混凝土受彎構(gòu)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(gòu)件中鋼筋的代換時有發(fā)生。為加強技術(shù)交流，便于應(yīng)用，現(xiàn)將在混凝土工程結(jié)構(gòu)施工中遇到的混凝土受彎構(gòu)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(guān)規(guī)定混凝土結(jié)構(gòu)施工中，往往因缺乏設(shè)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(jié)構(gòu)安全。GB?50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》強制性條文（3.9.4）規(guī)定：“在施工中，當(dāng)需要以強度等級較高的鋼筋替代原設(shè)計中的縱向受力鋼筋時，應(yīng)按照鋼筋受拉承載力設(shè)計值相等的原則換算，并應(yīng)滿足最小配筋率要求”；《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》強制性條文（5.1.3）規(guī)定：“當(dāng)需要進行鋼筋代換時，應(yīng)辦理設(shè)計變更文件”。即鋼筋的代換須經(jīng)設(shè)計單位同意，并按規(guī)定辦理相關(guān)審核手續(xù)。由此可見，鋼筋的代換問題對結(jié)構(gòu)安全的影響十分重大，除符合設(shè)計要求的構(gòu)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(gòu)造要求。對有抗震要求的構(gòu)件，應(yīng)注意替代后的縱向鋼筋的總承載力設(shè)計值不應(yīng)高于原設(shè)計的縱向鋼筋總承載力設(shè)計值，以免造成薄弱部位的轉(zhuǎn)移，以及構(gòu)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(dāng)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(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)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(shè)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(shè)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(shè)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(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強度以鋼筋的強度控制時，采用與原設(shè)計不同強度等級的鋼筋進行代換不同鋼筋種類時，應(yīng)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(shè)計鋼筋的總承載力。用公式可表示為：式中：N1、N2——分別為原設(shè)計鋼筋的總強度設(shè)計值、施工代換后鋼筋的總強度設(shè)計值，kN；d1、d2——分別為原設(shè)計鋼筋的直徑、施工代換后鋼筋的直徑，mm；fy1

、fy2——分別為原設(shè)計鋼筋的強度設(shè)計值、施工代換后鋼筋的強度設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附錄A和《混凝土受彎構(gòu)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(gòu)件一側(cè)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(gòu)件的配筋百分率；AS—受彎構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積，mm2；b—受彎構(gòu)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(gòu)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(shè)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(shè)計配筋10@200代換為實際配筋8@125（1?000÷8＝125?mm）。經(jīng)復(fù)核：AS1＝392.7?mm2As2＝402.2?mm2ρ＝0.536%＜ρmax＝2.62%結(jié)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(shè)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(fù)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(jié)構(gòu)允許結(jié)論：滿足鋼筋等強度代換要求。按現(xiàn)行有關(guān)程序，鋼筋代換由施工、設(shè)計、監(jiān)理、建設(shè)等單位相關(guān)人員簽字同意后，方可實施。6

結(jié)束語建筑工地的鋼筋代用，影響因素很多，對結(jié)構(gòu)的安全十分重要。為