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钢筋代换一般规则及方法
钢筋代换
一般规则及方法
李承德
二○○九年十月十九日
目录
一、代换原则:
两个基本原则:
1、钢筋代换应经设计同意原则;
2、钢筋代换应遵照等强代换原则;
十个必须遵照的原则:
①、当构件配筋受裂缝宽度或挠度控制时,代换后应进行裂缝宽度或挠度验算原则。
②、有抗震要求的梁、柱和框架,不宜以强度等级较高的钢筋代换原设计中的钢筋原则;
③、钢筋代换后的钢筋不混合原则;(即代换后不能形成不同级别的钢筋并肩工作现象)
④、钢筋代换后钢筋还应保持原有的平衡原则;(如梁下部原为2根16的钢筋,你不能用1根18+1根14)
⑤、钢筋代换后保证规范规定的最小、最大间距的原则;(如板米不少于三根,受力筋最大间距在不大于200,最小间距不小于50;梁箍筋最大不大于300,小于不小于50;梁主筋间距不小于25,等等)
⑥、钢筋代换后保证规范规定的最小钢筋直径要求的原则;
⑦、钢筋代时时应考虑特殊构件的特殊要求;(如吊环只能用Ⅰ级钢筋,吊车梁的钢筋不允许代换)
⑧、钢筋代换应按受力面代换原则;(如非正压柱,必须按单侧面钢筋进行代换)
⑨、构造钢筋、措施钢筋代换不能减少根数;(如挑檐角筋、温度控制筋、梁内侧面构造筋)
⑩、钢筋代换必须符合规范规定的最大、最小配筋率的要求原则。
(代换后的钢筋用量不宜大于原设计用量的5%,也不低于2%)。
当构件受裂缝宽度或挠度控制时,代换后应进行裂缝宽度或挠度验算。
二、代换注意事项
钢筋代换时,必须充分了解设计意图和代换材料性能,并严格遵守现行混凝土结构设计规范的各项规定;凡重要结构中的钢筋代换,应征得设计单位同意。
1.对某些重要构件,如吊车梁、薄腹梁、彬架下弦等,不宜用HPB235级光圆钢筋代替HRB335和HRB400级带肋钢筋。
2.钢筋代换后,应满足配筋构造规定,如钢筋的最小直径、间距、根数、锚固长度等。
3.同一截面内,可同时配有不同种类和直径的代换钢筋,但每根钢筋的拉力差不应过大(如同品种钢筋的直径差值一般不大于5mm),以免构件受力不匀。
4.梁的纵向受力钢筋与弯起钢筋应分别代换,以保证正截面与斜截面强度。
5.偏心受压构件(如框架柱、有吊车厂房柱、桁架上弦等)或偏心受拉构件作钢筋代换时,不取整个截面配筋量计算,应按受力面(受压或受拉)分别代换。
6.当构件受裂缝宽度控制时,如以小直径钢筋代换大直径钢筋,强度等级低的钢筋代替强度等级高的钢筋,则可不作裂缝宽度验算。
三、常用代换方法:
1、等强法
这是最基本的方法,其它方法都是在此基础派生出来的。
基本式:
计算式1:
代换后单根筋截面面积×根数×设计强度≥代换前单根筋截面面积×根数×设计强度
但也可以在有限范围内小于代换前(下同不再赘述)
计算式2:
式中n2——代换钢筋根数;
n1——原设计钢筋根数;
d2——代换钢筋直径;
d1——原设计钢筋直径;
fy2——代换钢筋抗拉强度设计值(表9-28);
fy1——原设计钢筋抗拉强度设计值。
2、等截面法
1.前提条件是钢筋的级别相同(即设计强度相同、直径不同的钢筋代换)
计算式1:
代换后单根筋截面面积×根数≥代换前单根筋截面面积×根数
计算式2:
:
(9-12)
2.当构件按最小配筋率配筋时,钢筋可按面积相等原则进行代换。
3、等质量法
前提条件是钢筋的级别相同
代换后单根筋质量×根数≥代换前单根筋质量×根数
4、半径简易法
前提条件是钢筋的级别相同
代换后单根筋半径平方×根数≥代换前单根筋半径平方×根数
注:
这种代换特别适合在施工现场使用,口算就能计算出来能不能代换。
如你到工地现场有人问你设计是3根16现在有18能不能用2根18代3根16,你口算2根18的9×9=81,乘2=162;3根16的8×8=64,乘3=192,结论出来了不能代换。
5、半径+系数简易法
前提条件是钢筋的级别不同,依据《混凝土结构设计规范 GB 50010-2002》第4.2条表4.2.3-1中的普通钢筋强度设计值,折算出系数210/300=0.7;360/300=1.2,记住常用的。
然后用半径平方乘(或除)系数,这种代换也特别适合在施工现场使用,口算就能计算出来能不能代换。
当然也可以用截面或质量乘(除)系数,但因数值比较零散必须用笔算或计算器计算。
钢筋强度设计值(N/mm2)表
项次
钢筋种类
符号
抗拉强度设计值fy
抗压强度设计值fy'
1
热轧钢筋
HPB235
φ
210
210
HRB335
Φ
300
300
HRB400
360
360
RRB400
360
360
2
冷轧带肋钢筋
LL550
360
360
LL650
430
380
LL800
530
380
三、构件截面的有效高度影响
钢筋代换后,有时由于受力钢筋直径加大或根数增多而需要增加排数,则构件截面的有效高度h0减小,截面强度降低。
通常对这种影响可凭经验适当增加钢筋面积,然后再作截面强度复核。
对矩形截面的受弯构件,可根据弯矩相等,按下式复核截面强度。
(9-14)
式中N1——原设计的钢筋拉力,等于As1fy1(As1——原设计钢筋的截面面积,fy1——原设计钢筋的抗拉强度设计值);
N2——代换钢筋拉力,同上;
h01——原设计钢筋的合力点至构件截面受压边缘的距离;
h02——代换钢筋的合力点至构件截面受压边缘的距离;
fc——混凝土的抗压强度设计值,对C20混凝土为9.6N/mm2,对C25混凝土为11.9N/mm2,对C30混凝土为14.3N/mm2;
b——构件截面宽度。
四、钢筋代换实例
[例1]今有一块6m宽的现浇混凝土楼板,原设计的底部纵向受力钢筋采用HPB235级φ12钢筋@120mm,共计50根。
现拟改用HRB335级Φ12钢筋,求所需Φ12钢筋根数及其间距。
[解]本题属于直径相同、强度等级不同的钢筋代换,采用公式(9-13)计算:
n2=50×210/300=35根,间距=120×50/35=171.4取170mm
[例2]今有一根400mm宽的现浇混凝土梁,原设计的底部纵向受力钢筋采用HRB335级Φ22钢筋,共计9根,分二排布置,底排为7根,上排为2根。
现拟改用HRB400级
25钢筋,求所需
25钢筋根数及其布置。
[解]本题属于直径不同、强度等级不同的钢筋代换,采用公式(9-11)计算:
=5.81根,取6根。
一排布置,增大了代换钢筋的合力点至构件截面受压边缘的距离h0,有利于提高构件的承载力。
[例3]已知梁的截面面积尺寸如图9-57a所示,采用C20混凝土制作,原设计的纵向受力钢筋采用HRB400级
20钢筋,共计6根,单排布置,中间4根分别在二处弯起。
现拟改用HRB335级Φ22钢筋,求所需钢筋根数及其布置。
图9-57矩形梁钢筋代换
(a)原设计钢筋;(b)代换钢筋
[解]1.弯起钢筋与纵向受力钢筋分别代换,以2
20为单位,按公式(9-11)代换Φ22钢筋,
=1.98,取2根。
2.代换后的钢筋根数不变,但直径增大,需要复核钢筋净间距s:
s=(300-2×25-6×22)/5=23.6<25mm,需要布置为两排(底排4根、二排2根)。
3.代换后的构件截面有效高度h02减小,需要按公式(9-14)复核截面强度。
4.角部两根改为Φ25钢筋,再复核截面强度
小结:
代换钢筋采用4Φ22+2Φ25,按图9-57(b)布置,满足原设计要求。
五、钢筋代换的其它验算:
一、 钢筋代换抗弯承载力(强度)验算:
单筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算基本公式为:
M≤Mu=fyAs(ho-fyAs/2a1fcb)
当砼强度等级超过C50,a1取1.0.
钢筋代换后的截面强度:
fy2As2(ho2-fy2As2/2fcb)≥fy1As1(ho1-fy1As1/2fcb)
fy2---拟代换钢筋的抗拉强度设计值
fy1---原设计钢筋的抗拉强度设计值
As2---拟代换钢筋的截面面积
As1---原设计钢筋的截面面积
ho2---拟代换钢筋合力作用点至构件截面受压边缘的距离
ho1---原设计钢筋合力作用点至构件截面受压边缘的距离
fc---砼抗压强度设计值
b---构件截面宽度
二、钢筋代换抗剪承载力(强度)验算:
钢筋砼受弯构件,当配有箍筋和弯起钢筋时,其:
斜截面受剪承载力的计算公式为:
v≤0.7ftbho+1.25fyvAsvho/s+0.8fyAstysinαs,
αs---斜截面上弯起钢筋与构件纵向轴向的夹角,一般取αs=45°,当梁截面较高时取αs=60°
即钢筋砼受弯斜截面所承受的剪力主要由三部分组成:
1.砼承担的剪力;2、箍筋承担的剪力;3、弯起钢筋承担的剪力。
其中:
箍筋所承担的剪力为:
vsv=1.25fyvAsvho/s, 所以,
(1)、箍筋代换应满足:
fyv2Asv2/s2≥fyv1Asv1/s1
fyv2---拟代箍筋换的抗拉强度设计值
fyv1---原设计箍筋的抗拉强度设计值
Asv2---拟代换箍筋截面积
Asv1---原设计箍筋截面积
s2---拟代换箍筋沿构件长度方向上的距离
s1---原设计箍筋沿构件长度方向上的距离
弯起钢筋所能承载的剪力为:
vsb=0.8fyAsbsinαs,所以,
(2)、弯起钢筋代换后应满足:
fy2Asb2≥fy1Asb1
fy2---拟代换弯起钢筋的抗拉强度设计值
fy1---原设计弯起钢筋的抗拉强度设计值
Asb2---同一弯起平面内拟代换弯起钢筋的截面积
Asb1---同一弯起平面内原设计弯起钢筋的截面积
当fy2Asb2<fy1Asb1时,即拟代换弯起钢筋抗力小于原设计弯起钢筋的抗力时,可通过适当增强箍筋的方法补强。
(3)、箍筋代换量计算:
Fyv2Asv2/s2≥fyv1Asv1/s1+2vj/3ho
Fyv2---拟代换箍筋的抗拉强度设计值
fyv1---原设计箍筋的抗拉强度设计值
Asv2---拟代换箍筋截面积
Asv1---原设计箍筋截面积
s2---拟代换箍筋沿构件长度方向上的间距
s1---原设计箍筋沿构件长度方向上的间距
ho---构件截面有效高度
vj---弯起钢筋代换引起斜截面抗剪承载力(强度)
(4)、降低值的计算式:
Vj =0.8(fy1Asb1-fy2Asb2) sinαs
三、 钢筋代换抗裂验算:
构件最大裂缝宽度计算:
ωmax =αcrΨσsk(1.9c+0.08deq/ρte)Es
ωmax---构件最大裂缝宽度
αcr---构件受力特征系数(对受弯构件取αcr=2.1)
Ψ---裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数
Es---钢筋弹性模量
deq---受拉区纵向钢筋的等效直径,deq =Σnid²i/Σniυidi
ρte---按有效受拉砼截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率;在最大裂缝宽度计算中,当ρte<0.01时,取0.01;ρte=(As+Ap)/Ate
c---最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离(mm):
当c<20时,取20;当c>6时,取65
当:
Ψ<0.2时,取0.2;Ψ>1时,取1;
对直接承受重复荷载的构件取Ψ=1;
Ψ=1.1-0.65ftk/ρteσsk
σsk---按荷载效应的标准组合计算的钢筋砼纵向受拉钢筋的应力,对受弯构件:
σsk =Mk/0.87hoA
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