雙筋矩形梁超筋截面的優化處理

【摘要】通過對工程實際中高層建筑結構基礎雙筋矩形梁內鋼筋連接處截面的配筋驗算，確定由于鋼筋連接處截面鋼筋面積的增加產生超筋問題。進行鋼筋連接方式、截面尺寸的優化以及截面位置的選擇，有效的解決鋼筋連接處截面超筋問題，對工程施工、設計具有重要的指導意義。

【關鍵詞】截面驗算；超筋截面；連接方式；截面尺寸；截面位置

1. 工程背景

某小區內高層建筑結構地下車庫施工過程中，由于施工的需要，在地下車庫施工時分區域進行施工，預留工作區間，以便于混凝土泵車、混凝土罐車以及其它施工車輛和機械的通行，從而造成地下車庫不能一次性完成施工。在地下車庫進行后續的封閉施工時，預留工作區間內的梁、板鋼筋的綁扎以及混凝土的澆筑。地下車庫梁內密布鋼筋連接處，一端采用螺栓套筒連接，另外一端只能采用焊接或者搭接，焊接或搭接截面鋼筋面積翻倍，勢必會在此截面處產生超筋問題。鋼筋混凝土超筋梁在工程設計、施工中應加以限制。鋼筋混凝土超筋梁有兩方面的特征，一方面，破壞前變形很小，屬于脆性破壞，由于破壞前鋼筋并不屈服，所以裂縫不寬不深，梁的撓度也不大，破壞時無明顯預兆，破壞非常突然。另一方面，超筋截面的鋼筋強度得不到發揮，用鋼量大，不經濟，在工程設計中不應采用。然而在設計時的適筋梁截面在施工過程中變成成了超筋梁，為工程的安全留下了隱患，因此在實際施工以及設計時應加以考慮，并進行優化處理，具有非常重要的實際意義。

2. 截面驗算

鋼筋的連接一端采用螺栓套筒連接，另一端只能采用搭接或者焊接。采用螺栓套筒連接一端截面的尺寸及配筋如圖1所示。采用搭接或者焊接一端截面尺寸及配筋如圖2所示。鋼筋采用HRB400鋼材，直徑選用 25，混凝土采用C30商品混凝土。

2.1螺栓連接端截面。

圖1所示截面，梁內受壓鋼筋上下排分別布置8、7根 25的鋼筋，受壓鋼筋面積為7463mm2 ；梁內受拉鋼筋上中下排分別布置6、9、10根 25的鋼筋，受拉鋼筋面積為12271.9mm2 。按照混凝土結構設計規范，梁的有效高度，受壓區高度按公式計算，經計算，受壓區高度x=201.77mm。相對受壓區高度，由此可見，。因此，采用螺栓套筒連接端為適筋截面。

2.2搭接或焊接端截面。

圖2所示截面，梁內受壓鋼筋上下排分別布置8、7根 25的鋼筋，梁內受拉鋼筋上中下排分別布置6、9、10根 25的鋼筋，但是由于搭接或焊接，受壓鋼筋面積變為；受拉鋼筋面積為 。按照混凝土結構設計規范，受壓區高度按公式計算，經計算，受壓區高度x=403.54mm。然而，此截面成為超筋截面，必須對其結構形式及優化設計進行研究。

3. 超筋截面的優化研究

3.1鋼筋連接方式的優化。

3.1.1在鋼筋搭接或焊接一端，由于搭接或焊接長度的影響，鋼筋數量增加一倍。受壓鋼筋分別有原來的7根、8根變為現在的14根、16根；受拉鋼筋有原來的10根、9根、6根 變為現在的20根、18根、12根。因此，在鋼筋連接方式上一定要有優化，否則會影響結構內鋼筋與混凝土的粘結力，絕對不能由于連接方式的選擇錯誤而導致鋼筋之間無縫隙，相互擠壓，沒有被混凝土充分包裹，從而嚴重影響結構的受力性能。

3.1.2鋼筋連接處截面鋼筋的連接方式有兩種情況，一種為縱向連接，另一種為橫向連接。

（1）若采用縱向連接，如圖2由《混凝土結構設計規范》，受拉鋼筋凈間距，也大于鋼筋直徑d=25mm，滿足要求。一排布置10根鋼筋即鋼筋最密處，受拉鋼筋間距滿足要求，那么9根，6根處肯定滿足要求。受壓鋼筋凈間距 ，也大于，滿足要求。一排布置8根鋼筋處，受壓鋼筋間距滿足要求，那么布置7根處肯定滿足要求。

（2）若采用橫向連接，由《混凝土結構設計規范》，受拉鋼筋凈間距， 不滿足要求。一排布置9根鋼筋連接處，受拉鋼筋間距不滿足要求，那么布置10根鋼筋連接處鋼筋間距肯定不滿足要求。受壓鋼筋間距，但是小于，不滿足要求。一排布置7根鋼筋處，受壓鋼筋間距不滿足要求，那么布置8根鋼筋處間距肯定不滿足要求。

3.2截面尺寸的優化。

（1）由于鋼筋連接處截面鋼筋面積成為原來的兩倍，因而造成此截面處超筋。因此，在截面設計時必須加以考慮，以防忽略了在其它截面均為適筋截面而在鋼筋連接處截面成為超筋截面的影響。矩形截面梁在設計時，對其截面的高和寬分別加以限制范圍，取其合理的截面尺寸，從而避免在設計時的適筋截面，在施工時鋼筋連接處截面變成超筋截面的問題。

（2）矩形截面梁在設計時，為了防止施工時在鋼筋連接處截面超筋現象的發生，可以從兩個方面來考慮。一方面，考慮寬度變化對其矩形梁內鋼筋連接處是否會發生超筋現象的影響；另一方面，考慮高度變化對其矩形梁內鋼筋連接處是否會發生超筋現象的影響。

（3）考慮寬度變化對雙筋矩形梁截面超筋的影響，由《混凝土結構設計規范》，受壓區高度，在鋼筋連接處截面，鋼筋面積為原來的兩倍，因此受壓區高度也為原來的兩倍。為了防止超筋，保證受拉鋼筋屈服，受壓區高度，由此可得。同時，還要考慮受壓、受拉鋼筋間距對矩形截面寬度的要求。對于受拉區鋼筋凈間距應滿足 對于受壓區鋼筋凈間距應滿足 。其中， 分別為雙筋矩形梁內受拉區和受壓區每層鋼筋的最大布置數量。為了保證受壓鋼筋屈服，受壓區高度應滿足。因此，雙筋矩形梁為防止在設計時的適筋截面，在施工時鋼筋連接處截面超筋現象的發生，矩形截面的寬度必須同時滿足以上條件。雙筋矩形截面最小寬度應滿足前面三個條件解出的最大值，最大寬度應滿足最后一個條件解出的寬度最大值。

（4）考慮高度變化對雙筋矩形梁截面超筋的影響，由《混凝土結構設計規范》，在鋼筋連接處截面，受壓區高度為了保證受拉屈服，必須滿足。因此，雙筋矩形梁截面高度最小值應滿足上述條件。

3.3截面位置的選擇。

（1）雙筋矩形梁內鋼筋連接處截面由于鋼筋的搭接或者焊接，造成此處截面超筋問題，會影響結構的安全性能。除了對截面尺寸的優化之外，還應該考慮鋼筋連接處截面位置的選擇，此截面位置的選擇會影響矩形梁的受力性能及安全性能。因此，盡可能的將該可能產生超筋問題的截面位置布置在梁內應力較大部位，從而充分利用其受拉受壓鋼筋的性能。一方面，可以充分發揮其材料的性能；另一方面，也可以避免了在受力不大部位可能產生超筋的問題。

（2）鋼筋搭接或者焊接一端截面應盡可能布置在梁內應力較大位置。對于簡支梁而言，應盡可能根據現場施工條件，將鋼筋搭接或者焊接一端截面布置在跨中位置。而對于連續梁而言，在邊跨處，應盡可能將此截面布置在離端點3/8距離處，在中間跨處，應盡可能將此截面布置在跨中或者支座處。對于建筑結構梁，應盡可能布置在梁的跨中和柱位置處。

4. 結論

雙筋矩形梁內采用搭接或者焊接一端截面，由于鋼筋面積變為原來的兩倍，因而可能在此截面處產生超筋現象。在設計或者施工時，必須從以下幾個方面加以考慮，消除超筋隱患，提高梁的安全性能。

（1）在施工過程中，鋼筋搭接或者焊接一端截面，鋼筋連接時應采用縱向連接，以防止受拉受壓鋼筋凈間距不足的問題。

（2）在矩形梁截面尺寸設計時，應對其高、寬分別加以限制范圍，其截面最大最小寬度以及截面最小高度滿足前面所述條件。

（3）在截面位置選擇時，應根據結構形式，將鋼筋搭接或焊接一端截面布置在此結構梁內內力較大位置處。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2013）11-20-659

[作者簡介] 曹鋒（1989.5-），男，漢族，中共黨員，現就讀于蘭州交通大學，為土木工程學院建筑與土木專業橋梁方向研究生。