牛腿的设计[共12页]

牛腿设计牛腿设计 在厂房结构钢筋混凝土柱中，常在其支承屋架、托架、吊车梁在厂房结构钢筋混凝土柱中，常在其支承屋架、托架、吊车梁和连系梁等构件的部位，设置从柱侧面伸出的短悬臂，称为和连系梁等构件的部位，设置从柱侧面伸出的短悬臂，称为牛腿牛腿。牛腿按承受的竖向力作用点至牛腿根部柱边缘水平距离的不同牛腿按承受的竖向力作用点至牛腿根部柱边缘水平距离的不同分为两类分为两类：时为时为长牛腿长牛腿，按悬臂梁进行设计；，按悬臂梁进行设计；时为时为短牛腿短牛腿 ，是一个变截面短悬臂深梁。，是一个变截面短悬臂深梁。0ah0ah（1）牛腿的受力特点及破坏形态牛腿的受力特点及破坏形态 试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大体经历试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大体经历弹性弹性、裂缝出现与开展裂缝出现与开展和和最后破坏最后破坏三个阶段。三个阶段。弹性阶段弹性阶段：通过通过 环环氧树脂牛腿模型的氧树脂牛腿模型的光弹试验，得到了光弹试验，得到了主应力迹线。主应力迹线。牛腿的应力状态牛腿的应力状态0/0.5a h牛腿设计牛腿设计 裂缝出现与开展阶段裂缝出现与开展阶段：试验表明，当荷载达到极限荷载的试验表明，当荷载达到极限荷载的20%40%时，由于上柱根部与时，由于上柱根部与牛腿交界处的主拉牛腿交界处的主拉应力集中应力集中现象，在该处首先出现自上而下的现象，在该处首先出现自上而下的竖向裂竖向裂缝缝，裂缝细小且开展较慢，对牛腿的受力性能影响不大；，裂缝细小且开展较慢，对牛腿的受力性能影响不大；当荷载达到极限荷载的当荷载达到极限荷载的40%40%60%60%时，在加载垫板内侧附近出现一条时，在加载垫板内侧附近出现一条斜裂缝斜裂缝，其方向大体与主压应力轨迹线平行。，其方向大体与主压应力轨迹线平行。牛腿设计牛腿设计 牛腿设计牛腿设计破坏阶段破坏阶段：随随a/h0值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态：值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态：弯压破坏弯压破坏 剪切破坏剪切破坏 牛腿的破坏形态牛腿的破坏形态斜压破坏斜压破坏（2）牛腿截面尺寸的确定牛腿截面尺寸的确定 牛腿的截面宽度与柱宽相同。牛腿的截面宽度与柱宽相同。牛腿截面尺寸通常以牛腿截面尺寸通常以不出现斜裂缝不出现斜裂缝作为控制条件。作为控制条件。设计时以下列设计时以下列经验公式作为抗裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸：经验公式作为抗裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸：bstk0vsvs01 0.50.5Ff bhFaFh式中式中Fvk、Fhk分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖 裂缝控制系数；裂缝控制系数；a竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离向力和水平拉力值；向力和水平拉力值；b牛腿宽度；牛腿宽度；h0牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。牛腿设计牛腿设计 牛腿尺寸及配筋牛腿尺寸及配筋 为了防止牛腿顶面加载垫板下混凝土的为了防止牛腿顶面加载垫板下混凝土的局部受压破坏局部受压破坏，垫板下的局，垫板下的局部压应力应满足部压应力应满足式中：式中：A为局部受压面积；为局部受压面积；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。为混凝土轴心抗压强度设计值。vkcc0.75FfA 牛腿设计牛腿设计 （3）纵向受力钢筋计算与构造纵向受力钢筋计算与构造 计算简图计算简图：试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下，其受试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下，其受力特征可以用由牛腿顶部水平纵向受力钢筋为拉杆和牛腿内的斜力特征可以用由牛腿顶部水平纵向受力钢筋为拉杆和牛腿内的斜向向受压混凝土为压杆组成的三角桁架模型来描述。受压混凝土为压杆组成的三角桁架模型来描述。牛腿的计算简图牛腿的计算简图牛腿设计牛腿设计 纵向受力钢筋计算纵向受力钢筋计算：在竖向力设计值：在竖向力设计值Fv和水平拉力设计值和水平拉力设计值Fh共同作共同作用下，通过对用下，通过对 A 点取力矩平衡可得：点取力矩平衡可得：近似取近似取 ，则由上式可得纵向受力钢筋，则由上式可得纵向受力钢筋总截面面积总截面面积As为为式中式中 Fv、Fh分别为作用在牛腿顶部的竖向力设计值和水平拉力设计值；分别为作用在牛腿顶部的竖向力设计值和水平拉力设计值；a意义同前，当意义同前，当a0.3h0时，取时，取a=0.3h0；fy为纵向受拉钢筋强度设计值。为纵向受拉钢筋强度设计值。vhs0syss0F aFhaf Ahs0.85s0ss0/1.2hahvhsy0y1.20.85F aFAf hf 牛腿设计牛腿设计 牛腿配筋构造牛腿配筋构造构造要求构造要求：牛腿设计牛腿设计 （4）水平箍筋及弯起钢筋水平箍筋及弯起钢筋 在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条件后，可不进行斜截面受剪承载在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条件后，可不进行斜截面受剪承载力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。水平箍筋水平箍筋的直径应取的直径应取6-12mm6-12mm，间距，间距100-150mm100-150mm，且在上部，且在上部2 2h h0 0/3/3范围内范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/21/2。当牛腿的当牛腿的剪跨比剪跨比a a/h h0 00.30.3时，宜设置时，宜设置弯起钢筋弯起钢筋。纵向受拉钢筋纵向受拉钢筋不得兼作不得兼作弯起钢筋。弯起钢筋。弯起钢筋的弯起钢筋的锚固锚固同纵向受力钢筋。同纵向受力钢筋。牛腿设计牛腿设计 柱的吊装验算柱的吊装验算 柱柱在其自重作用在其自重作用下为受弯构件，其计下为受弯构件，其计算简图和弯矩图如图算简图和弯矩图如图所示，一般取所示，一般取上柱柱上柱柱底底、牛腿根部牛腿根部和和下柱下柱跨中跨中三个三个控制截面控制截面。柱的吊装方式及计算简图柱的吊装方式及计算简图