钢牛腿
钢牛腿设计及工程实例
钢牛腿设计及工程实例1.概述钢牛腿作为工业建筑中常见的受力构件，具有施工简单、理论计算可靠、截面小承载力高等优点，同时较之钢筋混凝土牛腿更容易应用于改造工程中。
从受力特点上分析，钢牛腿整体以受弯为主。
作用是传递构件外部竖向荷载，同时在牛腿根部产生较小的附加弯矩。
常见有以下几种型式，见图1：其中第一种型式轻便易于施工，常用于支托电缆或小型钢梁；第二种型式普遍为截面较小的钢牛腿，常见于单层厂房的排架柱上；第三种型式施工相对复杂，牛腿根部截面一般较大，承载力高，常用于支托钢吊车梁等重要构件。
本文下面将计算对比“工”形及“π”形的钢牛腿截面特性，并以“工”型截面为例，结合设计中的实际工程对钢牛腿进行受力分析及承载力验算。
2.工程设计实例开滦范各庄选煤厂浮选车间改造工程需在混凝土框架柱外新增钢牛腿，经多种结构方案比较，决定采用柱外粘贴钢板箍、牛腿刚接于钢板箍的结构形式。
同时沿层高方向以四角包角钢配合窄钢板带加固框架柱，详见图2。
牛腿荷载由上部钢梁传来，经计算梁端剪力设计值为V=520kN，牛腿端部产生的弯矩设计值M=V·e=520*0.4=208kN·m。
牛腿端部截面尺寸见图3，其中B f1=400mm，B f2=300mm，t1= t2=24mm，t w=16mm，h w=452mm，截面塑性发展系数γ=1.05。
2.1 端部截面特性比较选取“工”形及“π”形截面作为对比，截面尺寸见图4，截面特性见表1。
从表中数据不难看出，在截面面积相差无几的情况下，“工”形截面抗弯能力为“π”形截面的198%，抗剪能力为“π”形截面的61%。
可见，下翼缘的存在提高了“工”形截面的抗弯性能，而双腹板的存在使得“π”形截面的抗剪性能突出。
本工程竖向荷载偏离牛腿根部较远，为0.4m，牛腿受弯作用显著，故优先选择抗弯承载力较高“工”形截面。
2.2 端部截面验算牛腿端部截面面积A n21122***24032n f f w w A B t B t t h mm =++=钢牛腿为左右对称截面，下翼缘外边缘至截面形心轴处的距离y22211112[*/2**(/2)**(/2)]/273.77f w w w f w n y B t t h h t B t t t h A mm =+++++=形心轴以上面积对形心轴的面积矩S2311212**(/2)()*/22383805f w w w S B t h t t y h t y t mm =++-++-=截面惯性矩I331111212*/12**(/2)*/12**(/2)f f w w w w w w I B t B t h t y t t h t h h t y =++-++++-3422222*/12**()1061976353f f B t B t y t mm ++-=形心轴以上、以下截面模量W n1、W n23121/()4694198n w W I h t y t mm =+-+=32/3879106n W I y mm ==上翼缘外边缘的正应力σ121142.2215/n W N mm σγ=M/=＜，上翼缘抗弯满足。
钢牛腿计算
一、计算资料（灰色为修改内容）牛腿尺寸（单位：mm）上翼缘宽bf1300上翼缘厚t110腹板宽ts8下翼缘宽bf2200下翼缘厚t210腹板高度hw180荷载竖向压力设计值F=80kN柱边与竖向压力距离e=0.5m 材料钢材为Q235-B焊条为E43焊接形式手工焊焊缝质量三级角焊缝焊角尺寸hf(mm)=10牛腿翼缘和柱的连接采用对接焊缝（坡口焊）连接，腹板和柱的连接采用角焊缝连接。
二、牛腿强度的计算作用于牛腿根部的弯炬M和剪力VM=F*e=40.00kN.mV=80kN钢牛腿设计的净截面积An An=bf1*t1+bf2*t2+ts*hw=6440mm2上翼缘板中心至截面形心轴处的距离y y=(ts*hw*0.5*(hw+t1)+bf2*tf2*(hw+0.5*tf1))/An=78.70mm 形心轴以上面积对形心轴的面积矩SS=(y-0.5*t1)*ts*0.5*(y-0.5*t1)+t1*bf1*y=257811.1531mm3净截面的惯性矩In腹板中心距与y的距离a=(0.5*hw+0 .5*t1-y)In=t1*bf1*y*y+t2*bf2*y*y+ts*hw*hw*hw/12+ts*hw*a*a=35235826.1mm4净截面的上、下抵抗矩Wn1、Wn2Wn1=In/(y+0.5*t1)=420999.48mm3Wn2=In/(hw+t1+0.5*t2-y)=302962mm3边的正应力σσ=M/ Wn2=132.03N/mm2<215 N/mm2,满足要求截面形心轴处的剪应力ττ=VS/(Itw)=73.17N/mm2<215 N/mm2,满足要求截面腹板下端抵抗矩W’n2W’n2=In/(hw+0.5*t1-y)=331461.76mm3下翼缘对形心轴的面积矩S1S1=t2*bf2*(hw+0.5*t1+0.5*t2-y)=222608.7mm3腹板下端的正应力σ1σ1= M/W’n2=120.68 N/mm2腹板下端的剪应力τ1τ=VS1/(It w)=63.18 N/mm2腹板下端的折算应力√(σ12+3τ12)=162.90N/mm2<1.1*215N/mm2,满足要求三、 牛腿与柱的连接焊缝计算：于牛腿翼缘竖向刚度较差，一般不考虑承担剪力。
钢结构计算表格-钢牛腿设计
截面腹板上 端抵抗矩W’
n3
W’n3=In/(y-tf)=
3602064.516 mm3
腹板下端的正 应力σ1
σ=M/ Wn2=
70.95 N/mm2<120 N/mm2 ,满足要求
腹板上缘的正应力σ和切应力τ σ=M*(y-tf)/I=
τ=V*S/(I*n*tw)=
42.02589913 N/mm2<120 N/mm2 24.10 N/mm2<120 N/mm2
组合应力
三、 牛腿与 柱的连接焊 缝计算：
2 3 2
= 59.23455569
N/mm2<120 N/mm2
由于牛腿翼缘竖向刚度较差，一般不考虑承担剪力，因此计算时通常假定腹板焊缝承受所有剪力， 矩则由全部焊缝承受。
焊缝截面的型心y坐标 y=(b*t*(-0.5t)+b*t*(0.5t+tf)+(h-t)*t*n*2*(0.5(h-t)+t+tf))/(2*b*t+2*n*
和柱的连接
采用角焊缝
连接。 二、牛腿强度的计算
F*e= 151.38 kN.m
V= 504.6 kN
牛腿根部的
净截面积An
An=b*tf+tw*h*n=
24000 mm2
上翼缘板上
边缘至截面
形心轴处的
距离y
y=(b*tf*0.5*tf+n*h*tw*(tf+0.5*h))/An=
669984000 mm4
,满足要求 ,满足要求 ,满足要求
假定腹板焊缝承受所有剪力，而弯 .5(h-t)+t+tf))/(2*b*t+2*n*(h-t)*t) +
钢牛腿施工方案
钢牛腿施工方案1. 简介钢牛腿是一种常见的工程结构支撑装置，主要用于支撑大型建筑物或桥梁。
本文主要介绍钢牛腿的施工方案，包括施工准备、施工过程和施工注意事项等内容。
2. 施工准备2.1 材料准备•现场需要准备好所需的钢材、连接件、螺栓等材料。
•确保钢材质量符合标准要求，连接件和螺栓无损坏。
2.2 工具准备•准备好切割机、起重机、焊接设备等施工所需的工具设备。
•确保工具设备正常运转，避免施工过程中出现故障。
3. 施工过程3.1 基础处理•在施工现场测量确定钢牛腿的安装位置，清理基础表面，确保平整无杂物。
•根据设计要求进行基础的预埋件安装，确保预埋件位置准确。
3.2 钢牛腿安装•使用起重机将钢牛腿逐节吊装至预埋件位置，注意保持钢牛腿垂直。
•在吊装过程中，要确保操作人员安全，合理分配吊装力量，防止意外发生。
3.3 连接固定•使用焊接设备对钢牛腿与预埋件进行焊接连接，确保连接牢固。
•使用螺栓对连接部位进行固定，检查确认固定牢固可靠。
4. 施工注意事项4.1 安全第一•操作人员在施工现场必须佩戴好安全防护装备，确保安全施工。
•严格遵守施工现场安全操作规程，杜绝发生安全事故。
4.2 质量控制•在施工过程中，要保证每个工序的质量符合相关标准要求。
•根据设计要求进行施工，确保结构稳固可靠。
4.3 施工环境•施工现场要保持整洁，确保施工环境安全卫生。
•尽量减少外部干扰，确保施工按计划进行。
结语钢牛腿施工是一项重要的工程操作，需要严格按照设计要求和施工方案进行操作，确保施工质量和安全。
通过本文的介绍，希望能够为相关施工人员提供一定的参考和帮助。
钢牛腿应用
1.应用背景现在工程有很多钢构件与混凝土相连的情况，目前通用的做法是采用劲性柱，即采用钢骨内置。
这种做法存在较多弊端。
为了克服其自身存在的问题，经过发展形成了利用钢套筒进行钢构件-混凝土转换的新型节点，并在工程中得到了成功应用。
2. 优缺点对比钢套筒节点与劲性柱节点相比优缺点如下：一、劲性柱采用钢骨内置，每边需预留足够的空间以保证混凝土和钢构件共同受力，通长情况为150mm。
对于截面较小的混凝土柱子，可以采用的钢骨截面尺寸就相对较小了，从而不能满足结构受力要求。
杭州站前东广场就存在这样的情况，柱子截面为700x700，采用的钢骨就只能为400mm，甚至更小，计算下来很难满足结构受力要求。
钢套筒节点为钢管围绕混凝土，相对劲性柱节点及混凝土自身截面尺寸没有削弱，如图1所示。
构件截面承载能力的性能较强，可以克服劲性柱节点存在的问题。
材料的使用效率也可以得到提高。
二、劲性柱钢骨一般需要向下延伸一层，增加了材料用料。
即使不向下延伸，也需要采取特别的措施以使钢骨得以固定。
而钢套筒节点的高度只要满足传力需要即可，如图2所示。
可以节省材料用料，减少造价，满足绿色建筑要求。
三、钢套筒节点采用钢构件外包混凝土，可以保证建筑效果。
与钢牛腿组合给人一种轻盈的感觉，可以获得较好的视觉效果。
3.牛腿特征牛腿截面尺寸如下图所示：：4.工艺流程结构及埋件设计龙门吊深化加工龙门吊安装构件支架深化加工轨道铺设牵引卷扬机安装构件支撑安装圆柱钢模放入支架内牛腿吊装搭设操作架柱竖向钢筋绑扎及箍筋绑扎钢模安装及加固用缆风绳调整牛腿水平及定位并焊接固定混凝土养护混凝土浇筑拆支架拆除钢模5.施工方案6.1构件的加工构件的加工包括轨道及支架预埋铁件的加工、支撑架体的加工、龙门架体的加工以及钢牛腿的加工等，在构建加工前，必须结合施工图纸及现场条件绘制深化图纸，经过审批后按图纸要求进行加工，具体钢牛腿加工工艺见下表，其余支架、龙门架及埋件等加工图纸见附件。
钢结构钢牛腿设计计算表格
钢牛腿设计一、计算资料牛腿尺寸（单位：mm）荷载竖向压力设计值F=80kN柱边与竖向压力距离e=0.5m 材料钢材为Q345-B焊条为E50焊接形式手工焊焊缝质量三级角焊缝焊角尺寸hf(mm)=6牛腿翼缘和柱的连接采用对接焊缝（坡口焊）连接，腹板和柱的连接采用角焊缝连接。
二、牛腿强度的计算作用于牛腿根部的弯炬M和剪力VM=F*e=40.00kN.mV=F=80kN牛腿根部的净截面积AnAn=bf1*t1+bf2*t2+tw*hw=6208mm2上翼缘板中心至截面形心轴处的距离yy=(tw*hw*0.5*(hw+t1)+bf2*tf2*(hw+0.5*t1+0.5*t2))/An=143.00mm 形心轴以上面积对形心轴的面积矩SS=(y-0.5*t1)*tw*0.5*(y-0.5*t1)+t1*bf1*y=362176mm3净截面的惯性矩In腹板中心距与y的距离a=(0.5*hw+0.5*t1-y)=0mmIn=(bf1*t1^3)/12+t1*bf1*y^2+(bf2*t2^3)/12+t2*bf2*(hw+0.5*t1+0.5*t2)^2+(tw*hw^3)/12+tw*hw*a^2=95845717.33mm4净截面的上、下抵抗矩Wn1、Wn2Wn1=In/(y+0.5*t1)=647606.1982mm3Wn2=In/(hw+0.5*t1-y+t2)=647606.1982mm3上翼缘外边的正应力σσ=M/ Wn1=61.77N/mm2<310N/mm2,满足要求下翼缘外边的正应力σσ=M/ Wn2=61.77N/mm2<310N/mm2,满足要求截面形心轴处的剪应力ττ=V*S/(I*tw)=37.79N/mm2<310N/mm2,满足要求截面腹板下端抵抗矩W’n2W'n2=In/(hw+0.5*t1-y)=694534.1836mm3下翼缘对形心轴的面积矩S1S1=t2*bf2*(hw+0.5*t1+0.5*t2-y)=286000mm3腹板下端的正应力σ1σ1= M/W'n2=57.59 N/mm2腹板下端的剪应力τ1τ=V*S1/(I*t w)=29.84 N/mm2腹板下端的折算应力√(σ12+3τ12)=77.38N/mm2<1.1*310 N/mm2,满足要求腿与柱的连接焊缝计算：由于牛腿翼缘竖向刚度较差，一般不考虑承担剪力。
钢牛腿校核
无锡国金中心JCD500内爬塔吊钢牛腿支持计算一、计算依据1、《JCD500塔式起重机说明书》；2、《钢结构设计手册GB5007-2003》；3、《混凝土结构设计规范GB50010-2002》4、《塔式起重机设计规范GB/T13752-92》二、结构受力由于塔吊布置于内爬钢梁中心，塔吊牛腿对称分布，故考虑其受力也对称，参照塔吊说明书提供塔吊竖向力kN P V 88.2506=；水平力kN F s 732=（工况），考虑四点受力，其端部竖向力为kN P P V 5.6264==；水平力kN F F S 1834==。
动载荷系数参照塔式起重机设计规范取34.1=φ。
三、钢牛腿核算钢牛腿图纸详见CAD 图纸。
考虑最危险工况，及梁端部距结构距离为150mm （为最大允许值），此时端弯矩最大，为kNm P M 975.9315.0=⨯=。
考虑钢牛腿为悬挑梁计算，则其计算数据如下：4996846079m m I x =；36.5950178mm W x =；竖向抗剪面积264500mm S v =；水平向抗剪面积218000mm S S =（仅考虑顶板抗剪） 则其正应力为MPa W M x 216.595017810975.9334.16=⨯⨯==φσ，满足材料要求； 其剪应力为MPa S P v v 1364500105.62634.13=⨯⨯==φτ，满足材料要求； M P a S F s s 6.131800018300034.1=⨯==φτ，满足材料要求； 其合应力为()MPa s v 2.282/1222=++='ττσσ，满足材料要求。
四、预埋件计算预埋件详见图纸，按照混凝土结构设计规范中有关预埋件计算章节核算。
实际锚筋面积为222122665.1214.325mm r n A S =⨯⨯==π； 结构所需最小锚筋面积按公式zf a a M f a a V A y b r y v r 3.1+=计算， 其中，为便于计算，剪力kN V 5.8091835.626=+=，较之实际情况偏于安全，kNm M 975.93=，85.0=r α，43.0=v α（按C30混凝土取值计算），85.0=b α，MPa f y 300=，m z 48.0=代入公式计算：2807648.030085.085.03.1975.9330043.085.05.809mm A =⨯⨯⨯⨯+⨯⨯= 安全系数34.152.1807612266>===S A A n ，满足要求。
钢牛腿节点计算word版
钢牛腿与钢柱连接计算一、钢牛腿与GZ1连接节点计算：牛腿计算简图如附图九示：作用于牛腿上的荷载为：P=1.4X207.3KN+1.2X(77.9kg/m+43kg/m)X6=300KNF=1.4x7.65KN=10.7KN其中：207.3KN 为吊车传来的坚向荷载，77.9kg/m 为吊车梁自重，43kg/m 为吊车轨道重（下同）。
7.65KN 为吊车横向水平荷载。
则作用于牛腿根部的弯矩为：M=Pe+Fe=300x0.35m+10.71x0.6m=111.4KN ·m剪力V=P=300KN 计算时假定弯矩由牛腿翼级承担，剪力由牛腿腹板承担。
强度验算：22226/185/798476300/315/3.7425012500104.111mm N f mm N A V mm N f mm N hA M v w f =<=⨯===<=⨯⨯⨯==τσ经计算，牛腿根部满足强度要求！牛腿与钢柱连接焊缝计算：牛腿上下翼缘与柱的连接采用开坡口的全熔焊缝，可视为与钢板等强，故该处焊缝满足强度要求！牛腿腹板与柱的连接焊缝采用双面角焊缝（h f =10mm ），施焊时不采用引弧板，其计算长度为L w =500-12x2-10=466mm 则：223/200/464662107.0103007.0mm N f mm N l h V W t w f f =<=⨯⨯⨯⨯==τ焊缝强度满足要求！在牛腿高度范围内柱腹板的折算应力在算主刚架时已考虑，可不需验算。
牛腿处柱腹板设置的加劲肋与柱腹板和翼缘的连接焊缝采用双面角焊缝（h f =10mm ），施焊时不采用引弧板。
焊缝的计算长度：在腹板处：Lw=500-12x2-30x2-10=406mm ；在翼缘处：Lw=125-4-30-10=81mm 。
（其中30为加劲肋切角尺寸）。
其所承担的水平力为:H=111.4/0.5=223则：223/200/204064107.0102237.0mm N f mm N l h V W t w f f =<=⨯⨯⨯⨯==τ!度满足柱腹板与加劲的焊缝强223/200/98814107.0102237.0mm N f mm N l h V W t w f f =<=⨯⨯⨯⨯==τ!度满足柱腹板与加劲的焊缝强牛腿加劲肋与牛腿腹板连接焊缝计算：牛腿加劲肋与牛腿腹板连接处采用双面角焊缝（h f =10mm ），其计算长度为：Lw=317-12x2-30x2-10=223mm223/200/362234107.0102237.0mm N f mm N l h V W t w f f =<=⨯⨯⨯⨯==τ 牛腿加劲肋与牛腿腹板连接焊缝满足强度要求！经计算，牛腿处连接节点安全！二、钢牛腿与GZ2连接节点计算：牛腿计算简图如附图十所示：作用于牛腿上的荷载为：P=1.4X435.1KN+1.2X(137.4kg/m+50kg/m)X6m=623KNF=1.4x17.03KN=23.8KN其中：435.1KN 为吊车传来的坚向荷载，137.4kg/m 为吊车梁自重，50kg/m 为吊车轨道重。
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0.5*t1+0.5*t2-
腹板下端的正应 力σ1
67.30 N/mm2
<
273413.785 mm3
120391.74 mm3
σ1= M/W’n2= 腹板下端的剪应 力τ1
144.84 N/mm2
τ=VS1/(Its)= 腹板下端的折算 应力
积对形心轴的 S=(y-
净截面的惯性 0.5*t1)*ts*0.5*(
矩In
腹板中心距与y
的In=距t1离*baf=1*y*y+
t2*bf2*y*y+ts*
39.60 60
kN.m kN
2912 mm2
(0.5*hw+0. 5*t1-y)
净截面的上、 下抵抗矩Wn1 Wn1=In/(y+0.5
*Wt1n)2==In/(hf+t1+ 0.5*t2-y)=
261654.052 mm3 255966 mm3
腹板厚ts
4
腹板高度hf 232
118.64 mm 143971.7136 mm3
= 32088562.87 mm4
下翼缘外边的
正应力σ
σ=M/γx
截面形心轴处 Wn2=
147.34 N/mm2
<
的剪应力τ
截面腹板下端 τ=VS/(Its)= 抵抗矩W’n2 W’
三级
上翼缘厚t1
8
下翼缘厚t28来自0kN60 kN
60 kN
0.66 m
6
二、牛腿强度 的作计用算于牛腿根 部的弯炬M和
M=F*e=
牛腿根部的净
V=
截面积An
An=bf1*t1+bf2
上翼缘板中心 *t2+ts*hf=
至截面形心轴 y=(ts*hf*0.5*(h
形心轴以上面 f+t1)+bf2*tf2*(
56.28 N/mm2
√(σ12+3τ12)=
174.58 N/mm2
<
1.1* 215
三、 牛腿与柱 的连接由焊于缝牛计腿
翼的缘传竖力向方刚式度一 致的，连可接假焊定缝弯承 担翼。缘采用对接 焊缝，其受力
上翼缘焊缝应 H=M/ho=
173.68 kN
力σ为：
f下=H翼/(缘t1焊*b缝f1应)=
175.08 N/mm2
钢牛腿设计
一牛、腿计尺算寸资（料单 位：mm）
上翼缘宽bf1
124
下翼缘宽bf2
124
荷载
吊车竖向荷载 值=
吊牛车 腿梁竖自向重压=力 设柱计 边值与F竖=向压 力距离e=
材料
钢材为
Q235-B
焊条为
E43
焊接形式
手工焊
牛腿翼缘和柱 的腹连板接和采柱用的对连 接采用角焊缝
焊角缝 焊质缝量焊角尺 寸he(mm)=
<
力σ为：
腹f=板H/采(t用2*两bf条2)角=
175.08 N/mm2
<
焊τ缝，承受剪力
f=V/(2*0.7*he
33.69 N/mm2
<
215 N/mm2 125 N/mm2
236.5
fwt 185 N/mm2 fwc 215 N/mm2 fwf 160 N/mm2
,满足要求 ,满足要求
N/mm2
,满足要 求
,满足要求 ,满足要求 ,满足要求