美标柱与承台的连接

1概述

本文对柱与承台的连接进行了总结。一般来说，钢、混凝土和预制柱都需要满足ACI 318-14第16.3节中的“荷载传递”规定。本文首先对这些规定进行阐述，然后参考其他相关规范规定和标准实践，分别讨论混凝土、钢和预制柱与承台的连接。

2 ACI 318-14第16.3节

ACI 318-14第13章对承台的设计和构造进行了规定。ACI318-14第16.3节考虑了柱和承台顶部的交界面，并进行了规定，以详细说明符合规范的荷载路径，以将剪力、弯矩和轴力从柱底部传递至承台。当传递压力时，混凝土承台上的柱的局部压力也可采取措施。当传递拉力、弯矩时，可采用柱纵筋延伸到承台、预留插筋、地脚锚栓或其他机械连接。

无论所选立柱类型如何，如果满足ACI318-14第22.8节的要求，承台顶部的局部压力限制为乘以承压面积（例如，柱或底板的横截面积）至2()倍的下限强度。ACI 318-14第22.8节中没有明确规定，但ACI318-14第R16.3.3.4节的条文说明指出，根据ACI 318-14第22.8节增加局部承压面积需要使用插筋、延伸纵向钢筋，或桩帽内的其他钢筋，应能承担承台与柱交接面处的所有效应。

3现浇柱与承台连接

ACI 318-14第16.3.5.1节规定了现浇混凝土柱与承台的连接规定。锚入承台的钢筋可由柱纵筋延伸柱或预留插筋，穿过界面的钢筋面积不得小于钢筋混凝土柱总面积的0.005倍。钢筋的最小面积为柱提供一定的延性，并在施工和结构使用寿命期间提供一定的强度和稳定性。ACI不要求所有柱纵筋都用匹配的插筋搭接。但是插筋或柱延伸纵筋应可靠地锚固在承台中。

一般来说，ACI318-14第25.5.1.1节不允许在柱中搭接#14和#18纵向钢筋。但对钢筋混凝土柱受压的承台，ACI318-14第16.3.5.4节中有一个特殊情况，即#11及更小的钢筋可用作与#14和#18纵向钢筋的插筋。搭接长度必须大于柱纵筋的受压搭接长度。同样，插筋必须伸入承台，其距离不得小于插筋的受压锚固长度。钢筋混凝土柱–承台构造详图如图1。柱中的纵向钢筋通常与匹配的插筋搭接（或根据需要减少配筋），以传递界面处的剪力和弯矩。

图1. 现浇柱与承台的连接

钢筋混凝土柱–承台连接设计见CRSI设计手册。

4预制柱与承台连接

ACI 318-14第16.3.3.6节包含了适用于使用预制混凝土柱与承台连接的规定。地脚螺栓必须按照ACI318-14第17章进行设计。ACI318-14第16.2.4.3节要求，穿过预制柱和承台之间接口的钢材面积不得小于柱总横截面积（in2）除以钢材屈服强度（psi）的200倍或200Ag/fy。假设36ksi地脚螺栓，则锚栓所需的钢材面积为柱总横截面积的0.00555倍。为了进行比较，如前一节所述，现浇柱需要穿过界面的钢材稍微少一些。典型的预制混凝土柱与承台连接如图2所示。柱中的纵向钢筋通常焊接到预埋板上，然后通过锚栓将剪力和弯矩传递到承台。

图2. 预制柱与承台连接

预制柱与承台连接设计示例见PCA。

5钢柱与承台连接

ACI 318-14第16.3节不包括钢柱与承台连接的具体规定。虽然AISC360详细介绍了钢柱脚的设计，但锚栓通常按ACI318-14第17章进行设计。ACI 318-14或AISC360规定的最小总锚栓横截面积不得小于强度要求和荷载传递路径的考虑。但OSHA要求钢柱脚连接构造至少有四个锚栓。图3~5为常见的钢柱与承台之间的连接示意。图3是最常见的构造，用于仅轴向荷载情况或较小剪力和弯矩。在这个构造中，剪力通过摩擦或锚栓传递，弯矩–净拉力需求通过锚栓通过界面传递到承台中。由于底板上的螺栓孔通常过大，垫圈通常不与底板焊接，因此在中等荷载下，剪力传递荷载路径不甚可靠，图4中的抗剪键提供了更可靠的传力方式。如果需要在柱基处有较大的弯矩，通常采用图5的构造。加劲板应考虑底板厚度和减少螺栓撬力。当然这些应用中仍然必须考虑剪力的影响。

钢柱–承台连接设计见AISC设计指南1：柱脚和锚栓设计。

图3. 钢柱与承台连接之一

图4. 钢柱与承台连接之二

 图5. 钢柱与承台连接之三