二级专业结构辅导：谈水工少筋混凝土结构设计方法

1、二级专业结构辅导：谈水工少筋混凝土结构设计方法少筋混凝土构造是指配筋率低于一般钢筋混凝土构造的最小配筋率、介于素混凝土构造和钢筋混凝土构造之间的一种少量配筋的构造，简称少筋混凝土构造，也称为弱筋混凝土构造。这类构造在水利工程设计中是难于避开的，有时，它在某些水工混凝土工程构造中处于制约设计的重要地位。从规律概念讲，只要允许素混凝土构造的存在，必定会有少筋混凝土构造的应用范围，由于它究竟是素混凝土和适筋混凝土构造之间的中介产物。凡常常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土，水工混凝土多数为大体积混凝土，水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、水

2、电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等，在外力作用下，一方面要满意抗滑、抗倾覆的稳定性要求，构造应有足够的自重；另一方面，还应满意强度、抗渗、抗冻等要求，不允许消失裂缝，因此构造的尺寸比拟大。假设按钢筋混凝土构造设计，常需配置较多的钢筋而造成铺张，假设按素混凝土构造设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。对于这类构造，如在混凝土中配置少量钢筋，在满意稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对构造强度安全方面所起的作用，就能削减混凝土用量，从而到达经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采纳少筋混凝土构造，有其特别意义。关于少筋混凝土构造的设计思想和原则，我国水工混凝土构造设计标准SL/T

3、19196作了明确的规定。二、标准对少筋混凝土构造的设计规定对少筋混凝土构造的设计规定表达在最小配筋率规定上，这里将水工混凝土构造设计标准SL/T191 96下文简称标准有关最小配筋率的规定，摘录并阐述如下：一般构件的纵向钢筋最小配筋率一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于标准表规定的数值。温度、收缩等因素对构造产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率截面尺寸较大的底板和墩墙一类构造，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋根本最小配筋率所列的根本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即1对底板受弯构件或墩墙大偏心受压构件的受拉钢

4、筋As的最小配筋率可取为：P min= p 0min 也可按以下近似公式计算:底板 Pmin=标准 9.5.2-1墩墙 pmin=标准 9.5.2-2此时，底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制，但应配置适量的构造钢筋。2对墩墙轴心受压或小偏心受压构件的受压钢筋As 的最小配筋率可取为：p min= p 0min 按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经23次试算得出。上列诸式中M、N截面弯矩设计值、轴力设计值；e0轴向力至截面重心的距离，eo=M / N；Mu、Nu截面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力；b、ho截面

5、宽度及有效高度；fy钢筋受拉强度设计值；Yd钢筋混凝土构造的构造系数，按标准表取值。采纳本条计算方法，随尺寸增大时，用钢量仍保持在同一水平上。特大截面的最小配筋用量对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的构造构件，标准规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2.标准对最小配筋率作了三个层次的规定，即对一般尺寸的梁、柱构件必需遵循标准表的规定；对于截面厚度较大的板、墙类构造，则可按标准计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的构造构件则可按标准处理。

6、设计时可依据详细状况分别对待。为慎重计，目前仅建议对卧置于地基上的底板和墩墙可采纳变化的最小配筋率，对于其他构造，则仍建议采纳标准表所列的根本最小配筋率计算，以避开因配筋过少，万一发生裂缝就无法抑制的状况。阅历算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其裂缝宽度根本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的构造，为掌握裂缝不过宽，宜将本标准表所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05%。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。三、标准的应用举例例1 一水闸底板，板厚1.5m，采纳C20级混凝土和II级钢筋，每米板宽承受弯矩设计值M=220kN / m 已包含Y0、e系数在内，试配置受拉钢筋As.解：

7、1取1m板宽，按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As.a s=0.012556松=1-=1-=0.0126As=591mm2计算配筋率P =0.041%2如按一般梁、柱构件考虑，则必需满意PPmin条件，查标准表 9.5.1,得 P0min=0.15%,则 As= p 0bh0=0.15%X1000X1450=2175mm23现因底板为大尺寸厚板，可按标准计算PminP min=0.0779%As=p minbh0=0.0779% X1000 X1450=1130mm2实际选配每米518 As=1272mm2争论：1对大截面尺寸构件，采纳标准计算的可变的P min比采纳标准表所列的固定的

8、P 0min可节约大量钢筋，本例为1：1130/ 2175=1： 0.52.2假设将此水闸底板的板厚h增大为2.5m,按标准计算的P min变为：P min=0.0461%则 As= pminbh0=0.0461%X1000X2450=1130mm2可见，采纳标准计算最小配筋率时，当承受的内力不变，则不管板厚再增大多少，配筋面积As将保持不变。例2 轴心受压柱，承受轴向压力设计值N=9000kN；采纳C20级混凝土和I级钢筋；柱计算高度l0=7m;试分别求柱截面尺寸为bXh=1.0mX1.0m及时的受压钢筋面积。解：1) 时，轴心受压柱承载力公式为：NWe(fcA+fy As)=7V8，属于短

9、柱，稳定系数=1.0,As =3809mm2P =0.38%由标准表查得P0min，=0.4%，对一般构件，应按P0min，配筋As= P0min A=0.4%X 106=4000mm22) 时，假设仍按一般构件配筋，则As =0.4%X2.0X2.0X106=16000mm2现因构件尺寸已较大，可按标准计算最小配筋率：P min = p 0min()式中因实际配筋量As尚不知，故需先假定As计算Nu.假定 As =4000mm2.Nu=fy As +fyAs二210 X 4000+10 X4.0X106=40.84X106NP min = p 0min()=0.4% () =0.106%As= P0min A=0.106%X4.0X