受弯构件钢筋

3.1 构造要求

教学要求
　　1.理解钢筋混凝土受弯构件钢筋的种类、作用及配筋构造要求；
　　2.理解钢筋弯钩的作用、形式及设置弯钩的条件；
　　3.理解钢筋的连接形式及接头构造要求；
　　4.掌握钢筋锚固长度的确定方法。

　　截面上有弯矩和剪力共同作用，而轴力可以忽略不计的构件称为受弯构件。梁和板是建筑工程中典型的受弯构件，也是应用最广泛的构件。二者的区别仅在于，梁的截面高度一般大于截面宽度，而板的截面高度则远小于截面宽度。

3.1.1截面形式及尺寸
　　梁的截面形式主要有矩形、Ｔ形、倒Ｔ形、Ｌ形、Ⅰ形、十字形、花篮形等（图3.1.1）。其中，矩形截面由于构造简单，施工方便而被广泛应用。Ｔ形截面虽然构造较矩形截面复杂，但受力较合理，因而应用也较多。
　　板的截面形式一般为矩形、空心板、槽形板等（图3.1.2）。

表3.1.1 梁、板截面高跨比h/l0参考值
构件种类					h/l0
梁	整体肋 形 梁	主梁	简支梁		1/12
			连续梁		1/15
			悬臂梁		1/6
		次梁	简支梁		1/20
			连续梁		1/25
			悬臂梁		1/8
	矩形截面独立梁	简支梁			1/12
		连续梁			1/15
		悬臂梁			1/6
板	单向板				1/35~1/40
	双向板				1/40~1/50
	悬臂板				1/10~1/12
	无梁楼板			有柱帽	1/32~1/40
				无柱帽	1/30~1/35
注：表中l0为梁的计算跨度。当l0≥9m时　，表中数值宜乘以1.2。

　　梁、板的截面尺寸必须满足承载力、刚度和裂缝控制要
求 ，同时还应满足模数，以利模板定型化。
　　按刚度要求，根据经验，梁、板的截面高度不宜小于表3.1.1所列数值。
　　按模数要求，梁的截面高度h一般可取250、300…800、900、1000㎜等，h≤800mm时以50mm为模数，h＞800mm时以100mm为模数；矩形梁的截面宽度和T形截面的肋宽b宜采用100、120、150、180、200、220、250mm，大于250mm时以50mm为模数。梁适宜的截面高宽比h/b，矩形截面为2～3.5，T形截面为2.5～4。
　　按构造要求，现浇板的厚度不应小于表3.1.2的数值。
现 浇板的厚度一般取为10mm的倍数，工程中现浇板的常用
厚度为60、70、80、100、120mm。

3.1.2梁、板的配筋
（1）梁的配筋
　　梁中通常配置纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋、架立钢筋等，构成钢筋骨架（图3.1.3），有时还配置纵向构造钢筋及相应的拉筋等。
　①纵向受力钢筋
　　根据纵向受力钢筋配置的不同，受弯构件分为单筋截面和双筋截面两种。前者指只在受拉区配置纵向受力钢筋的受弯构件；后者指同时在梁的受拉区和受压区配置纵向受力钢筋的受弯构件。配置在受拉区的纵向受力钢筋主要用来承受由弯矩在梁内产生的拉力，配置在受压区的纵向受力钢筋则是用来补充混凝土受压能力的不足。由于双筋截面利用钢筋来协助混凝土承受压力，一般不经济。因此，实际工程中双筋截面梁一般只在有特殊需要时采用。
　　梁纵向受力钢筋的直径应当适中，太粗不便于加工，与混凝土的粘结力也差；太细则根数增加，在截面内不好布置，甚至降低受弯承载力。梁纵向受力钢筋的常用直径d =12~25mm。当h＜300mm时，d ≥8mm；当h≥300mm时，d ≥10mm。一根梁中同一种受力钢筋最好为同一种直径；当有两种直径时，其直径相差不应小于2mm，以便施工时辨别。梁中受拉钢筋的根数不应少于2根，最好不少于3～4根。纵向受力钢筋应尽量布置成一层。当一层排不下时，可布置成两层，但应尽量避免出现两层以上的受力钢筋，以免过多地影响截面受弯承载力。
　　为了保证钢筋周围的混凝土浇注密实，避免钢筋锈蚀而影响结构的耐久性，梁的纵向受力钢筋间必须留有足够的净间距，如图3.1.4所示。当梁的下部纵向受力钢筋配置多于两层时，两层以上钢筋水平方向的中距应比下面两层的中距增大一倍。
　　　　　　　　　　　　　　表3.1.2 现浇板的最小厚度（mm）

单向板			双向板	密肋板		悬臂板		无梁楼板
屋面板	民用建 筑楼板	车道下 楼板		肋间距≤700㎜	肋间距＞700㎜	悬臂长度≤500㎜	悬臂长度＞500㎜
60	60	80	80	40	50	60	80	150

　②架立钢筋
　　架立钢筋设置在受压区外缘两侧，并平行于纵向受力钢筋。其作用，一是固定箍筋位置以形成梁的钢筋骨架；二是承受因温度变化和混凝土收缩而产生的拉应力，防止发生裂缝。受压区配置的纵向受压钢筋可兼作架立钢筋。

　　架立钢筋的直径与梁的跨度有关，其最小直径不宜小于表3.1.3所列数值。
　　　　　　　　　　　　表3.1.3 架立钢筋的最小直径（mm）

梁跨（m）	＜4	4~6	＞6
架立钢筋最小直径（mm）	8	10	12

　图3.1.3 梁的配筋图　　　　　　　　　　图3.1.4 受力钢筋的排列

　③弯起钢筋
　　弯起钢筋在跨中是纵向受力钢筋的一部分，在靠近支座的弯起段弯矩较小处则用来承受弯矩和剪力共同产生的主拉应力，即作为受剪钢筋的一部分。 钢筋的弯起角度一般为45°，梁高h＞800mm时可采用60°。当按计算需设弯起钢筋时，前一排（对支座而言）弯起钢筋的弯起点至后一排的弯终点的距离不应大于表3.1.4中V＞0.7f_t bh₀栏的规定。实际工程中第一排弯起钢筋的弯终点距支座边缘的距离通常取为50mm（图3.1.5）。
　④箍筋
　　箍筋主要用来承受由剪力和弯矩在梁内引起的主拉应力，并通过绑扎或焊接把其他钢筋联系在一起，形成空间骨架。
　　　　　　　　　　表3.1.4 梁中箍筋和弯起钢筋的最大间距S_max（mm）

梁高h（mm）	V＞0.7ftbh0	V≤0.7ftbh0
150＜h≤300	150	200
300＜h≤500	200	300
500＜h≤800	250	350
h＞800	300	400

　　箍筋应根据计算确定。按计算不需要箍筋的梁，当梁的截面高度h＞300mm，应沿梁全长按构造配置箍筋；当h=150～300mm时，可仅在梁的端部各1/4跨度范围内设置箍筋，但当梁的中部1/2跨度范围内有集中荷载作用时，仍应沿梁的全长设置箍筋；若h＜150mm，可不设箍筋。
　　梁内箍筋宜采用HPB235、HRB335、HRB400级钢筋。箍筋直径，当梁截面高度h≤800mm时，不宜小于6mm；当h＞800mm时，不宜小于8mm。当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时，箍筋直径还不应小于纵向受压钢筋最大直径的1/4。为了便于加工，箍筋直径一般不宜大于12mm。箍筋的常用直径为6、8、10mm。
箍筋的最大间距应符合表3.1.4的规定。当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时，箍筋的间距不应大于15d（d为纵向受压钢筋的最小直径），同时不应大于400mm；当一层内的纵向受压钢筋多于5根且直径大于18mm时，箍筋间距不应大于10d。
　　箍筋的形式可分为开口式和封闭式两种（图3.1.6）。除无振动荷载且计算不需要配置纵向受压钢筋的现浇Ｔ形梁的跨中部分可用开口箍筋外，均应采用封闭式箍筋。箍筋的肢数，当梁的宽度b≤150mm时，可采用单肢；当b≤400mm，且一层内的纵向受压钢筋不多于4根时，可采用双肢箍筋；当b＞400mm，且一层内的纵向受压钢筋多于3根，或当梁的宽度不大于400mm但一层内的纵向受压钢筋多于4根时，应设置复合箍筋。梁中一层内的纵向受拉钢筋多于5根时，宜采用复合箍筋。

　　梁支座处的箍筋一般从梁边（或墙边）50mm处开始设置。支承在砌体结构上的独立梁，在纵向受力钢筋的锚固长度las范围内应配置两道箍筋，其直径不宜小于纵向受力钢筋最大直径的0.25倍，间距不宜大于纵向受力钢筋最小直径的10倍。当梁与钢筋混凝土梁或柱整体连接时，支座内可不设置箍筋（图3.1.7）。　　应当注意，箍筋是受拉钢筋，必须有良好的锚固。其端部应采用135°弯钩，弯钩端头直段长度不小于50mm，且不小于5d。
　⑤纵向构造钢筋及拉筋
　　当梁的截面高度较大时，为了防止在梁的侧面产生垂直于梁轴线的收缩裂缝，同时也为了增强钢筋骨架的刚度，增强梁的抗扭作用，当梁的腹板高度hw≥450mm时，应在梁的两个侧面沿高度配置纵向构造钢筋（亦称腰筋），并用拉筋固定（图3.1.8）。每侧纵向构造钢筋（不包括梁的受力钢筋和架立钢筋）的截面面积不应小于腹板截面面积bhw的0.1%，且其间距不宜大于200mm。此处hw的取值为：矩形截面取截面有效高度，T形截面取有效高度减去翼缘高度，I形截面取腹板净高（图3.1.9）。纵向构造钢筋一般不必做弯钩。拉筋直径一般与箍筋相同，间距常取为箍筋间距的两倍。

　　

图3.1.9　 hw的取值

（2）板的配筋
　　板通常只配置纵向受力钢筋和分布钢筋（图3.1.10）。
　①受力钢筋
　　梁式板的受力钢筋沿板的短跨方向布置在截面受拉一侧，用来承受弯矩产生的拉力。
　　板的纵向受力钢筋的常用直径为6、8、10、12mm。
　　为了正常地分担内力，板中受力钢筋的间距不宜过稀，但为了绑扎方便和保证浇捣质量，板的受力钢筋间距也不宜过密。当h≤150mm时，不宜大于200mm；当h＞150mm时，不宜大于1.5h，且不宜大于300mm。板的受力钢筋间距通常不宜小于70mm。
　②分布钢筋
　　分布钢筋垂直于板的受力钢筋方向，在受力钢筋内侧按构造要求配置。分布钢筋的作用，一是固定受力钢筋的位置，形成钢筋网；二是将板上荷载有效地传到受力钢筋上去；三是防止温度或混凝土收缩等原因沿跨度方向的裂缝。
　　分布钢筋宜采用HPB235、HRB335级钢筋，常用直径为6、8mm。梁式板中单位长度上分布钢筋的截面面积不宜小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15％，且不宜小于该方向板截面面积的0.15%。分布钢筋的直径不宜小于6mm，间距不宜大于250mm；当集中荷载较大时，分布钢筋截面面积应适当增加，间距不宜大于200mm。分布钢筋应沿受力钢筋直线段均匀布置，并且受力钢筋所有转折处的内侧也应配置。

3.1.3混凝土保护层厚度
　　钢筋外边缘至混凝土表面的距离称为钢筋的混凝土保护层厚度。其主要作用，一是保护钢筋不致锈蚀，保证结构的耐久性；二是保证钢筋与混凝土间的粘结；三是在火灾等情况下，避免钢筋过早软化。
纵向受力钢筋的混凝土保护层不应小于钢筋的公称直径，并符合表3.1.5的规定。
表3.1.5混凝土保护层最小厚度

环境类别		板、墙、壳			梁			柱
		≤C20	C25~C45	≥C50	≤C20	C25~C45	≥C50	≤C20	C25~C45	≥C50
一		20	15	15	30	25	25	30	30	30
二	a	—	20	20	—	30	30	—	30	30
	b	—	25	20	—	35	30	—	35	30
三		—	30	25	—	40	35	—	40	35

注：①基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40mm；当无垫层时不应小于70mm。
　　②处于一类环境中且由工厂生产的预制构件，当混凝土强度等级不低于C20时，其保护层厚度可按表中　　 规定减少5mm，但预制构件中的预应力钢筋的保护层不应小于15mm；处于二类环境且由工厂生产的预制　　 构件，当表面采取有效保护措施时，保护层厚度可按表中一类环境数值采用。
　　③预制钢筋混凝土受弯构件钢筋端头的保护层厚度不应小于10mm；预制肋形板主肋钢筋的保护层厚度应　　 按梁的数值取用。
　　④板、墙、壳中分布钢筋的保护层厚度不应小于表中相应数值减10mm，且不小于10mm。梁、柱箍筋和构　　 造钢筋的保护层不应小于15mm。

　　混凝土保护层厚度过大，不仅会影响构件的承载能力，而且会增大裂缝宽度。实际工程中，一类环境中梁、板的混凝土保护层厚度一般取为：混凝土强度等级≤C20时，梁30mm，板20mm；混凝土强度等级≥C25时，梁25mm，板15mm。当梁、柱中纵向受力钢筋的砼保护层厚度大于40mm时，应对保护层采取有效的防裂构造措施（图3.1.11）。

3.1.4钢筋的弯钩、锚固与连接

 

　　绪论中已讲到，钢筋和混凝土之所以能共同工作，最主要的原因是二者间存在粘结力。在结构设计中，常要在材料选用和构造方面采取一些措施，以使钢筋和混凝土之间具有足够的粘结力，确保钢筋与混凝土能共同工作。材料措施包括选择适当的混凝土强度等级，采用粘结强度较高的变形钢筋等。构造措施包括保证足够的混凝土保护层厚度和钢筋间距，保证受力钢筋有足够的锚固长度，光面钢筋端部设置弯钩，绑扎钢筋的接头保证足够的搭接长度并且在搭接范围内加密箍筋等。

1.钢筋的弯钩
　　为了增加钢筋在混凝土内的抗滑移能力和钢筋端部的锚固作用，绑扎钢筋骨架中的受拉光面钢筋末端应做弯钩。标准弯钩的构造要求如图3.1.12。

2.钢筋的锚固
　　钢筋混凝土构件中，某根钢筋若要发挥其在某个截面的强度，则必须从该截面向前延伸一个长度，以借助该长度上钢筋与混凝土的粘结力把钢筋锚固在混凝土中，这一长度称为锚固长度。钢筋的锚固长度取决于钢筋强度及混凝土强度，并与钢筋外形有关。它根据钢筋应力达到屈服强度时，钢筋才被拔动的条件确定。
　（1）当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，普通受拉钢筋的锚固长度la按下式计算：
　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3.1.1)
式中　l_a—受拉钢筋的基本锚固长度；
　　　f_y—普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值；
　　　f_t—混凝土轴心抗拉强度设计值，当混凝土强度等级高于C40时，按C40取值；
　　　d —钢筋的公称直径；
　　　α—锚固钢筋的外形系数，按表3.1.6采用。
　　　 按式（3.1.1）计算的锚固长度应按下列规定进行修正，但经修正后的锚固长度不应小于计算值的0.7倍，且不应小于250mm：
　　①对HRB335、HRB400和RRB400级钢筋，当直径大于25mm时乘以系数1.1，在锚固区的混凝土保护层
　　　 厚度大于钢筋直径的3倍且配有箍筋时乘以系数0.8；
　　②对HRB335、HRB400和RRB400级的环氧树脂钢筋乘以系数1.25；
　　③当钢筋在混凝土施工中易受扰动（如滑模施工）时乘以系数1.1；
　　④除构造需要的锚固长度外，当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，如有充分依据和
　　 可靠措施，其锚固长度可乘以设计计算面积以实际配筋面积的比值（有抗震设防要求及直接承受动
　　 力载的构件除外）。

　　当HRB335、HRB400和RRB400级纵向受拉钢筋末端采用机械锚固措施（图3.1.13）时，包括附加锚固端头在内的锚固长度可取为按式（3.1.1）计算的锚固长度的0.7倍。
　　　　　　　　　　　　表3.1.6 锚固钢筋的外形系数α

钢筋类型	光面钢筋	带肋钢筋	刻痕钢丝	螺旋肋钢丝	三股钢绞线	七股钢绞线
α	0.16	0.14	0.19	0.13	0.16	0.17

3.1.13 钢筋机械锚固的形式及构造要求
(a)末端带135^o弯钩；(b)末端与钢板穿孔塞焊；(c)末端与短钢筋双面贴焊

　（2）当计算中充分利用钢筋的抗压强度时，其锚固长度不应小于式（3.1.1）计算的锚固长度的0.7倍。
按上述规定计算的纵向受拉、受压钢筋的最小锚固长度见表3.1.7。

　　　　　　　　　　　　　　　表3.1.3 钢筋的最小锚固长度（mm）

序号

混 凝 土 强度等级

C15

C20

C25

C30

C35

≥C40

钢筋直径d(mm)

≤25

＞25

≤25

＞25

≤25

＞25

≤25

＞25

≤25

＞25

≤25

＞25

1

钢筋 种类

HPB235

2

HRB335

—

3

HRB400 RRB400

—

　　注：①表中横线以下的数值为当计算中充分钢筋的抗压强度时，受压钢筋的锚固长度；
　　　　②纵向受拉钢筋的锚固长度在任何情况下不应小于250mm。

4.钢筋的连接
　　钢厂生产的热轧钢筋，直径较细时采用盘条供货，直径较粗时采用直条供货。盘条钢筋长度较长，连接较少，而直条钢筋长度有限（一般9~15m），施工中常需连接。当需要采用施工缝或后浇带等构造措施时，也需要连接。
　　钢筋的连接形式分为两类：绑扎搭接；机械连接或焊接。《混凝土规范》规定，轴心受拉及小偏心受拉构件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头；直径大于28mm的受拉钢筋及直径大于32mm的受压钢筋不宜采用绑扎搭接接头。
　　钢筋连接的核心问题，是要通过适当的连接接头将一根钢筋的力传给另一根钢筋。由于钢筋通过连接接头传力总不如整体钢筋，所以钢筋连接的原则是：接头应设置在受力较小处，同一根钢筋上应尽量少设接头；机械连接接头能产生较牢固的连接力，所以应优先采用机械连接。
　　（1）绑扎搭接接头

　　绑扎搭接接头的工作原理，是通过钢筋与混凝土之间的粘结强度来传递钢筋的内力。因此，绑扎接头必须保证足够的搭接长度，而且光圆钢筋的端部还需做弯钩(图3.1.14)。
　　纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度l_l应根据位于同一连接区段内的钢筋搭接接头面积百分率按下式计算，且在任何情况下均不应小于300mm：
　　　　　　　　　　　　　　l_l = ζ l_a≥300mm 　　　　　　　　(3.1.2)
　式中　 l_a—受拉钢筋的锚固长度；
　　　　ζ—受拉钢筋搭接长度修正系数，按表3.1.8采用。
　　　　　　　　　　　　　　表3.1.8 受拉钢筋搭接长度修正系数

同一连接区段搭接钢筋面积百分率（%）	≤25	50	100
搭接长度修正系数ζ	1.2	1.4	1.6

　　纵向受压钢筋采用搭接连接时，其受压搭接长度不应小于按式（3.1.2）计算的受拉搭接长度的0.7倍，且在任何情况下均不应小于200mm。
　　钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度，凡搭接接头中点位于该长度范围内的搭接接头均属同一连接区段（图3.1.15）。位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率(即有接头的纵向受力钢筋截面面积占全部纵向受力钢筋截面面积的百分率)，对于梁类、板类和墙类构件，不宜大于25%；对柱类构件，不宜大于50%。当工程中却有必要增大受拉钢筋搭接接头面积百分率时，对梁类构件不应大于50%；对板类、墙类及柱类构件，可根据实际情况放宽。
　　同一构件中相邻纵向的绑扎搭接接头宜相互错开。在纵向受力钢筋搭接长度范围内应配置箍筋，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍。当钢筋受拉时，箍筋间距s不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm（图3.1.16）；当钢筋受压时，箍筋间距s不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不应大于200mm。当受压钢筋直径大于25mm时，还应在搭接接头两个端面外100mm范围内各设置两个箍筋。
　　需要注意的是，上述搭接长度不适用于架立钢筋与受力钢筋的搭接。架立钢筋与受力钢筋的搭接长度应符合下列规定：架立钢筋直径＜10mm时，搭接长度为100mm；架立钢筋直径≥10mm时，搭接长度为150mm。
　　（2）机械连接接头
　　纵向受力钢筋机械连接接头宜相互错开。钢筋机械连接接头连接区段的长度为35d（d为纵向受力钢筋的较大直径）。在受力较大处设置机械连接接头时，位于同一连接区段内纵向受拉钢筋机械连接接头面积百分率不宜大于50%，纵向受压钢筋可不受限制；在直接承受动力荷载的结构构件中不应大于50%。
　　（3）焊接接头
　　 纵向受力钢筋的焊接接头应相互错开。钢筋机械连接接头连接区段的长度为35d（d为纵向受力钢筋的较大直径）且不小于500mm。位于同一连接区段内纵向受拉钢筋的焊接接头面积百分率不应大于50%，纵向受压钢筋可不受限制。