淺談內力圖與鋼筋平法圖集中梁、柱配筋構造的聯系

黃 薇

(重慶水利電力職業技術學院建筑工程學院，重慶 402160)

0 引言

16G101平法圖集中涉及的構件主要有梁、柱、板、剪力墻、樓梯、基礎等幾大類，各構件鋼筋的配置及構造種類復雜、容易混淆，如果不能理解圖集只靠死記硬背，就圖集看圖，很容易導致讀施工圖出錯或者速度下降。平法圖集源于大量的建筑結構設計，而結構設計又來自于基本的力學計算，在學習圖集的時候，如果能把圖集和力學原理結合起來，融會貫通，就能在理解圖集的基礎上快速看懂圖紙，達到事半功倍的效果。下文以懸臂梁、框架梁和框架柱為例，結合構件受力后的彎矩圖和剪力圖，簡要分析圖集中常用鋼筋混凝土梁、柱的配筋規律。

1 懸臂梁的內力及配筋構造分析

懸臂梁是土木工程中一種常見的構件，廣泛用于陽臺、雨棚[1]等結構構件中，如圖1所示為16G101-1圖集中第92頁的“常用的純懸挑梁配筋構造示意圖”。圖中懸臂梁明確標注表示了上部鋼筋、下部鋼筋的構造要求。為找出懸臂梁鋼筋配置的基本規律，接下來結合懸臂梁的常見受力情況進行分析。

圖1 純懸挑梁配筋構造示意圖[2]

圖2 梁端集中荷載作用下懸臂梁的剪力圖和彎矩圖[3]

圖3 均布荷載作用下懸臂梁的剪力圖和彎矩圖[3]

1.1 懸臂梁內力分析

1.1.1 集中荷載作用下懸臂梁的內力分析

集中荷載和均布荷載是懸臂梁最常見的外荷載，先分析集中荷載，若梁的長度、荷載值一定時，當集中荷載作用在懸臂梁的梁端(即自由端)時，產生的彎矩值最大，對梁的影響最顯著，所以選取集中荷載作用在梁端時的內力圖進行分析。圖2為懸臂梁梁端在集中荷載作用下的剪力圖和彎矩圖。影響梁中縱筋配置的主要是彎矩圖，圖2中，懸臂梁的彎矩圖繪在x軸的上方，呈從梁根部到端部的斜直線圖形，梁根部彎矩值最大為M=F×L，端部的彎矩值最小M=0。這表示梁截面的上側受拉，在梁根部最容易破壞。

1.1.2 均布荷載作用下懸臂梁的內力分析

再分析梁上的均布荷載，如圖3所示，均布荷載作用下懸臂梁的彎矩圖繪在x軸的上方，呈從梁根部到端部的拋物線形狀，梁根部彎矩值最大為M=qL2/2，端部的彎矩值最小M=0。這表示梁截面的上側受拉，在梁根部最易破壞。

1.2 懸臂梁配筋構造分析

由此受力分析后，可知懸臂梁在如圖2、圖3的集中荷載、均布荷載作用下，均是在梁的上側受拉，且受拉最嚴重的區域都是懸臂梁的根部，即固定支座處。鋼筋混凝土結構主要由混凝土受壓、鋼筋受拉，結構設計時，應根據實際受力的計算結果，將受力縱筋布置在懸臂梁的上側，必須保證最不利位置——梁的固定支座處(懸臂梁根部)的鋼筋數量。

經過以上分析后，再看圖1純懸挑梁配筋構造示意圖就很容易理解了，因梁的下部不屬于受拉區，所以梁下部的縱筋的設置只有一排，主要起形成骨架及固定鋼筋骨架的作用；而梁的上部受拉，且支座處最容易出現破壞，需要的縱筋就越多，越接近梁的自由端其彎矩值越小，即受拉越小，需要配置的縱筋就越少。可見圖1中，梁上側縱筋繪制了一排或是兩排時的構造要求，無論是一排還是兩排，所有縱筋都深入支座，保證梁根部鋼筋的數量及錨固要求，而梁端在保證形成鋼筋骨架和構造要求的鋼筋數量后，逐步開始分批向下彎折截斷以減少鋼筋的數量。

2 框架梁的內力及鋼筋構造分析

框架梁是鋼筋混凝土框架結構中的基本構件，選取16G101-1圖集第84頁的樓層框架梁配筋構造和第88頁的框架梁箍筋加密區范圍進行討論。圖4、圖5中主要包含了框架梁上部鋼筋、下部鋼筋和箍筋的常規構造要求。要研究框架梁中鋼筋的構造，應從框架結構的受力情況入手，此處僅選擇一榀三跨三層的框架進行簡要的分析。

圖4 樓層框架梁縱向鋼筋構造示意圖[2]

圖5 框架梁箍筋加密區范圍示意圖[2]

2.1 框架結構在荷載作用下的內力圖

作用在框架結構上的外荷載，一般是豎向荷載和水平荷載。以左向風和均布荷載下的豎向荷載為例，如圖6所示，繪制計算簡圖。然后分別繪制出豎向荷載作用下框架的內力圖，如圖7所示，以及水平荷載(左向風)作用下框架的內力圖，如圖8所示。

圖6 框架結構在豎向、水平荷載作用下的計算簡圖[4]

2.2 框架梁配筋構造分析

框架梁的配筋構造直接與圖7和圖8中的(a)彎矩圖、(b)剪力圖相關，先根據彎矩圖分析框架梁中縱筋的情況，再由剪力圖研究框架梁箍筋的配筋原理。結構的實際外荷載有豎向荷載和水平荷載疊加而成，雖然在此不能定量繪制出框架梁的最終彎矩圖、剪力圖，卻可以根據豎向荷載和水平荷載作用下的彎矩圖、剪力圖做定性判斷出危險部位，從而確定鋼筋的基本構造要求。

圖7 框架結構在豎向荷載作用下的內力圖[4]

圖8 框架結構在左向風荷載作用下的內力圖[4]

2.2.1 框架梁縱筋構造分析

由圖7、圖8中的(a)彎矩圖，分析其中的框架梁，梁的下側是跨中處彎矩值較大，梁的上側僅在每跨支座附近彎矩值較大，所以這兩處就是框架梁的薄弱部位，應該在這兩個部位保證足夠的配筋。在圖4中，樓層框架梁上部的縱向鋼筋都在支座處的一定范圍內布置，除起到形成鋼筋骨架的鋼筋外，不需要沿梁長通常布置，可按照具體情況保證負彎矩范圍內鋼筋的配置后進行截斷；框架梁下部的縱向鋼筋在該跨內通長布置。這樣的鋼筋構造與彎矩圖的分析相符，彎矩較大處，鋼筋布置得越多。

2.2.2 框架梁箍筋構造分析

由圖7、圖8中的(b)剪力圖可知，剪力在梁的支座處最大，所以支座附近應加強抗剪切的鋼筋。在平法圖集中，如圖5所示，起到抗剪作用的箍筋在梁端出加密，按照不同的抗震等級加密區的長度有所不同。由剪力圖聯系到箍筋的布置，圖集中箍筋加密的范圍就很容易理解。

3 框架柱的內力及鋼筋構造分析

框架柱是框架結構中最主要的一種豎向受力構件，本文選取16G101-1圖集第63頁框架柱縱向鋼筋連接構造和第65頁箍筋加密區范圍構造做簡要的分析。圖9、圖10是從圖集中選取的框架柱縱向鋼筋連接構造和框架柱箍筋加密區構造示意圖。針對框架柱的配筋構造，按照之前三跨三層的框架在豎向荷載和水平荷載作用下的內力圖進行分析。

圖9 框架柱縱向鋼筋連接構造示意圖[2]

圖10 框架柱箍筋加密區構造示意圖[2]

要理清楚框架梁中鋼筋的構造，應從框架結構的受力情況入手，此處仍選擇一榀三跨三層的框架，按照圖7、圖8中的內力圖分別對照圖9、圖10的配筋構造進行簡要的分析。

3.1 框架柱縱筋連接構造分析

如圖9所示，柱的鋼筋不論是采用綁扎搭接、機械連接還是焊接連接，框架柱的非連接區的位置及分布長度幾乎是一致的，均在柱底、梁柱節點的一定范圍內。分析框架結構在豎向荷載和水平荷載下的內力圖，圖7和圖8中的(a)彎矩圖中的框架柱，每層柱的彎矩圖都呈斜直線，彎矩值在柱的兩端最大，且有一個反彎點(即M=0的點)。由此可知，柱的兩端彎矩值大，屬于薄弱區域，不能進行縱向鋼筋的連接，所以柱縱筋的連接區域應在除開非連接區的柱中部位置。

3.2 框架柱箍筋加密區構造分析

在圖10 中，框架柱的箍筋在柱底、梁柱節點的一定范圍內進行加密，在豎向荷載和水平荷載下的框架內力圖的圖7和圖8中，首先看(b)剪力圖，圖7的剪力圖中柱剪力為0，圖8的剪力圖中每層柱的剪力為定值，再看(a)彎矩圖，每層柱的彎矩圖都呈斜直線，彎矩值在柱的兩端最大，在此考慮彎矩對箍筋配置的影響，所以在柱的兩端對箍筋進行加密，從圖10可以發現，柱箍筋的加密區范圍與柱縱筋的非連接區范圍基本一致。

4 結語

本文選取16G101平法圖集中懸臂梁、框架梁、框架柱鋼筋構造的典型圖形，從荷載作用下的內力圖入手，依次分析了它們在平法圖集中的配筋構造規律。比較清楚地將基本力學原理與梁、柱的配筋構造結合起來，有助于鋼筋平法圖集的初學者,特別是高職院校土建類的學生[5]在理解的基礎上進行學習，更好地解決工程中的鋼筋識圖問題。