关于弯剪扭混凝土结构合理配筋的探讨

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1、关于弯剪扭混凝土结构合理配筋的探讨石家庄市热力煤气设计院 王希杰２００５年３月由建工出版社出版的笔者所著《实用供热外管网土建设计手册》是一部全新计算方法的设计手册，它将涉及供热外管网支架、支墩的所有土建计算全部化为相关图、表，用图解方法去求解，因而设计工效极高，计算成果精确，将土建设计工作从繁重的计算工作中解放出来。这在设计方法上是一个创新。但在探索简化弯剪扭的计算方法上，尚存一些问题，应予纠正和完善。今特写本文与大家共同探讨，以使供热外管网土建设计手册更臻完善。在弯剪扭配筋计算上，笔者采用的方法是：在支架柱截面满足抗剪要求的条件下，先求得抗弯配筋是ＡＳ１和抗扭配筋量ＡＳ２，

2、再按ＡＳ总＝ＡＳ１＋ＡＳ２来配筋，最后验算最大受力面——弯扭面配筋量ＡＳ，只要ＡＳ＞ＡＳ１即可。但是支架受力情况复杂，有不同的剪力Ｖ与扭矩Ｍ的组合，上述情况只有在Ｖ小而Ｍ大时才能发生。相反，则会出现ＡＳ总 ＞ＡＳ１＋ＡＳ２。本手册个别例题就有此问题发生，笔者在此向读者深表歉意，并敬请读者密切注意此问题。热力管道支架是一个受力情况特殊的构筑物，作用于架顶的剪力?穴即水平推力?雪是往复作用的，它是决定支架柱配筋量大小的主导因素，而扭矩居于次要地位。支架柱总配筋量的确定，必须要根据其弯、剪、扭的大小，按本文例题的计算方法，逐步详细计算才可。用ＡＳ总＝ＡＳ１＋ＡＳ２的估算方法是欠妥的

3、，应予纠正。对弯扭面配筋量ＡＳ＞ＡＳ１即可的提法，是对抗扭配筋量考虑不足的，必须要按其扭矩的大小准确计算才行。现将笔者对支架弯剪扭结构的合理计算配筋与纵筋布位的初步方法介绍于后，供大家研讨。弯剪扭截面计算的假定条件是：１、砼截面抗剪力Ｖ砼＝Ｖ设计，即砼截面无剩余抗扭力Ｔ砼，且箍筋也不承受剪力作用。２、扭矩均匀分布于截面四周，即每一个面都承受０．２５Ｍ设计。３、当柱截面高ｈ＞４００ｍｍ时，在柱的两个侧面要增设抗扭纵筋，其直径由１２～１６ｍｍ，抗扭纵筋直径要随ｈ的增大而增大，以增强柱的抗扭能力。初步配筋意见是：１、当ｈ≤４００ｍｍ时，柱的受弯、扭作用面的配筋量ＡＳ＝ＡＳ１＋０．２

4、５ＡＳ２ｘ式中：ＡＳ１——抗弯配筋量；   ＡＳ２ｘ——实需抗扭配筋量柱前后两面总配筋量ＡＳ总 ＝２ＡＳ１＋０．５ＡＳ２ｘ，此为截面最小配筋量。２、当ｈ＞４００ｍｍ时， ＡＳ总 ＝２ＡＳ１＋０．５ＡＳ２ｘ＋２Φ１２当ｈ＞６００ｍｍ时，两侧面抗扭纵筋间距按≤３００ｍｍ布置，直径增为１６ｍｍ。以上二式说明：１．柱的总配筋量ＡＳ总 主要是随ＡＳ１的增大而增大，而ＡＳ２ｘ居次要地位。为减小ＡＳ１，柱截面应取矩形经济断面。２．为减小ＡＳ２ｘ，适宜的纵、箍筋配筋强度比要控制在φ＝０．６～１．７范围之内（即相关图曲线段）。箍筋直径宜细不宜粗。ＡＳ２ｘ——扣除砼抗扭力后，所需的抗扭配筋量。现

5、以设计手册Ｐ３８〔例１５〕为例，进行合理配筋的探讨。〔例１５〕一固定支架，地面以上净高Ｈ３＝３ｍ，其受力情况如下图所示。试设计此支架柱。原〔例１５〕计算结果是：柱长４．５５ｍ，截面３００×６００ｍｍ，砼Ｃ２０。纵筋８Φ２０， ＡＳ总＝２５．１３ｃｍ２，柱每边３Φ２０ＡＳ＝９．４２ｃｍ２，箍筋Φ１２＠１５０ＡＳ＝７．５４ｃｍ２／ｍ。解：对ｆy＝－１０KＮ不予考虑。据水平推力ｆｘ＝２０KＮ，Ｈ３＝３ｍ，查手册Ｐ４９固架Ａｓ＝ｆ?穴ｆ?雪①图得：支架基底埋深ｈ０＝１．９ｍ，柱根插入杯口深度Ｈ１＝０．５５ｍ，柱截面３００×６００ｍｍ。则支架柱总长Ｈ＝３＋１．９－０．３５＝４．５５ｍ。

6、０．３５ｍ为杯基底板厚０．３ｍ＋柱根下垫砼垫层厚０．０５ｍ。现计算柱根处的弯、剪、扭：据截面３００×６００ｍｍ查图可得：１、抗剪：查手册Ｐ１３８Ｖ砼图得：截面砼抗剪力Ｖ砼 ＝５６ＫＮ＞ｆｘ＝２０ＫＮ。尚余截面率＝■＝０．６４，进入抗扭计算。２、抗弯：据柱长Ｈ＝４．５５ｍ，水平推力ｆｘ＝２０ＫＮ，查Ｐ４９固架ＡＳ＝ｆ?穴ｆ?雪①图得：抗弯配筋量ＡS１＝６．３×１．０３＝６．５ｃｍ２。３．抗扭：１?雪砼：查Ｐ１３７图得：砼抗扭力Ｔ砼＝６．９KＮ·ｍ，尚余Ｔ砼＝６．９×０．６４＝４．４２ＫＮ·ｍ，净剩扭矩Ｍ＝３０－４．４２＝２５．５８ＫＮ·ｍ２?雪钢筋：查Ｐ１０５图，用抗扭纵筋４Φ

7、１６ ＡＳ２＝８．０４ｃｍ２，箍筋Φ１０＠１００。ＡＳ＝７．８５ｃｍ２／ｍ，得：钢筋抗扭力Ｔ筋＝２６ＫＮ·ｍ，因交点在曲线段上，故Ｔ筋＝２６×０．９８＝２５．５ＫＮ·ｍ?艿２５．５８ＫＮ·ｍ，可。实需抗扭钢筋截面积ＡＳ２ｘ＝８．０４×■＝８．０７ｃｍ２４．配筋：按本文配筋计算公式计算之。弯扭面配筋量ＡＳ＝ＡＳ１＋０．２５ＡＳ２ｘ＝６．５＋０．２５×８．０７＝８．５２ｃｍ２＜９．４２ｃｍ２?穴原例配３Φ２０?雪原例配筋量偏大。因ｈ＝６００ｍｍ＞４００ｍｍ，故在两侧面多增１Φ１２抗扭纵筋，共ＡＳ＝２．３ｃｍ