水工少筋混凝土結構配筋設計方法

沈金紅（南通和信工程勘測設計院有限公司 南通 226006）

水工少筋混凝土結構配筋設計方法

沈金紅
（南通和信工程勘測設計院有限公司 南通 226006）

水工建筑物不同部位的混凝土有不同的種類，根據建筑的不同需要以及建筑結構的特點外形，制備不同的混凝土進行使用，少筋混凝土就是其中的一種。少筋混凝土也是建筑中較為常用的材料。作者針對大體積水工混凝土結構的特殊性，結合現行國家規范，介紹相關設計規定，分析了水工少筋混凝土結構配筋計算方法。

少筋混凝土 設計規范 最小配筋率

1 概述

少筋混凝土結構，也稱為弱筋混凝土結構，在水利工程設計中是難以避免的，它在某些水工混凝土工程結構中處于制約設計的重要地位。水工混凝土多數為大體積混凝土，水工混凝土對強度要求往往不是很高。一般水工建筑物如閘墩、閘底板、水電站廠房的擋水墻、尾水管、船塢閘室等，在外力作用下，一方面要滿足抗滑、抗傾覆的穩定性要求，結構應有足夠的自重；另一方面，還應滿足強度、抗滲、抗凍等要求，不允許出現裂縫，因此結構的尺寸比較大。若按鋼筋混凝土結構設計，常需配置較多的鋼筋而造成浪費，若按素混凝土結構設計，則又因計算所需截面較大，需使用大量的混凝土。對于這類結構，如在混凝土中配置少量鋼筋，在滿足穩定性的要求下，考慮此少量鋼筋對結構強度安全方面所起的作用，就能減少混凝土用量，從而達到經濟和安全的要求。因此，在大體積的水工建筑物中，采用少筋混凝土結構有其特殊意義。

2 規范對少筋混凝土結構的設計規定

對少筋混凝土結構的設計規定體現在最小配筋率規定上，這里將《水工混凝土結構設計規范》（SL 191-2008）（下文簡稱《規范》）有關最小配筋率的規定闡述如下：

2.1一般構件的縱向鋼筋最小配筋率

一般鋼筋混凝土構件的縱向受力鋼筋的配筋率不應小于《規范》表9.5.1規定的數值。溫度、收縮等因素對結構產生的影響較大時，最小配筋率應適當增大。

2.2大尺寸底板和墩墻的縱向鋼筋最小配筋率

截面尺寸較大的底板和墩墻一類結構，其最小配筋率可由鋼筋混凝土構件縱向受力鋼筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面極限內力值與截面極限承載力之比得出，即

2.2.1對底板（受彎構件）或墩墻（大偏心受壓構件）的受拉鋼筋As的最小配筋率可取為：

也可按下列近似公式計算：

式中：M、N—彎矩、軸向力設計值；

γd—鋼筋混凝土結構的結構系數，按《規范》表4.2.1取用；

表9.5.1 鋼筋混凝土構件縱向受力鋼筋的最小配筋率ρmin（%）

eo—軸向力N至截面重心的距離；

ρom in—基本最小配筋率，按表9.5.1取用。

此時，底板與墩墻的受壓鋼筋可不受最小配筋率限制，但應配置適量的構造鋼筋。

2.2.2對墩墻（軸心受壓或小偏心受壓構件）的受壓鋼筋As’的最小配筋率可取為：

按上式計算最小配筋率時，由于截面實際配筋量未知，其截面實際的極限承載力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量經2～3次試算得出。

采用本條計算方法，隨尺寸增大時，用鋼量仍保持在同一水平上。

2.3特大截面的最小配筋用量

對于截面尺寸由抗傾、抗滑、抗浮或布置等條件確定的厚度大于5m的結構構件，規范規定：如經論證，其縱向受拉鋼筋可不受最小配筋率的限制，鋼筋截面面積按承載力計算確定，但每米寬度內的鋼筋截面面積不得小于2500mm2。

規范對最小配筋率作了3個層次的規定，即：對一般尺寸的梁、柱構件必須遵循《規范》表9.5.1的規定；對于截面厚度較大的板、墻類結構，則可按《規范》9.5.2計算最小配筋率；對于截面尺寸由抗傾、抗滑、抗浮或布置等條件確定的厚度大于5m的結構構件則可按《規范》9.5.3處理。設計時可根據具體情況分別對待。

為慎重計，目前僅建議對臥置于地基上的底板和墩墻可采用變化的最小配筋率，對于其他結構，則仍建議采用《規范》表9.5.1所列的基本最小配筋率計算，以避免因配筋過少，萬一發生裂縫就無法抑制的情況。

經驗算，按所建議的變化的最小配筋率配筋，其最大裂縫寬度基本上在容許范圍內。對于處于惡劣環境的結構，為控制裂縫不過寬，宜將本規范表9.5.1所列受拉鋼筋最小配筋率提高0.05%。大體積構件的受壓鋼筋按計算不需配筋時，則可僅配構造鋼筋。

3 規范的應用舉例

例：一水閘底板，板厚1.5m，采用C20級混凝土和HPB235級鋼筋，每米板寬承受彎矩設計值M=220kN/m（已包含γo、φ系數在內），試配置受拉鋼筋As。

解：（1）取1m板寬，按受彎構件承載力公式計算受拉鋼筋截面面積As。

計算配筋率ρ=0.041%

（2）如按一般梁、柱構件考慮，則必須滿足ρ≥ρm in條件，查《規范》表9.5.1，得ρ0m in=0.15%，則As=ρobho=0.15% ×1000×1450=2175mm2。

（3）現因底板為大尺寸厚板，可按《規范》9.5.2計算ρm in。

As=ρm inbho=0.0779%×1000×1450=1130mm2

實際選配每米5Φ18（As=1272mm2）

討論：（1）對大截面尺寸構件，采用《規范》9.5.2計算的可變的ρm in比采用規范表9.5.1所列的固定的ρom in可節省大量鋼筋，本例為1∶1130/2175=1∶0.52。

（2）若將此水閘底板的板厚h增大為2.5m，按《規范》9.5.2計算的 ρm in變為：ρm in=0.0461%，則 As=ρm inbho= 0.0461%×1000×2450=1130mm2。

可見，采用《規范》9.5.2計算最小配筋率時，當承受的內力不變，則不論板厚再增大多少，配筋面積As將保持不變