浅论工程中的钢筋代换

摘要：在钢混结构施工中，经常会遇到钢筋代换问题。由于其涉及到结构的安全问题，所以在工程管理过程中，应予以慎重对待。本文从钢筋代换的条件、原则、代换验算等方面来讲述工程中的钢筋代换问题。

关键词：钢筋；代换；原则；验算

中图分类号：TU392文献标识码： A

引言

在结构施工中，钢筋是最主要的材料之一，不同种类的钢筋在结构中起到的作用也各不相同：梁板中的负筋可以抵消支座中的负弯矩；而受力钢筋设置在下排起受力作用；分布筋固定了受力钢筋的位置，并将所承受到得荷载均匀的传递给受力钢筋，同时，也可以防止因温度变化或是混凝土收缩等原因，在垂直于受力钢筋的方向产生的裂缝；架立钢筋设立在梁受压区外边缘两侧，可以固定箍筋和形成钢筋骨架，有和没有钢筋剪力键的强度大不相同[1]。但在实际操作中，往往会遇到钢筋品种和规格与设计图纸的要求不符，或是库存不够等等问题，这时为保持进度，需要进行钢筋代换。本文从以下几方面来介绍结构施工中的钢筋代换问题。

1.代换条件

原则上施工单位对于钢筋的级别、直径、种类应按设计要求采用。当遇到需要代换的状况时，首先应告知设计单位，征得其同意，并办理技术核定手续后方能进行代换工作。钢筋代换一般根据图纸中构件、截面尺寸、混凝土强度等级等来进行，且必须符合以下条件：(1) 钢筋替换后，应满足配筋构造规定，如钢筋的最小直径、间距、根数、锚固长度等，且其用量不宜大于原设计的5%，不低于原设计的2%。(2) 对某些重要的构件，如吊车梁、薄腹梁、桁架弦等为了避免构件裂缝过度集中，不宜用Ⅰ级光圆钢筋代替Ⅱ级带肋钢筋；对于预制构件的吊环，必须采用未经冷拉的Ⅰ级热轧钢筋制作，严禁以其他钢筋代换[2]。(3) 同一截面内，可同时配有不同种类和直径的代换钢筋，但每根钢筋的拉力不应过大，以免构件受力不匀；对钢筋类型需要严格控制，以防钢筋达到抗拉强度而断裂。(4) 非对称配筋偏心受压、受拉构件，由于两对边的钢筋在截面中所起的作用不同，故不能取整个截面配筋量进行代换，否则截面的承载力将会降低[3]。(5) 梁的纵向受力钢筋、弯起钢筋与箍筋应分别代换，以保证正截面与斜截面的强度[1]。(6) 有抗震要求的框架，不宜以强度等级较高的钢筋代换原设计的钢筋。如必须代换时，其代换的钢筋检验所得的实际强度值，应符合钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比不应小于1.25的要求[4]。(7) 钢筋代换后可能影响到钢筋合力点的位置与原设计的钢筋合力点的位置的变化，从而影响到界面的有效高度，因此在钢筋代换时应使代换前后钢筋合力点位置不变[5]。

2.代换方法

2.1 等强度代换

此原则要求代换后受力钢筋的承载能力与原设计钢筋的相应值相等或是稍大于原值。应满足以下公式：

（1）

（2）

式中：As1、As2分别为原设计钢筋和代换后钢筋的计算面积；fy1、fy2分别为原设计钢筋和代换后钢筋的强度设计值；N1、N2分别为原设计钢筋和代换后钢筋的根数；d1、d2 分别为原设计钢筋和代换后钢筋的直径（mm）。其中，式(1)、(2)在应用时，应注意以下几点：(1)仅适用于代换前、后钢筋排数不变的情况，一旦排数变化，等强度代换的所得结果将降低构件承载能力(钢筋少排变为多排时)或是浪费钢材(钢筋多排变为少排时)。(2)当直径不同但品种相同时的钢筋之间进行代换的时候，由于fy1=fy2，可求得代换后的根数N2≥N1d12/d22。(3)受拉钢筋和受压钢筋应分别进行代换。(4)当代换后受力钢筋直径加大或根数增多时，应验算钢筋净距是否满足构造要求，若不满足，必须增加钢筋布置的排数，但要考虑钢筋排数增加后，构件截面的有效高度h0的减小。

2.2 等面积代换

当结构构件由最小配筋率控制时，则应按照钢筋总截面面积相等的原则进行代换。等面积代换适用于相同种类和级别之间钢筋的代换。公式为：

AS1= AS2(3)

2.3 等挠度代换

当结构构件由挠度控制时，则应按挠度相等的原则进行代换，即代换后钢筋的短期强度不小于原设计的相应值。按《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)(以下简称《规范》)[6]规定，在荷载效应标准组合下，矩形截面受弯构件的短期刚度的计算公式为：

ES AS h02/(1.15Ψ+0.2+6Eρ) (4)

式中：Es为钢筋弹性模量；As为受拉区纵向非预应力钢筋截面面积；h0为截面有效高度；ψ为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；αE为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；ρ为纵向受拉钢筋配筋率。

2.4 等裂缝宽度代换

当结构构件由最大裂缝宽度控制时，应按最大裂缝宽度相等的原则进行代换。《规范》给出了矩形截面受弯构件按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度验算公式：

ωmax =2.1Ψ(5)

Ψ=1.1-0.65ftk/()(6)

式中：ωmax 为按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度；Ψ为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；σsk 为按荷载效应的标准组合计算的纵向受拉钢筋应力或等效应力；Es为钢筋弹性模量；dep为钢筋的等效直径；c为混凝土保护层厚度；ρte为纵向受拉钢筋配筋率；ωlim为极限裂缝宽度。

3.构造要求验算

3.1 锚固长度、搭接长度验算

依据《规范》，混凝土结果中的纵向受拉钢筋基本锚固长度la的计算公式为：

la= (7)

纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度ll的计算式为：

ll=ζ la(8)

式中：α为钢筋外形系数，带肋钢筋为0.14，光面钢筋的值为0.16；ζ为纵向受拉钢筋搭接长度的修正系数，当纵向钢筋搭接面积小于或等于25%时，其值为1.2；ft为混凝土轴心抗拉强度设计值；fy为锚固钢筋的抗拉强度设计值；d为钢筋计算直径；la 为纵向受拉钢筋的锚固长度。

由上面2式可以看出，当使用较大直径的钢筋代换较小直径的钢筋，或是用强度等级高的钢筋来代换强度等级低的钢筋时，钢筋的锚固长度、搭接长度都应相应的增加，以满足构造要求。

3.2 最小、最大配筋率的验算

为避免出现构件少筋的情况，应保证代换后的配筋率ρ2≥ρ1，其中 ρ2=As2/bh0。若 不满足，则应取代换后的钢筋面积As2=ρmin bh0。为避免出现构件超筋的现象，代换后的钢筋配筋率应满足ρ2≤ρmax。

4.结束语

钢筋分项工程是隐蔽验收工程，是地基与基础分部工程、主体分部工程的重要分项工程之一，对于钢筋的品种级别、规格和数量必须符合设计要求，而钢筋代换涉及到构件的强度、刚度、挠度、破坏状态、延性、裂缝控制性能等，在钢筋混凝土工程中是一个常见的问题，不恰当的代换将对结构构件的适用性、耐久性甚至安全性造成影响。在进行钢筋代换时应慎重对待，充分了解设计意图和代换材料的性能，并严格遵守《规范》规定。凡重要部件的钢筋代换，必须征得甲方、监理、设计单位的同意，并有书面材料通知时才可代换。代换后应严格验算，满足配筋率等各项要求。

参考文献

[1]韦伟.钢筋混凝土矩形截面梁的优化设计及钢筋代换计算[J].铁道工程学报, 2008, 118(7): 41～44

[2]张兴.混凝土结构中的钢筋代换条件和计算方法[J].电力建设, 2005, 26(2): 40～43

[3]赵华玮,朱蕴东,黄功学,等.混凝土结构中钢筋代换问题的探讨[J].水利科技, 2005, (9): 27～27

[4]王战堂.浅谈钢筋混凝土构件中的钢筋代换问题[J].工业建筑, 2001, 31(8): 49～51

[5]袁健,唐小弟,张新胜,等.矩形截面受弯构件钢筋代换实用计算方法[J].施工技术, 2007, 36(3): 66～67

[6] GB 50010-2002混凝土结构设计规范[S].北京: 中国建筑工业出版社, 2002