梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋錨固的研究分析

華慶

摘要：近年來(lái)，隨著通用規(guī)范的相繼發(fā)布，2022年9月，22G101系列圖集開(kāi)始正式實(shí)施。作為建筑行業(yè)最重要的參考圖集，其不僅在很大程度上節(jié)約了設(shè)計(jì)人員的工作量，同時(shí)也為工程質(zhì)量守住了底線。但在實(shí)際的工程中，部分施工企業(yè)質(zhì)量把控不嚴(yán)，施工人員技術(shù)欠缺，無(wú)法理解標(biāo)準(zhǔn)圖集的構(gòu)造要求，執(zhí)行不了標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量控制點(diǎn)，從而為建筑結(jié)構(gòu)埋下了極大的安全隱患。本文將結(jié)合實(shí)際工程，梳理工程施工中常見(jiàn)的鋼筋構(gòu)造誤區(qū)，按照國(guó)家規(guī)范和國(guó)標(biāo)圖集，詳細(xì)解析框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的鋼筋錨固構(gòu)造要求。

關(guān)鍵詞：22G101系列圖集? 梁柱節(jié)點(diǎn)? 鋼筋構(gòu)造? 鋼筋錨固

中圖分類號(hào)：TU74

Research and Analysis of Steel Bar Anchorages in Beam-Column Joint Areas

HUA Qing

（Xuancheng Vocational and Technical College，Xuancheng，Anhui Province，242000 China）

Abstract： In recent years， with the successive release of general specifications， the 22G101 series of atlases began to be officially implemented in September 2022. As the most important reference atlas in the construction industry， it not only greatly saves the workload of designers， but also maintains the bottom line of engineering quality. However， in actual engineering， some construction companies lack strict quality control， and due to the lack of techniques， the construction personnel cannot understand the construction requirements of the standard atlas and cannot execute standard quality control points， which buries great safety hazards for the building structure. This article will combine practical engineering to sort out the common misunderstanding of steel bar construction， and detailedly analyze construction requirements for the steel bar anchorage of the beam-column joints of the frame structure in accordance with national regulations and national standard atlases.

Key Words： 22G101 series of atlases; Beam-column joint; Steel bar construction; Anchoring of steel bars

22G101系列圖集是建筑結(jié)構(gòu)施工中最為重要的參考標(biāo)準(zhǔn)，此圖集中，框架結(jié)構(gòu)鋼筋構(gòu)造，是應(yīng)用最為廣泛的版塊。然而，筆者在工程驗(yàn)收過(guò)程中，多次發(fā)現(xiàn)施工單位在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域的鋼筋做法與標(biāo)準(zhǔn)圖集相違背，如框架梁彎錨平直段的取值問(wèn)題、頂梁邊柱鋼筋連接形式及長(zhǎng)度等。本文將結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)實(shí)際工程中長(zhǎng)期存在的錯(cuò)誤做法予以梳理，結(jié)合22G101圖集中的梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋構(gòu)造進(jìn)行解讀，有針對(duì)性的剖析梁柱鋼筋的具體構(gòu)造做法[1-4]。

1 錨固基本原理與工程基本信息

錨固基本原理

所謂錨固，即是鋼筋以某種形態(tài)伸入混凝土內(nèi)一定的長(zhǎng)度，從而保證鋼筋混凝土構(gòu)件在外荷載作用下能有效工作。鋼筋的形態(tài)即為錨固形式，可分為3種：直錨、彎錨和錨板。一定的長(zhǎng)度即為錨固長(zhǎng)度。錨固形式的選擇，一般來(lái)說(shuō)，能直錨則直錨，不能直錨則彎錨，彎錨不足加錨板，需要根據(jù)具體工程及構(gòu)件去選擇對(duì)應(yīng)的錨固形式。

錨固長(zhǎng)度的確定其實(shí)是近似受力臨界狀態(tài)的長(zhǎng)度修正。在鋼筋混凝土構(gòu)件中，混凝土主要用來(lái)承壓，鋼筋主要用來(lái)受拉。隨著拉力的增大，可能出：3種情況：一是錨固長(zhǎng)度較短，鋼在拉力的作用下，筋與混凝土黏結(jié)迅速失效，鋼筋從混凝土中快速脫離出來(lái)；二是錨固長(zhǎng)度較長(zhǎng)，鋼筋與混凝土黏結(jié)比較牢固，直至鋼筋被拉斷；三是鋼筋與混凝土出現(xiàn)臨界狀態(tài)，失效脫離與鋼筋斷裂同時(shí)發(fā)生。顯然，情況一不安全，情況二不經(jīng)濟(jì)，情況三在控制外荷載的條件下，該長(zhǎng)度即可作為基本錨固長(zhǎng)度Lab[5]。

根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范，基本錨固長(zhǎng)度的計(jì)算公式：

（1）

式（1）中：為鋼筋外形系數(shù)；為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 為混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；為受拉鋼筋的直徑。相關(guān)系數(shù)的取值可參見(jiàn)混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范。

特殊情況下的鋼筋錨固，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)基本錨固長(zhǎng)度進(jìn)行修正，如鋼筋表面有環(huán)氧樹(shù)脂，施工中出現(xiàn)不可避免的擾動(dòng)等因素，修正后的錨固長(zhǎng)度為。

對(duì)于有抗震設(shè)計(jì)要求的鋼筋，還應(yīng)根據(jù)抗震等級(jí)進(jìn)行修正，修正后的抗震錨固長(zhǎng)度，。

1.2工程基本信息

某中學(xué)教學(xué)樓，三級(jí)抗震，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，鋼筋為三級(jí)鋼HRB400，框架柱截面尺寸500×500，框架梁截面尺寸250×500，構(gòu)件基本信息如表1所示。

根據(jù)國(guó)標(biāo)22G101-1第2-2頁(yè)、2-3頁(yè)查表可知，本工程抗震設(shè)計(jì)時(shí)受拉鋼筋基本錨固長(zhǎng)度=37D，受拉鋼筋抗震錨固長(zhǎng)度=37D，即==37D。

2樓層框架梁端支座縱向鋼筋錨固

2.1 端支座鋼筋直錨

在構(gòu)件尺寸滿足直錨要求的時(shí)候，一般是優(yōu)先選擇直錨的，如圖1所示。根據(jù)22G101-1第2-33頁(yè)的規(guī)定，直錨長(zhǎng)度X是由兩個(gè)條件控制的。

條件1：≧Lae

條件2：≧0.5hc+5D2

可以看出，條件1是鋼筋直錨必須滿足的長(zhǎng)度。條件2是要求鋼筋必須到達(dá)的位置。如何判斷構(gòu)件截面寬度是否能滿足直錨條件呢。對(duì)于1.2節(jié)的基本信息，可知柱寬-柱保護(hù)層=500-25=475（mm），Lae=37d=37×25mm=925，顯然Lae>（柱寬-保護(hù)層），此時(shí)如果鋼筋直錨的話，則直錨端部會(huì)伸到柱外，故此判斷不能采用直錨。

由此我們可以得到，鋼筋能否直錨取決于錨固長(zhǎng)度Lae與（構(gòu)件截面寬度-保護(hù)層）的數(shù)值大小關(guān)系。若構(gòu)件截面寬度大于Lae，則可以直錨，否則應(yīng)彎錨。

2.2 端支座上部鋼筋彎錨

若不能直錨，則應(yīng)彎錨，且工程中框架梁鋼筋在柱內(nèi)的錨固形式多為彎錨[6-7]，如圖2所示。其中X1、X2為錨固平直段長(zhǎng)度，彎錨端部皆為15D。

根據(jù)22G101-1第2-33頁(yè)的規(guī)定，X1的長(zhǎng)度是由兩個(gè)條件控制的。

條件1：伸至柱外側(cè)縱筋內(nèi)側(cè)；

條件2：且≧0.4Labe；

其中條件1是要求鋼筋必須到達(dá)的位置，條件2是鋼筋必須滿足的長(zhǎng)度。通過(guò)對(duì)圖1的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，梁的上部鋼筋伸至柱外側(cè)縱筋內(nèi)側(cè)，且和柱外側(cè)縱筋保持了S的凈距。所以根據(jù)條件1可以計(jì)算X1的長(zhǎng)度為：

X1= hc- c1- d1- D1- s=415 mm （2）

式（2）中：hc為柱寬；c1為柱保護(hù)層；d1為柱箍筋；D1為柱縱筋；s為梁柱鋼筋凈距。

根據(jù)條件1計(jì)算的彎錨平直段長(zhǎng)度X1尚應(yīng)滿足條件2，即X1要與0.4Labe比較。0.4Labe=0.4×37×25=370（mm），顯然415 mm>370 mm，滿足要求。

然而，施工現(xiàn)場(chǎng)在計(jì)算鋼筋彎錨平直段長(zhǎng)度時(shí)，往往直接取值0.4Labe，這樣是否正確呢？據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 （GB 50010-2010）第9.3.4-3）條，其原文為“梁上部縱向鋼筋應(yīng)伸至柱外側(cè)縱向鋼筋內(nèi)邊并向節(jié)點(diǎn)內(nèi)彎折”，結(jié)合條文說(shuō)明我們可以明確，梁的上部鋼筋彎錨時(shí)應(yīng)伸至柱外側(cè)縱筋的邊上再?gòu)澱?，伸至?duì)邊是先決條件，而≧0.4Labe僅為驗(yàn)算條件。

綜上所述，可以做如下總結(jié)，梁上部縱筋端支座彎錨時(shí)，其錨固平直段X1是通過(guò)條件1延伸的公式（2）來(lái)計(jì)算的。其計(jì)算結(jié)果應(yīng)與0.4Labe進(jìn)行比較，且必須滿足X1≧0.4Labe，若不能滿足，則需要調(diào)整柱寬或梁筋。施工中直接采用0.4Labe作為平直段長(zhǎng)度，是錯(cuò)誤的。

2.3 端支座下部鋼筋彎錨

根據(jù)22G101-1第2-33頁(yè)的規(guī)定，X2的長(zhǎng)度是由兩個(gè)條件控制的。

條件1：伸至梁上部縱筋彎鉤內(nèi)側(cè)或柱外側(cè)縱筋內(nèi)側(cè)。

條件2：且≧0.4Labe。

通過(guò)上述的分析，我們得知，X2的長(zhǎng)度計(jì)算是由條件1控制的，而條件2僅為驗(yàn)算條件。所以，根據(jù)條件1中的“伸至梁上部縱筋彎鉤內(nèi)側(cè)”可以計(jì)算X2的長(zhǎng)度為：

X2= hc- c1- d1- D1-s-D2-S=365 mm （3）

式（2）中：hc為柱寬；c1為柱保護(hù)層；d1為柱箍筋；D1為柱縱筋；s為梁柱鋼筋凈距；D2為梁上部鋼筋直徑；S為梁上、下鋼筋凈距。

條件2計(jì)算0.4Labe=370 mm，比較可以發(fā)現(xiàn)X2<0.4Labe，不滿足要求。結(jié)合條件1中后半句的表述，梁的下部鋼筋也可以伸至柱外側(cè)縱筋的內(nèi)側(cè)，即下部鋼筋平直段X2可以等于上部鋼筋平直段X1。此時(shí)X2可取415 mm，即可滿足≧0.4Labe的驗(yàn)算條件。我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)梁下部鋼筋的平直段長(zhǎng)度不能滿足“伸至梁上部縱筋彎鉤內(nèi)側(cè)”時(shí)，X2可取：0.4Labe≦X2≦X1。

綜上所述，我們可以總結(jié)，框架梁下部鋼筋應(yīng)盡量“伸至梁上部縱筋彎鉤內(nèi)側(cè)”，這樣柱筋、梁上部鋼筋、梁下部鋼筋會(huì)有明顯的層次，簡(jiǎn)潔明了，施工方便。若“伸至梁上部縱筋彎鉤內(nèi)側(cè)”不能滿足X2≧0.4Labe時(shí)，則下部鋼筋可以伸至與上部鋼筋相同的位置，也可以伸至0.4Labe～X1之間的某個(gè)位置。

3屋面框架梁端支座縱向鋼筋構(gòu)造

框架柱邊柱和角柱柱頂鋼筋具有一定的特殊性，在施工過(guò)程中極易出錯(cuò)。在現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收過(guò)程中，甚至發(fā)現(xiàn)邊柱和角柱的柱頂鋼筋按中柱柱頂鋼筋施工的情況，這是極大的安全隱患[8-9]。本節(jié)以角柱為例，根據(jù)角柱鋼筋的位置不同，將其柱筋分為a、b、c三類，按國(guó)標(biāo)圖集一一注解各個(gè)位置處的柱筋構(gòu)造要求。如圖3所示。

a號(hào)鋼筋，位于角柱外側(cè)，且在梁寬度范圍內(nèi)。b號(hào)鋼筋，位于角柱外側(cè)，不在梁寬度范圍內(nèi)。c號(hào)鋼筋，位于角柱內(nèi)側(cè)。

根據(jù)22G101-1第2-14頁(yè)/2-15頁(yè)的規(guī)定，a號(hào)鋼筋有三種做法，分別為柱筋插梁，梁筋插柱，柱筋做梁筋用。本次僅介紹常用的前兩種做法。柱筋插梁鋼筋構(gòu)造詳見(jiàn)圖4，梁筋插柱鋼筋構(gòu)造詳見(jiàn)圖5。

通過(guò)圖4可知，a號(hào)鋼筋采用柱筋插梁的做法時(shí)，柱筋伸入梁內(nèi)，梁筋伸至梁底，兩者的搭接長(zhǎng)度不小于1.5Labe。

通過(guò)5可知，a號(hào)鋼筋采用梁筋插柱的做法時(shí)，柱筋伸至柱頂，梁筋伸入柱內(nèi)，兩者的搭接長(zhǎng)度不小于1.7Labe。

通過(guò)圖6可知，b號(hào)鋼筋伸至柱內(nèi)邊彎折8D。

c號(hào)鋼筋做法通過(guò)上圖可以看出，無(wú)論是邊柱還是角柱的內(nèi)側(cè)鋼筋，均同中柱柱頂?shù)匿摻钭龇?，即彎錨時(shí)伸至柱頂彎折12D。

4結(jié)論及建議

通過(guò)對(duì)22G101圖集中關(guān)于框架梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋構(gòu)造的剖析，我們可以得到以下結(jié)論：（1）框架梁鋼梁應(yīng)優(yōu)先選擇直錨，不能滿足直錨條件時(shí)，則選擇彎錨；（2）框架梁上部鋼筋彎錨時(shí)，平直段的長(zhǎng)度應(yīng)由“伸至柱外側(cè)縱筋內(nèi)側(cè)”計(jì)算，而0.4Labe僅為設(shè)計(jì)人員的驗(yàn)算條件。（3）框架梁的下部鋼筋彎錨時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇“伸至梁上部縱筋彎鉤內(nèi)側(cè)”，當(dāng)此時(shí)不能滿足平直段≧0.4Labe時(shí)，可以選擇“伸至柱外側(cè)縱筋內(nèi)側(cè)”；（4）頂梁邊柱、頂梁角柱的柱筋根據(jù)所在的位置不同，應(yīng)分別采用不同的構(gòu)造形式。

22G101系列圖集，既是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員繪制編制結(jié)構(gòu)施工圖的依據(jù)，也是施工現(xiàn)場(chǎng)各參與方理解設(shè)計(jì)意圖、明確構(gòu)造做法、完成建筑施工的重要保障。因此，研讀圖集規(guī)則，理解構(gòu)造做法，執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，是每個(gè)工程人的責(zé)任。

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