淺析建筑結(jié)構(gòu)板鋼筋支撐措施放置間距

魯鄧淳 王 亮 竇建龍

中建安裝集團有限公司 江蘇 南京 210000

板筋結(jié)構(gòu)具有重量輕、承載力高、抗彎能力強、占用空間小的特點，經(jīng)合理設(shè)計可以起到支撐、防護、構(gòu)架聯(lián)接的作用，廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、汽車、建筑、能源交通等領(lǐng)域。在現(xiàn)場實際施工中為了使混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足的耐久性要求和對受力鋼筋有效錨固的要求，需對上、下層鋼筋進行支撐。馬鐙鋼筋一般設(shè)計圖紙上不會單獨注明，尤其是布置間距，位置及制作方法，現(xiàn)場實際施工中大多由項目工程師在施工方案中進行規(guī)定[1]，并根據(jù)實際情況詳細標明規(guī)格、長度間距及制作方法。但時至今日沒有具體的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)，沒有通用的計算標準和規(guī)范，往往是憑經(jīng)驗和直覺。故本文重點闡述建筑結(jié)構(gòu)中板面鋼筋支撐措施放置間距。

1 建筑結(jié)構(gòu)板面鋼筋概述

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，現(xiàn)階段大部分建筑結(jié)構(gòu)板面及筏形基礎(chǔ)鋼筋設(shè)計為雙層雙向布置，板鋼筋雙層雙向布置的交叉鋼筋能有效增強整個板的受力性能，從而使其具有更好的抗彎強度，且雙向布置的鋼筋能夠平衡不同方向的受力，從而提高結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。板面鋼筋在板的承載能力和抗裂性能方面起著重要的作用。合理布置和施工負板面鋼筋，能夠提高板的整體性能，確保結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。

2 板筋支撐措施

結(jié)構(gòu)構(gòu)件中鋼筋外邊緣至構(gòu)件表面范圍用于保護鋼筋的混凝土，簡稱保護層[2]。保護層最小厚度的規(guī)定是為了使混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足的耐久性要求和對受力鋼筋有效錨固的要求。在現(xiàn)場實際施工中，為保證鋼筋保護層厚度，需對上、下層鋼筋進行支撐。根據(jù)目前現(xiàn)場施工工藝，一般上層采用鋼筋馬凳作為措施筋進行支撐，下層鋼筋則采用同標號的混凝土墊塊。

馬凳筋作為板的措施鋼筋是必不可少的，當基礎(chǔ)厚度較大時一般采用用支架更穩(wěn)定和牢固而不采用馬凳。板厚很小時可采用與結(jié)構(gòu)同標號的水泥墊塊或者塑料馬凳支撐，不配置鋼筋馬鐙。馬鐙鋼筋一般設(shè)計圖紙上不會單獨注明，尤其是布置間距，位置及制作方法，現(xiàn)場實際施工中大多由項目工程師在施工方案中進行規(guī)定，并根據(jù)實際情況詳細標明規(guī)格、長度間距及制作方法。根據(jù)經(jīng)驗分析，通常鋼筋馬鐙所使用的鋼筋規(guī)格會比板受力筋小一個型號，例如板筋型號ф20可用采用型號ф18的鋼筋做為馬鐙使用，當然也可與板筋相同亦或是大于板筋型號。

總之馬鐙設(shè)置的本質(zhì)是固定支撐鋼筋網(wǎng)，確保鋼筋的保護層在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。馬鐙不是個簡單概念，但時至今日沒有具體的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)，沒有通用的計算標準和規(guī)范，往往是憑經(jīng)驗和直覺。故本文重點闡述建筑結(jié)構(gòu)中板面鋼筋支撐措施放置間距。

3 論述計算切入點

鋼筋具有良好的機械性能，特別是抗拉強度和彎曲強度，同時還具有較高的硬度和韌性。且鋼筋自重較大，故在鋼筋支撐于兩支點時，會在自重的作用下在中部彎矩最大處向下彎矩，產(chǎn)生撓度變形。所謂撓度是指在變形時其軸線上各點在該點處軸線法平面內(nèi)的位移量。物體上各點撓度隨位置和時間變化的規(guī)律稱為撓度函數(shù)或位移函數(shù)。通過求撓度函數(shù)來計算應(yīng)變和應(yīng)力是固體力學(xué)的研究方法之一[3]。該變形撓度值不應(yīng)大于鋼筋保護層厚度的允許偏差，結(jié)合兩者關(guān)系，可確定鋼筋支撐措施放置間距。

4 計算過程

4.1 撓度計算

撓度是結(jié)構(gòu)在受到力的作用下，因為受到曲率的影響而產(chǎn)生的變形量。撓度是結(jié)構(gòu)彎曲的基本概念之一，也是結(jié)構(gòu)設(shè)計中非常重要的參數(shù)之一。通過計算和控制鋼筋的撓度，可以保證鋼筋保護層厚度在允許偏差之內(nèi)。一般來說，計算結(jié)構(gòu)的撓度，首先應(yīng)確定結(jié)構(gòu)的邊界條件，包括結(jié)構(gòu)的支撐方式、受力位置和受力方向等，本文中受力為鋼筋自身重力作用，受向下力；其次確定結(jié)構(gòu)的受力情況，包括受力大小、受力方向和受力位置等；然后計算結(jié)構(gòu)的剛度，包括彈性模量和截面慣性矩等，截面慣性矩按照圓形截面計算，彈性模量可根據(jù)鋼筋的材料性能選取；最后計算結(jié)構(gòu)的撓度，在確定結(jié)構(gòu)的邊界條件、受力情況和剛度之后，可以通過公式計算結(jié)構(gòu)的撓度。鋼筋的彎曲撓度應(yīng)按照下式計算：

δ：鋼筋的彎曲撓度(mm)；

q：均布荷載標準值(kN/m)；

l：支撐措施放置間距(mm)；

E：鋼筋的彈性模量(N/mm2)，由表1取；

表1 鋼筋的彈性模量(×105 N/mm2)

I：截面慣性矩(mm4)

4.2 鋼筋的理論重量計算

鋼筋理論重量是一種描述鋼筋的直徑與每米重量的參考值。鋼筋的理論重量應(yīng)按照下式計算：

G：單根鋼筋理論重量(kN/m)

m：鋼筋的質(zhì)量(kg/m)；單根鋼筋的理論質(zhì)量由表2選取；

表2 鋼筋的直徑及理論重量

g：重力加速度(N/kg)，取10N/kg

按照雙向鋼筋，縱橫向鋼筋大小型號相同計算，橫向鋼筋上方垂直布置等間距縱向鋼筋，計算時亦按照均布荷載計算，故q=2G。

4.3 截面慣性矩計算

截面慣性矩是截面各微元面積與各微元至截面上某一指定軸線距離二次方乘積的積分，衡量截面抗彎能力的一個幾何參數(shù)。任意截面圖形內(nèi)取微面積dA與其搭配z軸的距離y的平方的乘積y2dA定義為微面積對z軸的慣性矩，在整個圖形范圍內(nèi)的積分則稱為此截面對z軸的慣性矩Iz。截面各微元面積與各微元至截面上某一指定軸線距離二次方乘積的積分。慣性矩平移公式：這里，Iz是對于z-軸的面積慣性矩、Ix是對于平面質(zhì)心軸的面積慣性矩、A是面積、d是z軸與質(zhì)心軸的垂直距離。鋼筋的截面慣性矩應(yīng)按照下式計算：

I：鋼筋的截面慣性矩（mm4）

d：鋼筋直徑（cm）

4.4 鋼筋彎曲撓度值取值范圍

鋼筋保護層厚度檢驗時，鋼筋彎曲變形撓度值不應(yīng)大于鋼筋保護層厚度的允許偏差，結(jié)合兩者關(guān)系，可確定鋼筋彎曲撓度的取值范圍。縱向受力鋼筋保護層厚度的允許偏差應(yīng)符合下表。

表3 結(jié)構(gòu)實體縱向受力鋼筋保護層厚度的允許偏差

鋼筋的彎曲撓度值取值范圍應(yīng)按照下式計算：

δ：鋼筋的彎曲撓度(mm)；

a：鋼筋保護層厚度的允許偏差(mm)。

表4 上層鋼筋支撐措施布置間距

表5 下層鋼筋支撐措施布置間距

5 計算結(jié)果

鋼筋彎曲變形撓度值不應(yīng)大于鋼筋保護層厚度的允許偏差，以最大允許偏差作為臨界值，可計算出各型號鋼筋支撐措施的布置間距，鋼筋受自身作用向下進行撓度變形，上層鋼筋會在自身重力作用下使鋼筋保護層厚度變大，下層鋼筋會在自身重力作用下使鋼筋保護層厚度變小，因此上層鋼筋的極限允許偏差應(yīng)為8mm，下層鋼筋的極限允許偏差應(yīng)為5mm。對各鋼筋型號進行計算結(jié)果見下表。

6 結(jié)果分析

根據(jù)計算結(jié)果可以分析出鋼筋型號越大支撐措施間距可越大，此結(jié)果應(yīng)結(jié)合兩個因素綜合考慮后應(yīng)用于實際，即施工荷載和支撐措施承載力。實際施工過程中產(chǎn)生的臨時荷載尤其是工人施工時踩踏及半成品堆放極有可能造成鋼筋不可逆變形。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，施工時支撐措施縱向和橫向的間距一般為1000mm～2000mm。不過具體問題還得具體對待，如果是雙層雙向的板筋為ф8，鋼筋剛度較低，需要縮小馬鐙之間的距離，如間距為@800*800，如果是雙層雙向的板筋為ф6馬鐙間距則為@500*500。故鋼筋規(guī)格型號6～10鋼筋一般為500mm～1000mm。此外隨著鋼筋型號變大，重量增加，間距變大，對支撐措施的承載力要求更高。馬凳要有一定的剛度，尤其是采用塑料馬凳和型號較小的鋼筋馬凳，需要能承受鋼筋結(jié)構(gòu)重量及施工臨時荷載，避免板上部鋼筋扭曲和下陷。

在部分省份建筑工程工程量清單計價定額中亦對馬凳筋的計算有明確規(guī)定，但大多數(shù)情況下計算結(jié)果只能用于預(yù)算和結(jié)算而不能用于現(xiàn)場實際施工時的布置依據(jù)，因為它僅僅是個重量，而不是從它本身的功能和受力特征來計算。故在設(shè)置馬凳使既要符合夠用適度的原則又能做到節(jié)約成本產(chǎn)生增效作用。

7 結(jié)語

鋼筋施工是建筑施工中重要的一項工作。施工前應(yīng)組織項目人員認真學(xué)習(xí)有關(guān)的規(guī)范、規(guī)程或規(guī)定，在指導(dǎo)施工的過程中做到有據(jù)可依。施工前認真查閱結(jié)構(gòu)施工圖紙，提前明確各部位的節(jié)點做法，做到合理，正確，優(yōu)化。認真進行技術(shù)交底。由項目技術(shù)負責人或工程技術(shù)人員逐級進行書面技術(shù)交底，確保作業(yè)人員掌握各項施工工藝及操作要點、質(zhì)量標準，技術(shù)交底對各負責人要簽認。同時做好施工現(xiàn)場的檢查記錄，對錯誤的地方及問題及時提出整改要求，確保現(xiàn)場施工符合圖紙及方案。對于板面鋼筋施工通過前期準備、測量與標定、鋼筋加工與預(yù)制、板鋼筋安裝、板鋼筋支撐固定、驗收與整理等工藝流程的有序進行，可以確保板鋼筋的質(zhì)量和施工效果。鋼筋綁扎好后，操作人員嚴禁隨意踩踏鋼筋；不得在鋼筋上面任意踩踏，堆放重物，鋼筋綁扎完成后不得隨意拆解綁扣和搬動鋼筋；同時，施工過程中需要嚴格按照施工圖紙規(guī)范及方案要求進行操作，確保施工安全和工程質(zhì)量。通過合理的施工工藝流程，可以提高板鋼筋施工的效率和質(zhì)量，為建筑工程的順利進行提供保障。鋼筋支撐使用時需要注意施工現(xiàn)場的平整程度，使用時要確保鋼筋能夠平穩(wěn)地放置在鋼筋支撐上。鋼筋支撐需要按照規(guī)定的固定數(shù)量和位置放置，不能夠隨意移動。在使用鋼筋支撐時，需要注意對現(xiàn)場人員和設(shè)備的安全保護，要求管控施工現(xiàn)場。使用鋼筋支撐時，應(yīng)結(jié)合施工臨時荷載和支撐措施承載力兩個因素綜合考慮后應(yīng)用于實際。確保鋼筋的保護層在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。