鋼筋代換對鋼筋配料長度的影響分析

閔志華

(重慶水利電力職業技術學院， 重慶　永川　402160)

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鋼筋代換對鋼筋配料長度的影響分析

閔志華

(重慶水利電力職業技術學院， 重慶永川402160)

建筑工程和水利工程鋼筋配料計算都要考慮鋼筋彎曲情況下的長度增加與彎折情況下的長度減少，而施工中較為普遍的鋼筋代換往往導致鋼筋彎曲位置改變，導致按原先配料長度進行施工出現偏差.文章對鋼筋代換進行分析并運用到鋼筋配料計算中，對代換前后鋼筋長度進行計算、對比和分析并得出結論，以期為鋼筋代換后的施工配料提供指導.

光面鋼筋；帶肋鋼筋；配料長度

1　研究內容及根據

在通常的水工結構或房建結構施工中，首先對鋼筋進行除銹，成盤鋼筋還需進行調直，然后按設計要求對鋼筋進行配料長度計算，并按配料長度切割、彎曲成預設形狀，以便進行鋼筋骨架的綁扎、焊接或機械連接.這個過程被稱為鋼筋的配料[1].雖然在設計規范中，水利工程結構設計配筋計算與建筑工程不一樣，但施工規范規定的制作安裝配料計算是一致的.配料計算中，較為核心的問題有二：一是鋼筋彎曲情況下的長度增加，二是鋼筋彎折情況下的長度減少[2].本文在探討彎曲增加和彎折減少數值后，結合實例計算鋼筋代換后配料長度的影響變化并進行分析對比，指出鋼筋代換施工中應注意的問題.

2　鋼筋一般配料長度計算依據

根據鋼筋混凝土結構工程施工規范[3]，1級光面鋼筋兩端做180°彎鉤，彎曲直徑為2.5倍鋼筋直徑，平直部分為3倍鋼筋直徑，以外包尺寸對其進行度量，每個彎鉤的增加長度為6.25倍鋼筋直徑.在結構施工中普遍遇到的鋼筋加工彎折情況以彎折90°最為普遍，此時鋼筋的加工長度會減少.按結構施工規范[3]，當為光面鋼筋時，其彎曲直徑為2.5倍鋼筋直徑，根據推導計算出減少值為1.75倍鋼筋直徑；當為螺紋鋼、月牙鋼等帶肋鋼筋時，其彎曲直徑為4倍鋼筋直徑，根據推導可知其減少值為2.07倍鋼筋直徑.為統一起見，兩者都取近似值，均認為減少值為2倍鋼筋直徑.

對于一般框架結構的主次梁，鋼筋的配料長度一般分3種情況計算：

(1)縱向受力鋼筋的配料長度，計算公式為：

L1=l+∑ki+∑si-∑ci

(1)

上式中，L1為縱向受力鋼筋配料長度，l為鋼筋混凝土構件長度，k為搭接長度，s為彎鉤長度增加值，c為保護層厚度.

(2)彎起鋼筋(實質為縱向鋼筋的特殊類別，為抵抗負彎矩而彎起，現在工程運用越來越少)配料長度，其計算公式為：

L2=∑li+∑ki+∑si-∑zi

(2)

上式中，L2為彎起鋼筋配料長度，l為彎起鋼筋所有端部直段、中間直段和斜段的總長度，z為彎折長度減少值，其他符號見前述.

(3)圍繞受力筋環向布置的箍筋配料長度，理論計算公式為：

L3=C+∑ki+∑si-∑zi

上式中，L3為箍筋配料長度，C為箍筋環向外皮周長，其他符號見前述.為簡化起見，規范規定箍筋配料長度的簡化公式：

L3=C+Δ-∑zi

(3)

C=[(b-2c)+(h-2c)]×2

(4)

上式中，Δ為不同直徑箍筋對應的調整值，b為梁截面寬度，h為梁截面高度.其他符號見前述.

3　鋼筋一般配料長度實例

以某建筑工程的框架梁案例進行分析.該框架結構的鋼筋混凝土梁僅一跨，受力縱筋為HRB335型號2級鋼，分布構造鋼筋為HPB235型號1級鋼，保護層厚度2.5 cm，梁端頭保護層厚度1 cm.在施工中要求按調直、切割、彎曲成型的工藝制作安裝，需計算其配料長度并給出鋼筋配料單.

(1)對于梁頂部的Φ10縱向受力鋼筋，其配料長度按(1)式計算：

6 000+6.25×10×2-10×2=6 105 mm

上式中，6 000為構件長度(單位mm，以下同).末端彎鉤增加長度為6.25倍鋼筋直徑[3]，直徑為10 mm，兩頭共2個彎鉤，即6.25×10×2.梁端頭保護層厚度10 mm，有2個端頭，即10×2.

(2)對于靠近梁中部彎起的Φ18鋼筋，為計算配料長度，首先計算兩端的直段長度：

400+500-10=890 mm

上式中，400為豎向彎折長度，500為端部的平直長度，10為端頭處的保護層厚度.

然后計算中間直段長度：

6 000-10×2-890×2-400×2=3 400 mm

上式中，6 000為構件長度；梁端頭保護層厚度10 mm，有2個端頭，即10×2，兩端的直段長度為前面計算出來的890 mm，2個端頭即890×2；豎向彎折長度400 mm，2個端頭即400×2.再計算彎起鋼筋的斜段長度：

(450-25×2)÷sin 45°=564 mm

上式中，450為梁截面高度；保護層厚度25 mm，有上下2面，即25×2.括號里面的即為梁中間鋼筋的投影凈高度.由于鋼筋是45°彎起的，實際長度要以投影凈高度除以sin 45°.

計算出所有端部直段、中間直段和斜段的長度之后，彎起鋼筋總長度l為：

2×(890+564)+3 400=6 308 mm

上式中，890為端部直段長度，564為斜段長度，端部直段和斜段各有兩段，因此兩者之和要乘以2，加上中間直段長3 400即為彎起鋼筋總長度.然后按(2)式計算彎起鋼筋的配料長度：

6 308+6.25×18×2-0.5×18×4

=6 308+225-36=6 497 mm

上式中，末端彎鉤增加長度為6.25倍鋼筋直徑[3]，直徑為18 mm，兩頭共2個彎鉤，即彎鉤長度增加值為6.25×18×2.此外，45°彎折減少長度為0.5倍鋼筋直徑[3]，整根彎起鋼筋共有4個45°彎折，即彎折長度減少值為0.5×18×4.

(3)對于該梁的Φ6箍筋，先按(4)式計算箍筋環向外皮周長：

[(200-25×2)+(450-25×2)]×2=1 100 mm

上式中，200為梁截面寬度，450為梁截面高度，25為保護層厚度.再按(3)式計算箍筋的配料長度為：

1 100+14×6-2×6×3=1 100+84-36=1 148 mm

上式中，1 100為箍筋環向外皮周長；調整值按規范為14倍鋼筋直徑，即為14×6.90°彎折減少長度為2倍鋼筋直徑[3]，箍筋直徑6 mm，整個箍筋共3個90°彎折，即彎折長度減少值為2×6×3.

(4)箍筋根數為：

(6 000-10×2)÷200+1=31(根)

上式中，6 000為構件長，10為梁端頭保護層厚度，2個端頭，200為箍筋間距.

4　鋼筋代換及代換后的配料長度

完成上述鋼筋的配料長度計算后，填寫鋼筋加工配料單，然后進行調直、切割、彎曲成型等鋼筋制作安裝工序，但在施工中發現沒有上述規格的鋼筋，也來不及采購，只能進行鋼筋代換.代換首先必須征得工程監理和業主的同意，然后由設計方進行設計變更.鋼筋代換分為等強度代換和等面積代換.

等強度代換是指不同種類的鋼筋代換，按抗拉設計值相等的原則進行代換.如施工圖中所用的鋼筋設計強度為fy1，鋼筋截面積為As1，代換后的鋼筋設計強度為 fy2，鋼筋截面積為As2，則：

上式中，n1為施工圖鋼筋根數，n2為代換鋼筋根數，d1為施工圖鋼筋直徑，d2為代換鋼筋直徑.

對于級別相同的鋼筋，尤其是2級、3級熱軋帶肋鋼筋，由于強度相同，可將等強度代換公式中的強度值約分，簡化為等面積代換，即：As1≤As2，也就是按截面積相等的原則進行代換.按圓面積計算公式進一步推導得到

在前述框架梁鋼筋制作安裝過程中，工地現場沒有上述鋼筋，工期緊張也來不及采購，最后決定代換.設計方作出如下設計變更：一是Φ10的縱向受力筋，經設計方同意選用Φ8和Φ12縱筋交替布置來代換；二是Φ18的彎起鋼筋用Φ16和Φ20縱筋交替布置；三是Φ6的箍筋用Φ6.5箍筋直接代換.此時施工方在現場發現原來的鋼筋配料長度不一樣了，而設計方只負責設計變更的結構受力計算，是不會進行新的鋼筋配料計算的.因此，新的鋼筋配料計算應由施工方負責，以便于施工過程中鋼筋的切割和彎曲加工[4].

(1)替代Φ10鋼筋的Φ8和Φ12交替布置的縱筋，其替代Φ8鋼筋的配料長度為：

6 000-10×2+(6.25×8)×2=6 080 mm

替代Φ12鋼筋配料長度為：

6 000-10×2+(6.25×12)×2=6 130 mm

(2)替代Φ18鋼筋的Φ16和Φ20交替布置彎起鋼筋，其Φ16彎起鋼筋配料長度為：

[2×1 454+3 400]+(6.25×16)×2-

(0.5×16)×4=6 476 mm

替代Φ20彎起鋼筋的配料長度：

[2×1 454+3 400]+(6.25×20)×2-

(0.5×20)×4=6 518 mm

(3)替代Φ6箍筋的Φ6.5環向箍筋，其配料長度為：

1 100+14×6.5-2×6.5×3=1 152 mm

(4)箍筋數量為：

(6 000-10×2)÷200+1=31(根)

上述計算的解釋見本文第3部分.

5　鋼筋代換對鋼筋配料長度的影響分析

通過上述計算，鋼筋代換后其替代鋼筋的施工配料長度發生了變化：縱向受力Φ10鋼筋被Φ8鋼筋代換后其配料長度由6 105 mm減小為6 080 mm；而被Φ12鋼筋代換后配料長度增大為6 130 mm.彎起鋼筋Φ18鋼筋被Φ16鋼筋代換后，配料長度由6 497 mm減小為6 476 mm；而被Φ20鋼筋代換后，其配料長度增大為6 518 mm.箍筋的配料長度變化極小，本次分析的箍筋增加僅為0.33﹪，且箍筋根數無變化.

6　結論

(1)鋼筋代換后，鋼筋彎鉤增加長度、彎折減少長度、各種量度差值和調整值均發生了變化，因為規范對這些構造要求的長度是按固定倍數的鋼筋直徑計算的，代換后直徑改變，因而構造長度也發生變化，導致配料長度變化，因此應重新計算配料長度.

(2)縱向受力直筋被小直徑鋼筋代換后配料長度變小，被大直徑鋼筋代換其配料長度變大，但平均值一致.因而施工中要注意長短鋼筋間隔布置，避免不均勻分布.

(3)彎起鋼筋的結論同縱向受力直筋，施工中同樣要注意不同粗細的鋼筋按長短不同間隔布置：粗鋼筋較長，細鋼筋較短，兩者交替間隔布置.箍筋代換的影響很小，施工中可忽略不計.

(4)鋼筋代換后，除了構造要求長度變化導致配料長度要重新計算外，尤其要注意鋼筋兩端深入基座的錨固長度改變，在重新計算配料長度時應充分考慮錨固長度的變化.

[1]袁光裕，胡志根．水利工程施工[M]．北京：中國水利水電出版社，2013：51-53.

[2]曾世江. 鋼筋混凝土施工中鋼筋的靜動力分析[D]. 武漢: 武漢大學, 2013.

[3]中國建筑科學研究院．混凝土結構工程施工規范(GB 506666-2011)[S]．北京：中國建筑工業出版社，2011：56-57.

[4]鐘漢華，冷濤．水利水電工程施工技術[M]．北京：中國水利水電出版社，2015：116-132.

(責任編輯穆剛)

Analysis of the effect of substitution of steel bar on the batching length

MIN Zhihua

(Chongqing Water Resources and Electric Engineering College, Yongchuan Chongqing 402160, China)

The batching length calculation of steel bar in the construction project and water conservancy project will consider the length increase and reduction in case of bending of steel bar. In the reality of construction, the substitution of ordinary steel bar will lead to the change of bending position, resulting of deviation of the length of the original ingredients. In terms of the case, the substitution of steel bar should be analyzed and applied into the calculation of steel batching, and the lengths before and after substitution before should be calculated and compared and analyzed, then the conclusion will be obtained, providing guidance for the batching construction of substitution of steel bar.

smooth steel; ribbed steel; batching length

2016-03-15

重慶水利電力職業技術學院科研項目(k201508)及教改項目(2014022).

閔志華(1980—)，男，重慶永川人，副教授，注冊土木工程師，注冊造價師，主要從事水利工程設計方面的研究.

TU318.4

A

1673-8004(2016)05-0065-04