計入墻體水平筋時約束邊緣構件體積配箍率的計算方法

何小銀，張俊偉

(四川省建筑設計院，四川成都610017)

現行的《混凝土結構設計規范》［1］、《建筑抗震設計規范》［2］和《高層建筑混凝土結構技術規程》［3］均規定:在剪力墻約束邊緣構件體積配箍率計算時，可適當計入滿足構造要求且在墻端有可靠錨固的墻體水平分布鋼筋。由于這一規定可以減少一些約束邊緣構件箍筋用量，所以受到了不少開發商和設計人員的關注。但是因為規范的相關規定不夠明確，有關表述還不盡相同，因而在具體工程設計中，給部分設計人員帶來了一些困惑。

上述規范不僅對約束邊緣構件的配箍特征值的取值作出了規定，同時還對體積配箍率提出了要求，但是對配箍特征值的力學含義卻未作說明，似乎配箍特征值只被看作是一個配箍率計算的參數，規范給出的配箍率計算式才是對約束邊緣構件箍筋配置要求的直接表述。然而在實際工程中，剪力墻墻身鋼筋常常采用價格相對便宜的HPB300鋼筋，而約束邊緣構件則往往會采用強度較高的HRB400鋼筋，而規范給出的配箍率計算式卻不適用于不同強度級別的鋼筋混用的情況。

筆者通過反復學習、思考，對相關問題有了一些認識，現歸納如下。

1 配箍特征值

事實上，配箍特征值有其明確的力學含義，盡管規范［1～3］在剪力墻相關條文內均沒有表述，但是建筑抗震設計規范［2］在第6.3.9條的條文說明中，對框架柱加密區配箍特征值有這樣的說明:“箍筋對混凝土的約束程度，主要與箍筋形式、體積配箍率、箍筋抗拉強度以及混凝土軸心抗壓強度等因素有關，而體積配箍率、箍筋強度及混凝土強度三者又可以用配箍特征值表示”。其實，無論是框架柱還是剪力墻邊緣構件，配置箍筋的目的都是對混凝土施加約束，從而增加其延性，因此上述的說明同樣適用于剪力墻約束邊緣構件。換句話說:剪力墻約束邊緣構件的配箍特征值是箍筋對混凝土約束力大小的量度，配箍特征值越大，約束力越大，反之亦然。剪力墻約束邊緣構件的配箍特征值可以按下式計算:式中:λv為配筋特征值;ρv為體積配箍率;fyv為箍筋抗

拉強度設計值;fc為混凝土抗壓強度設計值。

規范［1～3］對剪力墻約束邊緣構件配箍特征值提出的要求基本相同(規范［1、2］采用了“宜”用語，而規范［3］采用了“應”用語)，具體見表1。

表1 剪力墻約束邊緣構件配箍特征值

表1現在可以這樣來理解:剪力墻抗震等級較高、軸壓比較大時，要求約束邊緣構件內箍筋對混凝土約束作用就更大。

2 體積配箍率

規范［1～3］均在規定了配箍特征值后，給出了以下體積配箍率計算式:

如前所述，這個計算式不適用于箍筋采用多種強度等級的情況，對此如何處理，規范沒有規定。

實際上，當了解了邊緣構件配箍率特征值的力學含義以后，就可以將邊緣構件總的配箍特征值視為約束邊緣內箍筋的配箍特征值與可計入的伸入約束邊緣構件內的墻體水平筋的配箍特征值兩者之和，即:

式中:λv，y為約束邊緣內箍筋的配箍特征值;λv，c為可計入的伸入約束邊緣構件內的墻體水平筋的配箍特征值;ρv，y為約束邊緣內箍筋的體積配箍率;ρv，c為可計入的伸入約束邊緣構件內的墻體水平筋的體積配箍率;fyv，y為約束邊緣內箍筋抗拉強度設計值;fyv，c為墻體水平分布筋的抗拉強度設計值。

于是可得到:

由此可知，當計入部分墻體水平分布鋼筋的截面面積時，可先按規范給定配箍特征值和計算公式算總的體積配箍率需求值，然后減去可以計入的經過等強換算的墻體水平分布筋的體積配箍率，最終得到邊緣構件箍筋的體積配箍率。

3 可計入墻體水平筋數量

考慮到墻體水平筋同時為抗剪受力鋼筋，且豎向間距往往大于約束邊緣構件的箍筋間距，規范［1～3］對體積配箍率計算時可計入的墻體水平筋的數量均有限制。規范［1］僅作了“可適當計入”的定性規定，規范［2］在條紋說明中規定了不宜大于0.3倍總配箍特征值，而規范［3］規定不應大于總的體積配箍率的30%。基于前面提及的原因，筆者認為規范［2］給出的限制條件相對明確、合理。根據規范［2］的規定可以得到如下表達式:

于是可得:

也就是說:墻體約束邊緣構件體積配箍率計算時，可計入的墻體水平筋的經等強換算后的體積配箍率，不得超過全部按約束邊緣構件箍筋強度計算所需總的體積配箍率的30%。

4 結束語

(1)剪力墻邊緣構件體積配箍特征值有確定的力學含義，它是鋼筋對混凝土約束力大小的量度。事實上，規定了體積配箍特征值也就規定了體積配箍率。

(2)當邊緣構件內箍筋(包括可以計入的墻體水平筋)采用不同鋼筋種類時，體積配箍率計算可采用等強換算成相同種類的鋼筋后，再按規范給定的計算公式進行計算。

(3)邊緣構件體積配箍率計算時，可計入的墻體水平鋼筋數量，可按等強換算后不超過計算所需的總體積配率的30%進行控制。

［1］ GB50010－2010混凝土結構設計規范［S］

［2］ GB50011－2010建筑抗震設計規范［S］

［3］ JGJ3－2010高層建筑混凝土結構技術規程［S］