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外包式柱腳如圖1所示：

圖1 外包式柱腳

它讓人困惑的地方是：外包混凝土是鋼柱的支座還是與鋼截面共同工作的、即類似于SRC柱（勁性混凝土柱）的一種柱腳？

解開這個迷惑的方法是隔離體法，把鋼與混凝土界面的作用力暴露出來，如圖2所示：

(a)外包混凝土隔離體 (b)鋼柱隔離體 (c)隔離體水平剖面

圖2 鋼柱與外包混凝土的相互作用

要有這樣的認識：鋼柱表面縱向切線方向應力（q_u）是促使外包混凝土與鋼柱共同工作的，讓外包式柱柱腳向SRC柱靠攏的。為獲得這樣的認識，我們只要將焊接工字鋼的翼緣與腹板之間的焊縫承受的剪應力（圖2中的q_u）進行對比：都是剪應力。

因此，增加栓釘的數量，將能夠更好地促使外包混凝土與鋼柱共同工作；設計時應布置盡可能多一點的栓釘。

布置栓釘的第二個好處是，增加了出鋼柱向外包層擴散軸力的能力，柱底混凝土局部承壓的負擔減輕了。

栓釘使外包層獲得軸力，也改善了混凝土外包層的抗剪強度，推遲裂縫開展。

圖2中，界面上其他的力是水平方向的，這些力代表了外包層是混凝土的支座，水平力傳給了混凝土，外包混凝土的水平截面內的剪力即來自這些界面水平作用力。

因此，由于有栓釘，切向力增大，水平力就可以減小，外包混凝土的剪力是可以減小的，可以采用下式計算：

式中Q是外剪力，H是底層柱子的反彎點到底部的距離，h_r是外包高度，h_s是鋼柱截面受力方向的截面高度，h_tc是外包層受拉鋼筋形心到受壓側外包層中間的距離。

如果認為外包層完全是鋼柱的支座，則外包層內的剪力是：

這個剪力非常大。

最后給大家留一道思考題：請分析一下圖3中R和R₁的大小。解答過程可發送至電子郵箱：tonggenshu@tongmsk.com。

(a)界面上力的情況(b)有界面縱向剪力(c)無界面剪力

圖3 外包混凝土內剪力計算

本文是《鋼結構與鋼－混凝土組合結構設計的方法》第6.2節的簡介，該書由中國建筑工業出版社2022年6月出版，介紹全新的有邏輯的知識，是作者三十年思考研究的總結，歡迎選購。

文章轉自鐵木辛柯工程設計與研究公眾號