鋼筋代換對(duì)鋼筋配料長(zhǎng)度的影響分析

閔志華

(重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 重慶　永川　402160)

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鋼筋代換對(duì)鋼筋配料長(zhǎng)度的影響分析

閔志華

(重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 重慶永川402160)

建筑工程和水利工程鋼筋配料計(jì)算都要考慮鋼筋彎曲情況下的長(zhǎng)度增加與彎折情況下的長(zhǎng)度減少，而施工中較為普遍的鋼筋代換往往導(dǎo)致鋼筋彎曲位置改變，導(dǎo)致按原先配料長(zhǎng)度進(jìn)行施工出現(xiàn)偏差.文章對(duì)鋼筋代換進(jìn)行分析并運(yùn)用到鋼筋配料計(jì)算中，對(duì)代換前后鋼筋長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算、對(duì)比和分析并得出結(jié)論，以期為鋼筋代換后的施工配料提供指導(dǎo).

光面鋼筋；帶肋鋼筋；配料長(zhǎng)度

1　研究?jī)?nèi)容及根據(jù)

在通常的水工結(jié)構(gòu)或房建結(jié)構(gòu)施工中，首先對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹，成盤(pán)鋼筋還需進(jìn)行調(diào)直，然后按設(shè)計(jì)要求對(duì)鋼筋進(jìn)行配料長(zhǎng)度計(jì)算，并按配料長(zhǎng)度切割、彎曲成預(yù)設(shè)形狀，以便進(jìn)行鋼筋骨架的綁扎、焊接或機(jī)械連接.這個(gè)過(guò)程被稱為鋼筋的配料[1].雖然在設(shè)計(jì)規(guī)范中，水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)配筋計(jì)算與建筑工程不一樣，但施工規(guī)范規(guī)定的制作安裝配料計(jì)算是一致的.配料計(jì)算中，較為核心的問(wèn)題有二：一是鋼筋彎曲情況下的長(zhǎng)度增加，二是鋼筋彎折情況下的長(zhǎng)度減少[2].本文在探討彎曲增加和彎折減少數(shù)值后，結(jié)合實(shí)例計(jì)算鋼筋代換后配料長(zhǎng)度的影響變化并進(jìn)行分析對(duì)比，指出鋼筋代換施工中應(yīng)注意的問(wèn)題.

2　鋼筋一般配料長(zhǎng)度計(jì)算依據(jù)

根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[3]，1級(jí)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(duì)其進(jìn)行度量，每個(gè)彎鉤的增加長(zhǎng)度為6.25倍鋼筋直徑.在結(jié)構(gòu)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(shí)鋼筋的加工長(zhǎng)度會(huì)減少.按結(jié)構(gòu)施工規(guī)范[3]，當(dāng)為光面鋼筋時(shí)，其彎曲直徑為2.5倍鋼筋直徑，根據(jù)推導(dǎo)計(jì)算出減少值為1.75倍鋼筋直徑；當(dāng)為螺紋鋼、月牙鋼等帶肋鋼筋時(shí)，其彎曲直徑為4倍鋼筋直徑，根據(jù)推導(dǎo)可知其減少值為2.07倍鋼筋直徑.為統(tǒng)一起見(jiàn)，兩者都取近似值，均認(rèn)為減少值為2倍鋼筋直徑.

對(duì)于一般框架結(jié)構(gòu)的主次梁，鋼筋的配料長(zhǎng)度一般分3種情況計(jì)算：

(1)縱向受力鋼筋的配料長(zhǎng)度，計(jì)算公式為：

L1=l+∑ki+∑si-∑ci

(1)

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

(2)彎起鋼筋(實(shí)質(zhì)為縱向鋼筋的特殊類別，為抵抗負(fù)彎矩而彎起，現(xiàn)在工程運(yùn)用越來(lái)越少)配料長(zhǎng)度，其計(jì)算公式為：

L2=∑li+∑ki+∑si-∑zi

(2)

上式中，L2為彎起鋼筋配料長(zhǎng)度，l為彎起鋼筋所有端部直段、中間直段和斜段的總長(zhǎng)度，z為彎折長(zhǎng)度減少值，其他符號(hào)見(jiàn)前述.

(3)圍繞受力筋環(huán)向布置的箍筋配料長(zhǎng)度，理論計(jì)算公式為：

L3=C+∑ki+∑si-∑zi

上式中，L3為箍筋配料長(zhǎng)度，C為箍筋環(huán)向外皮周長(zhǎng)，其他符號(hào)見(jiàn)前述.為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，規(guī)范規(guī)定箍筋配料長(zhǎng)度的簡(jiǎn)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(duì)應(yīng)的調(diào)整值，b為梁截面寬度，h為梁截面高度.其他符號(hào)見(jiàn)前述.

3　鋼筋一般配料長(zhǎng)度實(shí)例

以某建筑工程的框架梁案例進(jìn)行分析.該框架結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土梁僅一跨，受力縱筋為HRB335型號(hào)2級(jí)鋼，分布構(gòu)造鋼筋為HPB235型號(hào)1級(jí)鋼，保護(hù)層厚度2.5 cm，梁端頭保護(hù)層厚度1 cm.在施工中要求按調(diào)直、切割、彎曲成型的工藝制作安裝，需計(jì)算其配料長(zhǎng)度并給出鋼筋配料單.

(1)對(duì)于梁頂部的Φ10縱向受力鋼筋，其配料長(zhǎng)度按(1)式計(jì)算：

6 000+6.25×10×2-10×2=6 105 mm

上式中，6 000為構(gòu)件長(zhǎng)度(單位mm，以下同).末端彎鉤增加長(zhǎng)度為6.25倍鋼筋直徑[3]，直徑為10 mm，兩頭共2個(gè)彎鉤，即6.25×10×2.梁端頭保護(hù)層厚度10 mm，有2個(gè)端頭，即10×2.

(2)對(duì)于靠近梁中部彎起的Φ18鋼筋，為計(jì)算配料長(zhǎng)度，首先計(jì)算兩端的直段長(zhǎng)度：

400+500-10=890 mm

上式中，400為豎向彎折長(zhǎng)度，500為端部的平直長(zhǎng)度，10為端頭處的保護(hù)層厚度.

然后計(jì)算中間直段長(zhǎng)度：

6 000-10×2-890×2-400×2=3 400 mm

上式中，6 000為構(gòu)件長(zhǎng)度；梁端頭保護(hù)層厚度10 mm，有2個(gè)端頭，即10×2，兩端的直段長(zhǎng)度為前面計(jì)算出來(lái)的890 mm，2個(gè)端頭即890×2；豎向彎折長(zhǎng)度400 mm，2個(gè)端頭即400×2.再計(jì)算彎起鋼筋的斜段長(zhǎng)度：

(450-25×2)÷sin 45°=564 mm

上式中，450為梁截面高度；保護(hù)層厚度25 mm，有上下2面，即25×2.括號(hào)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(shí)際長(zhǎng)度要以投影凈高度除以sin 45°.

計(jì)算出所有端部直段、中間直段和斜段的長(zhǎng)度之后，彎起鋼筋總長(zhǎng)度l為：

2×(890+564)+3 400=6 308 mm

上式中，890為端部直段長(zhǎng)度，564為斜段長(zhǎng)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(zhǎng)3 400即為彎起鋼筋總長(zhǎng)度.然后按(2)式計(jì)算彎起鋼筋的配料長(zhǎng)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(zhǎng)度為6.25倍鋼筋直徑[3]，直徑為18 mm，兩頭共2個(gè)彎鉤，即彎鉤長(zhǎng)度增加值為6.25×18×2.此外，45°彎折減少長(zhǎng)度為0.5倍鋼筋直徑[3]，整根彎起鋼筋共有4個(gè)45°彎折，即彎折長(zhǎng)度減少值為0.5×18×4.

(3)對(duì)于該梁的Φ6箍筋，先按(4)式計(jì)算箍筋環(huán)向外皮周長(zhǎng)：

[(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(hù)層厚度.再按(3)式計(jì)算箍筋的配料長(zhǎng)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(huán)向外皮周長(zhǎng)；調(diào)整值按規(guī)范為14倍鋼筋直徑，即為14×6.90°彎折減少長(zhǎng)度為2倍鋼筋直徑[3]，箍筋直徑6 mm，整個(gè)箍筋共3個(gè)90°彎折，即彎折長(zhǎng)度減少值為2×6×3.

(4)箍筋根數(shù)為：

(6 000-10×2)÷200+1=31(根)

上式中，6 000為構(gòu)件長(zhǎng)，10為梁端頭保護(hù)層厚度，2個(gè)端頭，200為箍筋間距.

4　鋼筋代換及代換后的配料長(zhǎng)度

完成上述鋼筋的配料長(zhǎng)度計(jì)算后，填寫(xiě)鋼筋加工配料單，然后進(jìn)行調(diào)直、切割、彎曲成型等鋼筋制作安裝工序，但在施工中發(fā)現(xiàn)沒(méi)有上述規(guī)格的鋼筋，也來(lái)不及采購(gòu)，只能進(jìn)行鋼筋代換.代換首先必須征得工程監(jiān)理和業(yè)主的同意，然后由設(shè)計(jì)方進(jìn)行設(shè)計(jì)變更.鋼筋代換分為等強(qiáng)度代換和等面積代換.

等強(qiáng)度代換是指不同種類的鋼筋代換，按抗拉設(shè)計(jì)值相等的原則進(jìn)行代換.如施工圖中所用的鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度為fy1，鋼筋截面積為As1，代換后的鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 fy2，鋼筋截面積為As2，則：

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

對(duì)于級(jí)別相同的鋼筋，尤其是2級(jí)、3級(jí)熱軋帶肋鋼筋，由于強(qiáng)度相同，可將等強(qiáng)度代換公式中的強(qiáng)度值約分，簡(jiǎn)化為等面積代換，即：As1≤As2，也就是按截面積相等的原則進(jìn)行代換.按圓面積計(jì)算公式進(jìn)一步推導(dǎo)得到

在前述框架梁鋼筋制作安裝過(guò)程中，工地現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有上述鋼筋，工期緊張也來(lái)不及采購(gòu)，最后決定代換.設(shè)計(jì)方作出如下設(shè)計(jì)變更：一是Φ10的縱向受力筋，經(jīng)設(shè)計(jì)方同意選用Φ8和Φ12縱筋交替布置來(lái)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(shí)施工方在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)原來(lái)的鋼筋配料長(zhǎng)度不一樣了，而設(shè)計(jì)方只負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)變更的結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，是不會(huì)進(jìn)行新的鋼筋配料計(jì)算的.因此，新的鋼筋配料計(jì)算應(yīng)由施工方負(fù)責(zé)，以便于施工過(guò)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(zhǎng)度為：

6 000-10×2+(6.25×8)×2=6 080 mm

替代Φ12鋼筋配料長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(huán)向箍筋，其配料長(zhǎng)度為：

1 100+14×6.5-2×6.5×3=1 152 mm

(4)箍筋數(shù)量為：

(6 000-10×2)÷200+1=31(根)

上述計(jì)算的解釋見(jiàn)本文第3部分.

5　鋼筋代換對(duì)鋼筋配料長(zhǎng)度的影響分析

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

6　結(jié)論

(1)鋼筋代換后，鋼筋彎鉤增加長(zhǎng)度、彎折減少長(zhǎng)度、各種量度差值和調(diào)整值均發(fā)生了變化，因?yàn)橐?guī)范對(duì)這些構(gòu)造要求的長(zhǎng)度是按固定倍數(shù)的鋼筋直徑計(jì)算的，代換后直徑改變，因而構(gòu)造長(zhǎng)度也發(fā)生變化，導(dǎo)致配料長(zhǎng)度變化，因此應(yīng)重新計(jì)算配料長(zhǎng)度.

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

(3)彎起鋼筋的結(jié)論同縱向受力直筋，施工中同樣要注意不同粗細(xì)的鋼筋按長(zhǎng)短不同間隔布置：粗鋼筋較長(zhǎng)，細(xì)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(jì).

(4)鋼筋代換后，除了構(gòu)造要求長(zhǎng)度變化導(dǎo)致配料長(zhǎng)度要重新計(jì)算外，尤其要注意鋼筋兩端深入基座的錨固長(zhǎng)度改變，在重新計(jì)算配料長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)充分考慮錨固長(zhǎng)度的變化.

[1]袁光裕，胡志根．水利工程施工[M]．北京：中國(guó)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(dòng)力分析[D]. 武漢: 武漢大學(xué), 2013.

[3]中國(guó)建筑科學(xué)研究院．混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范(GB 506666-2011)[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011：56-57.

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

(責(zé)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(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目(k201508)及教改項(xiàng)目(2014022).

閔志華(1980—)，男，重慶永川人，副教授，注冊(cè)土木工程師，注冊(cè)造價(jià)師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)方面的研究.

TU318.4

A

1673-8004(2016)05-0065-04