钢筋代换对钢筋配料长度的影响分析

闵志华

(重庆水利电力职业技术学院， 重庆　永川　402160)



钢筋代换对钢筋配料长度的影响分析

闵志华

(重庆水利电力职业技术学院， 重庆永川402160)

建筑工程和水利工程钢筋配料计算都要考虑钢筋弯曲情况下的长度增加与弯折情况下的长度减少，而施工中较为普遍的钢筋代换往往导致钢筋弯曲位置改变，导致按原先配料长度进行施工出现偏差.文章对钢筋代换进行分析并运用到钢筋配料计算中，对代换前后钢筋长度进行计算、对比和分析并得出结论，以期为钢筋代换后的施工配料提供指导.

光面钢筋；带肋钢筋；配料长度

1　研究内容及根据

在通常的水工结构或房建结构施工中，首先对钢筋进行除锈，成盘钢筋还需进行调直，然后按设计要求对钢筋进行配料长度计算，并按配料长度切割、弯曲成预设形状，以便进行钢筋骨架的绑扎、焊接或机械连接.这个过程被称为钢筋的配料[1].虽然在设计规范中，水利工程结构设计配筋计算与建筑工程不一样，但施工规范规定的制作安装配料计算是一致的.配料计算中，较为核心的问题有二：一是钢筋弯曲情况下的长度增加，二是钢筋弯折情况下的长度减少[2].本文在探讨弯曲增加和弯折减少数值后，结合实例计算钢筋代换后配料长度的影响变化并进行分析对比，指出钢筋代换施工中应注意的问题.

2　钢筋一般配料长度计算依据

根据钢筋混凝土结构工程施工规范[3]，1级光面钢筋两端做180°弯钩，弯曲直径为2.5倍钢筋直径，平直部分为3倍钢筋直径，以外包尺寸对其进行度量，每个弯钩的增加长度为6.25倍钢筋直径.在结构施工中普遍遇到的钢筋加工弯折情况以弯折90°最为普遍，此时钢筋的加工长度会减少.按结构施工规范[3]，当为光面钢筋时，其弯曲直径为2.5倍钢筋直径，根据推导计算出减少值为1.75倍钢筋直径；当为螺纹钢、月牙钢等带肋钢筋时，其弯曲直径为4倍钢筋直径，根据推导可知其减少值为2.07倍钢筋直径.为统一起见，两者都取近似值，均认为减少值为2倍钢筋直径.

对于一般框架结构的主次梁，钢筋的配料长度一般分3种情况计算：

(1)纵向受力钢筋的配料长度，计算公式为：

L1=l+∑ki+∑si-∑ci

(1)

上式中，L1为纵向受力钢筋配料长度，l为钢筋混凝土构件长度，k为搭接长度，s为弯钩长度增加值，c为保护层厚度.

(2)弯起钢筋(实质为纵向钢筋的特殊类别，为抵抗负弯矩而弯起，现在工程运用越来越少)配料长度，其计算公式为：

L2=∑li+∑ki+∑si-∑zi

(2)

上式中，L2为弯起钢筋配料长度，l为弯起钢筋所有端部直段、中间直段和斜段的总长度，z为弯折长度减少值，其他符号见前述.

(3)围绕受力筋环向布置的箍筋配料长度，理论计算公式为：

L3=C+∑ki+∑si-∑zi

上式中，L3为箍筋配料长度，C为箍筋环向外皮周长，其他符号见前述.为简化起见，规范规定箍筋配料长度的简化公式：

L3=C+Δ-∑zi

(3)

C=[(b-2c)+(h-2c)]×2

(4)

上式中，Δ为不同直径箍筋对应的调整值，b为梁截面宽度，h为梁截面高度.其他符号见前述.

3　钢筋一般配料长度实例

以某建筑工程的框架梁案例进行分析.该框架结构的钢筋混凝土梁仅一跨，受力纵筋为HRB335型号2级钢，分布构造钢筋为HPB235型号1级钢，保护层厚度2.5 cm，梁端头保护层厚度1 cm.在施工中要求按调直、切割、弯曲成型的工艺制作安装，需计算其配料长度并给出钢筋配料单.

(1)对于梁顶部的Φ10纵向受力钢筋，其配料长度按(1)式计算：

6 000+6.25×10×2-10×2=6 105 mm

上式中，6 000为构件长度(单位mm，以下同).末端弯钩增加长度为6.25倍钢筋直径[3]，直径为10 mm，两头共2个弯钩，即6.25×10×2.梁端头保护层厚度10 mm，有2个端头，即10×2.

(2)对于靠近梁中部弯起的Φ18钢筋，为计算配料长度，首先计算两端的直段长度：

400+500-10=890 mm

上式中，400为竖向弯折长度，500为端部的平直长度，10为端头处的保护层厚度.

然后计算中间直段长度：

6 000-10×2-890×2-400×2=3 400 mm

上式中，6 000为构件长度；梁端头保护层厚度10 mm，有2个端头，即10×2，两端的直段长度为前面计算出来的890 mm，2个端头即890×2；竖向弯折长度400 mm，2个端头即400×2.再计算弯起钢筋的斜段长度：

(450-25×2)÷sin 45°=564 mm

上式中，450为梁截面高度；保护层厚度25 mm，有上下2面，即25×2.括号里面的即为梁中间钢筋的投影净高度.由于钢筋是45°弯起的，实际长度要以投影净高度除以sin 45°.

计算出所有端部直段、中间直段和斜段的长度之后，弯起钢筋总长度l为：

2×(890+564)+3 400=6 308 mm

上式中，890为端部直段长度，564为斜段长度，端部直段和斜段各有两段，因此两者之和要乘以2，加上中间直段长3 400即为弯起钢筋总长度.然后按(2)式计算弯起钢筋的配料长度：

6 308+6.25×18×2-0.5×18×4

=6 308+225-36=6 497 mm

上式中，末端弯钩增加长度为6.25倍钢筋直径[3]，直径为18 mm，两头共2个弯钩，即弯钩长度增加值为6.25×18×2.此外，45°弯折减少长度为0.5倍钢筋直径[3]，整根弯起钢筋共有4个45°弯折，即弯折长度减少值为0.5×18×4.

(3)对于该梁的Φ6箍筋，先按(4)式计算箍筋环向外皮周长：

[(200-25×2)+(450-25×2)]×2=1 100 mm

上式中，200为梁截面宽度，450为梁截面高度，25为保护层厚度.再按(3)式计算箍筋的配料长度为：

1 100+14×6-2×6×3=1 100+84-36=1 148 mm

上式中，1 100为箍筋环向外皮周长；调整值按规范为14倍钢筋直径，即为14×6.90°弯折减少长度为2倍钢筋直径[3]，箍筋直径6 mm，整个箍筋共3个90°弯折，即弯折长度减少值为2×6×3.

(4)箍筋根数为：

(6 000-10×2)÷200+1=31(根)

上式中，6 000为构件长，10为梁端头保护层厚度，2个端头，200为箍筋间距.

4　钢筋代换及代换后的配料长度

完成上述钢筋的配料长度计算后，填写钢筋加工配料单，然后进行调直、切割、弯曲成型等钢筋制作安装工序，但在施工中发现没有上述规格的钢筋，也来不及采购，只能进行钢筋代换.代换首先必须征得工程监理和业主的同意，然后由设计方进行设计变更.钢筋代换分为等强度代换和等面积代换.

等强度代换是指不同种类的钢筋代换，按抗拉设计值相等的原则进行代换.如施工图中所用的钢筋设计强度为fy1，钢筋截面积为As1，代换后的钢筋设计强度为 fy2，钢筋截面积为As2，则：

上式中，n1为施工图钢筋根数，n2为代换钢筋根数，d1为施工图钢筋直径，d2为代换钢筋直径.

对于级别相同的钢筋，尤其是2级、3级热轧带肋钢筋，由于强度相同，可将等强度代换公式中的强度值约分，简化为等面积代换，即：As1≤As2，也就是按截面积相等的原则进行代换.按圆面积计算公式进一步推导得到

在前述框架梁钢筋制作安装过程中，工地现场没有上述钢筋，工期紧张也来不及采购，最后决定代换.设计方作出如下设计变更：一是Φ10的纵向受力筋，经设计方同意选用Φ8和Φ12纵筋交替布置来代换；二是Φ18的弯起钢筋用Φ16和Φ20纵筋交替布置；三是Φ6的箍筋用Φ6.5箍筋直接代换.此时施工方在现场发现原来的钢筋配料长度不一样了，而设计方只负责设计变更的结构受力计算，是不会进行新的钢筋配料计算的.因此，新的钢筋配料计算应由施工方负责，以便于施工过程中钢筋的切割和弯曲加工[4].

(1)替代Φ10钢筋的Φ8和Φ12交替布置的纵筋，其替代Φ8钢筋的配料长度为：

6 000-10×2+(6.25×8)×2=6 080 mm

替代Φ12钢筋配料长度为：

6 000-10×2+(6.25×12)×2=6 130 mm

(2)替代Φ18钢筋的Φ16和Φ20交替布置弯起钢筋，其Φ16弯起钢筋配料长度为：

[2×1 454+3 400]+(6.25×16)×2-

(0.5×16)×4=6 476 mm

替代Φ20弯起钢筋的配料长度：

[2×1 454+3 400]+(6.25×20)×2-

(0.5×20)×4=6 518 mm

(3)替代Φ6箍筋的Φ6.5环向箍筋，其配料长度为：

1 100+14×6.5-2×6.5×3=1 152 mm

(4)箍筋数量为：

(6 000-10×2)÷200+1=31(根)

上述计算的解释见本文第3部分.

5　钢筋代换对钢筋配料长度的影响分析

通过上述计算，钢筋代换后其替代钢筋的施工配料长度发生了变化：纵向受力Φ10钢筋被Φ8钢筋代换后其配料长度由6 105 mm减小为6 080 mm；而被Φ12钢筋代换后配料长度增大为6 130 mm.弯起钢筋Φ18钢筋被Φ16钢筋代换后，配料长度由6 497 mm减小为6 476 mm；而被Φ20钢筋代换后，其配料长度增大为6 518 mm.箍筋的配料长度变化极小，本次分析的箍筋增加仅为0.33﹪，且箍筋根数无变化.

6　结论

(1)钢筋代换后，钢筋弯钩增加长度、弯折减少长度、各种量度差值和调整值均发生了变化，因为规范对这些构造要求的长度是按固定倍数的钢筋直径计算的，代换后直径改变，因而构造长度也发生变化，导致配料长度变化，因此应重新计算配料长度.

(2)纵向受力直筋被小直径钢筋代换后配料长度变小，被大直径钢筋代换其配料长度变大，但平均值一致.因而施工中要注意长短钢筋间隔布置，避免不均匀分布.

(3)弯起钢筋的结论同纵向受力直筋，施工中同样要注意不同粗细的钢筋按长短不同间隔布置：粗钢筋较长，细钢筋较短，两者交替间隔布置.箍筋代换的影响很小，施工中可忽略不计.

(4)钢筋代换后，除了构造要求长度变化导致配料长度要重新计算外，尤其要注意钢筋两端深入基座的锚固长度改变，在重新计算配料长度时应充分考虑锚固长度的变化.

[1]袁光裕，胡志根．水利工程施工[M]．北京：中国水利水电出版社，2013：51-53.

[2]曾世江. 钢筋混凝土施工中钢筋的静动力分析[D]. 武汉: 武汉大学, 2013.

[3]中国建筑科学研究院．混凝土结构工程施工规范(GB 506666-2011)[S]．北京：中国建筑工业出版社，2011：56-57.

[4]钟汉华，冷涛．水利水电工程施工技术[M]．北京：中国水利水电出版社，2015：116-132.

(责任编辑穆刚)

Analysis of the effect of substitution of steel bar on the batching length

MIN Zhihua

(Chongqing Water Resources and Electric Engineering College, Yongchuan Chongqing 402160, China)

The batching length calculation of steel bar in the construction project and water conservancy project will consider the length increase and reduction in case of bending of steel bar. In the reality of construction, the substitution of ordinary steel bar will lead to the change of bending position, resulting of deviation of the length of the original ingredients. In terms of the case, the substitution of steel bar should be analyzed and applied into the calculation of steel batching, and the lengths before and after substitution before should be calculated and compared and analyzed, then the conclusion will be obtained, providing guidance for the batching construction of substitution of steel bar.

smooth steel; ribbed steel; batching length

2016-03-15

重庆水利电力职业技术学院科研项目(k201508)及教改项目(2014022).

闵志华(1980—)，男，重庆永川人，副教授，注册土木工程师，注册造价师，主要从事水利工程设计方面的研究.

TU318.4

A

1673-8004(2016)05-0065-04