梁抗剪箍筋配置问题的探讨

梁抗剪箍筋配置问题的探讨

陈冬

广西华景城建筑设计有限公司广西南宁530000

摘要：在设计过程中梁箍筋的配置一直是比较容易忽略的问题，笔者在长期的校对过程中，发现设计人员刻意放大箍筋以及梁是否调幅这两个问题比较常见，本文就以上两个问题做一些探讨和说明。

关键词：箍筋；体积配箍率；调幅；裂缝

笔者在某次施工图校审时发现一个问题，某工程350X700的梁，梁上起框架柱，该梁梁底配置了5根直径25mm的钢筋，梁顶配了4根直径25mm的钢筋。设计人员对该梁的配筋为10mm的箍筋（四肢箍），而根据计算结果，该梁配置8mm的箍筋即可。

曾有一些设计者认为，中国的规范所计算的抗剪强度几乎是英国的2倍，即梁的抗剪安全性较英国的低，且抗剪破坏是脆性破坏，破坏时毫无征兆，所以在结构设计时，能加大梁截面最好，不能加大梁截面的可提高箍筋的配置量。

笔者并不认同此类说法，我国的规范体系是参考苏联规范制定的，且我国在制定规范时也做了相关的试验。并不能说我国的规范要求低，设计不保险，而是英美规范的富余量大，其规范在计算抗剪强度时是基本上不考虑混凝土的作用或是考虑得很少（基于桁架模型），所以英美规范的计算箍筋量比我们大很多。

大连理工大学曾做过比较，将世界各主要国家的抗剪试验数据汇集在一起与我国规范比较，发现我国的公式是其下包线，没有一个数据是超出其范围的。

《混凝土结构设计规范》（GB50011-2011）第6.3.1中的公式，已对梁的受剪提出了要求，规定受弯构件的受剪截面限制条件，其目的首先是防止构件截面发生斜压破坏（或腹板压坏），其次是限制在使用阶段可能发生的斜裂缝宽度，同时也是构件斜截面受剪破坏的最大配筋率条件。

之所以说此为构件斜截面受剪破坏的最大配筋率条件，因为此公式限制了梁需要承受该剪力时所需要的最小截面，反过来说，当梁的截面确定以后，该梁能承受的最大剪力也就被限定了。而箍筋的增加并不能够继续提高梁的受剪承载力。

在计算梁的抗剪时，首先要满足《混凝土结构设计规范》（GB50011-2011）第6.3.1中公式的要求，在满足公式基础上的配筋率就不会超限。在设计过程中，不能单靠箍筋无限制的提高抗剪能力，这一点非常容易忽略，很多设计人员在设计梁配筋时，会放大计算结果配筋，简单的认为箍筋配得大，配得多，肯定是安全的。笔者认为，箍筋超限对承受同一剪力的梁来说，似乎更为有利，但过多的配筋，会造成斜压破坏，而斜压破坏是脆性破坏，工程上应避免。

受剪破坏一般分为三种，即剪压、斜压、斜拉，一般认为延性依次递减，因此，我们努力做的是控制破坏是剪压破坏，但《混凝土结构设计规范》（GB50011-2011）中没有考虑箍筋对混凝的约束作用，梁内仍存在轴向的拉力、压力，可以想象随着箍筋的加密和对混凝土约束的提高，梁的抗剪能力和延性都会提高。需要注意的是，要加密箍筋间距而非增加箍筋直径，这种情况下，破坏时抗剪能力强于适筋梁，延性也未必差，这也许是《混凝土结构设计规范》（GB50011-2011）没有在正式条文中明确最大配筋率限制的原因。

对于实际结构来说，在各种因素（特别是地震）的影响下，剪力很有可能超过计算的范围，但如果采用了配箍率适当的梁（不超过最大配箍率的梁），就会产生比斜压破坏有利的剪压破坏，能在破坏前出现迹象，为人们逃离现场赢得时间，从这个意义上说，适当配箍率的梁更为合理，也更为经济。

《混凝土结构设计规范》（GB50011-2011）对于抗剪有两个基本公司：

（1）V<0.7βhftbh0，这时一般不会出现斜裂缝，只需构造配箍；

（2）V<0.25βcfcbh0

这两个公式是计算抗剪承载力的前提，也即在剪力一定的情况下要有合理的截面，然后根据《混凝土结构设计规范》（GB50011-2011）第6.3.4条计算箍筋。增加箍筋是在一定的前提下有利（抛开经济性），无论是对《混凝土结构设计规范》（GB50011-2011）的理解还是通过实验验证都是如此，过大的提高配箍量也是不合理的，抗剪承载力并不是随着配箍量的上升而增加的。

该梁在设计过程中存在一个问题，设计人员在建模计算时，由于担心调幅会影响到梁使用阶段的裂缝，且有可能形成墙柱弱梁，故未对梁进行调幅设计，这样的设计方法是否合理？

首先，我们要弄清楚规范中的调幅所适用的条件：竖向垂直荷载下方可适用调幅，对于由地震作用产生的水平荷载是不适用的（这点和英国规范等西方规范有所不同）。其次。裂缝的计算是按照正常使用状态下的受力情况，荷载分项系数为1.0，地震区多层和高层结果中的配筋控制往往由地震作用参与的工况决定，由恒活荷载调幅所引起的钢筋的减少量占总值的相当少的一部分，因此，对裂缝影响也可谓相当小，不必顾虑调幅对裂缝的影响。大多数设计人员在配置梁纵筋时，往往习惯增大计算配筋量，这样做才会容易引起强梁弱柱，形成不了延性框架。

关于梁的裂缝，笔者的理解是：

（1）在实际工程中，下部发现大裂缝的机会要比上部多。

（2）即使上部出现裂缝，也认为允许出现塑性铰，梁依然可以承载。

（3）下部裂缝一定要控制，出现后让人很担忧。所以，下部钢筋一定要有保证，通过调幅，可以保证下部的受力和控制下部裂缝。

正常调幅的情况下，梁的裂缝一般不必太担心。塑性铰是一段区间，构造得当则裂缝发散而细密，实际裂缝宽度和曲率不大。调幅后支座弯矩减小，跨中弯矩增大，支座裂缝计算也应对应与调幅后的实际弯矩。

调幅和裂缝的问题是一个比较复杂的问题，现行的规范给出的弯矩调整幅度是根据承载力控制的安全调幅范围确定的，即根据塑性铰区域的压区混凝土达到极限压应变之前的塑性铰转动能力来确定的调整幅度，这样可以保证调幅后构件的抗力满足设计要求，另一方面，当某一截面的弯矩调幅后，根据调幅后的弯矩计算出的配筋较调幅钱的小，对于正常使用阶段其裂缝应该较按不调幅设计计算的大，因此，存在调幅后裂缝宽度不满足要求的可能。关于调幅和裂缝的问题，重庆建筑工程学院做了一定的研究，其结论主要有以下两点：

（1）对于混凝土构件，截面的相对受压区高度系数小于0.11时，调幅后裂缝一般不满足要求（不调的话也不一定满足）

（2）当截面的相对受压区高度系数小于0.25时，调幅受正常使用时裂缝宽度要求控制，大于0.25时受承载力控制，一般裂缝都能满足要求。

实际上，内力重分布是一个非常复杂的问题。笔者认为，调幅的对象是针对极限弯矩的，因此与之相对应的塑性铰的转动能力应该由承载力控制。至于调幅后，配筋梁的减少是否会导致裂缝宽度限值不满足要求，是属于正常使用极限状态的问题，二者不能混淆，即调幅只是承载力验算的过程中的一部分。调幅后的裂缝应重新计算。从现阶段的研究来看，给出既能满足承载能力又能满足正常使用的安全调幅值是不可能的。经验表明，当调幅值小于0.2时，截面的相对受压区高度系数大于0.25时裂缝能满足要求，当截面的相对受压区高度系数小于0.2时，应验算裂缝宽度是否满足。调幅对挠度也存在一定影响，但由于一般多是把支座的弯矩调小，跨中弯矩增加，跨中的配筋量增大有利于挠度满足限值要求。因此，调幅后的挠度可不验算。

梁的配筋问题是校审过程中经常出现的问题，人为的放大配筋量，有可能导致薄弱部位的转移，甚至会引起脆性破坏，故设计人员应在设计过程中注意辨别计算结果的合理性，将最终的配筋结果控制在一定的范围内，保证梁的安全性。对于调幅问题，无论调幅与否，当构件的配筋一定时，裂缝和挠度都应该验算，这是采用两个极限状态的设计方法决定的。但验算满足时，不必担心梁裂缝或挠度的问题。

参考文献：

[1]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）。中国建筑工业出版社，2010.

[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）。中国建筑工业出版社，2010

[3]东南大学天津大学同济大学合编《混凝土结构设计原理》中国建筑工业出版社，2002