2024年5月6日发(作者：镇天禄)
３８
ＣＨＥＭＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤＥＳＩＧＮ化工设计２０２３，３３（５）
石油化工建构筑物地脚螺栓抗剪承载力设计方法研究
李先顺
张 凯 华陆工程科技有限责任公司 西安 ７１００６５
摘要
通过对中、美、欧标准中地脚螺栓抗剪强度、破坏形式及构造要求的对比研究，发现不同中国标准
的地脚螺栓抗剪强度设计值取值相差较大，取值也明显低于欧、美标准，且中国标准对地脚螺栓能否参与抗剪
设计的认识也不统一，而欧、美国家标准均考虑了地脚螺栓参与抗剪。中国目前的标准缺少地脚螺栓抗剪承载
力的设计方法，本文通过对地脚螺栓的不同破坏形式进行受力分析及公式推导，给出地脚螺栓抗剪承载力设计
方法，填补了中国相关标准的空白，为工程设计提供了参考。
关键词
地脚螺栓；抗剪承载力；破坏形式；计算；对比
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－６２４７．２０２３．０５．００８
石油化工建、构筑物中的地脚螺栓可分为两大
类，一种是设备地脚螺栓，另一种是钢结构地脚螺
栓。塔式容器、储罐、冷换设备及卧式容器等是石
油化工中较为常见的设备，钢结构装置在石油化工
建、构筑物中的应用较为普遍，钢结构柱脚可采用
插入式柱脚、外包式柱脚及外露式柱脚，其中外露
式柱脚便于现场施工及钢柱安装，在实际工程中被
广泛应用。地脚螺栓是连接钢材与混凝土两种不同
材料之间的桥梁。目前，国内针对地脚螺栓尚无专
门的设计标准，且对地脚螺栓是否参与抗剪设计的
认识不一。本文根据地脚螺栓的受剪破坏形式进行
受力分析及公式推导，结合国内外标准给出地脚螺
栓抗剪承载力的设计方法，为工程设计提供了依据
及参考。
６８２条指出，当支柱底板与基础之间的摩擦力小
于支柱底部的水平力时，球罐须设置地脚螺栓承担
扣除摩擦力之后的水平力。
《混凝土结构加固设计规范》（ＧＢ５０３６７—
［４］
２０１３）中第１６２１条指出，锚栓钢材的承载力
验算应按锚栓受拉、受剪及同时受拉剪作用三种情
况分别进行。
美标《ＢｕｉｌｄｉｎｇＣｏｄｅＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒａｌ
［５］
Ｃｏｎｃｒｅｔｅ》（ＡＣＩ３１８—１９）中第１７章及欧标
《ＤｅｓｉｇｎｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓＰａｒｔ４：Ｄｅｓｉｇｎｏｆｆａｓ
ｔｅｎｉｎｇｓｆｏｒｕｓｅｉｎｃｏｎｃｒｅｔｅ》（ＢＳＥＮ１９９２—４：
［６］
２０１８）中第７章给出了地脚螺栓承受拉力、剪力
及拉剪共同作用的计算方法。
通过对中、美、欧标准进行对比分析，可以看
１］
出，与我国钢结构设计标准
［
不允许地脚螺栓参
１ 中、美、欧标准中地脚螺栓抗剪设计对比
《钢结构设计标准》（ＧＢ５００１７—２０１７）中第
１２７４条指出，柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部
的水平反力，此水平反力由底板与混凝土基础间的
４）或设置抗剪键承受。摩擦力（摩擦系数可取０
《高层民用建筑钢结构技术规程》（ＪＧＪ９９—
［２］
２０１５）中第８６２条指出，钢柱底部的剪力可由
［１］
与抗剪的规定相反，欧、美标准均考虑了地脚螺栓
２４］
参与抗剪；且我国标准
［
中的地脚螺栓抗剪强度
设计值的取值也明显低于欧美标准，详见表１。
ａ
表１ 地脚螺栓抗剪强度设计值ｆ
ｖ
取值对比
标准
ＧＢ５００１７—２０１７
ＪＧＪ９９—２０１５
ＧＢ１２３３７—２０１４
ＧＢ５０３６７—２０１３
ＡＣＩ３１８—１９
ＢＳＥＮ１９９２４
相关条款
表４４６，１２７４条
表４２５
６８３条
表１６２３１
１７７１２条
７２２３条
抗剪强度设计值
未给，螺栓不宜抗剪
ａ
０２２ｆ
ｕ
ａ
０２５～０２９ｆ
ｕ
ａ
ｆ０３６～０３８
ｕ
ａ
０６ｆ
ｕ
ａ
０５～０６ｆ
ｕ
锚栓抵抗全部剪力，此时底板上的锚栓孔直径不应
大于锚栓直径加５ｍｍ，且锚栓垫片下应设置盖板，
盖板与钢柱底板焊接，并计算焊缝的抗剪强度。
［３］
《钢制球形储罐》（ＧＢ１２３３７—２０１４）中第
从表１中可以看出，不同的中国标准中地脚螺
００７年毕业于长安大学结构工程专业获硕士学位。从事化工项目的结构设计工作。联系电话：０２９
李先顺：教授级高级工程师。２
８７９８９３９３，Ｅｍａｉｌ：ｌｘｓ２１６０＠ｈｌｅｔｃｏｍ。
２０２３，３３（５）李先顺等 石油化工建构筑物地脚螺栓抗剪承载力设计方法研究
９
３
栓抗剪强度设计值取值范围约０２２～０３８ｆ
ａ
ｕ
，相差
较大；而《混凝土结构加固设计规范》（ＧＢ
５０３６７—２０１３）与美标《ＢｕｉｌｄｉｎｇＣｏｄｅＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ
ｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＣｏｎｃｒｅｔｅ》（ＡＣＩ３１８—１９）中地脚螺
栓抗剪强度设计值取值较为接近。但美标中承载力
会考虑钢材强度折减系数０６５，０６×０６５＝
０３９，因此美标（ＡＣＩ３１８—１９）和国标（ＧＢ
５０３６７—２０１３）取值基本一致，故本文取０３６ｆ
ａ
ｕ
。
２ 地脚螺栓抗剪承载力计算
对于钢结构柱脚，由于柱脚底板与地脚螺栓之
间存在较大缝隙，一般不需要地脚螺栓承担柱底剪
力，此时可通过柱脚底板与基材之间的摩擦力或设
置抗剪键承担柱底剪力，而设备基础一般不便设置
抗剪键，可采用地脚螺栓承担剪力。一些特殊情况
下的钢结构柱脚，当需要地脚螺栓承担剪力时，应
采取必要措施，如螺栓垫板应与底板焊接，并验算
焊缝强度，以保证剪力有效传递给地脚螺栓。此
时，地脚螺栓的抗剪承载力可按本文要求计算。
２１ 地脚螺栓受剪破坏形式
地脚螺栓受剪破坏形式可分为钢材剪切破坏、
基座混凝土剪撬破坏和基座混凝土侧向锥体剪切破
坏，如图１～图３所示。
图１ 钢材剪切破坏 图２ 基座混凝土剪撬破坏
图３ 基座混凝土侧向锥体剪切破坏
２２ 地脚螺栓钢材剪切破坏承载力计算
基于钢材剪切破坏的单个地脚螺栓抗剪承载力
设计值应按下式
［５７］
计算：
Ｖ
ｓｂ
＝
ψ
ｇ
ｆ
ａ
ｖ
Ａ
ｓｅ，ｖ
（１）
式中，Ｖ
ｓｂ
为单个地脚螺栓抗剪承载力设计值，Ｎ；
ψ
ｇ
为突出基座顶面的二次灌浆层引起的剪力臂折
减系数，取０８
［７］
；ｆ
ａ
ｖ
为地脚螺栓抗剪强度设计
值，Ｎ／ｍｍ
２
，综合中、美、欧标准确定，取０３６ｆ
ａ
ｕ
（ｆ
ａ
ｕ
为地脚螺栓极限强度设计值），对比分析详见
表１；Ａ
２
ｓｅ，ｖ
为地脚螺栓的有效截面面积，ｍｍ，可
按式（２）
［５］
进行计算。
Ａ
π
ｓｅ，ｖ
＝
４
(
ｄ
ａ
－
０９７４３
２
ｎ
（２）
ｔ
)
式中，ｄ
ａ
为地脚螺栓的直径，ｍｍ；ｎ
ｔ
为每２５ｍｍ
长度范围的螺纹数量。
２３ 基座混凝土侧向锥体剪切破坏承载力计算
当混凝土基材发生侧向锥体剪切破坏时，基材
混凝土的受剪承载力设计值应按以下公式计算。
２３１ 剪力作用方向垂直于混凝土基座边缘时
剪力作用方向垂直于混凝土基座边缘并朝向支
座边缘时：
（１）单个地脚螺栓受剪承载力设计值Ｖ
［５］
ｃｂ
：
Ｖ
Ａ
ｖｃ
ｃｂ
＝
Ａ
×
ψ
ｅｄ，ｖ
ψ
ｃ，ｖ
ψ
ｈ，ｖ
Ｖ
ｂ
（３）
ｖｃｏ
（
２）地脚螺栓群受剪承载力设计值Ｖ
［５］
ｃｂｇ
：
Ｖ
ｃｂｇ
＝
Ａ
ｖｃ
Ａ
×
ψ
ｅｃ，ｖ
ψ
ｅｄ，ｖ
ψ
ｃ，ｖ
ψ
ｈ，ｖ
Ｖ
ｂ
（４）
ｖｃｏ
式中，Ａ
ｖｃｏ
为不考虑边距、间距和基座厚度影响条
件下单个地脚螺栓发生基座混凝土侧向锥体剪切
破坏时理想剪切破坏锥体的投影面积，ｍｍ
２
，按
公式（５）
［５］
确定：
Ａ
ｖｃｏ
＝４５Ｃ
２
ａ１
（５）
式中，Ａ
ｖｃ
为单个地脚螺栓发生基座混凝土侧向锥
体剪切破坏时实际破坏锥体的投影面积，ｍｍ
２
，Ａ
ｖｃ
应按图３根据
①
～
⑤
五类情况
［５］
分别计算确定，
且Ａ
ｖｃ
不应大于ｎＡ
ｖｃｏ
，ｎ为地脚螺栓群中受剪螺栓
的数量；Ｃ
ａ１
为平行于剪力方向的地脚螺栓中心至
基座边缘的距离，
ｍｍ；Ｃ
ａ２
为垂直于Ｃ
ａ１
方向的地
脚螺栓中心至基座边缘的距离，ｍｍ。
①
当基座混凝土厚度ｈ
ａ
≤
１５Ｃ
ａ１
时（图４）：
Ａ
ｖｃ
＝２×（１５Ｃ
ａ１
）×ｈ
ａ
当ｈ
ａ
＞１５Ｃ
ａ１
时，ｈ
ａ
取１５Ｃ
ａ１
。
图４ ｈ
ａ
≤
１５Ｃ
ａ１
时
４０
ＣＨＥＭＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤＥＳＩＧＮ化工设计２０２３，３３（５）
②
当边距Ｃ
ａ２
≤
１５Ｃ
ａ１
时（图５）：
Ａ
ｖｃ
＝（１５Ｃ
ａ１
＋Ｃ
ａ２
）×ｈ
ａ
当ｈ
ａ
＞１５Ｃ
ａ１
时，ｈ
ａ
取１５Ｃ
ａ１
。
图５ Ｃ
ａ２
≤
１５Ｃ
ａ１
时
③
当垂直剪力方向地脚螺栓间距Ｓ
１
≤
１５Ｃ
ａ１
时
（图６）：
Ａ
ｖｃ
＝［２×（１５Ｃ
ａ１
）＋Ｓ
１
］×ｈ
ａ
当ｈ
ａ
＞１５Ｃ
ａ１
时，ｈ
ａ
取１５Ｃ
ａ１
。
图６ Ｓ
１
≤
１５Ｃ
ａ１
时
④
地脚螺栓前后布置但未共同焊接在一块连接
件上。
情况１：中心间距Ｓ
≥
Ｃ
ａ１，１
（图７），前后地脚
螺栓的剪力分配按各承担５０％的剪力考虑，Ａ
ｖｃ
采
用前面的地脚螺栓剪出破坏锥体的投影面积，用
Ｃ
ａ１，１
替换Ｃ
ａ１
。
Ａ
ｖｃ
＝２×（１５Ｃ
ａ１，１
）×ｈ
ａ
当ｈ
ａ
＞１５Ｃ
ａ１
时，ｈ
ａ
取１５Ｃ
ａ１
。
图７ 中心间距Ｓ
≥
Ｃ
ａ１，１
情况２：中心间距Ｓ＜Ｃ
ａ１，１
（图８），前后地脚
螺栓的剪力分配按前面的地脚螺栓承担１００％剪力
考虑，Ａ
ｖｃ
采用前面的地脚螺栓剪出破坏锥体的投
影面积，用Ｃ
ａ１，１
替换Ｃ
ａ１
。
Ａ
ｖｃ
＝２×（１５Ｃ
ａ１，１
）×ｈ
ａ
当ｈ
ａ
＞１５Ｃ
ａ１
时，ｈ
ａ
取１５Ｃ
ａ１
。
图８ 中心间距Ｓ＜Ｃ
ａ１，１
⑤
地脚螺栓前后布置且共同焊接在一块连接件
上，前后地脚螺栓的剪力分配按后面的地脚螺栓承
担１００％剪力考虑，Ａ
ｖｃ
采用后面的地脚螺栓剪出破
坏锥体的投影面积，用Ｃ
ａ１，２
替换Ｃ
ａ１
（图９）。
Ａ
ｖｃ
＝２×（１５Ｃ
ａ１，２
）×ｈ
ａ
当ｈ
ａ
＞１５Ｃ
ａ１
时，ｈ
ａ
取１５Ｃ
ａ１
。
图９ 螺栓前后布置且共同焊在同一连接件上
Ｖ
ｂ
为单个地脚螺栓发生基座混凝土理想锥体
侧向剪出破坏时的受剪承载力设计值
［５］
，Ｎ。Ｖ
ｂ
分
别取公式（６）及公式（７）的较小值：
０２
Ｖ
ｂ
＝０４１
φ
ｈ
ｅｆ１５
ｒｅ
(
ｄ
ｄｆＣ
ａ
)
槡
ａ
槡
ｃｕ，ｋａ１
（６）
Ｖ
ｂ
＝２５５
φ
槡
１５
ｒｅ
ｆ
ｃｕ，ｋ
Ｃ
ａ１
（７）
式中，
φ
ｒｅ
为基座构造配筋系数，当基材满足现行
国家标准《混凝土结构设计规范》的构造配筋要
求时，
φ
ｒｅ
取１０，否则
φ
ｒｅ
取０９３；ｈ
ｅｆ
为地脚螺栓
的有效埋深，且取值不大于８ｄ
ａ
，ｍｍ；ｆ
ｃｕ，ｋ
为基座
混凝土立方体抗压强度标准值，Ｎ／ｍｍ
２
。
ψ
１
ｅｃ，ｖ
＝
１＋（２ｅ′
）
ｖ
／３Ｃ）
（８
ａ１
ψ
ｅｃ，ｖ
为相对于地脚螺栓群形心的荷载偏心距ｅ′
ｖ
对受剪承载力的影响系数
［５］
，可按公式（８）计
算，且取值不大于１０；ｅ′
ｖ
为同一方向上受剪地脚
螺栓群合力点相对于受剪地脚螺栓群形心的偏心
距，ｍｍ，如图１０所示。
图１０ 螺栓群偏心距ｅ′
ｖ
平面图
２０２３，３３（５）李先顺等 石油化工建构筑物地脚螺栓抗剪承载力设计方法研究
１
４
ψ
ｅｄ，ｖ
为边距影响系数；Ｃ
ａ２
为垂直于Ｃ
ａ１
方向的
地脚螺栓中心至基座边缘的距离，取两个边距
Ｃ
ａ２，１
和Ｃ
ａ２，２
的较小值，ｍｍ。当Ｃ
ａ２
≥
１５Ｃ
ａ１
时，
ψ
ｅｄ，ｖ
＝１０；当Ｃ
ａ２
＜１５Ｃ
ａ１
时，
ψ
ｅｄ，ｖ
＝０７＋
０３（Ｃ
ａ２
／１５Ｃ
ａ１
）。
ψ
ｃ，ｖ
为基材裂缝影响系数；按正常使用极限状
态下作用的标准组合计算的基座混凝土中拉应力大
于混凝土的抗拉强度设计值时，
ψ
ｃ，ｖ
＝１４；按正常
使用极限状态下作用的标准组合计算的基座混凝土
中拉应力不大于混凝土的抗拉强度设计值时，按下
述原则取值：
（１）基座混凝土未配置附加钢筋或仅配置了
直径小于１２ｍｍ的附加钢筋时，
ψ
ｃ，ｖ
＝１０；
（２）地脚螺栓与基座混凝土边缘之间配置了
直径不小于１２ｍｍ的附加钢筋时，
ψ
ｃ，ｖ
＝１２；
（３）地脚螺栓与基座混凝土边缘之间配置了
直径不小于１２ｍｍ的附加钢筋及间距不大于１００ｍｍ
的箍筋时，
ψ
ｃ，ｖ
＝１４；
ψ
ｈ，ｖ
为基座混凝土厚度影响系数；当基座混凝
土的厚度ｈ
ａ
不小于１５Ｃ
ａ１
时，
ψ
ｈ，ｖ
＝１０；当基座
混凝土的厚度ｈ
ａ
小于１５Ｃ
ａ１
时，
ψ
ｈ，ｖ
＝（１５Ｃ
ａ１
／
ｈ
ａ
）
０５
。
２３２ 剪力作用方向平行于混凝土基座边缘时
当剪力作用方向平行于混凝土基座边缘时，单
个螺栓和螺栓群的受剪承载力分别取按公式（３）
和（４）计算的当剪力作用方向垂直于基座边缘的
受剪承载力的２倍，且计算公式中的边距影响系数
ψ
ｅｄ，ｖ
取１０。
当单个地脚螺栓位于混凝土基座角部时，应根
据本文
２３１条和２３２条分别在两个方向上进行
计算，取较小值作为受剪承载力。
当地脚螺栓所在的基座尺寸受限，基座的边距
Ｃ
ａ２
和厚度ｈ
ａ
均小于１５Ｃ
ａ１
时，则所有公式中所用
到的Ｃ
ａ１
的取值不应超过下列数值中的较大值：
（１）Ｃ
ａ２
／１５，其中Ｃ
ａ２
为最大边距；
（２）ｈ
ａ
／１５；
（３）Ｓ／３，其中Ｓ为垂直于剪力作用方向受剪
地脚螺栓群中最大的地脚螺栓间距。
２４ 基座混凝土剪撬破坏承载力计算
在实际工程中，发生混凝土剪撬破坏情况较
少，当考虑基座混凝土发生剪撬破坏时，基座混凝
土的受剪承载力设计值应按以下公式计算。
（１）单个地脚螺栓受剪承载力设计值Ｖ
ｃｐ
：
Ｖ
ｃｐ
＝ｋ
ｃｐ
Ｎ
ｃｐ
（９）
（２）地脚螺栓群受剪承载力设计值Ｖ
ｃｐｇ
：
Ｖ
ｃｐｇ
＝ｋ
ｃｐ
Ｎ
ｃｐｇ
（１０）
式中，ｋ
ｃｐ
为混凝土剪撬破坏抗剪承载力影响系数，
当ｈ
ａ
≤
６５ｍｍ时，取１０，当ｈ
ａ
＞６５ｍｍ时，取
２０；Ｎ
ｃｐ
和Ｎ
ｃｐｇ
分别为单个地脚螺栓和螺栓群基座
混凝土锥体拉出破坏的承载力，可以参考文献
［５］中地脚螺栓受拉承载力相关计算。
３ 结语
（１）不同的中国标准之间的地脚螺栓抗剪强
度设计值取值相差较大，取值也明显低于欧美标
准，且中国标准对地脚螺栓是否参与抗剪认识不
一，而欧、美国家标准均考虑了地脚螺栓参与
抗剪。
（２）本文针对地脚螺栓受剪破坏形式进行受
力分析，结合国内外标准给出地脚螺栓抗剪承载力
的设计方法，为工程设计提供了依据及参考。
参 考 文 献
［１］ 中华人民共和国国家标准钢结构设计标准（ＧＢ５００１７—
２０１７）［Ｓ］北京：中国建筑工业出版社，２０１７．
［２］ 中华人民共和国行业标准高层民用建筑钢结构技术规程
（ＪＧＪ９９—２０１５）［Ｓ］北京：中国建筑工业出版社，２０１５．
［３］ 中华人民共和国国家标准钢制球形储罐（ＧＢ１２３３７—
２０１４）［Ｓ］北京：中国建筑工业出版社，２０１５．
［４］ 中华人民共和国国家标准混凝土结构加固设计规范（ＧＢ
５０３６７—２０１３）［Ｓ］北京：中国建筑工业出版社，２０１３．
［５］ ＡＣＩ３１８１９．ＢｕｉｌｄｉｎｇＣｏｄｅＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＣｏｎ
ｃｒｅｔｅ［Ｓ］．
［６］ ＢＳＥＮ１９９２４：２０１８．ＤｅｓｉｇｎｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＰａｒｔ４：
ＤｅｓｉｇｎｏｆＦａｓｔｅｎｉｎｇｓｆｏｒＵｓｅｉｎＣｏｎｃｒｅｔｅ［Ｓ］
［７］ ＰＩＰＳＴＥ０５１２１．ＡｎｃｈｏｒＢｏｌｔＤｅｓｉｇｎＧｕｉｄｅ［Ｓ］．
（收稿日期 ２０２２－１０－２６）
2024年5月6日发(作者：镇天禄)
３８
ＣＨＥＭＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤＥＳＩＧＮ化工设计２０２３，３３（５）
石油化工建构筑物地脚螺栓抗剪承载力设计方法研究
李先顺
张 凯 华陆工程科技有限责任公司 西安 ７１００６５
摘要
通过对中、美、欧标准中地脚螺栓抗剪强度、破坏形式及构造要求的对比研究，发现不同中国标准
的地脚螺栓抗剪强度设计值取值相差较大，取值也明显低于欧、美标准，且中国标准对地脚螺栓能否参与抗剪
设计的认识也不统一，而欧、美国家标准均考虑了地脚螺栓参与抗剪。中国目前的标准缺少地脚螺栓抗剪承载
力的设计方法，本文通过对地脚螺栓的不同破坏形式进行受力分析及公式推导，给出地脚螺栓抗剪承载力设计
方法，填补了中国相关标准的空白，为工程设计提供了参考。
关键词
地脚螺栓；抗剪承载力；破坏形式；计算；对比
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－６２４７．２０２３．０５．００８
石油化工建、构筑物中的地脚螺栓可分为两大
类，一种是设备地脚螺栓，另一种是钢结构地脚螺
栓。塔式容器、储罐、冷换设备及卧式容器等是石
油化工中较为常见的设备，钢结构装置在石油化工
建、构筑物中的应用较为普遍，钢结构柱脚可采用
插入式柱脚、外包式柱脚及外露式柱脚，其中外露
式柱脚便于现场施工及钢柱安装，在实际工程中被
广泛应用。地脚螺栓是连接钢材与混凝土两种不同
材料之间的桥梁。目前，国内针对地脚螺栓尚无专
门的设计标准，且对地脚螺栓是否参与抗剪设计的
认识不一。本文根据地脚螺栓的受剪破坏形式进行
受力分析及公式推导，结合国内外标准给出地脚螺
栓抗剪承载力的设计方法，为工程设计提供了依据
及参考。
６８２条指出，当支柱底板与基础之间的摩擦力小
于支柱底部的水平力时，球罐须设置地脚螺栓承担
扣除摩擦力之后的水平力。
《混凝土结构加固设计规范》（ＧＢ５０３６７—
［４］
２０１３）中第１６２１条指出，锚栓钢材的承载力
验算应按锚栓受拉、受剪及同时受拉剪作用三种情
况分别进行。
美标《ＢｕｉｌｄｉｎｇＣｏｄｅＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒａｌ
［５］
Ｃｏｎｃｒｅｔｅ》（ＡＣＩ３１８—１９）中第１７章及欧标
《ＤｅｓｉｇｎｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓＰａｒｔ４：Ｄｅｓｉｇｎｏｆｆａｓ
ｔｅｎｉｎｇｓｆｏｒｕｓｅｉｎｃｏｎｃｒｅｔｅ》（ＢＳＥＮ１９９２—４：
［６］
２０１８）中第７章给出了地脚螺栓承受拉力、剪力
及拉剪共同作用的计算方法。
通过对中、美、欧标准进行对比分析，可以看
１］
出，与我国钢结构设计标准
［
不允许地脚螺栓参
１ 中、美、欧标准中地脚螺栓抗剪设计对比
《钢结构设计标准》（ＧＢ５００１７—２０１７）中第
１２７４条指出，柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部
的水平反力，此水平反力由底板与混凝土基础间的
４）或设置抗剪键承受。摩擦力（摩擦系数可取０
《高层民用建筑钢结构技术规程》（ＪＧＪ９９—
［２］
２０１５）中第８６２条指出，钢柱底部的剪力可由
［１］
与抗剪的规定相反，欧、美标准均考虑了地脚螺栓
２４］
参与抗剪；且我国标准
［
中的地脚螺栓抗剪强度
设计值的取值也明显低于欧美标准，详见表１。
ａ
表１ 地脚螺栓抗剪强度设计值ｆ
ｖ
取值对比
标准
ＧＢ５００１７—２０１７
ＪＧＪ９９—２０１５
ＧＢ１２３３７—２０１４
ＧＢ５０３６７—２０１３
ＡＣＩ３１８—１９
ＢＳＥＮ１９９２４
相关条款
表４４６，１２７４条
表４２５
６８３条
表１６２３１
１７７１２条
７２２３条
抗剪强度设计值
未给，螺栓不宜抗剪
ａ
０２２ｆ
ｕ
ａ
０２５～０２９ｆ
ｕ
ａ
ｆ０３６～０３８
ｕ
ａ
０６ｆ
ｕ
ａ
０５～０６ｆ
ｕ
锚栓抵抗全部剪力，此时底板上的锚栓孔直径不应
大于锚栓直径加５ｍｍ，且锚栓垫片下应设置盖板，
盖板与钢柱底板焊接，并计算焊缝的抗剪强度。
［３］
《钢制球形储罐》（ＧＢ１２３３７—２０１４）中第
从表１中可以看出，不同的中国标准中地脚螺
００７年毕业于长安大学结构工程专业获硕士学位。从事化工项目的结构设计工作。联系电话：０２９
李先顺：教授级高级工程师。２
８７９８９３９３，Ｅｍａｉｌ：ｌｘｓ２１６０＠ｈｌｅｔｃｏｍ。
２０２３，３３（５）李先顺等 石油化工建构筑物地脚螺栓抗剪承载力设计方法研究
９
３
栓抗剪强度设计值取值范围约０２２～０３８ｆ
ａ
ｕ
，相差
较大；而《混凝土结构加固设计规范》（ＧＢ
５０３６７—２０１３）与美标《ＢｕｉｌｄｉｎｇＣｏｄｅＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ
ｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＣｏｎｃｒｅｔｅ》（ＡＣＩ３１８—１９）中地脚螺
栓抗剪强度设计值取值较为接近。但美标中承载力
会考虑钢材强度折减系数０６５，０６×０６５＝
０３９，因此美标（ＡＣＩ３１８—１９）和国标（ＧＢ
５０３６７—２０１３）取值基本一致，故本文取０３６ｆ
ａ
ｕ
。
２ 地脚螺栓抗剪承载力计算
对于钢结构柱脚，由于柱脚底板与地脚螺栓之
间存在较大缝隙，一般不需要地脚螺栓承担柱底剪
力，此时可通过柱脚底板与基材之间的摩擦力或设
置抗剪键承担柱底剪力，而设备基础一般不便设置
抗剪键，可采用地脚螺栓承担剪力。一些特殊情况
下的钢结构柱脚，当需要地脚螺栓承担剪力时，应
采取必要措施，如螺栓垫板应与底板焊接，并验算
焊缝强度，以保证剪力有效传递给地脚螺栓。此
时，地脚螺栓的抗剪承载力可按本文要求计算。
２１ 地脚螺栓受剪破坏形式
地脚螺栓受剪破坏形式可分为钢材剪切破坏、
基座混凝土剪撬破坏和基座混凝土侧向锥体剪切破
坏，如图１～图３所示。
图１ 钢材剪切破坏 图２ 基座混凝土剪撬破坏
图３ 基座混凝土侧向锥体剪切破坏
２２ 地脚螺栓钢材剪切破坏承载力计算
基于钢材剪切破坏的单个地脚螺栓抗剪承载力
设计值应按下式
［５７］
计算：
Ｖ
ｓｂ
＝
ψ
ｇ
ｆ
ａ
ｖ
Ａ
ｓｅ，ｖ
（１）
式中，Ｖ
ｓｂ
为单个地脚螺栓抗剪承载力设计值，Ｎ；
ψ
ｇ
为突出基座顶面的二次灌浆层引起的剪力臂折
减系数，取０８
［７］
；ｆ
ａ
ｖ
为地脚螺栓抗剪强度设计
值，Ｎ／ｍｍ
２
，综合中、美、欧标准确定，取０３６ｆ
ａ
ｕ
（ｆ
ａ
ｕ
为地脚螺栓极限强度设计值），对比分析详见
表１；Ａ
２
ｓｅ，ｖ
为地脚螺栓的有效截面面积，ｍｍ，可
按式（２）
［５］
进行计算。
Ａ
π
ｓｅ，ｖ
＝
４
(
ｄ
ａ
－
０９７４３
２
ｎ
（２）
ｔ
)
式中，ｄ
ａ
为地脚螺栓的直径，ｍｍ；ｎ
ｔ
为每２５ｍｍ
长度范围的螺纹数量。
２３ 基座混凝土侧向锥体剪切破坏承载力计算
当混凝土基材发生侧向锥体剪切破坏时，基材
混凝土的受剪承载力设计值应按以下公式计算。
２３１ 剪力作用方向垂直于混凝土基座边缘时
剪力作用方向垂直于混凝土基座边缘并朝向支
座边缘时：
（１）单个地脚螺栓受剪承载力设计值Ｖ
［５］
ｃｂ
：
Ｖ
Ａ
ｖｃ
ｃｂ
＝
Ａ
×
ψ
ｅｄ，ｖ
ψ
ｃ，ｖ
ψ
ｈ，ｖ
Ｖ
ｂ
（３）
ｖｃｏ
（
２）地脚螺栓群受剪承载力设计值Ｖ
［５］
ｃｂｇ
：
Ｖ
ｃｂｇ
＝
Ａ
ｖｃ
Ａ
×
ψ
ｅｃ，ｖ
ψ
ｅｄ，ｖ
ψ
ｃ，ｖ
ψ
ｈ，ｖ
Ｖ
ｂ
（４）
ｖｃｏ
式中，Ａ
ｖｃｏ
为不考虑边距、间距和基座厚度影响条
件下单个地脚螺栓发生基座混凝土侧向锥体剪切
破坏时理想剪切破坏锥体的投影面积，ｍｍ
２
，按
公式（５）
［５］
确定：
Ａ
ｖｃｏ
＝４５Ｃ
２
ａ１
（５）
式中，Ａ
ｖｃ
为单个地脚螺栓发生基座混凝土侧向锥
体剪切破坏时实际破坏锥体的投影面积，ｍｍ
２
，Ａ
ｖｃ
应按图３根据
①
～
⑤
五类情况
［５］
分别计算确定，
且Ａ
ｖｃ
不应大于ｎＡ
ｖｃｏ
，ｎ为地脚螺栓群中受剪螺栓
的数量；Ｃ
ａ１
为平行于剪力方向的地脚螺栓中心至
基座边缘的距离，
ｍｍ；Ｃ
ａ２
为垂直于Ｃ
ａ１
方向的地
脚螺栓中心至基座边缘的距离，ｍｍ。
①
当基座混凝土厚度ｈ
ａ
≤
１５Ｃ
ａ１
时（图４）：
Ａ
ｖｃ
＝２×（１５Ｃ
ａ１
）×ｈ
ａ
当ｈ
ａ
＞１５Ｃ
ａ１
时，ｈ
ａ
取１５Ｃ
ａ１
。
图４ ｈ
ａ
≤
１５Ｃ
ａ１
时
４０
ＣＨＥＭＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤＥＳＩＧＮ化工设计２０２３，３３（５）
②
当边距Ｃ
ａ２
≤
１５Ｃ
ａ１
时（图５）：
Ａ
ｖｃ
＝（１５Ｃ
ａ１
＋Ｃ
ａ２
）×ｈ
ａ
当ｈ
ａ
＞１５Ｃ
ａ１
时，ｈ
ａ
取１５Ｃ
ａ１
。
图５ Ｃ
ａ２
≤
１５Ｃ
ａ１
时
③
当垂直剪力方向地脚螺栓间距Ｓ
１
≤
１５Ｃ
ａ１
时
（图６）：
Ａ
ｖｃ
＝［２×（１５Ｃ
ａ１
）＋Ｓ
１
］×ｈ
ａ
当ｈ
ａ
＞１５Ｃ
ａ１
时，ｈ
ａ
取１５Ｃ
ａ１
。
图６ Ｓ
１
≤
１５Ｃ
ａ１
时
④
地脚螺栓前后布置但未共同焊接在一块连接
件上。
情况１：中心间距Ｓ
≥
Ｃ
ａ１，１
（图７），前后地脚
螺栓的剪力分配按各承担５０％的剪力考虑，Ａ
ｖｃ
采
用前面的地脚螺栓剪出破坏锥体的投影面积，用
Ｃ
ａ１，１
替换Ｃ
ａ１
。
Ａ
ｖｃ
＝２×（１５Ｃ
ａ１，１
）×ｈ
ａ
当ｈ
ａ
＞１５Ｃ
ａ１
时，ｈ
ａ
取１５Ｃ
ａ１
。
图７ 中心间距Ｓ
≥
Ｃ
ａ１，１
情况２：中心间距Ｓ＜Ｃ
ａ１，１
（图８），前后地脚
螺栓的剪力分配按前面的地脚螺栓承担１００％剪力
考虑，Ａ
ｖｃ
采用前面的地脚螺栓剪出破坏锥体的投
影面积，用Ｃ
ａ１，１
替换Ｃ
ａ１
。
Ａ
ｖｃ
＝２×（１５Ｃ
ａ１，１
）×ｈ
ａ
当ｈ
ａ
＞１５Ｃ
ａ１
时，ｈ
ａ
取１５Ｃ
ａ１
。
图８ 中心间距Ｓ＜Ｃ
ａ１，１
⑤
地脚螺栓前后布置且共同焊接在一块连接件
上，前后地脚螺栓的剪力分配按后面的地脚螺栓承
担１００％剪力考虑，Ａ
ｖｃ
采用后面的地脚螺栓剪出破
坏锥体的投影面积，用Ｃ
ａ１，２
替换Ｃ
ａ１
（图９）。
Ａ
ｖｃ
＝２×（１５Ｃ
ａ１，２
）×ｈ
ａ
当ｈ
ａ
＞１５Ｃ
ａ１
时，ｈ
ａ
取１５Ｃ
ａ１
。
图９ 螺栓前后布置且共同焊在同一连接件上
Ｖ
ｂ
为单个地脚螺栓发生基座混凝土理想锥体
侧向剪出破坏时的受剪承载力设计值
［５］
，Ｎ。Ｖ
ｂ
分
别取公式（６）及公式（７）的较小值：
０２
Ｖ
ｂ
＝０４１
φ
ｈ
ｅｆ１５
ｒｅ
(
ｄ
ｄｆＣ
ａ
)
槡
ａ
槡
ｃｕ，ｋａ１
（６）
Ｖ
ｂ
＝２５５
φ
槡
１５
ｒｅ
ｆ
ｃｕ，ｋ
Ｃ
ａ１
（７）
式中，
φ
ｒｅ
为基座构造配筋系数，当基材满足现行
国家标准《混凝土结构设计规范》的构造配筋要
求时，
φ
ｒｅ
取１０，否则
φ
ｒｅ
取０９３；ｈ
ｅｆ
为地脚螺栓
的有效埋深，且取值不大于８ｄ
ａ
，ｍｍ；ｆ
ｃｕ，ｋ
为基座
混凝土立方体抗压强度标准值，Ｎ／ｍｍ
２
。
ψ
１
ｅｃ，ｖ
＝
１＋（２ｅ′
）
ｖ
／３Ｃ）
（８
ａ１
ψ
ｅｃ，ｖ
为相对于地脚螺栓群形心的荷载偏心距ｅ′
ｖ
对受剪承载力的影响系数
［５］
，可按公式（８）计
算，且取值不大于１０；ｅ′
ｖ
为同一方向上受剪地脚
螺栓群合力点相对于受剪地脚螺栓群形心的偏心
距，ｍｍ，如图１０所示。
图１０ 螺栓群偏心距ｅ′
ｖ
平面图
２０２３，３３（５）李先顺等 石油化工建构筑物地脚螺栓抗剪承载力设计方法研究
１
４
ψ
ｅｄ，ｖ
为边距影响系数；Ｃ
ａ２
为垂直于Ｃ
ａ１
方向的
地脚螺栓中心至基座边缘的距离，取两个边距
Ｃ
ａ２，１
和Ｃ
ａ２，２
的较小值，ｍｍ。当Ｃ
ａ２
≥
１５Ｃ
ａ１
时，
ψ
ｅｄ，ｖ
＝１０；当Ｃ
ａ２
＜１５Ｃ
ａ１
时，
ψ
ｅｄ，ｖ
＝０７＋
０３（Ｃ
ａ２
／１５Ｃ
ａ１
）。
ψ
ｃ，ｖ
为基材裂缝影响系数；按正常使用极限状
态下作用的标准组合计算的基座混凝土中拉应力大
于混凝土的抗拉强度设计值时，
ψ
ｃ，ｖ
＝１４；按正常
使用极限状态下作用的标准组合计算的基座混凝土
中拉应力不大于混凝土的抗拉强度设计值时，按下
述原则取值：
（１）基座混凝土未配置附加钢筋或仅配置了
直径小于１２ｍｍ的附加钢筋时，
ψ
ｃ，ｖ
＝１０；
（２）地脚螺栓与基座混凝土边缘之间配置了
直径不小于１２ｍｍ的附加钢筋时，
ψ
ｃ，ｖ
＝１２；
（３）地脚螺栓与基座混凝土边缘之间配置了
直径不小于１２ｍｍ的附加钢筋及间距不大于１００ｍｍ
的箍筋时，
ψ
ｃ，ｖ
＝１４；
ψ
ｈ，ｖ
为基座混凝土厚度影响系数；当基座混凝
土的厚度ｈ
ａ
不小于１５Ｃ
ａ１
时，
ψ
ｈ，ｖ
＝１０；当基座
混凝土的厚度ｈ
ａ
小于１５Ｃ
ａ１
时，
ψ
ｈ，ｖ
＝（１５Ｃ
ａ１
／
ｈ
ａ
）
０５
。
２３２ 剪力作用方向平行于混凝土基座边缘时
当剪力作用方向平行于混凝土基座边缘时，单
个螺栓和螺栓群的受剪承载力分别取按公式（３）
和（４）计算的当剪力作用方向垂直于基座边缘的
受剪承载力的２倍，且计算公式中的边距影响系数
ψ
ｅｄ，ｖ
取１０。
当单个地脚螺栓位于混凝土基座角部时，应根
据本文
２３１条和２３２条分别在两个方向上进行
计算，取较小值作为受剪承载力。
当地脚螺栓所在的基座尺寸受限，基座的边距
Ｃ
ａ２
和厚度ｈ
ａ
均小于１５Ｃ
ａ１
时，则所有公式中所用
到的Ｃ
ａ１
的取值不应超过下列数值中的较大值：
（１）Ｃ
ａ２
／１５，其中Ｃ
ａ２
为最大边距；
（２）ｈ
ａ
／１５；
（３）Ｓ／３，其中Ｓ为垂直于剪力作用方向受剪
地脚螺栓群中最大的地脚螺栓间距。
２４ 基座混凝土剪撬破坏承载力计算
在实际工程中，发生混凝土剪撬破坏情况较
少，当考虑基座混凝土发生剪撬破坏时，基座混凝
土的受剪承载力设计值应按以下公式计算。
（１）单个地脚螺栓受剪承载力设计值Ｖ
ｃｐ
：
Ｖ
ｃｐ
＝ｋ
ｃｐ
Ｎ
ｃｐ
（９）
（２）地脚螺栓群受剪承载力设计值Ｖ
ｃｐｇ
：
Ｖ
ｃｐｇ
＝ｋ
ｃｐ
Ｎ
ｃｐｇ
（１０）
式中，ｋ
ｃｐ
为混凝土剪撬破坏抗剪承载力影响系数，
当ｈ
ａ
≤
６５ｍｍ时，取１０，当ｈ
ａ
＞６５ｍｍ时，取
２０；Ｎ
ｃｐ
和Ｎ
ｃｐｇ
分别为单个地脚螺栓和螺栓群基座
混凝土锥体拉出破坏的承载力，可以参考文献
［５］中地脚螺栓受拉承载力相关计算。
３ 结语
（１）不同的中国标准之间的地脚螺栓抗剪强
度设计值取值相差较大，取值也明显低于欧美标
准，且中国标准对地脚螺栓是否参与抗剪认识不
一，而欧、美国家标准均考虑了地脚螺栓参与
抗剪。
（２）本文针对地脚螺栓受剪破坏形式进行受
力分析，结合国内外标准给出地脚螺栓抗剪承载力
的设计方法，为工程设计提供了依据及参考。
参 考 文 献
［１］ 中华人民共和国国家标准钢结构设计标准（ＧＢ５００１７—
２０１７）［Ｓ］北京：中国建筑工业出版社，２０１７．
［２］ 中华人民共和国行业标准高层民用建筑钢结构技术规程
（ＪＧＪ９９—２０１５）［Ｓ］北京：中国建筑工业出版社，２０１５．
［３］ 中华人民共和国国家标准钢制球形储罐（ＧＢ１２３３７—
２０１４）［Ｓ］北京：中国建筑工业出版社，２０１５．
［４］ 中华人民共和国国家标准混凝土结构加固设计规范（ＧＢ
５０３６７—２０１３）［Ｓ］北京：中国建筑工业出版社，２０１３．
［５］ ＡＣＩ３１８１９．ＢｕｉｌｄｉｎｇＣｏｄｅＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＣｏｎ
ｃｒｅｔｅ［Ｓ］．
［６］ ＢＳＥＮ１９９２４：２０１８．ＤｅｓｉｇｎｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＰａｒｔ４：
ＤｅｓｉｇｎｏｆＦａｓｔｅｎｉｎｇｓｆｏｒＵｓｅｉｎＣｏｎｃｒｅｔｅ［Ｓ］
［７］ ＰＩＰＳＴＥ０５１２１．ＡｎｃｈｏｒＢｏｌｔＤｅｓｉｇｎＧｕｉｄｅ［Ｓ］．
（收稿日期 ２０２２－１０－２６）