黃 薇

(重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，重慶 402160)

0 引言

16G101平法圖集中涉及的構(gòu)件主要有梁、柱、板、剪力墻、樓梯、基礎(chǔ)等幾大類，各構(gòu)件鋼筋的配置及構(gòu)造種類復(fù)雜、容易混淆，如果不能理解圖集只靠死記硬背，就圖集看圖，很容易導(dǎo)致讀施工圖出錯(cuò)或者速度下降。平法圖集源于大量的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又來自于基本的力學(xué)計(jì)算，在學(xué)習(xí)圖集的時(shí)候，如果能把圖集和力學(xué)原理結(jié)合起來，融會(huì)貫通，就能在理解圖集的基礎(chǔ)上快速看懂圖紙，達(dá)到事半功倍的效果。下文以懸臂梁、框架梁和框架柱為例，結(jié)合構(gòu)件受力后的彎矩圖和剪力圖，簡(jiǎn)要分析圖集中常用鋼筋混凝土梁、柱的配筋規(guī)律。

1 懸臂梁的內(nèi)力及配筋構(gòu)造分析

懸臂梁是土木工程中一種常見的構(gòu)件，廣泛用于陽(yáng)臺(tái)、雨棚[1]等結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，如圖1所示為16G101-1圖集中第92頁(yè)的“常用的純懸挑梁配筋構(gòu)造示意圖”。圖中懸臂梁明確標(biāo)注表示了上部鋼筋、下部鋼筋的構(gòu)造要求。為找出懸臂梁鋼筋配置的基本規(guī)律，接下來結(jié)合懸臂梁的常見受力情況進(jìn)行分析。

圖1 純懸挑梁配筋構(gòu)造示意圖[2]

圖2 梁端集中荷載作用下懸臂梁的剪力圖和彎矩圖[3]

圖3 均布荷載作用下懸臂梁的剪力圖和彎矩圖[3]

1.1 懸臂梁內(nèi)力分析

1.1.1 集中荷載作用下懸臂梁的內(nèi)力分析

集中荷載和均布荷載是懸臂梁最常見的外荷載，先分析集中荷載，若梁的長(zhǎng)度、荷載值一定時(shí)，當(dāng)集中荷載作用在懸臂梁的梁端(即自由端)時(shí)，產(chǎn)生的彎矩值最大，對(duì)梁的影響最顯著，所以選取集中荷載作用在梁端時(shí)的內(nèi)力圖進(jìn)行分析。圖2為懸臂梁梁端在集中荷載作用下的剪力圖和彎矩圖。影響梁中縱筋配置的主要是彎矩圖，圖2中，懸臂梁的彎矩圖繪在x軸的上方，呈從梁根部到端部的斜直線圖形，梁根部彎矩值最大為M=F×L，端部的彎矩值最小M=0。這表示梁截面的上側(cè)受拉，在梁根部最容易破壞。

1.1.2 均布荷載作用下懸臂梁的內(nèi)力分析

再分析梁上的均布荷載，如圖3所示，均布荷載作用下懸臂梁的彎矩圖繪在x軸的上方，呈從梁根部到端部的拋物線形狀，梁根部彎矩值最大為M=qL2/2，端部的彎矩值最小M=0。這表示梁截面的上側(cè)受拉，在梁根部最易破壞。

1.2 懸臂梁配筋構(gòu)造分析

由此受力分析后，可知懸臂梁在如圖2、圖3的集中荷載、均布荷載作用下，均是在梁的上側(cè)受拉，且受拉最嚴(yán)重的區(qū)域都是懸臂梁的根部，即固定支座處。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要由混凝土受壓、鋼筋受拉，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際受力的計(jì)算結(jié)果，將受力縱筋布置在懸臂梁的上側(cè)，必須保證最不利位置——梁的固定支座處(懸臂梁根部)的鋼筋數(shù)量。

經(jīng)過以上分析后，再看圖1純懸挑梁配筋構(gòu)造示意圖就很容易理解了，因梁的下部不屬于受拉區(qū)，所以梁下部的縱筋的設(shè)置只有一排，主要起形成骨架及固定鋼筋骨架的作用；而梁的上部受拉，且支座處最容易出現(xiàn)破壞，需要的縱筋就越多，越接近梁的自由端其彎矩值越小，即受拉越小，需要配置的縱筋就越少?？梢妶D1中，梁上側(cè)縱筋繪制了一排或是兩排時(shí)的構(gòu)造要求，無論是一排還是兩排，所有縱筋都深入支座，保證梁根部鋼筋的數(shù)量及錨固要求，而梁端在保證形成鋼筋骨架和構(gòu)造要求的鋼筋數(shù)量后，逐步開始分批向下彎折截?cái)嘁詼p少鋼筋的數(shù)量。

2 框架梁的內(nèi)力及鋼筋構(gòu)造分析

框架梁是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中的基本構(gòu)件，選取16G101-1圖集第84頁(yè)的樓層框架梁配筋構(gòu)造和第88頁(yè)的框架梁箍筋加密區(qū)范圍進(jìn)行討論。圖4、圖5中主要包含了框架梁上部鋼筋、下部鋼筋和箍筋的常規(guī)構(gòu)造要求。要研究框架梁中鋼筋的構(gòu)造，應(yīng)從框架結(jié)構(gòu)的受力情況入手，此處僅選擇一榀三跨三層的框架進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

圖4 樓層框架梁縱向鋼筋構(gòu)造示意圖[2]

圖5 框架梁箍筋加密區(qū)范圍示意圖[2]

2.1 框架結(jié)構(gòu)在荷載作用下的內(nèi)力圖

作用在框架結(jié)構(gòu)上的外荷載，一般是豎向荷載和水平荷載。以左向風(fēng)和均布荷載下的豎向荷載為例，如圖6所示，繪制計(jì)算簡(jiǎn)圖。然后分別繪制出豎向荷載作用下框架的內(nèi)力圖，如圖7所示，以及水平荷載(左向風(fēng))作用下框架的內(nèi)力圖，如圖8所示。

圖6 框架結(jié)構(gòu)在豎向、水平荷載作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖[4]

2.2 框架梁配筋構(gòu)造分析

框架梁的配筋構(gòu)造直接與圖7和圖8中的(a)彎矩圖、(b)剪力圖相關(guān)，先根據(jù)彎矩圖分析框架梁中縱筋的情況，再由剪力圖研究框架梁箍筋的配筋原理。結(jié)構(gòu)的實(shí)際外荷載有豎向荷載和水平荷載疊加而成，雖然在此不能定量繪制出框架梁的最終彎矩圖、剪力圖，卻可以根據(jù)豎向荷載和水平荷載作用下的彎矩圖、剪力圖做定性判斷出危險(xiǎn)部位，從而確定鋼筋的基本構(gòu)造要求。

圖7 框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力圖[4]

圖8 框架結(jié)構(gòu)在左向風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力圖[4]

2.2.1 框架梁縱筋構(gòu)造分析

由圖7、圖8中的(a)彎矩圖，分析其中的框架梁，梁的下側(cè)是跨中處彎矩值較大，梁的上側(cè)僅在每跨支座附近彎矩值較大，所以這兩處就是框架梁的薄弱部位，應(yīng)該在這兩個(gè)部位保證足夠的配筋。在圖4中，樓層框架梁上部的縱向鋼筋都在支座處的一定范圍內(nèi)布置，除起到形成鋼筋骨架的鋼筋外，不需要沿梁長(zhǎng)通常布置，可按照具體情況保證負(fù)彎矩范圍內(nèi)鋼筋的配置后進(jìn)行截?cái)?；框架梁下部的縱向鋼筋在該跨內(nèi)通長(zhǎng)布置。這樣的鋼筋構(gòu)造與彎矩圖的分析相符，彎矩較大處，鋼筋布置得越多。

2.2.2 框架梁箍筋構(gòu)造分析

由圖7、圖8中的(b)剪力圖可知，剪力在梁的支座處最大，所以支座附近應(yīng)加強(qiáng)抗剪切的鋼筋。在平法圖集中，如圖5所示，起到抗剪作用的箍筋在梁端出加密，按照不同的抗震等級(jí)加密區(qū)的長(zhǎng)度有所不同。由剪力圖聯(lián)系到箍筋的布置，圖集中箍筋加密的范圍就很容易理解。

3 框架柱的內(nèi)力及鋼筋構(gòu)造分析

框架柱是框架結(jié)構(gòu)中最主要的一種豎向受力構(gòu)件，本文選取16G101-1圖集第63頁(yè)框架柱縱向鋼筋連接構(gòu)造和第65頁(yè)箍筋加密區(qū)范圍構(gòu)造做簡(jiǎn)要的分析。圖9、圖10是從圖集中選取的框架柱縱向鋼筋連接構(gòu)造和框架柱箍筋加密區(qū)構(gòu)造示意圖。針對(duì)框架柱的配筋構(gòu)造，按照之前三跨三層的框架在豎向荷載和水平荷載作用下的內(nèi)力圖進(jìn)行分析。

圖9 框架柱縱向鋼筋連接構(gòu)造示意圖[2]

圖10 框架柱箍筋加密區(qū)構(gòu)造示意圖[2]

要理清楚框架梁中鋼筋的構(gòu)造，應(yīng)從框架結(jié)構(gòu)的受力情況入手，此處仍選擇一榀三跨三層的框架，按照?qǐng)D7、圖8中的內(nèi)力圖分別對(duì)照?qǐng)D9、圖10的配筋構(gòu)造進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

3.1 框架柱縱筋連接構(gòu)造分析

如圖9所示，柱的鋼筋不論是采用綁扎搭接、機(jī)械連接還是焊接連接，框架柱的非連接區(qū)的位置及分布長(zhǎng)度幾乎是一致的，均在柱底、梁柱節(jié)點(diǎn)的一定范圍內(nèi)。分析框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載和水平荷載下的內(nèi)力圖，圖7和圖8中的(a)彎矩圖中的框架柱，每層柱的彎矩圖都呈斜直線，彎矩值在柱的兩端最大，且有一個(gè)反彎點(diǎn)(即M=0的點(diǎn))。由此可知，柱的兩端彎矩值大，屬于薄弱區(qū)域，不能進(jìn)行縱向鋼筋的連接，所以柱縱筋的連接區(qū)域應(yīng)在除開非連接區(qū)的柱中部位置。

3.2 框架柱箍筋加密區(qū)構(gòu)造分析

在圖10 中，框架柱的箍筋在柱底、梁柱節(jié)點(diǎn)的一定范圍內(nèi)進(jìn)行加密，在豎向荷載和水平荷載下的框架內(nèi)力圖的圖7和圖8中，首先看(b)剪力圖，圖7的剪力圖中柱剪力為0，圖8的剪力圖中每層柱的剪力為定值，再看(a)彎矩圖，每層柱的彎矩圖都呈斜直線，彎矩值在柱的兩端最大，在此考慮彎矩對(duì)箍筋配置的影響，所以在柱的兩端對(duì)箍筋進(jìn)行加密，從圖10可以發(fā)現(xiàn)，柱箍筋的加密區(qū)范圍與柱縱筋的非連接區(qū)范圍基本一致。

4 結(jié)語(yǔ)

本文選取16G101平法圖集中懸臂梁、框架梁、框架柱鋼筋構(gòu)造的典型圖形，從荷載作用下的內(nèi)力圖入手，依次分析了它們?cè)谄椒▓D集中的配筋構(gòu)造規(guī)律。比較清楚地將基本力學(xué)原理與梁、柱的配筋構(gòu)造結(jié)合起來，有助于鋼筋平法圖集的初學(xué)者,特別是高職院校土建類的學(xué)生[5]在理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行學(xué)習(xí)，更好地解決工程中的鋼筋識(shí)圖問題。