现浇钢筋砼楼板因提标号导致不满足最小配筋率是否安全浅析

中图分类号：TU392.2文献标识码： A

一、前言

在现浇钢筋砼建筑物施工时，有时候会遇到施工方要求改变楼盖混凝土标号，以求各个子项目所用混凝土标号相同，便于订购商品混凝土，采取统一的施工措施。甚至有时候施工因缺乏相应的施工经验和混凝土构件设计常识，忽略了受弯构件纵向钢筋最小配筋率的要求，认为提高标号应该提高的构件的承载力，对结构是安全的，故在未取得设计同意前就擅自更改了楼盖标号并浇筑了混凝土。

对于现浇钢筋砼楼盖，在配筋不变的前提下提高混凝土标号，其本质相当于在保证受压区合力不变的前提下减小了受压区高度，即增加了构件内部受拉钢筋合力与受压区受压合力之间的力臂，所以构件受弯承载力R=fyAs（h0-0.5x）也相应提高了。但是有可能会导致不满足规范对于受弯构件最小配筋率[ρmin=max(0.2%,45ft/fy)]的要求。

楼盖中的框架梁及次梁配筋率一般不会由最小配筋率控制，故此处不在讨论对框架梁和次梁的影响，仅针对由最小配筋率控制的楼盖进行初步分析。

二、工程实例

如某高层住宅原楼盖标号为C25，板厚120mm，最小板配筋为HPB300D8@200。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2012(下文简称《砼规》),其配筋率ρ=251/120/1000=0.21%，满足规范最小配筋率ρmin= max(0.2%,45ft/fy)=max（0.2%，45x1.27/270/100=0.21%）=0.21%的要求。而施工提出各子项统一采用C30，导致ρmin= max(0.2%,45ft/fy)=max（0.2%，45x1.42/270/100=0.24%）=0.24%，原配筋不能满足《砼规》对受弯构件最小配筋率的要求，结构构件不安全。

三、问题剖析

标号增加导致不满足最小配筋率要求，实际上提高了构件的承载力，但是为什么是规范不允许的呢，会不安全吗？

在讨论上面的问题前，我们首先了解一下钢筋混凝土适筋受弯构件从开始加荷直至破坏的三个工作阶段。

第Ⅰ阶段构件所受弯矩较小，混凝土尚未开裂，此时中和轴位于构件换算截面形心处，挠度f和钢筋应力σs与弯矩M的关系均接近直线。由于M很小，混凝土无论是受压区还是受拉区均处在弹性工作范围内，应力与应变成正比。沿截面高度的应变分布符合平截面假定，因此梁的应力分布位置线变化，这个阶段为弹性工作阶段。随着M的增大，截面应变随之增大，拉区混凝土出现塑性变形，应变较应力有更快的增长，拉区应力应力图形成曲线形。当截面受拉边缘的应变达到混凝土的极限拉应变时，即为裂缝出现的临界状态，标志着第Ⅰ阶段的终结，成为Ⅰa阶段。这时截面的弯矩为开裂弯矩Mcr，拉区混凝土应力为ft，手拉钢筋与相邻纤维混凝土应变相同，钢筋应力为σs≈2αeft，其值较低，仅达到20~30N/mm2，由于受压区混凝土应变相对还较小，其应力图形均为三角形。Ⅰa阶段的应力状态是受弯构件抗裂计算的依据。

第Ⅱ阶段当弯矩再增大时，拉区混凝土开裂并逐渐退出工作，其承担的拉力将会转给钢筋，使开裂截面钢筋应力发生突变。随着裂缝的向上延伸，中和轴逐渐上移，梁的刚度降低，挠度比开裂前有较快的增长，M-f曲线出现第一个转折点。随荷载增大，截面应变增大，但在大0标距下量测的截面平均应变，仍基本符合平截面假定。压区混凝土出现塑性变形，压应力图形成曲线形。当钢筋应力达到屈服时，为第Ⅱ阶段的终结，称为Ⅱa阶段，相应的截面弯矩为My。第Ⅱ阶段为带裂缝工作阶段，一般钢筋混凝土梁在使用状态下即处在这个阶段，他是计算正常使用极限状态变形和裂缝宽度的依据。

第Ⅲ阶段钢筋屈服后其应力不再增加，而应变迅速增大，在钢筋到达屈服的截面形成一条宽度显著并很快向梁顶发展的破坏裂缝（也即临界裂缝）。此时中和轴迅速上升，挠度急剧增大，混凝土受压区高度很快减小，压应力增大，压区混凝土塑性特征更为明显。钢筋屈服后，截面应变已不再保持直线，但在受压区仍为直线变化。当达到混凝土的极限压应变时，压区出现纵向水平裂缝，随即混凝土被压碎而使梁破坏，梁达到极限弯矩Mu，称为Ⅲa阶段。它是承载能力极限状态计算的依据。从钢筋屈服到混凝土被压碎，虽然钢筋拉力不变，但由于中和轴上升，内力臂加大，使截面抵抗弯矩仍有较小的增长。

上述适筋构件是由于受拉钢筋首先达到屈服，然后混凝土被压碎而破坏的。在破坏前钢筋要经历较大的塑形伸长，裂缝充分发展。挠度急剧增加，给人以明显的破坏预兆，具有明显的塑形破坏特征，构件受弯延性好。

钢筋砼构件在裂缝出现以前，拉力是由钢筋和混凝同承担的，如配筋率过小，则钢筋的作用会很小，拉力绝大部分由混凝土负担。在裂缝出现以后，混凝土的拉力传给钢筋，ρ越小，钢筋的应力σs就突然增加的越多，而且越向屈服强度fy靠近，即开裂弯矩Mcr越趋近于钢筋屈服时的My。当ρ减小到使Mcr与My相等时，截面一旦开裂，钢筋就立刻屈服，此时的配筋率为适筋梁的最小配筋率。《砼规》8.5.1条规定了钢筋砼结构构件的纵向受力钢筋最小配筋率,其目的即是控制构件中受弯钢筋最小值，避免形成少筋构件。

四、总结

在用户不擅自改变房屋使用活荷载的前提下，单纯提高楼板标号，房间楼板在已指定的荷载下不会达到开裂弯矩，楼板的承载力会有所提高，但是会导致不满足最小配筋率的配筋率要求，一般会导致无延性的脆性少筋破坏，缺少了破坏前的预警信号和人员撤离时间，这种破坏应该是避免的，否则当房屋荷载超过设计限制时会对人员生命、财产等造成严重破坏。