钢筋下料长度的准确计算.doc

钢筋下料长度的准确计算摘要：钢筋弯曲前后轴线长度不变是钢筋下料长度的依据。通过对传统下料公式的分析，并考虑钢筋直径、变形钢筋肋等多种因素影响，以及分别计算影响钢筋下料长度的外包周长、弯曲调整值和端部弯钩增加值，最后总结了一套准确的下料计算方式。在此基础上将常用箍筋的调整值汇总成表，同时就箍筋的弯折提出了一种精确的弯折方法。按照此表和此工艺对100mm 200 mm等多组实验梁的箍筋进行下料和弯曲实验验证，箍筋成果能很好的满足规范要求和实验需要。由此可以对传统钢筋下料长度的计算公式进行改进和简化，为工程施工带来很大的方便。关键词：钢筋下料长度 量度差值 外包尺寸 弯钩增加长度1 前言钢筋的下料长度是钢筋配料加工的依据，其精确度的高低不仅影响成型后能否符合设计尺寸，而且又是直接影响钢筋绑扎，构件定位尺寸，甚至构件受力性能。依照传统的钢筋下料公式以及各种施工书中所给的计算方法和数据，并不能十足保证下料长度的精确度，尤其是箍筋的下料长度。另外在确定了箍筋的下料长度以后，在传统的施工书中并没有就箍筋的弯折工艺进行讲解，这就严重影响了钢筋的加工精度。在现实的施工过程中，大部分的钢筋师傅都是根据自己本身的工作经验来进行箍筋的下料和弯折，因此并没有一个精确的理论来阐述箍筋的弯折过程，这样就不便于该项工艺的准确操作，尤其是在做实验时箍筋的精确弯折成为棘手的问题。面对上面所提到的问题，本文在总结了传统钢筋下料公式的基础上，严格按照规范的要求，使钢筋的下料公式更加精确，并把箍筋的调整值绘制成表，以便于更快捷准确的计算箍筋的下料长度，并在此基础上提出了一种精确的箍筋弯折方法，使得箍筋的弯折有了准确的理论指导。2.相关基本概念2.1.钢筋的下料长度钢筋在加工下料时, 应截断的轴线长度（直线长度）, 即在加工前的长度，该长度与钢筋端部的弯钩长度和弯曲钢筋的弯曲调整值有关。2.2.钢筋的外包尺寸构件配筋图中注明的尺寸一般是钢筋外轮廓尺寸，即钢筋外皮到外皮量得的尺寸，称为外包尺寸。这是施工中度量钢筋长度的基本依据，钢筋加工时，一般也按外包尺寸进行验收。2.3.量度差值（弯曲调整值）构件中的弯曲钢筋弯曲部位的计算长度与轴线长度之差称为量度差值。引用钢筋外包尺寸计算钢筋下料长度时,对弯曲部位要减掉量度差值。2.4. 弯钩增加长度：当使用外包标注方法时，有可能外包标注的长度没有弯钩按中心线长度增加的大，这样就存在一个实际下料长度和外包标注之间的一个差值，这个差值就是弯钩增加长度。3规范对钢筋构造的要求混凝土结构设计规范gbj10289第6.1.7条规定,钢筋骨架中的受力光面钢筋应在钢筋末端做成弯钩；第7.2.10条规定,在弯剪扭构件中,当采用绑扎骨架时,箍筋末端应做成不小于135°弯钩,弯钩端头平直段长度不应小于5d和50mm；第8.1.4条第四款规定,考虑地震作用组合的钢筋混凝土结构构件,箍筋的末端应做成不小于135°的弯钩,弯钩平直长度不应小于10d。混凝土结构工程施工质量验收规范gb50204-92第3.3.3 条规定：级钢筋末端需要180°弯钩,如图1 所示, 其圆弧弯曲直径不应小于钢筋直径的2.5倍, 平直部分长度不宜小于钢筋直径的3倍；、级钢筋末端需做成90°或135°弯折,级钢筋的弯曲直径不宜小于钢筋直径的4倍，级钢筋不宜小于钢筋直径的5倍，平直部分长度应按设计要求确定,如图2 所示。第3.3.4条规定,箍筋末端应做弯钩,弯钩形式应符合设计要求。当设计无具体要求时,用级钢筋或冷拔低碳钢丝制作的箍筋, 其弯钩的弯曲直径应大于受力钢筋直径,且不小于箍筋直径的2.5倍。弯钩平直部分的长度,对一般结构,不宜小于箍筋直径的5倍,对有抗震要求的结构,不应小于箍筋直径的10倍,形式如图3 所示。钢筋混凝土结构平法设计和施工规则规定箍筋弯钩弯曲后平直段长度：对有抗震、抗扭要求的结构，不应小于箍筋直径的10倍和75mm的较大值；螺旋箍筋弯后平直段部分不应该小于箍筋直径的10倍。图 1图 2图 3图 44钢筋下料长度的计算钢筋下料长度是指钢筋下料的实际轴线长度,它不仅用于施工现场钢筋配料,而且用于编制施工图预算中计算钢筋的用量。由于混凝土保护层厚度的影响和钢筋弯曲时的变形,钢筋的下料长度与图纸上量度的长度并不一致。实际上,设计图中注明的钢筋尺寸一般是指加工好了的钢筋的外包尺寸。钢筋加工时是按直线长度下料, 尽管钢筋加工时外包尺寸发生变化,但工程中认可的是轴线保持不变原理。为了计算方便,钢筋下料长度应统一以外包尺寸为基准尺寸进行计算,计算钢筋下料长度的公式普遍采用下列计算公式:钢筋下料长度= 直段长度+ 端部弯钩弯折增长值-中间弯折量度差但是,在对公式各项的具体处理上各种文献并不统一。本文采用以下处理方法,是建立在既符合设计规范规定,又符合施工验收规范规定的基础之上的,还考虑了具体计算的方便性。公式中的直段长度是指水平的、垂直的、斜向的直线段钢筋长度，以施工图中的标注尺寸为准。而在考虑端部弯钩增加值和中间弯折量度差时，采用设计时的常规处理, 可以分为纵筋端部弯钩、纵筋中部弯折和箍筋三种情况进行讨论。4.1.纵筋端部弯钩增加长度的计算（1）级钢筋180°弯钩，弯曲直径d=2.5时的增长值（图5）。图 5钢筋的外包尺寸是从a 量到f:af=d/2+ =2.5 /2+ =2.25弯曲处中线长度为：a1c1(d+ ) /2=5.5平直段长度为: c1e1=3故每一个180°弯钩，钢筋下料时应增加的长度为：a1c1+ c1e1 -af= 5.5 +3d-2.25 =6.25（2）、级钢筋端部作90°弯钩时的增加值根据规范规定对、级变形钢筋弯心直径规定为：级钢筋d=4 ，级钢筋d=5 ， 为变形钢筋外缘直径，与计算直径之间的关系见下表1表1钢筋计算直径与外缘直径对照表变形钢筋在计算其弯心直径时，钢筋应取其外缘直径，这在很多计算时被忽视，下面用钢筋外缘直径计算钢筋弯钩增长度（图6）。图 6钢筋的外包尺寸长是从b到f:bf= d/2+弯曲处中心长度： bc=（d+ ） / 4平直段长度： cd= （按照设计要求取）故一个90°弯钩，钢筋下料时应该增加的长度：l= bc+ cd- bf=0.285d-0.215 +对于级钢筋（d=4 ）, l=0.925 +对于级钢筋（d=5 ）, l=1.21 +（3）、级钢筋端部作135°弯钩时的增加值计算方法与计算90°弯钩时的增加值一样，见图7.图 7钢筋的外包尺寸长是从b到f:bf= d/2+弯曲处中心长度：bc=（d+ ）×135/360平直段长度：cd= （按照设计要求取）故一个135°弯钩，钢筋下料时应该增加的长度：l = bc+ cd- bf=0.678d+0.178 +对于级钢筋（d=4 ）, l=2.89 +对于级钢筋（d=5 ）, l=3.568 +根据上面计算可将各种钢筋端部弯钩增加长度汇总成表2：表2 钢筋端部弯钩增加值4.2.钢筋中部弯曲量度差值的计算（1）当折角90°时,见图8中心线长acb=圆心角(弧度) ×半径圆心角= /180×，半径= d/2+/ 2则acb=/180× ×（d/2+/2）量度差值=（ac+cb）-acb=2tan /2×(d/2+ ) - / 180× ×（d/2+ /2）图 890°钢筋量度差值按上述计算方法及规范要求汇总了工程中常见的几种弯折角度的量度差值并列于下表3：根据上面所做的所有工作，可以得到钢筋的下料公式：= -+式中： 钢筋外缘尺寸总和；钢筋中部弯曲量度差值之和钢筋端部弯钩增加值之和表3 钢筋弯曲量度差4.3.箍筋下料长度计算箍筋的下料长度计算及施工工艺是施工员必须要掌握的，在实际工程中普遍存在的现象是:没有考虑弯曲调整值；下料长度严重不足；弯心直径不够；箍筋外缘尺寸计算错误等。就计算方式上而言，箍筋的下料长度与一般钢筋的下料思路是一样的，只是设计和施工规范要求不一样，下面按照一般钢筋的计算方法，结合箍筋的规范要求讨论箍筋的下料过程。在传统的施工书中也是根据上面所提到的公式（如下）钢筋下料长度= 直段长度+ 端部弯钩弯折增长值-中间弯折量度差及计算从而得出下面箍筋的调整值一表（表4），进而方便计算箍筋的下料长度表4箍筋调整值可是上面的办法并没有按照规范就具体的弯折半径，还有箍筋弯钩的平直段长度进行讨论，而且其计算结果也不是很精确。本文严格按照规范的要求对箍筋的下料长度进行了精确的计算，并给出了更加具体和准确的计算公式及箍筋调整值的表格，具体过程如下已知梁柱截面尺寸为 × ,箍筋外缘尺寸为 × ，则 = -2 +2= -2 +2式中： 混凝土保护层厚度；钢筋直径；箍筋的下料长度为 ，因为一般的箍筋都是采用级钢，所以其弯心直径可以由2.5 控制，而弯曲调整值则取2.5 对应的1.75 ，此时还要考虑的另一个要求是受力筋的直径，规范要求弯心直径不能小于2.5 和受力筋直径，下面分两种情况考虑。（1）当按箍筋直径控制弯心直径时（d=2.5 ）这里只考虑工程中常见的箍筋端部弯钩为135°的例子（见图4），那么可以计算此时箍筋的弯钩增加长度。 =135/180 ×（d/2+ /2）-（d/2+ ）+ = 0.678d+0.178 + 当d=2.5 时，l直对于一般结构，不宜小于箍筋直径的5倍，取5 ，按照抗震取10 和75mm较大值；对于弯剪扭构件,不应小于5d和50mm。则弯钩增加长度为6.9 或11.9 或1.9 +75mm或1.9 +50mm；箍筋下料长度:=2（ + ）+2×6.9 -3×1.75=2（ + ）+8.55（1）=2（ + ）+2×11.9 -3×1.75=2（ + ）+18.55（2）=2（ + ）+2×（1.9 +75）-3×1.75=2（ + ）+150-1.45（3）=2（ + ）+2×（1.9 +50）-3×1.75=2（ + ）+100-1.45（4）（2）当按照主筋直径 控制时增加长度为0.678 + 5.178 或0.678 + 10.178 或0.678 +0.178 +75或0.678 +0.178 +50；箍筋下料长度：=2 （ + ）+2×（0.678 + 5.178 ）-3×1.75 =2（ + ）+1.36 +5.11（5）=2 （ + ）+2×（0.678 + 10.178 ）-3×1.75 =2（ + ）+1.36 +15.11 （6）=2 （ + ）+2×（0.678 +0.178d+75）-3×1.75=2（ + ）+1.36-4.894 +150 ( 7)=2 （ + ）+2×（0.678 +0.178d+50）-3×1.75=2（ + ）+1.36-4.894 +100 ( 8 )4鉴于工程中常用的箍筋为级6、8、10，常用的主筋直径为1432，则这里总结一下这三种箍筋对应各种主筋的下料计算：a）6筋对于一般结构不考虑抗震时主筋 <16时选用（1）公式计算下料长度主筋 16时选用（5）公式计算下料长度对于弯剪扭构件不考虑抗震时主筋 <16时选用（4）公式计算下料长度主筋 16时选用（8）公式计算下料长度考虑抗震时主筋 <16时选用（3)公式计算下料长度主筋 16时选用（7）公式计算下料长度b）8筋 对于一般结构不考虑抗震时主筋 <20时选用（1）公式计算下料长度主筋 20时选用（5）公式计算下料长度对于弯剪扭构件不考虑抗震时主筋 <20时选用（4）公式计算下料长度主筋 20时选用（8）公式计算下料长度考虑抗震时主筋 <20时选用（2)公式计算下料长度主筋 20时选用（6）公式计算下料长度c）10筋对于一般结构不考虑抗震时主筋 <25时选用（1）公式计算下料长度主筋 25时选用（5）公式计算下料长度对于弯剪扭构件不考虑抗震时主筋 <25时选用（4）公式计算下料长度主筋 25时选用（8）公式计算下料长度考虑抗震时主筋 <25时选用（2)公式计算下料长度主筋 25时选用（6）公式计算下料长度按照上述计算汇总常用箍筋下料见表4,5,6：对于一般结构构件表5箍筋调整值（非抗震）表6箍筋调整值（非抗震）至此，通过查上面的表，我们就可以比较方便的计算箍筋的下料长度 ：=箍筋外包周长+ 箍筋调整值4.4.箍筋弯折点位置的确定在确定了箍筋的下料长度以后，在实际操作中，还经常遇到一个问题，那就是如何确定箍筋的弯折点的位置。为了施工的方便，通常需要事先在截断的箍表7箍筋调整值（抗震）筋上面标注上弯折点的位置。另外，在传统的施工课本中并没有给出具体的弯折工艺，本文就具体实验提出了一种可行的精确的弯折方法，弯折时，采用右对齐的方法（所谓右对齐，就是如图10所示的对齐方法）图10具体的弯折点位置的计算如下，下面的数据标注是开始弯折时从左往右弯时的数据。图11图12 （9）（10）在实际的弯折实验中，为了弯折的准确性，通常此时需换头弯起，即从右往左弯，如图13.，这就需要先计算 的长度即（11）最后（12）图135.实验验证实验中选择了100mm×200mm一组实验梁的箍筋进行下料和弯曲验证。相关的实验梁数据为：受力筋保护层厚度取25mm，架立筋保护层厚度取20mm；主筋直径为16mm；箍筋直径为6mm。由于不考虑抗震，计算和查表得梁的理论下料长度均为530mm,箍筋的弯折点位置从左往右依次为30mm，195mm，256mm，430mm，500mm，不过此数值仅适用于上述的弯折方法，其弯折的具体步骤如图10，图13所示，验收时箍筋外包尺寸应该为167mm×72mm。如图14，图15图146.结语根据以上箍筋下料长度公式的推导和计算，利用钢筋轴线和加长度做为箍筋的下料长度是可行的，经实践给施工人员带来了很大的方便”，既符合规范要求又降低了工程造价，具有实用性。图15参考文献：1混凝土结构设计规范s. gb10289. 北京: 中国建筑工业出版社, 1989.2混凝土结构施工验收规范s. gb50204292. 北京: 中国建筑工业出版社, 1989.3冯广源. 建筑施工技术m. 北京: 冶金建筑出版社,1989.4江正荣, 等. 简明施工计算手册m. 北京: 中国建筑工业出版社, 1989.5朱燕, 等. 建筑施工(上)m. 北京: 清华大学出版社, 19946沈祥华. 建筑工程概预算m. 武汉: 武汉工业大学出版社, 1996.7蒋守芳，余卫华， 田兴运,等.2003.钢筋下料长度的计算.水利与建筑工程学报.1（3）：53-55.8黎 平.2001.钢筋下料长度计算.重庆三峡学院学报.174-176.9于洪生，段琪庆.1999.准确计算弯起钢筋下料长度的实用公式.山东建材学院学报.13（4）：368-369.10邓太平.2008.对矩形箍筋长度计算公式的修正与优化.科技创新导报.243.11张剑飞，杨继光.关于钢筋下料长度的计算.建筑工程科技报.6.12王坚.2003.抗震结构构件箍筋长度的一般理论计算方法。太原大学学报.4（3）：39-40.注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。