鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的并筋探析

陳 波 （上海交通大學設(shè)計研究總院安徽設(shè)計研究院，安徽 合肥 23300）

1 引言

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要靠混凝土和鋼筋這兩種材料之間的黏結(jié)應(yīng)力確保其共同工作。黏結(jié)應(yīng)力主要由三個部分組成：

①混凝土結(jié)硬體積收縮將鋼筋裹緊所產(chǎn)生的摩擦力；

②水泥顆粒的水化作用形成的凝膠體對鋼筋表面產(chǎn)生的膠凝力；

③由于鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的咬合力（或者擠壓力）。

并筋布置時，鋼筋與混凝土界面不能完全發(fā)揮錨固作用，為此各國規(guī)范普遍針對并筋作出專門規(guī)定，目的是保證其錨固性能。

2 現(xiàn)行規(guī)范相關(guān)規(guī)定分析

為了保證每根鋼筋都能被混凝土有效握裹，我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）(2015版)以下簡稱《砼規(guī)》，規(guī)定受力鋼筋必須保持一定的間距。

在工程實踐中，一般7度或8度區(qū)以上的乙類框架及框剪結(jié)構(gòu)和8度區(qū)的一般框架及框剪結(jié)構(gòu)，常出現(xiàn)梁柱配筋根數(shù)較多的現(xiàn)象，導(dǎo)致柱子配筋形成類似芯柱的現(xiàn)象，或梁配筋需多排布置，均會給施工帶來困難，而密集的配筋混凝土區(qū)極易出現(xiàn)空洞、振搗不密實，這對結(jié)構(gòu)構(gòu)件極為不利，存在安全隱患。美國、歐洲及日本在80年代采取的解決辦法就是將幾根鋼筋綁扎在一起形成鋼筋束（并筋），并且要求延長鋼筋搭接長度，但是國內(nèi)外規(guī)范都沒有對于梁并筋承載力作出規(guī)定，也沒有對于柱、板的并筋做過規(guī)定。

《砼規(guī)》規(guī)定：“≤φ28的鋼筋并筋數(shù)量≤3根；φ32的鋼筋并筋數(shù)量≤2根；≥φ36mm鋼筋不應(yīng)采用并筋。并筋應(yīng)按單根等效鋼筋d（以下簡稱d）進行計算，d的等效直徑應(yīng)按截面面積相等的原則換算確定。”“為解決直徑較粗鋼筋及密集配筋引起施工及設(shè)計上的難題，常出現(xiàn)截面上鋼筋太密難以滿足規(guī)范中鋼筋間距的規(guī)定……受力鋼筋可采用并筋（鋼筋束）的配筋方案來解決這一問題，國外早已在實際工程中采用并筋綁扎以鋼筋束的配筋形式。”并筋等效直徑的概念適用于現(xiàn)行規(guī)范中的鋼筋間距、保護層厚度、裂縫寬度驗算、鋼筋錨固長度等有關(guān)條文的計算及構(gòu)造要求。二并筋取倍單根直徑做為等效直徑，其布置形式有縱向布置、橫向布置、斜向布置三種。三并筋取倍單根直徑作為等效直徑，宜按品字形布置以并筋的形心做為等效鋼筋的重心。

圖1 雙并筋、三并筋示意圖

并筋后的受力鋼筋與握裹層混凝土之間的相互作用面形成三角形、卵形或者長圓形。其中弧段主要是鋼筋帶肋接觸面的咬合力承載，直線面主要是混凝土界面上的摩阻力承載。單個鋼筋與混凝土接觸面要比并筋的接觸表面積要大些，鋼筋與混凝土構(gòu)件之間主要是咬合力承載，而同等截面積的鋼筋采用鋼筋束后，混凝土與鋼筋接觸咬合面則會顯著減少，混凝土與鋼筋產(chǎn)生滑移后主要為咬合力承載。其中承受抗拔力的面積為鋼筋面積，而有效錨固面則應(yīng)基于等效鋼筋的外輪廓周長計算。

常用并筋的等效直徑（mm）

2.1 錨固長度

2.2 鋼筋的連接

《砼規(guī)》規(guī)定：當采用并筋綁扎搭接時，應(yīng)按照單筋錯開并逐次搭接的連接方式，其接頭面積百分率為接頭面積除以同一連接區(qū)段內(nèi)所有的單根鋼筋面積總和，并筋的搭接長度應(yīng)對所有的單根鋼筋分別計算。當采用機械連接時，套筒間橫向凈間距應(yīng)≥25mm。

2.3 梁、柱、板，筏板并筋的鋼筋做法及要求

設(shè)計實例一：合肥某初中乙類建筑，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本加速度值為0.1g,根據(jù)合肥市住建局要求基本加速度值修改為0.15g，風雨操場34.4m×32m，建筑高度15.0m,一層層高4.5m,二層層高4.5m,籃球場層高9.3m,一層主要為職工餐廳，二層主要為籃球訓練場，該結(jié)構(gòu)采用型鋼大井字梁套小井字梁結(jié)構(gòu)體系，SRC柱1000×1200（H900×700×24×24 Q355B）,SRC梁 700×1700（GGL H1500×500×20×20。混凝土標號為C30。本工程不利于抗震計算主要有以下幾點：

①框架抗震等級為二級，SRC梁柱抗震等級為一級；

②錯層結(jié)構(gòu)，層高4.5m(局部大跨度32m×34.4m 處層高9.3m)；

③屋面局部設(shè)置了水箱和太陽能發(fā)電板，結(jié)構(gòu)重心偏移對于結(jié)構(gòu)不利。

17G101圖集給出做法見圖2所示，但是12SG904-1圖集未有給出型鋼混凝土柱并筋的示意圖。根據(jù)配筋簡圖給出了型鋼柱并筋的施工圖，滿足規(guī)范及施工的要求，保證了工程安全質(zhì)量，取得較好的社會經(jīng)濟效益。

圖2 并筋梁示意圖

圖3 并筋柱示意圖

普通結(jié)構(gòu)如果柱中縱筋直徑過大，一排不容易放下，均可以采用并筋方法設(shè)置在柱內(nèi)箍筋的四角處于其他四根鋼筋采用二并筋和三并筋，并筋的保護層按照《砼規(guī)》8.2.1條，且不小于deq(并筋的等效直徑)且相鄰并筋的凈間距不小于50mm。

SRC柱中的縱筋優(yōu)先向角部靠攏，可采用二并筋或三并筋形成鋼筋束，SRC梁下縱筋可以采用如（≥φ14構(gòu)造縱筋）盡量閉開型鋼梁的位置；SRC梁上的縱筋優(yōu)先向兩側(cè)角筋靠攏伸至型鋼柱對面縱筋內(nèi)側(cè)達到錨固。

設(shè)計實例二：合肥長豐某房地產(chǎn)開發(fā)公司地下室結(jié)構(gòu)，7.8m×6.3m(4.9m)梁板結(jié)構(gòu)體系，8.5m×22.5m,頂板距離地面0.45m，配電房凈高受到限制未能設(shè)置梁板體系，此處板上有大型消防車荷載考慮結(jié)構(gòu)板厚300mm,考慮板X方向上下鐵均為品型三并筋。本項目參考文獻[7]三并筋的抗彎承載力與同等面積的普通板抗彎承載力接近，板鋼筋過于密集難于澆筑，設(shè)計單位做了一次有益的嘗試，效果比較顯著，達到了預(yù)期的效果。

設(shè)計實例三：合肥某房地產(chǎn)開發(fā)項目剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑高度23.1m,C30混凝土，含墻率4%，基礎(chǔ)采用筏板+柱墩，板厚450mm.采用有限元計算方法，柱墩高度750mm(850mm)內(nèi)配筋采用上鐵通長筋,不足處上下并筋配筋形式既滿足了規(guī)范的要求，又取得較好地經(jīng)濟效益。

2.4 裂縫撓度實例計算分析

裂縫對比算例

假設(shè)構(gòu)件為受彎構(gòu)件，設(shè)不并筋與并筋最大裂縫寬度分別為ω，ω。按照二并筋進行推導(dǎo)：

圖4 局部荷載較大處無梁平面圖

圖5 板并筋配筋剖面圖

圖6 柱墩并筋表格

圖7 柱墩并筋大樣圖

2.5 撓度實例計算對比

假設(shè)構(gòu)件為受彎構(gòu)件，設(shè)鋼筋直徑相同不并筋與并筋最大撓度分別為f，f。按照二并筋進行推導(dǎo)：

顯然不并筋的撓度大于并筋的撓度。

3 結(jié)論

③梁并筋撓度小于不并筋撓度；

④柱梁并筋對于乙類框架、框剪7度8度區(qū)現(xiàn)在已經(jīng)是比較常用的做法，已經(jīng)在施工中得到廣泛地應(yīng)用；

⑤板三并筋品型配筋與同等板厚及配筋面積相等情況下，承載力基本相同。