混凝土受彎構件的鋼筋代換

在施工現(xiàn)場，因受各種因素的影響，混凝土構件中鋼筋的代換時有發(fā)生。為加強技術交流，便于應用，現(xiàn)將在混凝土工程結構施工中遇到的混凝土受彎構件中梁板受力鋼筋的等面積代換和等強度代換簡述如下，并進行舉例說明。1

鋼筋代換的相關規(guī)定混凝土結構施工中，往往因缺乏設計規(guī)定的鋼筋型號（規(guī)格）而采用另外型號（規(guī)格）的鋼筋代替。鋼筋代換主要包括鋼筋的品種、級別、規(guī)格、數(shù)量等的改變，涉及結構安全。GB?50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范》強制性條文（3.9.4）規(guī)定：“在施工中，當需要以強度等級較高的鋼筋替代原設計中的縱向受力鋼筋時，應按照鋼筋受拉承載力設計值相等的原則換算，并應滿足最小配筋率要求”；《混凝土結構工程施工規(guī)范》強制性條文（5.1.3）規(guī)定：“當需要進行鋼筋代換時，應辦理設計變更文件”。即鋼筋的代換須經(jīng)設計單位同意，并按規(guī)定辦理相關審核手續(xù)。由此可見，鋼筋的代換問題對結構安全的影響十分重大，除符合設計要求的構件承載力、最大拉力下的總伸長率、正常使用階段的裂縫寬度和撓度控制以外，還必須考慮鋼筋間距、鋼筋直徑、保護層厚度、鋼筋錨固長度、接頭面積百分率及搭接長度、最小配筋率、最大配筋率等方面的構造要求。對有抗震要求的構件，應注意替代后的縱向鋼筋的總承載力設計值不應高于原設計的縱向鋼筋總承載力設計值，以免造成薄弱部位的轉移，以及構件在有影響的部位發(fā)生混凝土的脆性破壞（混凝土壓碎、剪切破壞）。當進行鋼筋代換，需要時可采用并筋的代換形式，不宜用光圓鋼筋代換帶肋鋼筋。2

鋼筋的等面積代換鋼筋的等面積代換，是當結構或構件的強度以鋼筋的強度控制時采用的等效方法。用相同強度等級的鋼筋進行代換時，可按鋼筋截面面積相等的原則進行代換，稱為鋼筋的“等面積代換”，按下式計算：

式中：AS1、AS2——分別為原設計鋼筋的總面積和施工代換后鋼筋的總面積，mm2；n1、n2——分別為原設計鋼筋的根數(shù)和施工代換后鋼筋的根數(shù)；π——圓周率，一般取3.1416；d1、d2——分別為原設計鋼筋的直徑和施工代換后鋼筋的直徑，mm。將式（2）、（3）代入式（1）并經(jīng)整理后得鋼筋的等面積計算公式為：3

鋼筋的等強度代換當結構或構件的強度以鋼筋的強度控制時，采用與原設計不同強度等級的鋼筋進行代換不同鋼筋種類時，應按強度相等的原則進行代換，稱為鋼筋的“等強度代換”。等強度代換的條件就是代換鋼筋的總承載力等于原設計鋼筋的總承載力。用公式可表示為：式中：N1、N2——分別為原設計鋼筋的總強度設計值、施工代換后鋼筋的總強度設計值，kN；d1、d2——分別為原設計鋼筋的直徑、施工代換后鋼筋的直徑，mm；fy1

、fy2——分別為原設計鋼筋的強度設計值、施工代換后鋼筋的強度設計值，N/mm2；將式（6）、式（7）代入式（5）并經(jīng)整理后得鋼筋的等面積計算公式為：4

鋼筋的配筋率限制為了便于在鋼筋代換時驗算配筋率，根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》附錄A和《混凝土受彎構件縱向受拉鋼筋配筋率探析》和《混凝土梁板縱向鋼筋面積計算分析》編制出了混凝土受彎構件一側縱向受力鋼筋的最小配筋百分率ρmin(%)和最大配筋百分率ρmax(%)。鋼筋的配筋率按下式計算：式中：ρ—受彎構件的配筋百分率；AS—受彎構件的縱向鋼筋截面面積，mm2；b—受彎構件的計算寬度，mm。通常板取1.00?m為計算單位，梁取實際寬度；h0——受彎構件的截面有效計算高度，mm；n——縱向受力鋼筋的根數(shù)。5

舉例說明鋼筋的代換5.1

混凝土板底部縱筋的等面積代換施工圖設計某工程樓蓋的現(xiàn)澆混凝土板厚為100?mm，混凝土保護層為20?mm，底部縱向10@200。在施工中，發(fā)現(xiàn)缺少最后一間樓板的10，由于受到疫情影響，材料不能及時到貨，故擬用8代替10。鋼筋的強度等級相同，可用等面積代換，將已知數(shù)值代入式（4）得（取1.00?m為計算單位，n1＝1?000÷200＝5根）：n2＝7.8125≈8根（鋼筋根數(shù)只能取整數(shù)）即：將原設計配筋10@200代換為實際配筋8@125（1?000÷8＝125?mm）。經(jīng)復核：AS1＝392.7?mm2As2＝402.2?mm2ρ＝0.536%＜ρmax＝2.62%結論：滿足鋼筋等面積代換要求。5.2

混凝土梁底部縱筋的等強度代換某加層改造項目采用現(xiàn)澆混凝土井式梁樓蓋，混凝土強度等級為C30，保護層厚度為25?mm，鋼筋采用HRB335。其梁寬b＝250?mm、梁高h＝550?mm。原施工圖設計梁底縱筋為622，現(xiàn)擬用其他工程剩余的HRB400鋼筋425代換，請審核。用鋼筋的等強度代換，將已知數(shù)值代入式（8）得：經(jīng)計算，n2＝3.872≈4根經(jīng)復核：N1＝684?240?NN2＝706?860?Nρ＝1.861?7%≈1.86%＜ρmax＝2.05%

N2＝706?860?N＞N1＝684?240?N

結構允許結論：滿足鋼筋等強度代換要求。按現(xiàn)行有關程序，鋼筋代換由施工、設計、監(jiān)理、建設等單位相關人員簽字同意后，方可實施。6

結束語建筑工地的鋼筋代用，影響因素很多，對結構的安全十分重要。為