牛腿配筋计算.doc

19.1 柱的计算长度和柱截面配筋计算框图在材料力学中，柱的计算长度按柱的支撑情况为不动铰、固定端、自由端而异。在一般情况下，可按单厂结构中柱的实际情况，推算出它的计算长度的大致范围。表19-1是混凝土结构设计规范（GB50010-2002）规定的计算长度值。表19-1采用刚性屋盖的单层厂房排架柱的计算长度 厂房类型 柱的类型 排架方向 垂直排架方向 有柱间支撑 无柱间支撑 无吊车厂房 单跨 1.50H1.0H1.2H两跨及多跨 1.25H1.0H1.2H有吊车厂房 上柱 2.01.251.5下柱 1.00.801.0注：1. 表中H为基础顶至柱顶总高度；、分别为从装配式吊车梁底面或从现浇式吊车梁顶面算起的上柱高度，和从基础顶面算起至装配式吊车梁底面或现浇式吊车梁顶面的下柱高度； 2. 表中有吊车厂房排架柱的计算长度，当计算中不考虑吊车荷载时，可按无吊车厂房柱的计算长度采用；但上柱计算长度仍按有吊车厂房采用。 3. 表中*的值仅用于/ 0.3情况，当/ 0.3时，此值为2.5。 算出后即可按第8章相应公式算出柱截面偏心距增大系数值，并根据截面内力设计值（M、N）、柱截面尺寸参数（、）、材料强度设计值（、），用图19-1所示框图算出上、下柱各控制截面所需要的钢架面积和（）。图19-1 工形截面偏心受压柱（对称配筋）截面配筋计算框图（用于混凝土强度等级不超过C50情况）19.1.2 柱的牛腿设计在柱支撑吊车梁、连续梁的部位设置牛腿（图19-2a阴影部分，牛腿宽一般与柱宽等同，牛腿根部截面高度为h，有效高度为）。牛腿体积小、负荷大、应力状态复杂，所以在设计柱时必须十分重视牛腿设计，保证它的承载力和抗裂要求。按照牛腿承受竖向荷载合力作用点至牛腿根部柱边缘的水平距离a的不同，分为两种情况：a时为长牛腿，按悬臂梁进行设计；a时为短牛腿，按本节讨论的方法设计。图19-2（a）短牛腿；（b）长牛腿1. 牛腿的应力状态和破坏形态从光弹性试验得到的牛腿的主应力轨道线如图19-3（a）。通过牛腿的加载试验进一步得到下列现象：在2040极限荷载时，在上柱根部与牛腿交界处出现自上而下的竖向裂缝（图19-3b、c、d）；在大约4060极限荷载时，在加载垫板内侧附近产生第一条斜裂缝；继续加载，随a/的不同，牛腿产生不同的几种破坏形态：（1）当1 a/0.75或纵筋配置偏少时，随着荷载的增加，斜裂缝不断向受压区延伸，同时纵筋拉应力不断增加以至屈服，直到受压区混凝土压碎而破坏。这种现象被称为弯压破坏（图19-3b）。（2）当a/0.10.75时，随着荷载增加，斜裂缝外侧出现许多短而细的斜裂缝，意味着、间斜向主压应力超过混凝土抗压强度，直至混凝土剥落而破坏。有时不出现而是在加载板下突然出现一条通长斜裂缝而破坏。这些现象称为斜压破坏（图19-3c、d）。（3）当a/，c为下柱边缘到牛腿外的水平长度，为纵向钢筋合力点至截面近边的距离；为混凝土抗拉强度标准值。图19-4牛腿几何尺寸的确定 此外，为了牛腿发生局部受压破坏，其受压面的局部压应力在上述竖向力作用下，还应满足下列要求：0.75A否则应采取加大受压面或提高混凝土强度等级等措施。式中A为局部受压面积（图19-4）；为混凝土轴心抗压强度设计值。3.牛腿的配筋计算与构造牛腿的配筋与构造可分为两步进行：（1）斜截面抗弯承载力计算以确定纵筋当牛腿受有竖向力和横向水平拉力共同作用时，对纵筋截面重心产生拉力和力拒，如图19-5（b）所示。因此，纵筋的总面积应为式中，M为牛腿斜截面所受弯矩设计值；a同前，当a0.3时，取a0.3；、为牛腿根部截面的高度和有效高度， 0.95；0.85为内力臂；为纵筋强度设计值。由于牛腿顶部边缘拉应力沿长度方向分布均匀，故纵筋不得兼作弯起筋，全部伸至牛腿外边缘，再沿斜边下弯并超越下柱边缘150mm（图19-5c）。纵筋宜采用HRB 335级或HRB 400级钢筋，应有足够的锚固长度（35d45d），并伸过牛腿根部中心线，当上柱尺寸不足时，纵筋应伸至上柱对边并向下弯折，其包括弯弧段在内的水平投影长度不应小于0.4，竖直投影长度应为15d。纵筋配筋率不应小于0.2及0.45，不宜大于0.6，直径不应小于12mm，根数不宜小于4根。纵筋中承受水平拉力的那部分钢架（1.2），也称锚筋，应焊在与吊车梁或其他承受水平拉力的构件相连接的预埋件上；焊接的钢筋不应小于2根，直径不宜小于12mm。（2）按照限制裂缝过宽的要求设置箍筋和弯筋一般按下述要求设置水平箍筋和弯筋（图19-5c）：箍筋直径612mm；箍筋间距100150；箍筋面积在牛腿上部2/3范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力纵筋截面面积的1/2；弯筋设置条件a/ 0.3； 弯筋形式和直径宜采用直径大于或等于12mm的HRB 335级或HRB 400级钢筋； 弯筋面积设置在牛腿上上部之间的范围内，截面面积不少于承受竖向力的受拉纵筋截面面积的1/2，根数不少于2根。图19-5牛腿的配筋与构造（a）计算模型；（b）牛腿受力状态；（c）配筋构造要求19.1.3 柱的吊装验算 柱有可能在吊装时出现裂缝，因而还需进行施工阶段柱的裂缝宽度验算。验算的结果是要求柱在吊装时的荷载短期效应下的最大裂缝宽度不大于0.150.2mm。在进行施工阶段吊装验算时，柱的支撑点应根据吊点位置确定。在一般情况下，一端吊点设在牛腿根部，另一端支在下柱端头，故吊装时柱的计算简图如图19-6（c）所示。图中的均布荷载为柱的自身重力荷载（、分别代表柱的各段重力荷载），但考虑到施工过程中的振动影响，应乘以动力系数1.5。柱的吊装有两种可能平吊和翻转90后起吊，如图19-6（a）、（b）。它们各自的截面受力情况不同。被验算的截面位置一般取下柱中部截面（即+的F截面）和上柱根部截面（即M最不利的D截面）。图19-6 柱的吊装（a）平吊；（b）翻转90；（c）计算简图 裂缝宽度验算理应按混凝土结构设计规范有关公式进行，但验算方法比较冗繁。由于受弯构件的裂缝宽度一般与裂缝截面的受拉钢筋应力直接有关，为简化计算，可采用限制受拉钢筋应力的办法来限制裂缝的宽度，即式中，M为考虑动力荷载后按柱身自重力荷载算得的最不利截面的弯矩标准制；0.87为截面内力臂；为截面受拉一侧的纵筋截面面积；为