钢筋混凝土牛腿的构造及破坏实例探讨

钢筋混凝土牛腿的构造及破坏实例探讨

2011-7-11

牛腿是钢筋砼结构中一种常用的承重构件，尤其在有吊车的单层工业厂房内大量使用。牛腿有点像一个缩短了的加腋挑梁，不过它主要不是受弯构件，而是剪拉构件。《混凝土结构设计规范》第10章第8条有较详细的介绍。

一、牛腿构造及简图

牛腿顶面的作用力有 Fvk和 Fhk（用于裂缝计算）或者是 Fv和 Fh（用于配筋计算）。

Fvk——作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖向力值； Fhk——作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的水平拉力值；

Fv--作用在牛腿顶部的竖向力设计值；

Fh--作用在牛腿顶部的水平拉力设计值。

牛腿各部位的名称如下：

a——竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离,竖向力作用点仍位于下柱截面以内时，取a=0；

b——牛腿宽度，垂直于本图方向；

c——下柱边缘到牛腿外边缘的水平长度；

h1——牛腿的外边缘高度，不应小于h/3,且不应小于200mm； h——牛腿的高度；

沿牛腿顶部配置的纵向受力钢筋，数量不宜小于4根，直径不宜小于12mm。全部纵向受力钢筋及弯起钢筋宜沿牛腿外边缘向下伸入下柱内150mm后截断

承受竖向力所需的纵向受力钢筋的配筋率，按牛腿有效截面计算不应小于0.2%及0.45ft/fy,也不宜大于0.6%，钢筋

当牛腿设于上柱柱顶时，宜将牛腿对边的柱外侧纵向受力钢筋沿柱顶水平弯入牛腿，作为牛腿纵向受拉钢筋使用；当牛腿顶面纵向受拉

钢筋与牛腿对边的柱外侧纵向钢筋分开配置时，牛腿顶面纵向受拉钢筋应弯入柱外侧，并应符合本规范第10.4.4条有关搭接的规定(图10.4.4b)。

当牛腿的剪跨比a/h0≥0.3时，宜设置弯起钢筋。并宜使其与集中荷载作用点到牛腿斜边下端点连线的交点位于牛腿上部l/6至l/2之间的的范围内，其截面面积不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的二分之一，根数不宜少于2根，直径不宜小于12mm。纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。

牛腿应设置水平箍筋，水平箍筋的直径宜为6-12mm，间距宜为100-150mm，且在上部2h0/3范围内的水平箍筋总截面面积不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的二分之一。

二、劳动村A7厂房实例剖析

劳动村A7厂房的伸缩缝两侧没有采用通常的双柱做法，可能出于节省的考虑，采用了牛腿竖向支撑结构荷重，在牛腿顶面滑移来解决结构的伸缩问题。

现场检测时已经记录了牛腿破裂的现状，但报告中完全忽略了这部分内容，更不可理喻的是将牛腿支撑改为了缝边双柱支撑。经专家现场核对，才引起重视。

经重新审视现场，否定报告模型，并开凿验证分析，牛腿破坏主要有如下原因：

2.1、可能施工时的本意是用双层油毡隔离砼，以制造一个光滑的摩擦面，让另一边的楼面在往复的温度应力作用下伸缩自如。事实上在振捣施工阶段，尖锐的砂石已经把软弱的油毡刺穿，在拆模后结构自重的巨大压力已经将边梁和牛腿顶面紧紧地咬合在一起了。油毡能起“光滑”作用的期望一开始就已经不存在了，边梁和牛腿顶面有油毡的摩擦系数与砼之间的摩擦系数并无两样。

2.2、又由于两层油毡较薄，当滑动一侧楼面受荷（自重和活载）使得楼面梁发生微微弯曲时，梁与牛腿的设计支撑点向牛腿外端移动，使得梁底与牛腿端部外边缘“咬紧”，这种局部接触有可能超出

牛腿砼的局部抗压强度；或是受力点是牛腿最小截面处，砼抗剪强度受到挑战，最终在牛腿核心砼之外的保护层内产生了剪切裂缝。当滑动一侧的楼层向外运动时，巨大的摩擦力，逐次在加剧裂缝的发展，最终使得牛腿端部外边缘的保护层首先脱落。

2.3、经现场开凿剥露，验证了开裂和剥落部位正是牛腿端部外边缘的保护层。继续扫描和开凿，显露的是4根25的受拉钢筋，圆8@100的箍筋，至于抗剪弯起筋担心对承重的核心砼破坏太大，就停止了“深究”。

2.4、本例牛腿的破坏，只要构造措施得当是可以避免的。最好在牛腿顶面和梁端得底面预埋上钢板，在两者之间设置钢板铰垫块，

保持有足够的间隙（约20），当滑动侧楼盖挠曲时，梁底就不会与牛腿端部的外边缘接触，从而保证了设计受力支撑点位置变化不大，水平移动摩擦力变小（钢-钢摩擦系数=0.15,砼-砼摩擦系数=0.30），牛腿始终处在设计受力状态，因此也不会被破坏。

恒义公司内部交流资料：HYNP2011-1 《钢筋混凝土牛腿的构造及破坏实例探讨》

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