結構構件經濟配筋率分析

2021-09-10 09:05:52張林廠安徽珍寶島房地產有限公司安徽合肥230001

安徽建筑 2021年9期

張林廠（安徽珍寶島房地產有限公司，安徽合肥 230001）

0 引言

結構規范對配筋率提出了要求，一般框架結構的豎向荷載和水平荷載（風力、地震作用）均由梁柱承受,沒有承重墻體。平面框架結構的側向剛度小，抗側力較低，為滿足抗風或抗地震的需要，梁柱截面往往較大，用鋼量較大，通過有抗震要求的框架，在地震作用下，因結構側向變形大。高層建筑的框架結構在滿足強度要求的同時，還應滿足變形限制值。梁截面可根據豎向荷載和跨度，一般情況下，其高度可以取跨度的1/12，寬度不宜小于1/4梁高及1/2柱寬且不應小于200mm。在不考慮層高的前提下，決定梁的結構價格成本，就是截面尺寸和截面鋼筋量即混凝土量與鋼筋量的分析，即最小、最大配筋率。簡單的說最小配筋率就是鋼筋用量最少時，不斷加大混凝土量，滿足結構承載力要求；最大配筋率就是鋼筋用量最大時，不斷減少混凝土量，滿足結構承載力要求。設計人員需根據市場上的材料價格、混凝土強度及鋼筋的強度選擇適合的經濟配筋率的結論。

梁板的經濟配筋率分別為：板：0.4%～0.8%；梁：0.6%～1.5%，柱是受壓構件，一般來說，計算引起的配筋不要超過最小配筋率太多。柱配筋率1.0～1.2還應注意柱的大偏心，小偏心情況和抗震等級高時角柱配筋。

一般來說，柱必須滿足最小軸壓比要求，柱子只要滿足最小配筋率的要求，當然是越小越經濟。梁的經濟配筋率我們一般控制在1%左右。關于柱的配筋率，抗震概念設計不應過小，不僅滿足最小配筋率，一般不要小于1.5%,在6度區，大于1.5%的柱配筋率有點大得可怕了。如果對于高層，我贊成將柱子配筋率提高。與模板、鋼筋、和混凝土的價格有關，一般來講：板：0.6%上下浮動0.3%即0.3%～0.9%，梁：1.0%上下浮動0.5%即0.5%～1.5%，柱以軸壓比控制為最經濟，此時截面最小，鋼筋最小（配筋計算多為構造）但是我認為在0.8～1.2左右比較合適。從電算結果看大部分在這范圍內，板0.4%～0.8%，矩形梁0.6%～1.5%，T形梁0.9%～1.8%，如取其平均值，則板為0.6%，矩形梁為1.05%，T形梁為1.35%。一般情況下，梁板的配筋率盡可能用其經濟配筋率的平均值，但由于各種材料市場價格原因，不可能都如愿以償。故經濟配筋率的核心范圍，建議值：板取0.5%～0.7%，矩形梁取0.85%～1.25%，T形梁取1.1%～1.6%。配筋率是鋼筋混凝土構件中縱向受力鋼筋的面積與構件的有效面積之比（軸心受壓構件為全截面的面積）。其中，ρ為配筋率；As為受拉區縱向鋼筋的截面面積；b為矩形截面的寬度；h0為截面的有效高度。ρ=As/bh0。配筋率是反映配筋數量的一個參數。最小配筋率是指，當梁的配筋率ρ很小，梁拉區開裂后，鋼筋應力趨近于屈服強度，這時的配筋率稱為最小配筋率ρmin。是根據Mu=Mcy時確定最小配筋率。配筋率是影響構件受力特征的一個參數，控制配筋率可以控制結構構件的破壞形態，不發生超筋破壞和少筋破壞，配筋率又是反映經濟效果的重要指標。控制最小配筋率是防止構件發生少筋破壞，少筋破壞是脆性破壞，設計時應當避免。

由于鋼材市場價遠高于混凝土價，所以鋼筋用量最大，一定提高造價，最小配筋率是否就是最省，當然不是，因為是截面越大，自重越大，一部分承載力用來抵抗自身的荷載，結構效率反而更低。我們認為，在滿足構件承載力和延性要求的前提下（所謂延性就是破壞前構件能產生足夠大的變形），能實現最小造價的構件尺寸即為合理的截面構件尺寸，此時的構件配筋率就稱為經濟配筋率。本文通過混凝土受彎構件的平衡公式得出梁、板造價公式，從理論上分析梁、板經濟配筋率的極值問題（求圖1所示梁配筋率與造價關系的最小值）。圖1為梁配筋率與造價關系。

圖1 梁配筋率與造價關系

1 經濟配筋率的理論分析

在結構設計中，當結構體系確定后，在合理范圍內調整構件的截面尺寸，對構件內力影響較小。我們可以假設彎矩M為定值，根據混凝土結構設計規范（GB50010），單筋受彎構件配筋按下式計算：

公式中省略了受壓鋼筋與預應力鋼筋的部分，對普通結構構件，此部分是無需考慮的。假設條件如下：某根梁的跨中彎矩為M（kN·m），梁的截面為b*h（mm），梁的保護層為25mm，梁的底筋As由內力計算確定（配筋率在規范規定的0.2%～2.5%區間內），面筋為兩根架立鋼筋2?d1，箍筋為?d2＠200（2），鋼筋的強度為fy，混凝土的強度為fc，混凝土單位體積造價為Kc，鋼筋單位體積造價為Ks（1立方米鋼材等于7.85噸）。梁截面構造如圖2所示。