上一篇聊了钢柱脚的刚接与铰接的话题，提到了“半刚性”，引起很热烈的讨论，感兴趣的读者可以点击原文查看其中的50多条讨论留言。

有读者留言说“考虑的问题一大堆，设计费才那么点”，“行情太差，都不想研究这些了”……

看到不少类似的留言讨论，明显感受到结构设计越来越艰难： 责任心不能有半点松懈，又要降本增效、要求越来越高，但获得的收益却飘忽不定、每况愈下 。其实抬头看看周边行业，这种情况不光是设计行业。很多行业的从业者，都在探索寻找新的机会。也许现在的AI能帮上大忙进行更多的拓展。

 

引言

言归正题，上篇那么多的留言里排第一的是 “为什么螺栓在翼缘内侧就是铰接呢？”

当时是这么回复的：“因为翼缘是主要抗拉的，外侧如果没有螺栓，无法传递拉力给基础，这个节点就不能抗弯。即使能，力臂短，效率低。”这个解释，是基于已经是按“铰接”进行假定结果而给出的。实际情况，可能并不完全如此。

下面我们就展开聊聊这个留言的问题。

完全铰接的优缺点

门式刚架采用铰接柱脚有其独特的优势：只传递轴力和剪力，不传递弯矩，受力简单、构造简洁、基础造价低、施工简单快捷，在轻型厂房中可以灵活应用。

然而，铰接柱脚也存在明显的局限性：结构整体侧向刚度不足，需要额外增设支撑来增强稳定性； 水平剪力更多需要增设抗剪键来承担 ；也可能导致上部结构用钢量增加，反而不经济。

 

最突出的一个问题就是 “抗剪键” [^1]。柱脚设置抗剪键，需要在基础上预留槽，待柱安装就位后作二次灌浆和养护，增加了安装、施工的难度，成本增加。

 

工程实际中，柱脚很少会采用两个锚栓的情况，主要原因是考虑钢柱安装时的安全稳定性，也有论文指出是 防火的要求 [^2]：国外规定，四个锚栓柱脚是防火所要求的，即使横梁在火灾事故中烧塌，柱子仍需有直立的能力。

 

2个锚栓变成4个锚栓 ，这种构造提供一定的抗弯能力，更稳定、安装时也更安全，此时如果计算继续按照完全铰接假定，忽略事实上已经具有的抗弯承载能力，就可能过于保守，有失经济性。

 

那么如果考虑抗弯承载能力，按照半刚接的柱脚来设计考虑，会有哪些有利和不利的影响呢？

半刚接会带来哪些影响？

抗剪键可以不设

半刚接柱脚，具有一定的转动约束能力，可以传递部分弯矩。弯矩的存在使一侧锚栓产生拉力，同时 增加另一侧底板的压力，从而增大摩擦力 （摩擦力和接触面积大小无关，只与摩擦系数和压力有关）。利用这种原理特性，减少了设置抗剪键的概率，这样不仅能更好地发挥材料性能，还能简化施工过程，提高施工效率，最终达到降低成本的目的。

 

柱脚弯矩的增加

柱脚存在一定的转动约束，这会在柱底产生弯矩。算例分析表明[^1]，这种弯矩虽然对柱脚截面强度影响不大，但在设计时仍需注意 ：一是基础设计要考虑这个约束弯矩；二是要对锚栓进行抗拔验算。

为了准确分析这些影响，需要建立考虑柱脚刚度的力学模型进行计算。

钢柱计算长度的减小

柱脚并非理想铰接时，在计算刚架平面内稳定性，可以引入 计 算长度 系数 （μ）[^2]来修正。这个系数通常小于1，例如保守点取0.85。这意味着实际柱子的有效长度比铰接柱要短，稳定性更好。

 

如何计算非刚接柱脚

秋山式

日本的钢柱脚转动刚度设计，采用了[^3]如下的秋山式公式：

 

“秋山式”是日本基于大量试验所提出的经验公式 ，对于露出型钢柱柱脚的 半刚性 转动刚度有较好的实用价值，尤其在常规尺寸和构造范围内，计算比较简便。

组件法

欧洲标准[^4]采用另一种方式 分多个组件的方法 进行柱脚节点的转动刚度的计算：

E 为钢材的弹性模量；z 为“力臂”或“杠杆臂”（拉力区与压力区之间的距离）；μ 为刚度修正系数；  为每个“基本组件”的刚度，组件法的核心就是将节点分解成若干组件（底板、锚栓、混凝土等），分别计算其刚度。

这个公式在实际应用中存在难度。因为其中e值的计算与弯矩和轴力相关，而弯矩和轴力又与柱脚刚度相关，这就形成了一个循环依赖关系，需要进行迭代计算。

实际工程的现状

下面是两位读者提供的厂房钢柱脚的实际工程照片，读者们看了以后，觉得其中存在哪些问题呢？欢迎留言一起讨论。

 

感谢江南管理资深钢结构专家贾福兴老法师提供的项目图片。

感谢公众号“钢结构Cost-steelstructure”博主陈总提供的项目图片。

小结

近十年前的规范，处理柱脚设计时，多半是本着更务实的原则，通过适当简化，使工程师能够快速高效地完成设计，在计算模型中采用较为保守的假定，能够有充分的安全储备，包络施工现场可能存在的各种不确定因素，有效地保障了结构的整体安全性，虽然这种方法可能不是最经济的方案。