柱脚承受柱端轴向压力、水平剪力和柱端弯矩。

1 柱脚计算

1.1 柱底板面积计算

柱底板截面尺寸决定于基础材料的抗压能力，柱底板和基础接触面为作用力与反作用力，假设基础对柱底板的压应力是均匀的，承受柱压力所需柱底板净面积An（柱底板长乘宽，减去锚栓孔面积）为：

1.2 柱底板厚度计算

柱底板可视为一个支撑在靴梁、隔板和柱端的平板，假设基础对柱底板的压应力是均匀的，柱底板承受基础传来的均匀反力，其厚度由板的抗弯强度决定。柱底板、靴梁、隔板和柱端面焊接为一个整体，将柱底板视为支撑在靴梁、隔板和柱端面边的平板，可将柱底板分割成不同支撑边的区格板，分别为四边支撑、三边支撑、两相邻边支撑和一边支撑等区格板。计算在均匀分布的基础反力作用下，不同支撑的区格板单位宽度上的很大弯矩为为柱底板厚度设计弯矩。

柱脚设计时要靴梁和隔板的布置原则为尽可能使不同支撑区格板中的弯矩相差不要太大，避免因不同支撑区格板中弯矩相差太大使柱脚底板过厚，增加用钢量。柱底板的厚度通常为20～40mm，为满足基础反力是均匀分布的假设，保证底板有足够刚度，柱底板厚度应≥14mm。

1.3 锚栓

铰接柱脚的锚栓一般不受拉力，仅起到柱脚安装时固定的作用和工程使用过程中紧固连接的作用，通常锚栓的直径根据钢柱板件的厚度和底板厚度来确定，使其相互协调，直径一般不小于20mm，数量一般根据底板的面积和构造确定，当锚栓中出现上拔力时，铰接柱脚的锚栓数量和个数应根据上拔力的大小计算确定。刚接柱脚的锚栓不仅在安装时起固定作用，而且在工程使用过程中承受柱脚弯矩产生的拉力，锚栓的直径和数量应根据柱脚弯矩的大小计算确定。

为便于柱脚安装与调整，柱底板上的螺栓孔应比栓杆直径大0.2～0.5倍，锚栓锚固长度不应小于25d，铰接柱脚锚栓应设在柱翼缘内侧、刚接柱脚锚栓设在柱翼缘外侧。

1.4 靴梁和肋板的计算

靴梁与柱连接焊缝承受柱身的压力，其高度由连接所需的焊缝长度决定，厚度略小与柱翼缘。肋板按悬臂梁计算，肋板厚度、肋板与靴梁间的连接焊缝均按其承受的弯矩和剪力计算。

2 柱脚施工

锚栓是连接上部结构与地基基础的重点，其施工质量的好坏直接影响工程的整体质量和安全使用，因此对柱脚锚栓的预埋精度要求很高。

2.1 基础锚栓定位放线

定位放线是影响基础锚栓精度的第一要素，必须使用全站仪严格控制轴线间距，同时控制点留设的位置要准确、牢固，并在施工过程中加以保护，防止破坏。

2.2 基础锚栓定位

预埋基础锚栓时，根据同一组锚栓的设计尺寸，设计加工一个矩形的有足够强度和刚度的固定木模板或钢模板，其上的锚栓孔径按锚栓直径增加加2～3mm来设计，并在模板中心位置开个能将手伸入基础模板内进行固定锚栓与基础钢筋的孔，锚栓通过上下两个螺母紧固在模板上，并与基础钢筋固定在一起，锚栓下部及中部用钢筋交叉焊接成一个稳固的整体立体单元，保证同一柱脚锚栓固定，其相对距离不发生变动。锚栓固定后，架设水准仪并移动锚栓固定模板，校核锚栓标高；以锚栓与固定模板连接处的锚栓中心为基准，架设经纬仪校核锚栓垂直度，校核完成后，要注意保护锚栓避免在浇筑混凝土时标高及水平位置变化。

3 柱脚安装问题及解决措施

3.1 预埋件（锚栓）问题现象

整体或局部个别锚栓偏移；标高有误；丝扣未采取保护措施。造成钢柱底板螺栓孔与预埋锚栓不对位，造成预埋锚栓丝扣长度不够。解决措施：钢结构施工单位协同土建施工单位一起完成预埋件工作，并用水准仪和经纬仪分别校核预埋锚栓标高、垂直度及轴线定位，校核准确并固定牢固后再浇捣混凝土。

3.2 锚栓不垂直现象

预埋锚栓倾斜、柱脚底板倾斜不水平、基础混凝土浇筑后预埋锚栓水平误差偏大。柱子安装后不在一条直线上，影响房屋外观、钢柱安装和结构受力，不符合施工验收规范要求。解决措施：锚栓施工时，可采用固定模板或将钢筋焊成笼状等固定锚栓，完善锚栓支撑体系，避免基础混凝土浇筑时锚栓移位。锚栓预埋时应校核垂直度，锚栓垂直后用固定螺栓将固定模板表面调平，柱脚安装时用安装螺栓先将柱底板调平后，再用无收缩砂浆二次灌浆填实。

3.3 锚栓连接问题现象

柱脚锚栓未紧固，没拧到位；柱脚垫板与柱底板未焊接；部分未露2～3个丝扣的锚栓。解决措施：柱脚锚栓施工时应进行二次拧紧校核并将锚杆与螺帽焊接；锚栓预埋时应预留足够的拧紧长度，并在锚栓外部加厚防火涂料与隔热处理，以防失火时影响锚固性能；应补测基础沉降观测资料，预留锚栓沉降的长度。

4 结束语

柱脚锚栓在轻钢结构中非常重要，在设计和施工时应严格控制，确保安全可靠，保证结构整体工程质量。本文讲述轻钢结构柱脚设计、施工安装过程及对安装时的主要问题提出解决措施，以供轻钢结构柱脚设计和施工时参考，解决柱脚施工中主要问题，保证柱脚设计及施工质量。