二級專業(yè)結(jié)構(gòu)輔導：談水工少筋混凝土結(jié)構(gòu)設計方法

1、二級專業(yè)結(jié)構(gòu)輔導：談水工少筋混凝土結(jié)構(gòu)設計方法少筋混凝土構(gòu)造是指配筋率低于一般鋼筋混凝土構(gòu)造的最小配筋率、介于素混凝土構(gòu)造和鋼筋混凝土構(gòu)造之間的一種少量配筋的構(gòu)造，簡稱少筋混凝土構(gòu)造，也稱為弱筋混凝土構(gòu)造。這類構(gòu)造在水利工程設計中是難于避開的，有時，它在某些水工混凝土工程構(gòu)造中處于制約設計的重要地位。從規(guī)律概念講，只要允許素混凝土構(gòu)造的存在，必定會有少筋混凝土構(gòu)造的應用范圍，由于它究竟是素混凝土和適筋混凝土構(gòu)造之間的中介產(chǎn)物。凡常?；蛑芷谛缘厥墉h(huán)境水作用的水工建筑物所用的混凝土稱水工混凝土，水工混凝土多數(shù)為大體積混凝土，水工混凝土對強度要求則往往不是很高。在一般水工建筑物中，如閘墩、閘底板、水

2、電站廠房的擋水墻、尾水管、船塢閘室等，在外力作用下，一方面要滿意抗滑、抗傾覆的穩(wěn)定性要求，構(gòu)造應有足夠的自重；另一方面，還應滿意強度、抗?jié)B、抗凍等要求，不允許消失裂縫，因此構(gòu)造的尺寸比擬大。假設按鋼筋混凝土構(gòu)造設計，常需配置較多的鋼筋而造成鋪張，假設按素混凝土構(gòu)造設計，則又因計算所需截面較大，需使用大量的混凝土。對于這類構(gòu)造，如在混凝土中配置少量鋼筋，在滿意穩(wěn)定性的要求下，考慮此少量鋼筋對構(gòu)造強度安全方面所起的作用，就能削減混凝土用量，從而到達經(jīng)濟和安全的要求。因此，在大體積的水工建筑物中，采納少筋混凝土構(gòu)造，有其特別意義。關于少筋混凝土構(gòu)造的設計思想和原則，我國水工混凝土構(gòu)造設計標準SL/T

3、19196作了明確的規(guī)定。二、標準對少筋混凝土構(gòu)造的設計規(guī)定對少筋混凝土構(gòu)造的設計規(guī)定表達在最小配筋率規(guī)定上，這里將水工混凝土構(gòu)造設計標準SL/T191 96下文簡稱標準有關最小配筋率的規(guī)定，摘錄并闡述如下：一般構(gòu)件的縱向鋼筋最小配筋率一般鋼筋混凝土構(gòu)件的縱向受力鋼筋的配筋率不應小于標準表規(guī)定的數(shù)值。溫度、收縮等因素對構(gòu)造產(chǎn)生的影響較大時，最小配筋率應適當增大。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構(gòu)造，其最小配筋率可由鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受力鋼筋根本最小配筋率所列的根本最小配筋率乘以截面極限內(nèi)力值與截面極限承載力之比得出。即1對底板受彎構(gòu)件或墩墻大偏心受壓構(gòu)件的受拉鋼

4、筋As的最小配筋率可取為：P min= p 0min 也可按以下近似公式計算:底板 Pmin=標準 9.5.2-1墩墻 pmin=標準 9.5.2-2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(gòu)造鋼筋。2對墩墻軸心受壓或小偏心受壓構(gòu)件的受壓鋼筋As 的最小配筋率可取為：p min= p 0min 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(jīng)23次試算得出。上列諸式中M、N截面彎矩設計值、軸力設計值；e0軸向力至截面重心的距離，eo=M / N；Mu、Nu截面實際能承受的極限受彎承載力、極限受壓承載力；b、ho截面

5、寬度及有效高度；fy鋼筋受拉強度設計值；Yd鋼筋混凝土構(gòu)造的構(gòu)造系數(shù)，按標準表取值。采納本條計算方法，隨尺寸增大時，用鋼量仍保持在同一水平上。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的構(gòu)造構(gòu)件，標準規(guī)定：如經(jīng)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(nèi)的鋼筋截面面積不得小于2500mm2.標準對最小配筋率作了三個層次的規(guī)定，即對一般尺寸的梁、柱構(gòu)件必需遵循標準表的規(guī)定；對于截面厚度較大的板、墻類構(gòu)造，則可按標準計算最小配筋率；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的構(gòu)造構(gòu)件則可按標準處理。

6、設計時可依據(jù)詳細狀況分別對待。為慎重計，目前僅建議對臥置于地基上的底板和墩墻可采納變化的最小配筋率，對于其他構(gòu)造，則仍建議采納標準表所列的根本最小配筋率計算，以避開因配筋過少，萬一發(fā)生裂縫就無法抑制的狀況。閱歷算，按所建議的變化的最小配筋率配筋，其裂縫寬度根本上在容許范圍內(nèi)。對于處于惡劣環(huán)境的構(gòu)造，為掌握裂縫不過寬，宜將本標準表所列受拉鋼筋最小配筋率提高0.05%。大體積構(gòu)件的受壓鋼筋按計算不需配筋時，則可僅配構(gòu)造鋼筋。三、標準的應用舉例例1 一水閘底板，板厚1.5m，采納C20級混凝土和II級鋼筋，每米板寬承受彎矩設計值M=220kN / m 已包含Y0、e系數(shù)在內(nèi)，試配置受拉鋼筋As.解：

7、1取1m板寬，按受彎構(gòu)件承載力公式計算受拉鋼筋截面面積As.a s=0.012556松=1-=1-=0.0126As=591mm2計算配筋率P =0.041%2如按一般梁、柱構(gòu)件考慮，則必需滿意PPmin條件，查標準表 9.5.1,得 P0min=0.15%,則 As= p 0bh0=0.15%X1000X1450=2175mm23現(xiàn)因底板為大尺寸厚板，可按標準計算PminP min=0.0779%As=p minbh0=0.0779% X1000 X1450=1130mm2實際選配每米518 As=1272mm2爭論：1對大截面尺寸構(gòu)件，采納標準計算的可變的P min比采納標準表所列的固定的

8、P 0min可節(jié)約大量鋼筋，本例為1：1130/ 2175=1： 0.52.2假設將此水閘底板的板厚h增大為2.5m,按標準計算的P min變?yōu)椋篜 min=0.0461%則 As= pminbh0=0.0461%X1000X2450=1130mm2可見，采納標準計算最小配筋率時，當承受的內(nèi)力不變，則不管板厚再增大多少，配筋面積As將保持不變。例2 軸心受壓柱，承受軸向壓力設計值N=9000kN；采納C20級混凝土和I級鋼筋；柱計算高度l0=7m;試分別求柱截面尺寸為bXh=1.0mX1.0m及時的受壓鋼筋面積。解：1) 時，軸心受壓柱承載力公式為：NWe(fcA+fy As)=7V8，屬于短

9、柱，穩(wěn)定系數(shù)=1.0,As =3809mm2P =0.38%由標準表查得P0min，=0.4%，對一般構(gòu)件，應按P0min，配筋As= P0min A=0.4%X 106=4000mm22) 時，假設仍按一般構(gòu)件配筋，則As =0.4%X2.0X2.0X106=16000mm2現(xiàn)因構(gòu)件尺寸已較大，可按標準計算最小配筋率：P min = p 0min()式中因?qū)嶋H配筋量As尚不知，故需先假定As計算Nu.假定 As =4000mm2.Nu=fy As +fyAs二210 X 4000+10 X4.0X106=40.84X106NP min = p 0min()=0.4% () =0.106%As= P0min A=0.106%X4.0X