钢筋混凝土结构中的并筋探析

陈 波 （上海交通大学设计研究总院安徽设计研究院，安徽 合肥 23300）

1 引言

钢筋混凝土结构主要靠混凝土和钢筋这两种材料之间的黏结应力确保其共同工作。黏结应力主要由三个部分组成：

①混凝土结硬体积收缩将钢筋裹紧所产生的摩擦力；

②水泥颗粒的水化作用形成的凝胶体对钢筋表面产生的胶凝力；

③由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的咬合力（或者挤压力）。

并筋布置时，钢筋与混凝土界面不能完全发挥锚固作用，为此各国规范普遍针对并筋作出专门规定，目的是保证其锚固性能。

2 现行规范相关规定分析

为了保证每根钢筋都能被混凝土有效握裹，我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）(2015版)以下简称《砼规》，规定受力钢筋必须保持一定的间距。

在工程实践中，一般7度或8度区以上的乙类框架及框剪结构和8度区的一般框架及框剪结构，常出现梁柱配筋根数较多的现象，导致柱子配筋形成类似芯柱的现象，或梁配筋需多排布置，均会给施工带来困难，而密集的配筋混凝土区极易出现空洞、振捣不密实，这对结构构件极为不利，存在安全隐患。美国、欧洲及日本在80年代采取的解决办法就是将几根钢筋绑扎在一起形成钢筋束（并筋），并且要求延长钢筋搭接长度，但是国内外规范都没有对于梁并筋承载力作出规定，也没有对于柱、板的并筋做过规定。

《砼规》规定：“≤φ28的钢筋并筋数量≤3根；φ32的钢筋并筋数量≤2根；≥φ36mm钢筋不应采用并筋。并筋应按单根等效钢筋d（以下简称d）进行计算，d的等效直径应按截面面积相等的原则换算确定。”“为解决直径较粗钢筋及密集配筋引起施工及设计上的难题，常出现截面上钢筋太密难以满足规范中钢筋间距的规定……受力钢筋可采用并筋（钢筋束）的配筋方案来解决这一问题，国外早已在实际工程中采用并筋绑扎以钢筋束的配筋形式。”并筋等效直径的概念适用于现行规范中的钢筋间距、保护层厚度、裂缝宽度验算、钢筋锚固长度等有关条文的计算及构造要求。二并筋取倍单根直径做为等效直径，其布置形式有纵向布置、横向布置、斜向布置三种。三并筋取倍单根直径作为等效直径，宜按品字形布置以并筋的形心做为等效钢筋的重心。

图1 双并筋、三并筋示意图

并筋后的受力钢筋与握裹层混凝土之间的相互作用面形成三角形、卵形或者长圆形。其中弧段主要是钢筋带肋接触面的咬合力承载，直线面主要是混凝土界面上的摩阻力承载。单个钢筋与混凝土接触面要比并筋的接触表面积要大些，钢筋与混凝土构件之间主要是咬合力承载，而同等截面积的钢筋采用钢筋束后，混凝土与钢筋接触咬合面则会显著减少，混凝土与钢筋产生滑移后主要为咬合力承载。其中承受抗拔力的面积为钢筋面积，而有效锚固面则应基于等效钢筋的外轮廓周长计算。

常用并筋的等效直径（mm）

2.1 锚固长度

2.2 钢筋的连接

《砼规》规定：当采用并筋绑扎搭接时，应按照单筋错开并逐次搭接的连接方式，其接头面积百分率为接头面积除以同一连接区段内所有的单根钢筋面积总和，并筋的搭接长度应对所有的单根钢筋分别计算。当采用机械连接时，套筒间横向净间距应≥25mm。

2.3 梁、柱、板，筏板并筋的钢筋做法及要求

设计实例一：合肥某初中乙类建筑，抗震设防烈度为7度，设计基本加速度值为0.1g,根据合肥市住建局要求基本加速度值修改为0.15g，风雨操场34.4m×32m，建筑高度15.0m,一层层高4.5m,二层层高4.5m,篮球场层高9.3m,一层主要为职工餐厅，二层主要为篮球训练场，该结构采用型钢大井字梁套小井字梁结构体系，SRC柱1000×1200（H900×700×24×24 Q355B）,SRC梁 700×1700（GGL H1500×500×20×20。混凝土标号为C30。本工程不利于抗震计算主要有以下几点：

①框架抗震等级为二级，SRC梁柱抗震等级为一级；

②错层结构，层高4.5m(局部大跨度32m×34.4m 处层高9.3m)；

③屋面局部设置了水箱和太阳能发电板，结构重心偏移对于结构不利。

17G101图集给出做法见图2所示，但是12SG904-1图集未有给出型钢混凝土柱并筋的示意图。根据配筋简图给出了型钢柱并筋的施工图，满足规范及施工的要求，保证了工程安全质量，取得较好的社会经济效益。

图2 并筋梁示意图

图3 并筋柱示意图

普通结构如果柱中纵筋直径过大，一排不容易放下，均可以采用并筋方法设置在柱内箍筋的四角处于其他四根钢筋采用二并筋和三并筋，并筋的保护层按照《砼规》8.2.1条，且不小于deq(并筋的等效直径)且相邻并筋的净间距不小于50mm。

SRC柱中的纵筋优先向角部靠拢，可采用二并筋或三并筋形成钢筋束，SRC梁下纵筋可以采用如（≥φ14构造纵筋）尽量闭开型钢梁的位置；SRC梁上的纵筋优先向两侧角筋靠拢伸至型钢柱对面纵筋内侧达到锚固。

设计实例二：合肥长丰某房地产开发公司地下室结构，7.8m×6.3m(4.9m)梁板结构体系，8.5m×22.5m,顶板距离地面0.45m，配电房净高受到限制未能设置梁板体系，此处板上有大型消防车荷载考虑结构板厚300mm,考虑板X方向上下铁均为品型三并筋。本项目参考文献[7]三并筋的抗弯承载力与同等面积的普通板抗弯承载力接近，板钢筋过于密集难于浇筑，设计单位做了一次有益的尝试，效果比较显著，达到了预期的效果。

设计实例三：合肥某房地产开发项目剪力墙结构，建筑高度23.1m,C30混凝土，含墙率4%，基础采用筏板+柱墩，板厚450mm.采用有限元计算方法，柱墩高度750mm(850mm)内配筋采用上铁通长筋,不足处上下并筋配筋形式既满足了规范的要求，又取得较好地经济效益。

2.4 裂缝挠度实例计算分析

裂缝对比算例

假设构件为受弯构件，设不并筋与并筋最大裂缝宽度分别为ω，ω。按照二并筋进行推导：

图4 局部荷载较大处无梁平面图

图5 板并筋配筋剖面图

图6 柱墩并筋表格

图7 柱墩并筋大样图

2.5 挠度实例计算对比

假设构件为受弯构件，设钢筋直径相同不并筋与并筋最大挠度分别为f，f。按照二并筋进行推导：

显然不并筋的挠度大于并筋的挠度。

3 结论

③梁并筋挠度小于不并筋挠度；

④柱梁并筋对于乙类框架、框剪7度8度区现在已经是比较常用的做法，已经在施工中得到广泛地应用；

⑤板三并筋品型配筋与同等板厚及配筋面积相等情况下，承载力基本相同。