淺析輕鋼結構柱腳設計和施工質量控制要點

在輕鋼結構設計中，柱腳作為結構整體的重要組成部分，在結構中起“承上啟下”的作用，將上部結構的荷載傳遞到基礎，對整個工程的質量和安全具有十分重要的意義。本文簡述柱腳底板區格劃分及計算，闡述其施工時需要注意的問題和施工控制重點，并對柱腳施工時出現的問題，提出具體處理方法和預防措施，以保證輕鋼結構柱腳設計和施工質量。

柱腳作為工程上部結構和地基基礎連接的節點，要和基礎牢固連接，并保證柱身的內力可靠的傳給基礎。柱腳的連接有鉸接和剛接兩種形式，鉸接柱腳不承受彎矩，只承受軸向壓力和水平剪力，水平剪力通常由柱底板和基礎表面的摩擦力傳遞，當水平剪力大于柱底板和基礎表面的摩擦力時，應在柱腳底板下設置抗剪鍵，加強抗剪切能力，抗剪鍵一般用T字鋼、方鋼和H型鋼等做成。剛接柱腳承受柱端軸向壓力、水平剪力和柱端彎矩。

1 柱腳計算

1.1 柱底板面積計算

柱底板截面尺寸決定于基礎材料的抗壓能力，柱底板和基礎接觸面為作用力與反作用力，假設基礎對柱底板的壓應力是均勻的，承受柱壓力所需柱底板凈面積An（柱底板長乘寬，減去錨栓孔面積）為：

1.2 柱底板厚度計算

柱底板可視為一個支撐在靴梁、隔板和柱端的平板，假設基礎對柱底板的壓應力是均勻的，柱底板承受基礎傳來的均勻反力，其厚度由板的抗彎強度決定。柱底板、靴梁、隔板和柱端面焊接為一個整體，將柱底板視為支撐在靴梁、隔板和柱端面邊的平板，可將柱底板分割成不同支撐邊的區格板，分別為四邊支撐、三邊支撐、兩相鄰邊支撐和一邊支撐等區格板。計算在均勻分布的基礎反力作用下，不同支撐的區格板單位寬度上的很大彎矩為為柱底板厚度設計彎矩。

柱腳設計時要靴梁和隔板的布置原則為盡可能使不同支撐區格板中的彎矩相差不要太大，避免因不同支撐區格板中彎矩相差太大使柱腳底板過厚，增加用鋼量。柱底板的厚度通常為20～40mm，為滿足基礎反力是均勻分布的假設，保證底板有足夠剛度，柱底板厚度應≥14mm。

1.3 錨栓

鉸接柱腳的錨栓一般不受拉力，僅起到柱腳安裝時固定的作用和工程使用過程中緊固連接的作用，通常錨栓的直徑根據鋼柱板件的厚度和底板厚度來確定，使其相互協調，直徑一般不小于20mm，數量一般根據底板的面積和構造確定，當錨栓中出現上拔力時，鉸接柱腳的錨栓數量和個數應根據上拔力的大小計算確定。剛接柱腳的錨栓不僅在安裝時起固定作用，而且在工程使用過程中承受柱腳彎矩產生的拉力，錨栓的直徑和數量應根據柱腳彎矩的大小計算確定。

為便于柱腳安裝與調整，柱底板上的螺栓孔應比栓桿直徑大0.2～0.5倍，錨栓錨固長度不應小于25d，鉸接柱腳錨栓應設在柱翼緣內側、剛接柱腳錨栓設在柱翼緣外側。

1.4 靴梁和肋板的計算

靴梁與柱連接焊縫承受柱身的壓力，其高度由連接所需的焊縫長度決定，厚度略小與柱翼緣。肋板按懸臂梁計算，肋板厚度、肋板與靴梁間的連接焊縫均按其承受的彎矩和剪力計算。

2 柱腳施工

錨栓是連接上部結構與地基基礎的重點，其施工質量的好壞直接影響工程的整體質量和安全使用，因此對柱腳錨栓的預埋精度要求很高。

2.1 基礎錨栓定位放線

定位放線是影響基礎錨栓精度的第一要素，必須使用全站儀嚴格控制軸線間距，同時控制點留設的位置要準確、牢固，并在施工過程中加以保護，防止破壞。

2.2 基礎錨栓定位

預埋基礎錨栓時，根據同一組錨栓的設計尺寸，設計加工一個矩形的有足夠強度和剛度的固定木模板或鋼模板，其上的錨栓孔徑按錨栓直徑增加加2～3mm來設計，并在模板中心位置開個能將手伸入基礎模板內進行固定錨栓與基礎鋼筋的孔，錨栓通過上下兩個螺母緊固在模板上，并與基礎鋼筋固定在一起，錨栓下部及中部用鋼筋交叉焊接成一個穩固的整體立體單元，保證同一柱腳錨栓固定，其相對距離不發生變動。錨栓固定后，架設水準儀并移動錨栓固定模板，校核錨栓標高；以錨栓與固定模板連接處的錨栓中心為基準，架設經緯儀校核錨栓垂直度，校核完成后，要注意保護錨栓避免在澆筑混凝土時標高及水平位置變化。

3 柱腳安裝問題及解決措施

3.1 預埋件（錨栓）問題現象

整體或局部個別錨栓偏移；標高有誤；絲扣未采取保護措施。造成鋼柱底板螺栓孔與預埋錨栓不對位，造成預埋錨栓絲扣長度不夠。解決措施：鋼結構施工單位協同土建施工單位一起完成預埋件工作，并用水準儀和經緯儀分別校核預埋錨栓標高、垂直度及軸線定位，校核準確并固定牢固后再澆搗混凝土。

3.2 錨栓不垂直現象

預埋錨栓傾斜、柱腳底板傾斜不水平、基礎混凝土澆筑后預埋錨栓水平誤差偏大。柱子安裝后不在一條直線上，影響房屋外觀、鋼柱安裝和結構受力，不符合施工驗收規范要求。解決措施：錨栓施工時，可采用固定模板或將鋼筋焊成籠狀等固定錨栓，完善錨栓支撐體系，避免基礎混凝土澆筑時錨栓移位。錨栓預埋時應校核垂直度，錨栓垂直后用固定螺栓將固定模板表面調平，柱腳安裝時用安裝螺栓先將柱底板調平后，再用無收縮砂漿二次灌漿填實。

3.3 錨栓連接問題現象

柱腳錨栓未緊固，沒擰到位；柱腳墊板與柱底板未焊接；部分未露2～3個絲扣的錨栓。解決措施：柱腳錨栓施工時應進行二次擰緊校核并將錨桿與螺帽焊接；錨栓預埋時應預留足夠的擰緊長度，并在錨栓外部加厚防火涂料與隔熱處理，以防失火時影響錨固性能；應補測基礎沉降觀測資料，預留錨栓沉降的長度。

4 結束語

柱腳錨栓在輕鋼結構中非常重要，在設計和施工時應嚴格控制，確保安全可靠，保證結構整體工程質量。本文講述輕鋼結構柱腳設計、施工安裝過程及對安裝時的主要問題提出解決措施，以供輕鋼結構柱腳設計和施工時參考，解決柱腳施工中主要問題，保證柱腳設計及施工質量。