1、按支撐型式可分為：剛性柱腳、鉸接柱腳。

2、按結構形式可分為：內嵌柱腳、外包柱腳、插入柱腳、外露柱腳。

1.柱腳型式及力學性能

（1）外露柱腳：柱底部焊接在剛性較大的底板上，底板用預埋在混凝土基礎中的錨栓固定。這種形式自鋼結構發(fā)展初期便開始使用。傳統(tǒng)上將柱腳分為鉸接式或剛性式兩大類，但前者難以得到完整的鉸接，或雖能傳遞一定的彎矩，但不能滿足完全間接剛度條件，從力學角度看，將其視為半剛性連接更為合適。該類柱腳傳遞彎矩的原理模型如圖1所示。柱腳上作用有軸力、彎矩和剪力，其中拉力和壓力通過柱底板與混凝土基礎接觸傳遞，剪力則靠柱底板與基礎接觸面的摩擦力抵抗或通過錨栓傳遞。

圖1 裸露柱底座傳力原理

與柱根部截面完全塑性彎矩相比，由錨栓屈服決定的柱底部塑性彎矩多數(shù)情況下較小，該柱腳在彎矩作用下的受力行為主要由錨栓的性能決定，其荷載-變形關系如圖2所示。若錨栓在受拉屈服后能充分發(fā)揮塑性變形，則在重復荷載作用下，外露柱腳的恢復力特性如圖3所示。但在實際的柱腳工程設計中，常常會出現(xiàn)在錨栓截面薄弱部位屈服之前螺紋部位就發(fā)生斷裂，或者由于錨固不充分而有很大的可能性將錨栓拉脫的情況，這種情況下很難看到柱腳產(chǎn)生足夠的塑性變形。

圖3 重復荷載作用下裸露柱腳的恢復力

（2）外柱底座

外包鋼筋混凝土柱腳在鋼柱底部包裹鋼筋混凝土，包裹層厚度相當于柱截面高度（最大截面尺寸）的2.5~3倍（圖4）。此種形式的柱腳設計為固定柱腳，設計正確可以保證柱腳的固定程度和承載力。此種柱腳的受力行為主要由外包鋼筋混凝土的受力行為決定。

圖4 外包柱基

（3）預埋柱腳

預埋柱腳是將鋼柱底部預埋到基礎混凝土中，預埋長度約為截面高度的2倍，周邊采用鋼筋混凝土加固（圖5）。從施工方便性來看，該類柱腳較其他型式的柱腳需要的工序較多，造成工期方面的劣勢。但它可以使鋼柱底部容易滿足形成塑性鉸的要求，結構概念十分清晰。因此，只要設計和施工正確，柱腳的恢復力特性可以呈現(xiàn)穩(wěn)定的紡錘形關系。設計中要注意的主要問題是保證鋼柱預埋部分的柱腳深度和周邊混凝土的厚度。

圖5 預埋柱腳

（圖6）表示柱埋入深度按1D、2D、3D（D：柱截面高度）變化時柱底座的恢復力特性。恢復力特性隨柱底座埋入深度的變化而變化，但當埋入深度達到柱截面高度的2倍時，可以認為基本成為紡錘形。為考慮與周圍混凝土的粘結，也有在柱埋入部分焊接栓釘?shù)脑O計方法，但栓釘僅在鋼柱埋入部分與周圍混凝土存在較大分離時才起作用。在預期設計荷載范圍內，不會出現(xiàn)這么大的分離，因此可以認為在這方面基本沒有影響。

圖6 嵌入式柱腳恢復力特性

預埋柱腳周圍混凝土承受作用于柱底的彎矩和剪力，產(chǎn)生很大的壓力（見圖7），因此必須保證外層厚度，防止發(fā)生剪切破壞。中柱一般沒有問題，但邊柱、角柱必須根據(jù)計算確定外層厚度。如果因相鄰建筑物、紅線等問題不能保證必要的混凝土厚度，則必須采用鋼筋進行必要的加固。

2.柱腳設計與施工基本要點

為確保柱底座節(jié)點的抗震安全性，必須充分了解柱底座的力學性能，并正確進行設計和施工。

對于設計而言，首先在使用極限狀態(tài)下，需要明確柱腳的性能要求。其次，在承載力極限狀態(tài)下，需要考慮鋼柱和柱腳的性能。也就是說，在使用極限狀態(tài)下，設計為鉸接連接的柱腳不應產(chǎn)生彎矩，但可以進行一定程度的轉動。而作為固定連接考慮的柱腳為剛接，可以承受彎矩。另外，一般的外露柱腳、錨栓、柱腳底板等都會產(chǎn)生彈性變形。完全的剛接連接是不可能的。再者，在承載力極限狀態(tài)下，柱腳部分會產(chǎn)生塑性鉸，因此要求具有較大的塑性轉動能力。柱腳的詳細設計必須按照設計方針的要求進行。

因此，對于正常使用極限狀態(tài)設計，正確評估柱底座的轉動剛度，在結構分析中考慮柱底座剛度來獲得設計內力，準確掌握作用于柱底座的內力，是基本要求。對軸力、彎曲力、剪切力進行適當?shù)脑O計是基本要求。

下面介紹各種形式的柱底座的設計要點。

（1）外露柱腳

使外露的柱腳完全鉸接或完全剛性化是相當困難的。但如能滿足下列條件，柱腳基本上可以設計成鉸接的：柱底板具有很大的剛度，可以抑制局部變形；選擇適當?shù)腻^栓長度，使錨栓螺紋部分在錨栓全長塑性變形未充分發(fā)展之前不發(fā)生斷裂；錨栓在混凝土基礎中的粘結部分可以防止剪切破壞。但在這種情況下，錨栓的抗拉承載力必須大于水平力引起的柱腳拉力(不考慮活載效應)和柱的抗拉屈服承載力的1/2，取較小者。最好在柱底板下面設置剪力鍵略鋼，以保證抵抗水平力的作用。

當外露柱腳設計為彎曲柱腳時，錨栓承受彎矩產(chǎn)生的拉力，柱底板與基礎混凝土的接觸面承受壓力。在初步設計階段，一般假定柱底板為剛性構件，錨栓作為受拉鋼筋，以基礎底板面積作為鋼筋混凝土柱的截面，并根據(jù)此計算結果選取錨栓截面。在這種情況下，當柱截面大到一定程度時，往往很難選取足夠粗的錨栓來保證必要的承載力，因此很難設計出彎曲承載力大于柱截面彎曲承載力的柱腳。如果能采用一定程度的高強度錨栓，應該可以解決這個問題。然而，一旦采用高強度錨栓，就可能引起設計和施工問題，以防止基礎混凝土錨固部位的沖切破壞和剪切破壞。 此外，柱底板與下伏基礎混凝土之間壓力過大的問題也會隨之而來。因此，外露柱腳的設計承載力大多取決于柱腳的承載力而非柱的承載力，此時柱腳部分的彎曲承載力至少要達到柱本身彎曲承載力的1/2以上。另外，為保證塑性變形能力，柱腳各部分的設計與施工要求也必須具有與上述鉸接柱腳相同的保證條件。此外，此時需要正確評估柱腳的轉動剛度與恢復力特性，并在框架設計中體現(xiàn)出來。

綜合考慮以上幾點，現(xiàn)將外露柱底座設計相關各項內容的具體內容舉例如下（參見圖8、圖9）。

圖9 外埋式柱腳傳力原理

a) 柱底板

柱底板厚度的確定或適當加固，以保證底板在極限承載力狀態(tài)下也能保持彈性。因此，設計的底板可以視為剛性構件，在評估柱腳剛度時可以不考慮底板變形的影響。但底板與柱之間的焊接采用全焊透焊接連接，在底板下方，焊接可以抵抗剪力作用的剪切力。

b) 錨栓

b-1.要求錨栓在極限承載力狀態(tài)下在柱腳處產(chǎn)生塑性變形。

地腳螺栓采用Q235B、Q355B等鋼材，保證屈服強度比和塑性變形能力。

錨栓的螺紋部分經(jīng)過加工后，置于錨栓兩端，確保在螺栓桿達到全截面屈服前，螺紋部分不敢拉脫。螺栓桿的長度大于其直徑的25倍。螺栓桿涂有防銹涂層或包裹。采用雙螺母固定螺栓底板，防止轉動。在埋入基礎混凝土中的端部設置錨栓，防止錨栓拉脫。

b-2. 當柱在極限承載力狀態(tài)下要求其底部產(chǎn)生塑性變形時

對錨桿材料的強度、屈服強度比、塑性變形能力等沒有限制，但應選擇錨桿的截面積，使極限狀態(tài)下柱內彎矩和拉力在錨絲中引起的應力低于錨桿的屈服強度。

地腳螺栓兩端設置必要長度的螺紋部分，地腳螺栓桿的長度應設置成不使基礎混凝土從地腳螺栓固定點剪斷，固定柱底板時采用雙螺母防止轉動，埋入基礎混凝土的端部應設置錨栓，防止地腳螺栓被拉出。

c 基礎混凝土

基礎混凝土短柱部分在承受柱底板壓力時，不應使共同部分發(fā)生破壞，因此尺寸應相對柱底板有足夠放大，錨栓外側應設置附加鋼筋，在極限荷載狀態(tài)下，應保證必要的深度和寬度，防止從錨栓固定點開始發(fā)生混凝土沖切、剪切破壞。

d. 基礎灌漿

混凝土基礎頂面與柱底板之間應留有足夠的間隙，以灌注砂漿，砂漿應采用高強度無收縮砂漿。

a) 確保預埋在基礎混凝土中的地腳螺栓的平面位置和伸出長度

b) 地腳螺栓防銹處理

c) 錨栓的粘接

d) 柱底板與混凝土基礎緊密貼合（灌漿）

e) 地腳螺栓緊固及防轉

如上所述，外露柱基的設計和施工中需要解決的問題很多，任何一個方面出現(xiàn)問題，都無法達到要求的性能，這一點必須充分認識，尤其是市場上很難買到符合上述要求的錨固產(chǎn)品，這是一個很大的問題。

另一方面，目前已有裸露柱底座的施工方法，充分考慮上述幾點，通過結構試驗了解其力學性能，確定應用其他國家的標準化設計細則，實行負責任的施工制度，確保施工質量。

（2）外柱底座

對于外包鋼筋混凝土柱腳（見圖4），只要外包鋼筋混凝土設計正確，就能滿足柱底部剛接的設計要求。即保證外包高度相當于柱截面高度的2.5倍。將作用在外包混凝土頂部柱截面上的剪力視為懸臂梁外包混凝土上的集中荷載。這樣設計，使鋼柱所承受的應力轉移到外包鋼筋混凝土上。此時，柱底部的錨栓只需能承受安裝時的內力即可。為保證鋼筋混凝土的頂部位置和應力從鋼柱到鋼筋混凝土的傳遞，頂部均布置鋼筋，外包混凝土四角布置的縱向鋼筋頂部均設置箍筋，并保證必要的保護層厚度（見圖10）。

（3）嵌入分支

預埋柱腳（見圖5）必須保證相當于柱截面高度兩倍以上的預埋深度，并在預埋鋼柱周圍適當布置鋼筋。通過這些措施，可以設計出具有足夠強度的柱腳，使柱下端能夠產(chǎn)生塑性變形。也就是說，設計一個能讓鋼柱發(fā)揮其塑性變形能力的柱腳是比較容易的。但預埋柱腳必須能讓預埋在基礎混凝土中的鋼柱通過承壓將鋼柱反力傳遞給周圍混凝土。保證柱的預埋深度和柱周圍混凝土的厚度是設計的重點（見圖7）。如果預埋深度不夠或預埋部分周圍混凝土厚度太小，將會引起混凝土的沖切破壞，使得柱的塑性變形尚未充分發(fā)展，柱腳部分就可能遭到破壞（見圖11）。

柱周混凝土與柱身相互擠壓傳力，使柱板局部發(fā)生平面外變形，可在鋼柱內基礎混凝土頂面稍下方加設加勁隔墻（見圖7）或在柱內填滿混凝土。

通過合理設計預埋柱底座，在柱的荷載極限狀態(tài)下，可以形成塑性鉸，因此要求柱本身具有足夠的塑性變形能力，因此不宜采用極限狀態(tài)下可能產(chǎn)生脆性破壞的冷彎方鋼管等鋼材。