淺談鋼筋混凝土梁、板截面及配筋設(shè)計(jì)

（四川城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 610000）

淺談鋼筋混凝土梁、板截面及配筋設(shè)計(jì)

李炳永

（四川城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 610000）

本文系統(tǒng)分析了現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中梁、板設(shè)計(jì)容易遺漏問(wèn)題存在的原因，針對(duì)性的探討并提出了現(xiàn)澆梁、板結(jié)構(gòu)構(gòu)件的合理截面設(shè)計(jì)和科學(xué)配筋設(shè)計(jì)方法，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)科學(xué)，施工方便，成本節(jié)約的目的。

鋼筋混凝土梁板;截面設(shè)計(jì);配筋設(shè)計(jì)

引言

當(dāng)今建筑工程界中，大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)均采用現(xiàn)澆梁板，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師確定的梁板等混凝土構(gòu)件的截面和配筋是否合理，直接影響著工程質(zhì)量。結(jié)構(gòu)布置科學(xué)、構(gòu)件截面選擇合理、配筋率控制合理的建筑物，可方便施工、節(jié)約成本；反之，則會(huì)給工程帶來(lái)隱患，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致工程事故。

一、存在現(xiàn)有問(wèn)題

目前常規(guī)的鋼筋混凝土梁、板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，筆者認(rèn)為有以下幾個(gè)問(wèn)題的存在。1、對(duì)于梁而言：（1）梁截面的確定不夠合理，導(dǎo)致安全儲(chǔ)備過(guò)?；蚺浣畈缓侠?。（2）梁配筋率把握不夠理想。（3）主梁與柱、次梁交接處鋼筋的布置直接影響到結(jié)構(gòu)的截面承載能力，導(dǎo)致施工不方便，影響構(gòu)件承載力和結(jié)構(gòu)安全。2、對(duì)于板而言：（1）板厚取值不夠合理，板筋布置不夠科學(xué)。（2）未考慮支承梁剛度作用而簡(jiǎn)單認(rèn)為板截面上的最大正應(yīng)力與板厚的平方成反比，造成板配筋不合理或不經(jīng)濟(jì)。（3）對(duì)于存在主次梁且主次梁剛度相差較大的混凝土樓板，未整體考慮梁板共同作用，造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的配筋不合理的浪費(fèi)。由于以上問(wèn)題的存在，在一定程度上造成了安全儲(chǔ)備過(guò)剩，導(dǎo)致資源浪費(fèi)，或是配筋不合理使結(jié)構(gòu)偏于不安全。

二、梁板截面的科學(xué)選擇

首先，在滿足建筑物使用功能的前提下，柱網(wǎng)和梁格的劃分盡可能規(guī)整，結(jié)構(gòu)布置越簡(jiǎn)單、整齊、統(tǒng)一，越能符合經(jīng)濟(jì)和美觀的要求。結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜的建筑物，往往會(huì)導(dǎo)致力的傳遞路線不夠明確，構(gòu)件受力不清晰，構(gòu)件計(jì)算時(shí)容易造成荷載遺漏，計(jì)算結(jié)果出錯(cuò)。

梁截面的初步確定：主梁高度可取梁跨的1/8～1/14，次梁高度可取梁跨的1/12～1/18。當(dāng)然，這只是一個(gè)范圍，具體到每一根梁截面高度的確定，應(yīng)視構(gòu)件所受荷載以及主梁與次梁搭接關(guān)系確定，一般主梁高宜大于等于次梁梁高，在滿足使用要求的前提下，主梁可比次梁高50～100mm。局部梁跨減小的部位，梁高可不作調(diào)整，如商鋪的正立面由于窗戶標(biāo)高等原因控制梁高在550mm，其中某梁跨僅3600mm，此時(shí)不宜減小梁高，通長(zhǎng)設(shè)置為550mm。在多高層混凝土結(jié)構(gòu)中，主梁梁寬宜大于等于250mm，在不影響建筑使用功能的前提下，局部剪力較大的梁寬可設(shè)為400mm甚至更寬，次梁梁寬一般200-300mm即可，這樣不僅有利于結(jié)構(gòu)概念上體現(xiàn)主次梁關(guān)系，抗震與非抗震的關(guān)系，還有便于主梁縱筋補(bǔ)設(shè)。

現(xiàn)澆板厚的取值應(yīng)根據(jù)承載力、剛度、裂縫控制等要求確定，現(xiàn)澆板不做剛度驗(yàn)算的最小截面高度為板跨的1/30～1/40?，F(xiàn)行GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中結(jié)構(gòu)構(gòu)件基本規(guī)定：“鋼筋混凝土單向板跨后比不大于30，雙向板不大于40”。同時(shí)為了保證現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度和便于施工，班的最小厚度也作出了相應(yīng)的規(guī)定，然而，在設(shè)計(jì)一般建筑時(shí)，由于現(xiàn)澆板內(nèi)需敷設(shè)地暖、埋設(shè)電線管線、構(gòu)造要求等因素，一般板厚不宜小于90mm，在住宅設(shè)計(jì)時(shí)，絕大多數(shù)小板板厚均取為100mm較為常見(jiàn)。地下室，嵌固端等有特殊要求的樓屋面板應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要確定板厚。

三、梁板經(jīng)濟(jì)配筋率

在房屋建筑中，梁、板所用的鋼筋和混凝土所占的比重很大，這兩大構(gòu)件設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，直接影響對(duì)整棟樓的結(jié)構(gòu)安全和建造成本，在保證結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下，經(jīng)濟(jì)性是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)配筋率并小是最小配筋率。只有確定了混凝土梁的有效高度，才能正確合理的確定其最小配筋率。然而，最小配筋率并不是經(jīng)濟(jì)配筋率。為使結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)濟(jì)合理，就必須在對(duì)立統(tǒng)一中尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，達(dá)到綜合成本最低，滿足最小配筋率只是規(guī)范基本要求，而將構(gòu)件設(shè)計(jì)為經(jīng)濟(jì)配筋率則是市場(chǎng)需要和設(shè)計(jì)師的追求。

實(shí)踐表明，梁經(jīng)濟(jì)配筋率(ρ)的范圍是：矩形梁0.6%～1.5%，T型梁0.9%～1.8 %，板0.4%～0.8%，如取其平均值，則板為0.6%，矩形梁為1.05%，T型梁為1.35 %。一般情況下，梁板的配筋率應(yīng)盡可能用其經(jīng)濟(jì)配筋率的平均值，但由于構(gòu)件所處的位置和所承受的荷載的不同等原因，不可能每一根梁都能恰好處于經(jīng)濟(jì)配筋率范圍。經(jīng)濟(jì)配筋率的核心范圍，建議矩形梁取0.85%～1.25%，T型梁1.10%～1.6%，板取0.5%～0.7%。在工程實(shí)踐中，經(jīng)濟(jì)配筋率是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，它涉及到結(jié)構(gòu)形式、材料價(jià)格、施工條件等諸多因素。因此，不能把它絕對(duì)化，鋼筋混凝土梁、板正截面優(yōu)化設(shè)計(jì)，即在配筋計(jì)算之前事先將配筋率加以控制。即通過(guò)調(diào)整截面尺寸和材料強(qiáng)度等級(jí)，使最終配筋率控制在經(jīng)濟(jì)配筋率范圍內(nèi)，通過(guò)經(jīng)濟(jì)配筋率的確定，一方面降低構(gòu)件成本，提高建筑經(jīng)濟(jì)效益，另一方面可省略基本公式適用條件驗(yàn)算，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。

四、梁板布筋方式的優(yōu)化

現(xiàn)行GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“采用了以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法”，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力通常是根據(jù)某些假設(shè)條件的成立和相應(yīng)計(jì)算公式計(jì)算得出，由于假設(shè)的近似性和計(jì)算公式的不精確性，勢(shì)必會(huì)造成實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)際抗力與給定公式計(jì)算的抗力之間的差異，這種差異帶來(lái)的結(jié)構(gòu)抗力隨機(jī)性在概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法中給予了充分的考慮，所謂梁截面有效高度：系指受拉鋼筋的重心至混凝土受壓邊的垂直距離，即h0=h-as如，它與受拉鋼筋的直徑及排放有關(guān)。當(dāng)鋼筋直徑與排數(shù)一定時(shí)，梁截面的有效高度應(yīng)為定值，然而由于設(shè)計(jì)、施工過(guò)程不當(dāng)，在實(shí)際施工中尤其是主梁與框架柱、主梁與主梁交接處鋼筋較多，縱橫交錯(cuò)，鋼筋間距較小，使施工時(shí)綁扎鋼筋和振搗混凝土相當(dāng)困難，造成鋼筋與混凝土之間粘結(jié)強(qiáng)度不足。施工過(guò)程中常有施工單位改動(dòng)梁布筋方式，使鋼筋混凝土梁截面的有效高度也隨之發(fā)生變化，這些不合理的作法與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者本身的意圖并不一致，直接導(dǎo)致了實(shí)際h0的減小，從而降低了構(gòu)件實(shí)際承載能力。

在構(gòu)件截面和配筋率都確定的情況下，梁、板構(gòu)件的布筋方式顯得尤為重要，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行梁截面承載能力計(jì)算時(shí)，尤其是遇到主次梁縱橫交叉的復(fù)雜情況時(shí)，應(yīng)重視構(gòu)件的斷面設(shè)計(jì)，綜合考慮各梁的相互受力關(guān)系，從而確定各梁受力鋼筋的上下排列位置，統(tǒng)籌兼顧、概念明確。一般主梁宜用較大直徑鋼筋，如20～25mm，次梁縱筋則考慮用14～22mm即可。當(dāng)使用兩排或多排鋼筋時(shí)，兩排鋼筋之間的正確距離應(yīng)在75mm內(nèi)，其凈距離不應(yīng)小于25 nm或鋼筋最大直徑。于板而言，宜選用小直徑小間距的配筋方式，其配筋率不宜小于0.15%。鋼筋直徑不宜小于Φ6或Φ6.5，鋼筋間距不宜大于150 mm。在有條件時(shí)，宜采用雙層雙向配筋，即負(fù)筋也拉通配筋，并可采用冷軋帶肋鋼筋等強(qiáng)度較高、與砼握裹較好的鋼筋配筋，并采用細(xì)而密的配筋方案。

五、結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁板截面及配筋設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，考慮梁、板共同作用效應(yīng)，結(jié)合現(xiàn)澆構(gòu)件合理布筋方式，達(dá)到在保證安全的前提下，充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的合理性，經(jīng)濟(jì)性，科學(xué)性。

[1]GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].

[2]韓秀彬 楊惠予 鋼筋混凝土梁、板正截面優(yōu)化設(shè)計(jì)《河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)》2007.06（2）

TU7

：B

1007-6344（2017）08-0107-01

李炳永，男，工程師，四川城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院。郵編：610000。