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vA裂缝挠度计算,钢筋代换 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望变形及裂缝宽度验算原因：变形及裂缝宽度验算原因：因因为为构构件件过过大大的的挠挠度度和和裂裂缝缝会会影影响响结结构构的的正正常常使使用用。例例如如，楼楼盖盖构构件件挠挠度度过过大大，将将造造成成楼楼层层地地面面不不平平，或或使使用用中中发发生生有有感感觉觉的的震震颤颤；屋屋面面构构件件挠挠度度过过大大会会妨妨碍碍屋屋面面排排水水；吊车梁挠度过大会影响吊车的正常运行，等等。吊车梁挠度过大会影响吊车的正常运行，等等。而而构构件件裂裂缝缝过过大大时时，会会使使钢钢筋筋锈锈蚀蚀，从从而而降降低低结结构构的的耐耐久久性性，并并且且裂裂缝缝的的出出现现和和扩扩展展还还会会降降低低构构件件的的刚刚度度，从从而使变形增大，甚至影响正常使用。而使变形增大，甚至影响正常使用。8.1 8.1 变形及裂缝宽度验算变形及裂缝宽度验算钢筋混凝土受弯构件变形验算钢筋混凝土受弯构件变形验算1.1.钢筋混凝土受弯构件的截面刚度钢筋混凝土受弯构件的截面刚度（1）钢筋混凝土受弯构件截面刚度的特点）钢筋混凝土受弯构件截面刚度的特点钢筋混凝土构件的截面刚度为一变量，其特点可归纳为：钢筋混凝土构件的截面刚度为一变量，其特点可归纳为：1）随随弯弯矩矩的的增增大大而而减减小小。这这意意味味着着，某某一一根根梁梁的的某某一一截截面面，当荷载变化而导致弯矩不同时，其弯曲刚度会随之变化；当荷载变化而导致弯矩不同时，其弯曲刚度会随之变化；2）随纵向受拉钢筋配筋率的减小而减小。随纵向受拉钢筋配筋率的减小而减小。影影响响受受弯弯构构件件刚刚度度的的因因素素有有弯弯矩矩、纵纵筋筋配配筋筋率率与与弹弹性性模模量量、截截面面形形状状和和尺尺寸寸、混混凝凝土土强强度度等等级级等等等等，在在长长期期荷荷载载作作用用下下刚刚度度还还随随时时间间而而降降低低。在在上上述述因因素素中中，梁梁的截面高度的截面高度h影响最大。影响最大。（2 2）刚度计算公式）刚度计算公式1 1）短期刚度）短期刚度B Bs s 定义定义钢钢筋筋混混凝凝土土受受弯弯构构件件出出现现裂裂缝缝后后，在在荷荷载载效效应应的的标标准组合作用下的截面弯曲刚度。准组合作用下的截面弯曲刚度。计算公式计算公式对矩形、形、倒形、对矩形、形、倒形、形截面钢筋混凝土受弯构件形截面钢筋混凝土受弯构件（8.18）式中式中Es受拉纵筋的弹性模量；受拉纵筋的弹性模量；As受拉纵筋的截面面积；受拉纵筋的截面面积；h0受弯构件截面有效高度；受弯构件截面有效高度；裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；（8.16）当当计计算算出出的的0.2时时，取取0.2；当当1.0时时，取取=1.0；ftk混凝土轴心抗拉强度标准值；混凝土轴心抗拉强度标准值；te按按截截面面的的“有有效效受受拉拉混混凝凝土土截截面面面面积积”Ate（图图8.3）计计算的纵向受拉钢筋配筋率：算的纵向受拉钢筋配筋率：teAs/Ate（8.16”）对受弯构件对受弯构件Ate=0.5bh+（bf-b）hf当计算出的当计算出的te0.01时，取时，取te=0.01。按按荷荷载载效效应应的的标标准准组组合合计计算算的的钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件纵纵向受拉钢筋的应力：向受拉钢筋的应力：（8.17）Mk按荷载效应标准组合计算的弯矩；按荷载效应标准组合计算的弯矩；E钢钢筋筋弹弹性性模模量量Es与与混混凝凝土土弹弹性性模模量量Ec的的比比值值，即即E=Es/Ec；纵向受拉钢筋配筋率；纵向受拉钢筋配筋率；受压翼缘截面面积与腹板有效截面面积的比值：受压翼缘截面面积与腹板有效截面面积的比值：（）（）当当hf0.2h0时时，取取hf=0.2h0。当当截截面面受受压压区区为为矩形时，矩形时，f=0。2 2）长期刚度）长期刚度B B定义定义按按荷荷载载效效应应的的标标准准组组合合并并考考虑虑荷荷载载效效应应的的长长期期作作用影响的刚度用影响的刚度 计算公式计算公式（8.20）式中式中 Mq按荷载效应准永久组合计算的弯矩；按荷载效应准永久组合计算的弯矩；考考虑虑荷荷载载长长期期作作用用对对挠挠度度增增大大的的影影响响系系数数，对对钢钢筋筋混混凝凝土土受受弯弯构构件件，当当=0时时，取取=2.0-0.4/。此此处处为为纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋的的配配筋筋率率；为为纵纵向向受受压压钢钢筋筋的的配配筋筋率。率。对于翼缘位于受拉区的倒对于翼缘位于受拉区的倒T形截面，形截面，值应增大值应增大20%。长长期期刚刚度度实实质质上上是是考考虑虑荷荷载载长长期期作作用用部部份份使使刚刚度度降降低的因素后，对短期刚度低的因素后，对短期刚度Bs进行的修正。进行的修正。2.2.钢筋混凝土受弯构件的挠度计算钢筋混凝土受弯构件的挠度计算 （1）最最小小刚刚度度原原则则取取同同号号弯弯矩矩区区段段内内弯弯矩矩最最大大截截面面的的弯弯曲曲刚刚度度作作为为该该区区段段的的弯弯曲曲刚刚度度，即即在在简简支支梁梁中中取取最最大大正正弯弯矩矩截截面面的的刚刚度度为为全全梁梁的的弯弯曲曲刚刚度度，而而在在外外伸伸梁梁、连连续续梁梁或或框框架架梁梁中中，则则分分别别取取最最大大正正弯弯矩矩截截面面和和最最大大负负弯矩截面的刚度作为相应正、负弯矩区段的弯曲刚度。弯矩截面的刚度作为相应正、负弯矩区段的弯曲刚度。（2）挠度计算公式）挠度计算公式（8.21）式中式中f按按“最小刚度原则最小刚度原则”并采用长期刚度计算的挠度；并采用长期刚度计算的挠度；f与与荷荷载载形形式式和和支支承承条条件件有有关关的的系系数数。例例如如，简简支支梁梁承承受受均均布布荷荷载载作作用用时时f=5/48，简简支支梁梁承承受受跨跨中中集集中中荷荷载作用时载作用时f=1/12，悬臂梁受杆端集中荷截作用时，悬臂梁受杆端集中荷截作用时f=1/3。3.3.变形验算的步骤变形验算的步骤 （1 1）变形验算的步骤）变形验算的步骤已已知知：构构件件的的截截面面尺尺寸寸、跨跨度度、荷荷载载、材材料料强强度度以以及钢筋配置情况及钢筋配置情况求：进行挠度验算求：进行挠度验算 验算步骤验算步骤:1）计计算算荷荷载载效效应应标标准准组组合合及及准准永永久久组组合合下下的的弯弯矩矩Mk、Mq；2）计算短期刚度）计算短期刚度Bs；3）计算长期刚度）计算长期刚度B；4）计算最大挠度）计算最大挠度f，并判断挠度是否符合要求。，并判断挠度是否符合要求。钢筋混凝土受弯构件的挠度应满足：钢筋混凝土受弯构件的挠度应满足：ff(）式中式中f 钢筋混凝土受弯构件的挠度限值，按表钢筋混凝土受弯构件的挠度限值，按表8.1采用。采用。（2）提高受弯构件的弯曲刚度的措施）提高受弯构件的弯曲刚度的措施1）提高混凝土强度等级；）提高混凝土强度等级；2）增加纵向钢筋的数量；）增加纵向钢筋的数量；3）选用合理的截面形状（如形、）选用合理的截面形状（如形、形等形等)；4）增加梁的截面高度，此为最有效的措施。）增加梁的截面高度，此为最有效的措施。【例例】某某办办公公楼楼矩矩形形截截面面简简支支楼楼面面梁梁，计计算算跨跨度度l0=6.0m，截截面面尺尺寸寸bh=200450mm，承承受受恒恒载载标标准准值值gk=16.55kN/m（含含自自重重），活活荷荷载载标标准准值值qk=2.7kN/m，纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋为为325，混混凝凝土土强强度度等等级级为为C25，挠挠度度限值为限值为l0/200，试验算其挠度。，试验算其挠度。【解解】As=1473mm2，h0=415mm（纵纵筋筋排排一一排排），ftk=1.78N/mm2，Ec 2.8104N/mm2，Es=2105N/mm2，活荷载准永久值系数，活荷载准永久值系数q=0.5，0=1.0（1）计算荷载效应）计算荷载效应Mgk=gk l02=16.5562=74.475kNmMqk=gq l02=2.762=12.15kNmMg=Mgk+Mqk=74.475+12.15=86.625kNmMq=Mgk+qMqk=74.475+0.512.15=80.55kNm（2）计算短期刚度）计算短期刚度BsAte=0.5bh=0.5200450=45000mm2（3）计算长期刚度）计算长期刚度B由于由于=0，故故=2=1.3301013Nmm2（4）计算最大挠度计算最大挠度f，并判断挠度是否符合要求，并判断挠度是否符合要求梁的跨中最大挠度梁的跨中最大挠度fl0/2006000/20030mm故该梁满足刚度要求。故该梁满足刚度要求。裂缝计算裂缝计算:1.裂缝的产生和开展裂缝的产生和开展注注意意：沿沿裂裂缝缝深深度度，裂裂缝缝的的宽宽度度是是不不相相同同的的。钢钢筋筋表表面面处处的的裂裂缝缝宽宽度度大大约约只只有有构构件件混混凝凝土土表表面面裂裂缝缝宽宽度度的的1/51/3。我我们们所所要要验验算算的的裂裂缝缝宽宽度度是是指指受受拉拉钢钢筋筋重重心心水水平处构件侧表面上混凝土的裂缝宽度。平处构件侧表面上混凝土的裂缝宽度。2.2.裂缝宽度计算的实用方法裂缝宽度计算的实用方法 （1 1）影响裂缝宽度的主要因素）影响裂缝宽度的主要因素1）纵向钢筋的应力）纵向钢筋的应力裂缝宽度与钢筋应力近似成线性关系；裂缝宽度与钢筋应力近似成线性关系；2）纵筋的直径）纵筋的直径当当构构件件内内受受拉拉纵纵筋筋截截面面相相同同时时，采采用用细细而而密密的的钢钢筋筋，则会增大钢筋表面积，因而使粘结力增大，裂缝宽度变小。则会增大钢筋表面积，因而使粘结力增大，裂缝宽度变小。3）纵筋表面形状）纵筋表面形状带带肋肋钢钢筋筋的的粘粘结结强强度度较较光光面面钢钢筋筋大大得得多多，可可减减小小裂裂度度宽宽度。度。4）纵筋配筋率）纵筋配筋率构件受拉区的纵筋配筋率越大，裂缝宽度越小。构件受拉区的纵筋配筋率越大，裂缝宽度越小。（2 2）裂缝宽度计算公式）裂缝宽度计算公式钢钢筋筋混混凝凝土土受受弯弯构构件件在在荷荷载载长长期期效效应应组组合合作作用用下下的的最大裂缝宽度计算公式为：最大裂缝宽度计算公式为：（8.32）（8.28）式式中中c最最外外层层纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋的的混混凝凝土土保保护护层层厚厚度度，当当c20mm时时，取取c=20mm；当当c65mm时时，取取c=65mm；deq受受拉拉区区纵纵向向钢钢筋筋的的等等效效直直径径，当当受受拉拉区区纵纵向向钢钢筋筋为为一种直径时，一种直径时，deq=di/i；受受拉拉区区第第i种种钢钢筋筋的的相相对对粘粘结结特特性性系系数数，见见205页页表表8.3 ni受拉区第受拉区第i种钢筋的根数；种钢筋的根数；di受拉区第受拉区第i种钢筋的公称直径。种钢筋的公称直径。对对于于直直接接承承受受吊吊车车荷荷载载但但不不需需做做疲疲劳劳验验算算的的吊吊车车梁梁，计算出的最大裂缝宽度可乘以系数计算出的最大裂缝宽度可乘以系数0.85。（3 3）裂缝宽度验算步骤）裂缝宽度验算步骤1）计算）计算deq；2）计算）计算te、sk、；3）计算）计算wmax，并判断裂缝是否满足要求。，并判断裂缝是否满足要求。当当wmaxwlim时时，裂裂缝缝宽宽度度满满足足要要求求。否否则则，不不满满足足要要求求，应应采采取取措措施施后后重重新新验验算算。其其中中wlim为为最最大大裂裂逢逢宽宽度度限限值。值。（4 4）减小裂缝宽度的措施）减小裂缝宽度的措施增大钢筋截面积；增大钢筋截面积；在钢筋截面面积不变的情况下，采用较小直径的钢筋；在钢筋截面面积不变的情况下，采用较小直径的钢筋；采用变形钢筋；采用变形钢筋；提高混凝土强度等级；提高混凝土强度等级；增大构件截面尺寸；增大构件截面尺寸；减小混凝土保护层厚度。减小混凝土保护层厚度。其其中中，采采用用较较小小直直径径的的变变形形钢钢筋筋是是减减小小裂裂缝缝宽宽度度最最有有效效的的措措施施。需需要要注注意意的的是是，混混凝凝土土保保护护层层厚厚度度应应同同时时考考虑虑耐耐久久性性和和减减小小裂裂缝缝宽宽度度的的要要求求。除除结结构构对对耐耐久久性性没没有有要要求求，而而对对表表面面裂裂缝缝造造成成的的观观瞻瞻有有严严格格要要求求外外，不不得得为满足裂缝控制要求而减小混凝土保护层厚度。为满足裂缝控制要求而减小混凝土保护层厚度。【例例】某某简简支支梁梁条条件件同同前前例例，裂裂缝缝宽宽度度限限值值为为0.3mm，试验算裂缝宽度。试验算裂缝宽度。【解解】Es=2105N/mm2，混混凝凝土土保保护护层层厚厚c=25mm，=1.0（1）计算）计算deq受力钢筋为同一种直径，故受力钢筋为同一种直径，故deq=di/=25/1.0=25mm。（2）计算）计算te、sk、例例 3.4.2中中 已已 求求 得得：te=0.033，sk=162.9N/mm2，=0.885（3）计算）计算wmax，并判断裂缝是否符合要求。，并判断裂缝是否符合要求。=0.16mmwlim=0.3mm裂缝宽度满足要求。裂缝宽度满足要求。1.1.代换原则代换原则 （1 1）当当构构件件受受承承载载力力控控制制时时，钢钢筋筋可可按按强强度度相相等等原原则则代换，这种代换称为等强度代换；代换，这种代换称为等强度代换；（2 2）当当构构件件按按最最小小配配筋筋率率配配筋筋时时，钢钢筋筋可可按按截截面面面面积积相等原则进行代换，这种代换称为等面积代换；相等原则进行代换，这种代换称为等面积代换；（3 3）当当构构件件受受裂裂缝缝宽宽度度或或挠挠度度控控制制时时，代代换换后后应应进进行行裂缝宽度或挠度验算。裂缝宽度或挠度验算。2.2.代换方法代换方法 （1 1）等面积代换）等面积代换 *钢筋代换钢筋代换（2 2）等强度代换）等强度代换 式中式中 代换钢筋根数；代换钢筋根数；原设计钢筋根数；原设计钢筋根数；代换钢筋直径；代换钢筋直径；原设计钢筋直径；原设计钢筋直径；代换钢筋抗拉强度设计值；代换钢筋抗拉强度设计值；（1）原设计钢筋抗拉强度设计值。原设计钢筋抗拉强度设计值。注意：式（注意：式（1 1）有下列两种特例：）有下列两种特例：(1)强度设计值相同、直径不同的钢筋代换：强度设计值相同、直径不同的钢筋代换：（附（附3.2）(2)直径相同、强度设计值不同的钢筋代换：直径相同、强度设计值不同的钢筋代换：（附（附3.3）3.3.钢筋代换后构件截面承载力复核钢筋代换后构件截面承载力复核对矩形截面受弯构件，可按下式复核截面承载力：对矩形截面受弯构件，可按下式复核截面承载力：（附（附3.4）（1 1）钢钢筋筋代代换换时时，必必须须充充分分了了解解设设计计意意图图和和代代换换材材料料性性能能，并并严严格格遵遵守守混混凝凝土土规规范范的的各各项项规规定定；凡凡重重要结构中的钢筋代换，应征得设计单位同意。要结构中的钢筋代换，应征得设计单位同意。式中式中 原设计钢筋的截面面积；原设计钢筋的截面面积；代换钢筋的截面面积；代换钢筋的截面面积；原设计构件截面有效高度；原设计构件截面有效高度；钢筋代换后构件截面的有效高度；钢筋代换后构件截面的有效高度；b 构件截面宽度。构件截面宽度。4.代换注意事项代换注意事项（2 2）对对某某些些重重要要构构件件，如如吊吊车车梁梁、薄薄腹腹梁梁、桁桁架架下下弦弦等等，不不宜宜用用HPB235HPB235级级光光圆圆钢钢筋筋代代替替HRB335HRB335和和HRB400HRB400级级带肋钢筋。带肋钢筋。（3 3）钢钢筋筋代代换换后后，应应满满足足配配筋筋构构造造规规定定，如如钢钢筋筋的的最小直径、间距、根数、锚固长度等。最小直径、间距、根数、锚固长度等。（4 4）同同一一截截面面内内，可可同同时时配配有有不不同同种种类类和和直直径径的的代代换换钢钢筋筋，但但每每根根钢钢筋筋的的拉拉力力差差不不应应过过大大 (如如同同品品种种钢钢筋筋的直径差值一般不大于的直径差值一般不大于5mm)5mm)，以免构件受力不匀。，以免构件受力不匀。（5 5）梁梁的的纵纵向向受受力力钢钢筋筋与与弯弯起起钢钢筋筋应应分分别别代代换换，以以保证正截面与斜截面承载力。保证正截面与斜截面承载力。（6 6）偏偏心心受受压压构构件件(如如框框架架柱柱、有有吊吊车车厂厂房房柱柱、桁桁架架上上弦弦等等)或或偏偏心心受受拉拉构构件件进进行行钢钢筋筋代代换换时时，不不取取整整个个截截面面配筋量计算，应按受力面配筋量计算，应按受力面(受压或受拉受压或受拉)分别代换。分别代换。（7 7）当当构构件件受受裂裂缝缝宽宽度度控控制制时时，如如以以小小直直径径钢钢筋筋代代换换大大直直径径钢钢筋筋，强强度度等等级级低低的的钢钢筋筋代代替替强强度度等等级级高高的的钢钢筋，则可不作裂缝宽度验算。筋，则可不作裂缝宽度验算。5.5.举例举例 某某钢钢筋筋混混凝凝土土矩矩形形梁梁，截截面面尺尺寸寸如如附附图图3a3a所所示示，采采用用C20C20混混凝凝土土。原原设设计计纵纵向向受受力力钢钢筋筋采采用用 6 6 20HRB40020HRB400级级钢钢筋筋，单单排排布布置置，混混凝凝土土保保护护层层厚厚25mm25mm。现现拟改用拟改用 22HRB335 22HRB335级钢筋，求所需根数及其布置。级钢筋，求所需根数及其布置。【解】【解】A As1s1=1884 mm=1884 mm2 2，f fy1y1=360N/mm=360N/mm2 2，f fy2y2=300 =300 N/mm N/mm2 2，f fc c=11.9N/mm=11.9N/mm2 2 由式（由式（1 1）得代换后的钢筋根数为）得代换后的钢筋根数为 取取6 6根，根，A As2s2=2281 mm=2281 mm2 2。代换后钢筋根数不变，但直径增大，故需复核钢筋代换后钢筋根数不变，但直径增大，故需复核钢筋 净距净距s s:需需布布置置成成两两排排。现现按按底底层层4 4根根，上上层层2 2根根布布置置。由由于于代代换换后后构构件件截截面面有有效效高高度度减减小小，故故需需按按式式（附附3.43.4）复复核核截面承载力。截面承载力。原设计构件截面有效高度原设计构件截面有效高度h h0101=600-35=565mm=600-35=565mm 代换后构件截面有效高度为代换后构件截面有效高度为:M Mu2u2 M Mu1u1 ，承载力不满足要求。现将角部，承载力不满足要求。现将角部2 222 22改为改为2 2 2525（附图（附图b b），重新复核截面承载力。），重新复核截面承载力。经计算，经计算，A As2s2=2502 mm=2502 mm2 2，h h0202=546mm=546mm，M Mu2u2=330.92kN=330.92kNm m M Mu1u1=318.78kN=318.78kNm m，承载力满足要求。，承载力满足要求。故代换钢筋可采用故代换钢筋可采用4 22+2 254 22+2 25经上述计算可知，代换钢筋可采用经上述计算可知，代换钢筋可采用