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1、钢筋混凝土构件设计如何达到用钢量最少目录前言一、 用钢量多少与结构体系有关二、 用钢量多少与所采用的内力计算图式有关（略）三、 用钢量多少与配筋的形式有关1、 现浇钢筋混凝土板结构 双向板或多跨连续双向板的配筋 双向板或多跨连续双向板的内力计算与分析 关于混凝土构件裂缝的计算和控制 板下铁不一定全部伸入支座 板内力计算可以折减 关于配筋的误差 关于地下室外墙的计算与配筋 基础底板2、 现浇钢筋混凝土框架梁 3、 现浇钢筋混凝土井字梁次梁4、 现浇钢筋混凝土柱5、 现浇钢筋混凝土剪力墙结构6、 现浇钢筋混凝土框剪结构7、 现浇钢筋混凝土箱形及U形结构你想省钢筋吗？前言：多年来，我所接触到的甲方、
2、业主和施工单位，对我院所做的结构施工图纸普遍的反应是：用钢量太大，过于保守；因为不管是什么工程，基本上用的是统一的国家现行设计规范，遵守的是同一个原则，即结构的设计要做到安全适用、技术先进、经济合理、方便施工。细察起来，这些基本原则，我们在设计中贯彻和执行得很不够，在设计中，设计人员恐怕出安全问题，因此在设计时由于概念不清，错误的认为，结构断面尺寸越大越好，配筋越多越安全，其实非然！配筋时超过设计算值的1030是常事，有的甚至超出计算值的200300也偶尔有见，特别是一些构造钢筋有的超出规范要求值的几倍，更不罕见，这些大家都习以为常，不以为然了。下面仅就在钢筋混凝土构件设计中如何达到用钢量最少
3、，谈几点意见：一、 用钢量多少与结构的方案有关1、 在多高层钢筋混凝土结构中，复杂的结构方案和受力体系的用钢量大于一般简单规则结构体系的用钢量；2、 剪力墙结构的用钢量小于框架剪力墙结构的用钢量；用钢量：剪力墙5070kg/m2, 框剪90110kg/m2。3、 大厚板结构，如无梁楼盖，大柱网大开间的厚板等用钢量大于一般框架梁加次梁的梁板式的用钢量。二、 用钢量的多少与结构内力计算的图式，配筋的计算和配筋的形式有关1、 现浇钢筋混凝土结构双向板或多跨连续双向板的配筋布置板下层钢筋可按下图配筋，可省钢筋25左右，配筋时可把板块按受力方向各分三个条带，如图示，中间l/2宽条带范围的配筋为计算值AS
4、的100，其余两侧l/4条带配筋为计算值的50。此配筋方式，从50，60年至今，所有的教科书及现今的钢筋混凝土构造手册中，均载有此规定，可放心采纳！双向板及多跨连续双向板或单向连续板的内力与配筋计算：目前多按弹性理论计算，而截面又是按极限状态设计，本身自相矛盾，按此方法设计的各截面的配筋不能及时发挥作用，耗钢量大，所以现在除对在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展有严格限制的结构，如水池等，一般板可按塑性内力重分布的方法进行设计，有记载（70年代建筑结构曾刊登）和实际工程经验，按此方法设计比按弹性理论设计，可节省钢筋30之多。按塑性内力重分布计算的理论和方法，自50、60年代至今各类教科书、计算
5、手册中均可查阅，不再赘述。目前计算裂缝的公式（规范中的公式），仅适用于等截面简支梁，其他多跨连续梁、双向板等均不适用。一般情况下，结构板均在室内，属一类环境，就地下室外墙来说，因外有防水层保护，也不能算为二类环境，所以裂缝宽度为0.2mm作为控制条件也不合适。在人防工程中，按规范要求，可不验算裂缝，所以就可按塑性内力重分布进行计算和配筋。板下铁不一定全部伸入支座锚固，可有一半在支座外截断，如钢筋长度可乘以0.9或0.8，布筋时交错布置即可，其理由：a. 受力不需要（如下图）可在受压区截断，正像上铁在过支座一定距离截断一样。 b.可参阅“平法”中第60页所示。“平法”图中所示的为梁的下层筋部分可
6、不伸入支座，更何况板呢？！板内力计算可以折减根据“74”规范及历来教科书讲述，对于周边与梁整体连接的板，计算所得的弯矩值可予减小；间跨的跨中截面及支座截面可减少20，其理由是在极限状态时，板支座与跨中截面由于裂缝形成一塑性铰，使板在各自跨内形成三铰拱，拱的推力由四周的梁（墙）承受，而改善了板的受力状态。目前规范中虽已不见此条规定，但至今教科书中仍在讲述，这拱的作用实有存在，如不进行弯矩折减，则板的实际承载力定会比计算的要大20左右。关于配筋误差现在板配筋量多为计算值的150300或更多，其一，板取厚了；其二，以点盖面，即以计算中最大的配筋覆盖全面，人为的造成了耗钢量的增加。纠正方法：严格按计算
7、配筋，配筋误差上限、下限值宜在5和-3。关于现浇钢筋混凝土地下室外墙板结构A计算图式的选择：.按四周受力的刚架计算， .按弹性地基上的刚架计算，.单独取出边墙的分离体进行计算，B荷载计算.墙顶荷载：垂直力N，水平力V和弯矩M的计算N、V、M为结构自重、风力或地震作用所产生，对整个地下室外墙受力有利，在外墙计算时除轴力N外可不考虑，但要保证墙顶在N、V、M（自重风或自重地震）作用下墙顶结构的强度。在地下室外墙计算时，应计入轴力N的作用，轴力N应按自重的标准值计算。.侧压力计算Ei=0.5WHi+hwiW:为土中水容重，即Ww（-1）；如在水位以上，则为0.5：为土压力侧压系数，按静止土压力计算，
8、不应按tg2(45- /2)hW:水位差 N、V、M：地上结构传来的力这里要注意两点：a)土压力应按静土压力计算，当墙（桩）为悬臂时，土压力按主动土压力计算，即e=r h tg2(45- /2),此处为地下室墙顶位移为0，即没有位移。一般侧压系数为1-sin 或0.5；b)如有地下水时，一定要水土分开计算，否则不安全。C.内力及配筋计算：.配筋计算： 根据以上内力的计算和分析，边墙构件应属偏心受压构件，但在设计中多按纯弯构件来计算和配筋，所以配出的钢筋自然偏于保守和浪费，更有的是按裂缝宽度来验算，而且裂缝宽度还是按二类环境0.2mm来控制，其结果是抗裂控制，最终是墙厚、筋多，耗钢量急剧上升。.
9、关于裂缝宽度的验算：目前在板的计算和配筋中，多是裂缝宽度起了控制因素，这里需要注意考虑的两个问题：第一:裂缝的控制等级及允许最大裂缝宽的标准是怎样定的，目前设计者多认为，只要是地下室外墙，其环境类别就是二类，则根据规范表3.3.4与其对应的裂缝等级就是三级，控制裂缝的宽度就是0.2mm，如此一定其墙薄不了，配筋也就少不了，但此标准定的是否合适值得探讨，因为地下室外墙已设置了外包防水层，根据美国规范，这算是有保护的结构，这与完全暴露于土或水中的结构截然不同，从实际来讲，应属一类的环境，至于说将来防水层破坏了怎么办？问题不能如此假设。设想北京历年的地下最高水位就在地表，如此那我们地下结构的抗浮水位
10、就要在地表了？！实际勘察给的水位也顶多是在近35年的地下水位。据记载，莫斯科地铁发现4050年前做的卷材防水，至今仍完好无损，所以现在做的防水层，特别是埋于地下的防水层，几十年是不会有什么问题的，所以其环境类别可定为一类，并符合表3.3.4注2的条件，裂缝宽度可定为0.4 mm，应该是没有问题的。第二，目前计算裂缝宽度的公式，只适用于单跨简支梁的条件，对一些超静定的连续梁或多跨连续的双向板等均不适用，所以现在算出的裂缝宽度，无论是按规范公式手算或程序电算，其结果都是不对的，也许可作为参考，但作为设计的依据，应是错谬的，那怎么办呢？就要根据工作经验和工程类比，混凝土是个非弹性、非均质体，一切都是
11、由假设和试验而来，所以规范中的公式，不能乱套，否则会牛头不对马嘴。D.单层地下室外墙配筋形式通过上面所述:A.计算图式正确，B.荷载取值没问题，C.内力与配筋都正确，下面的关键问题就是配筋形式的选择了，在以往设计中往往忽略了这一阶段的工作。在具体配筋时必须进行各种配筋形式和各种不同钢筋组合的比较，最终要选出一个经济合理，又方便施工的配筋方案，设计者应有个经济头脑，因为配筋形式不一样，其用钢量也不一样，有的相差5、10，有的相差50以上，有的甚至相差100的都有，设想一个10万m2的建筑，如每平方米的板配筋能省1kg,则1010万m2共有100,000，根据目前钢价为5元/，10万m2就可省出5
12、0万人民币来，就我们现在的设计情况来看，只要稍抠一下，那每平方米何止省1呢？！.下面就根据地下室外墙所采用的一种配筋形式进行比较和分析：此形式目前多为采用，设计者很省事，仅在图中注明外侧筋20200，16150不等，内侧筋20200，16150，14150不等，有的更为省事，把墙分成了几个类型，配筋内外一样，如18150等，只在说明中列个表就行了，更有甚者把纵向分布筋也注明了，如：注有墙内外纵筋均为20200等等，看来设计者很省事，施工也方便了，不用再去抠那些钢筋组合和构造，一根钢筋可以到顶了，真省事。下面对此配筋形式可做如下分析：钢筋没按结构受力现状配置：1#筋不能从墙底处一直伸到墙顶，因墙
13、底处受力最大，配筋也应最大，而越往上受力越小或变为受压，只需构造筋就够了。2#筋为内侧受拉钢筋，一般应比外侧底部钢筋小，现取内外一样，显然不对。4#筋是多余的，因为此端对底板来讲应是铰接点，根本不需要配第二层钢筋，另外，如真需要此筋，但如图中所示，也起不到负铁的作用，因为端部锚固不够，不起作用。5#筋不应延伸过来，因为底板筋一般较粗，配筋量也大，此处为铰接点，负筋不需要这么大。3#钢筋应与边墙筋合一、连续。据上图所示，边墙筋与底板筋在应力集中的角区切断和交叉既不合理，又不安全，正像在一般框架梁配筋中（如下图示）一样，钢筋在节点处应连续通过，不许断掉和搭接。.正确的配筋形式如下图第一， 钢筋量应
14、根据受力大小选配。第二，边墙与底板、顶板相接的拐角处，钢筋应连续配置，既合理又保证了受力，当2#钢筋不能满足设计要求的钢筋量时，可另加2#短筋，如下图所示：在下部墙根处钢筋间距为100，以上则间距为200墙内侧筋，可在墙底部错开50搭接，且插入底板的短筋其直径可小12个号，如下图：.小结：据以上比较，很明显的可看出配筋型远优越配筋型，至于能省多少钢筋，就目前所设计的情况看，省30、50没问题，个别的要省100也有可能。E.多层地下室外墙的配筋： 目前计算和配筋均不太规范：具体表现在计算图式和配筋形式两个方面：关于计算图式：一般可采用以下两种计算图式（如下图）：计算图式a，从概念上来讲，应上部和
15、下部结构整体来计算，计算时可不计地震作用，因地下室可认为由于地面以下周围土的嵌固和约束，地震作用互相平衡了，所以只考虑静载作用就可以了，然后根据计算的结果进行配筋就是了。计算图式b，为计算简捷也可以单独取出边墙来计算，墙顶端可按铰接计，并给以集中弯矩和轴力，墙下端可按固端计算 ，根据此图式所计算出的墙底弯矩可作为基础底板计算时端部弹性固定的端弯矩。配筋计算：应按偏压构件进行计算。配筋形式：目前设计中所采用的配筋形式五花八门（如下图示），不统一不规范也不合理，耗钢量也很大，如下图示为目前多采用的一种配筋形式，此配筋形式有以下几个问题：.1#筋按墙下端配筋，到第二层不合理，因上层受力已变小了。.外侧跨中是受压，应构造配筋，但与支座一样了。.3#内侧筋，每层应有区别，但取一样不合理。.钢筋搭接及钢筋直径变换位置均无表示。多层地下室合理的配筋形式如下图示：1.配筋量根据计算值在+5，-3
