随着施工技术水平的不断提高，出现了预应力混凝土这种施工工艺，较好地解决了这一矛盾。因此，预应力混凝土可推迟混凝土裂缝的出现和开展，提高构件的抗裂性和刚度，以满足使用要求。2）增强构件的耐久性，相应地延长混凝土构件的使用寿命。要求预应力混凝土结构的混凝土强度等级不低于C30，当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力筋时，混凝土的强度等级不宜低于C40。......
2023-10-06
混凝土结构设计规范中级-钢筋工设计要求
【摘要】：混凝土保护层厚度根据构件的构造、用途及周围环境等因素确定，施工中没有注明时应按《混凝土结构设计规范》中规定的混凝土最小厚度执行。2）根据耐久性要求的混凝土保护层最小厚度，是按照构件在50年内能保护钢筋不发生危及结构安全的锈蚀确定的。对有防火要求的建筑物，其混凝土保护层厚度尚应符合国家现行有关标准的要求。
1.混凝土结构的环境类别
在钢筋的配料计算中，不仅需要了解构件的混凝土保护层厚度，还需要了解结构所处环境的类别。
《混凝土结构设计》（GB50010—2010）中规定，结构物所处环境分为五个类别，见表3-2。
表3-2 混凝土结构的环境类别
2.混凝土保护层厚度
混凝土保护层厚度是指在钢筋混凝土构件中，钢筋外边缘到构件边端之间的距离。混凝土保护层的作用是构件在设计基准期内，保护钢筋不受外部自然环境的影响而受侵蚀，保证钢筋与混凝土良好的工作性能。混凝土保护层厚度根据构件的构造、用途及周围环境等因素确定，施工中没有注明时应按《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）中规定的混凝土最小厚度执行。
混凝土保护层的最小厚度取决于构件的耐久性和受力钢筋粘接锚固性能的要求。
1）钢筋粘接锚固长度对混凝土保护层厚度提出的要求是为了保证钢筋与其周围混凝土能共同工作，并使钢筋充分发挥计算所需的强度。
2）根据耐久性要求的混凝土保护层最小厚度，是按照构件在50年内能保护钢筋不发生危及结构安全的锈蚀确定的。
3）保护层厚度并不是越大越好，保护层过大会减少构件有效高度，从而降低构件的承载能力，导致质量事故。
4）钢筋混凝土梁、柱的保护层往往以控制纵向受力的保护层为主，箍筋保护层厚度应为钢筋保护层厚度减少一个箍筋的直径。
纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度不得少于钢筋的公称直径，且应符合表3-3的规定。
板、墙、壳中分布钢筋的保护层厚度不应小于表3-3中相应数值减10mm，且不小于10mm，梁、柱中箍筋和构造钢筋的保护层厚度不应小于15mm。
表3-3 纵向受力钢筋的混凝土最小保护层厚度（单位：mm）
注：基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40mm，当无垫层时不应小于70mm。
处于一类环境且由工厂生产的预制构件，当混凝土强度等级不低于C20时，其保护层厚度可按表3-3中的数值减少5mm；处于二类环境且由工厂生产的预制构件，当表面采取有效保护措施时，保护层厚度可按表3-3中一类环境数值取用。预制钢筋混凝土受弯构件，钢筋端头的保护层厚度不应小于10mm；预制肋形板主肋钢筋的保护层厚度应按梁的数值取用。
当梁、柱中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度大于40mm时，应对保护层采取有效的防裂构造措施。处于二、三类环境中的悬臂板，其上面应采取有效的保护措施。
一类环境中，设计使用年限为100年的结构，混凝土保护层厚度应按表3-3中的数值增加40%；当采取有效的表面防护措施时，混凝土保护层厚度可适当减少。
三类环境中的结构构件，其受力钢筋宜采用环氧树脂涂层带肋钢筋。
对有防火要求的建筑物，其混凝土保护层厚度尚应符合国家现行有关标准的要求。
处于四、五类环境中的建筑物，其混凝土保护层厚度尚应符合国家现行有关标准的要求。
3.钢筋锚固长度
钢筋混凝土结构中，两种性能不同的材料能够共同受力是由于它们之间存在着粘接锚固作用，这种作用使接触界面两边的钢筋与混凝土之间能够实现应力传递，从而在钢筋与混凝土中建立起结构承载所必须的工作应力。
钢筋在混凝土中的粘接锚固作用有：胶结力——接触面上的化学吸附作用，但其影响不大；摩阻力——与接触面的粗糙程度及侧压力有关，随滑移的发展其作用逐渐减小；咬合力——带肋钢筋对肋前混凝土挤压而产生的，为带肋钢筋锚固力的主要来源；机械锚固力——弯钩、弯折及附加锚固等措施（如焊锚板、贴焊钢筋等）提供的锚固作用。
钢筋基本锚固长度，取决于钢筋强度及混凝土抗拉强度，并与钢筋外形有关。《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）给出了受拉钢筋锚固长度la的计算公式
式中 fy——普通钢筋的抗拉强度设计值（MPa）；
ft——混凝土轴心抗拉强度设计值（MPa），C40以上，按C40取；
α——钢筋外形系数，光面钢筋为0.16，带肋钢筋为0.14，螺旋肋钢丝为0.13；
d——钢筋的公称直径（mm）。
式（3-1）应用时，应将计算所得的基本锚固长度乘以对应于不同锚固条件的修正系数。
1）当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，受拉区的锚固长度按式（3-1）计算，但不应小于表3-4规定的数值。
当符合下列条件时，表3-4中的锚固长度应进行修正。
①当HRB335、HRB400和RRB400级钢筋的直径大于25mm时，其锚固长度应乘以修正系数1.1。
②HRB335、HRB400和RRB400级环氧树脂涂层钢筋的锚固长度，应乘以修正系数1.25。
③当钢筋在混凝土施工过程中易受扰动（如滑模施工）时，其锚固长度应乘以修正系数1.1。
④当HRB335、HRB400和RRB400级钢筋在锚固区的混凝土保护层厚度大于钢筋直径的3倍且配有箍筋时，其锚固长度可乘以修正系数0.8。
表3-4 纵向受拉钢筋的最小锚固长度
注：1.圆钢筋末端应做180°弯钩，弯后平直段长度不应小于3d。
2.在任何情况下，纵向受拉钢筋的锚固长度都不应小于25d。(www.chuimin.cn)
3.d为钢筋公称直径。
2）当计算充分利用纵向钢筋的抗压强度时，其锚固长度不应小于表3-4所列的受拉钢筋锚固长度的0.7倍。
3）当HRB335、HRB400和RRB400级纵向受拉钢筋末端采用机械锚固措施时，包括附加锚固端头在内的锚固长度可取表3-4所列锚固长度的0.7倍。
机械锚固的形式和构造要求如图3-9所示。
图3-9 钢筋机械锚固的形式和构造
a）末端带135°弯钩 b）末端与钢板穿孔塞焊 c）末端与短钢筋双面贴焊
采用机械锚固措施时，锚固长度范围内的箍筋不应少于3个，其直径不应小于纵向钢筋直径的0.25倍，其间距不应大于纵向钢筋直径的5倍。当纵向钢筋的混凝土保护层厚度不小于钢筋公称直径的5倍时，可不配置上述钢筋。
4）对承受重复荷载的预制构件，应将纵向受拉钢筋的末端焊接在钢板或角钢上。钢板或角钢应可靠地锚固在混凝土中，其尺寸应按计算确定，厚度不宜小于10mm。
4.钢筋的连接
当钢筋原材料不够长或为制作、运输、安装方便而将原长的钢筋分为若干段时，就有了钢筋连接的问题。钢筋连接方式，可分为绑扎搭接、焊接、机械连接等。
（1）钢筋连接的原则 由于钢筋通过连接接头传力的性能总不如整根钢筋，因此设置钢筋连接的原则为：钢筋接头宜设置在受力较小处，同一根钢筋上宜少设接头，同一构件中的纵向受力钢筋接头宜相互错开，并符合下列规定：
1）直径大于12mm的钢筋，应优先采用焊接接头或机械连接接头。
2）当受拉钢筋的直径大于28mm及受压钢筋的直径大于32mm时，不宜采用绑扎搭接接头。
3）轴心受拉及小偏心受拉杆件（如桁架和拱的拉杆）的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头。
4）直接承受动力荷载的结构构件，其纵向受拉钢筋不得采用绑扎搭接接头。
（2）接头面积允许百分率 同一连接区段内，纵向钢筋搭接接头面积百分率为该区段内有搭接接头的纵向受力钢筋截面面积与全部纵向受力钢筋截面面积的比值。
1）钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3l1（l1为搭接长度），凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段，如图3-10所示。同一连接区段内，纵向受拉钢筋搭接接头面积百分率应符合设计要求；当设计无具体要求时，应符合下列规定：
图3-10 同一连接区段内的纵向受拉钢筋绑扎搭接接头
①对梁、板类及墙类构件，不宜大于25%。
②对柱类构件，不宜大于50%。
③当工程中确有必要增大接头面积百分率时，对梁类构件不应大于50%；对其他构件，可根据实际情况放宽。
④纵向受拉钢筋搭接接头面积百分率不宜大于50%。
2）钢筋机械连接与焊接接头连接区段的长度为35d（d为纵向受力钢筋的较大直径），且不小于500mm。同一连接区段内，纵向受力钢筋的接头面积百分率应符合设计要求；当设计无具体要求时，应符合下列规定：
①受拉区不宜大于50%；受压区不受限制。
②接头不宜设置在有抗震设防要求的框架梁端、柱端的箍筋加密区；当无法避开时，对等强度高质量机械连接接头，不应大于50%。
③直接承受动力荷载的结构构件中，不宜采用焊接接头；当采用机械连接接头时，不应大于50%。
（3）绑扎接头搭接长度
1）纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位于同一连接区段内的钢筋搭接接头面积百分率按公式（3-2）计算
ll=ζla （3-2）
式中 la——纵向受拉钢筋的锚固长度（mm），按表3-4确定；
ζ——纵向受拉钢筋搭接长度修正系数，按表3-5取用。
表3-5 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数
2）构件中的纵向受压钢筋，当采用搭接连接时，其受压搭接长度不应小于纵向受拉钢筋搭接长度的0.7倍，且在任何情况下都不应小于200mm。
3）在梁、柱类构件的纵向受力钢筋搭接长度范围内，应按设计要求配置箍筋。当设计无具体要求时，应符合下列规定：
①箍筋直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍。
②受拉搭接区段的箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm。
③受压搭接区段的箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不应大于200mm。
④当柱中纵向受力钢筋直径大于25mm时，应在搭接接头两端外100mm范围内各设置两个箍筋，其间距宜为50mm。
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