轴心受力构件-轴心受压柱的柱头与柱脚（钢结构）

钢结构专业课件轴心受压柱的柱脚设计。柱下端与基础相连的部分称为柱脚。柱脚的作用是将柱身所受的力传递和分布到基础，并将柱固定于基础。基础一般由混凝土或钢筋混凝土做成，其强度远低于钢材的，所以必须将柱身的底端扩大以增加与基础接触的面积，使接触面积上承压力小于或等于基础的抗压强度设计值。这就要求柱脚有一定的宽度和长度，也应有一定的刚度和强度，使柱身压力比较均匀地传到基础。

1.柱脚的定义及作用传力明确，可靠、简捷、构造简单、节约材料、施工方便，并符合计算简图。2.柱脚设计的原则轴心受压柱的柱脚设计。图1-1a仅有底板的柱脚对轴力很小的柱，可将柱身底端切割平齐，直接与底板焊接。柱身所受的力通过焊缝传给底板，由底板分布到基础。底板厚度一般为20～40mm，用两个锚栓固定在基础上，锚栓位置放在柱中轴线上，一般在短轴线底板两侧。锚栓直径按构造采用20～30mm，预埋于混凝土基础内。这种柱脚构造最简单；但只适用于轴力很小的柱，否则底板和焊缝都将太厚，因为底板在各方向均为悬臂。

3.柱脚型式和构造图1-1a轴心受压柱柱脚构造轴心受压柱的柱脚设计图1-1b有靴梁的柱脚靴梁是联系柱身和底板的横向分布结构，可用竖板或槽钢做成，在柱的两侧沿柱脚的较长方向各设置一个。柱身轴力

靴梁底板

基础

连接柱身与底板的水平焊缝由于质量不易保证(因板间位置不准，常有一定空隙)，计算时通常不考虑其受力。

其与靴梁连接的竖向焊缝①

其与底板连接的水平焊缝②图1-1b轴心受压柱柱脚构造轴心受压柱的柱脚设计图1-1c有靴梁带隔板的柱脚

图1-1c轴心受压柱柱脚构造当靴梁外伸较长时，除靴梁外可加设隔板，将底板的区格划小，使底板承受的弯矩减小，厚度不致过大。隔板同时可提高靴梁的侧向刚度。轴心受压柱的柱脚设计图1-1d有靴梁和肋板的柱脚。

图1-1d轴心受压柱柱脚构造这种柱脚采用双向分布结构，使柱身轴力向四个方向扩散，基础压力分布得更均匀。这种柱脚底板可做成正方形或接近正方形。通常情况是在柱的一个方向采用靴梁，另一个方向设肋板。当轴心力较小时也可在两个方向都采用肋板而不设靴梁(图1-1e)图1-1e轴心受压柱柱脚构造钢结构专业课件轴心受压柱的柱头设计。柱头是指柱的顶部与梁（或桁架）连接的部分。其作用是将梁等上部结构的荷载传到柱身。

1.柱头的定义及作用2.柱头的连接方式传力明确、可靠、简捷,便于制造和安装，经济合理。按梁安放在柱头的位置不同，柱头有两种连接方式：①梁直接放在柱顶上的顶面连接②梁连于柱侧面的侧面连接轴心受压柱与梁的连接主要采用铰接。3.连接构造设计的原则轴心受压柱的柱头设计

A．构造

①柱顶设一块柱顶板来安放梁，柱顶板厚度一般采用16～25mm，平面尺寸一般向柱四周外伸20～30mm，以便与柱焊接。②梁端设置支承加劲肋，采用突缘板形式，其底部刨平（或铣平），与柱顶板直接顶紧，梁的全部压力通过突缘板压在柱顶板的中部，即使相邻两梁的支座反力不相等，对柱所引起的偏心也很小，柱仍接近轴心受压状态。（1）顶面连接（梁支承于柱顶）图1-1梁支承于柱顶的柱头构造轴心受压柱的柱头设计

③当梁支座反力较大时，为了提高顶板的抗弯刚度，可在顶板上面加焊一块垫板，在顶板的下面设加劲肋。这样，柱顶板本身不需要太厚，一般≥14mm即可。

④为了便于制造和安装，两相邻梁相接处预留10～20mm间隙，待安装就位后，在靠近梁下翼缘处的梁支座加劲肋间填以钢板，并用螺栓连接。这样即可使梁相互连接，又可避免梁弯曲时由于弹性约束面产生支座弯矩。图1-1梁支承于柱顶的柱头构造轴心受压柱的柱头设计

B．设计

假设梁传来的全部压力为N，则其传力途径为：N垫板顶板加劲肋腹板。注明：垫板与顶板、顶板与柱身均采用构造焊缝连接

承压

承压

加劲肋承压或焊缝①

焊缝②图1-1梁支承于柱顶的柱头构造轴心受压柱的柱头设计

a.柱顶板与加劲肋之间的传力当压力N不大时，依靠焊缝①传力：（1-1）当压力N较大时，依靠加劲肋局部承压传力：（1-2）式中：和——加劲肋的宽度和厚度；——焊缝①的焊脚尺寸；——系数。动荷载作用时取1.0，静荷载或间接动荷载作用时取1.22。——钢材的端面承压设计强度。图1-1梁支承于柱顶的柱头构造轴心受压柱的柱头设计

b.加劲肋与腹板之间的传力加劲肋在的偏心力N/2作用下，用两条角焊缝②把向下剪力N/2和偏心弯矩（N/2）￭（b1/2）传给腹板。1）假定加劲肋尺寸b1、t1、h1加劲肋的宽度b1参照柱顶板的宽度而定；厚度t1应符合局部稳定的要求，取t1>b1/15及t1≥10mm，且不宜比柱腹板厚度超过太多。图1-1梁支承于柱顶的柱头构造轴心受压柱的柱头设计

b.加劲肋与腹板之间的传力

2）焊缝②强度验算（1-3）、——焊缝②的有效截面抵抗矩和有效截面面积；

图1-1梁支承于柱顶的柱头构造轴心受压柱的柱头设计

b.加劲肋与腹板之间的传力

3）加劲肋强度验算（1-4）

(1-5）

图1-1梁支承于柱顶的柱头构造轴心受压柱的柱头设计

b.加劲肋与腹板之间的传力有时，梁传来的压力N很大，致使焊缝②的长度也将很大，构造不合理。为此，可把柱子的腹板开一个槽，使前后两根加劲肋变成一整块钢板，成为双悬臂梁。焊缝②只承受向下作用的剪力而不传递偏心弯矩，因而可大大使焊缝长度缩短。但这时应把柱子上端和加劲肋相连的一段腹板加厚为tw+2mm焊缝②验算：

(1-6）

轴心受压柱的柱头设计

A．构造

①首先，在柱翼缘板上焊以承托，承托可用厚钢板(图1-2a)或厚角钢(图1-2b)做成，承托板厚度应比梁端支座加劲肋厚度大5～10mm，一般为25～40mm。承托板的顶面应刨平。②其次，将相邻梁端支座加劲肋的突缘部分刨平（或铣平），安放在焊于柱翼缘板的承托上，并与之顶紧。（2）侧面连接侧面连接通常是在柱的侧面焊以承托，以支承梁的支座反力。

图1-2梁支承于柱侧的柱头构造a）梁与实腹式柱的连接构造b)梁与格构式柱的连接构造轴心受压柱的柱头设计

A．构造③最后，固定梁的位置。梁端支座加劲肋可直接用c级螺栓与柱翼缘相连(螺栓数目按构造要求布置)，也可在梁端支座加劲肋与柱翼缘间留5～10mm的空隙，安装时放填板并设置构螺栓，以固定梁的位置。为加强柱头的刚度，实腹式柱和柱头一段变成实腹式的格构式柱应设置柱顶板(起横隔作用)，必要时还应该加劲肋和缀板。图1-2梁支承于柱侧的柱头构造a）梁与实腹式柱的连接构造b)梁与格构式柱的连接构造轴心受压柱的柱头设计