混凝土构配件尺寸小论

1、混凝土构配件缩尺小论摘要：随着我国经济社会的发展，土建施工成本透明，在施工中采取各种技术措施，降低施工成本。本文主要探讨缩小构配件尺寸，并简单的进行结构受力和经济性分析，以供相关人士参考。关键词：混凝土；土建施工；截面尺寸；受力影响；引言工程施工过程中，混凝土主要构配件有筏板基础、条形基础、独立基础、梁、板、柱等。在实际过程中，混凝土原材占工程总造价1015%左右。混凝土构配件尺寸在规范允许范围内下偏差，对结构受力影响较小，符合规范要求。如果在项目中大规模推广，能达到显著的经济效果。1、 基础基础受力计算分成两部分：a、基础地基承载力验算；b、基础抗冲切破坏和抗弯破坏验算；在设计过程中，主要通

2、过上述计算确定基础的尺寸和做法。工程中常规做法，基础截面尺寸和高度均按照图纸要求进行施工，但往往由于模板安装不牢固，基础胀模导致混凝土浪费，增加了施工成本。在规范允许的情况下，在此对缩小基础截面高度和底面尺寸进行受力分析。1.1 基础底面尺寸工程基础形式，按照构造主要分成独立基础、条形基础和筏板基础。工程实际中独立基础模板由于固定不牢固，80%基础侧模发生涨模，导致实际截面尺寸比图纸大。在下面举个例子说明一下：例1：某一工程有55个独立基础，基础底面尺寸均为2000×2000mm，基础高1000mm。基础施工完后，由于模板涨模，实际截面尺寸为平均为2020×2020mm。实

3、际浪费的混凝土为：a=1-2000×20002020×2020=1.9%如果基础底面尺寸按照1980×1980mm施工，并采用可靠措施，模板涨模程度较小，假设施工完后实际底面尺寸为1990×1990mm。采用缩小截面尺寸做法与正常模板安装方法至少能节省混凝土量如下：a'=1-1990×19902020×2020=3.05%按照混凝土施工质量验收规范要求，现浇结构尺寸截面尺寸允许偏差为+8，-5。按照上面例子做法，基础施工完后尺寸偏差为-1cm，基本符合质量验收规范要求。 而且基础属于隐蔽工程，建设单位、监理单位等相关质量监督人

4、员很少检查基础实际尺寸，基础隐蔽工程验收不受任何影响。在下面，我针对基础进行受力分析，检查基础截面尺寸缩小对基础受力影响程度：基础底部尺寸确定时，需要满足地基承载力的要求，包括持力层的承载力计算和软弱下卧层进行计算。在这里，我仅对基础底面尺寸缩小对基础受力影响进行分析，任以例题1进行说明：基础底部的平均压力不超过持力层土的承载力设计值，即：Pf （公式1）如下图所示，在中心荷载F、G的作用下，基底压力的简化计算方法，p为均匀分布，计算公式：p=(F+G)/A；将基础及上方回填土重G=rG×d×A代入（公式1），则（公式1）为（F+rGdA）/Af，可得底面积A的计算公式：A

5、Ff-drG （公式2）式中：A基础底面积f地基承载力d基础埋置深度rG基础及回填土平均重度，按照20kN/m³考虑代入数值，按照例1中，图纸基础底面积设计值A=2000×2000=4×106mm²，实际底面积为A=1990×1990=3.96×106 mm²。由于缩小底面尺寸导致受力减小值如下： =1- A/A=1-3.96×106/4×106=1%基础模板底面尺寸改变，例1中对基础受力几乎没有影响。在下面，针对基础底面面积大小不一样，改变基础尺寸对基础受力计算影响值也不一样。假设基础均为正方形，边长为

6、a，那么基础受力减小值为：=1-a-0.01（a-0.01)a2 （公式3） 基础尺寸越大，模板采用缩小尺寸安装对受力影响程度越小。基础底面宽度常规做法最小为500mm左右，此时=3.96%。一般设计有富余值，基础尺寸缩小20mm，受力影响基本可以忽略不计。具体影响系数见下表：与a关系计算表A（mm）A(mm2)A (mm2)0.0396500 250000 240100 0.01991000 1000000 980100 0.0132891500 2250000 2220100 0.0099752000 4000000 3960100 0.0079842500 6250000 6200100

7、 0.0066563000 9000000 8940100 0.0057063500 12250000 12180100 0.0049944000 16000000 15920100 1.2 基础高度1.2.1 基础受力说明工程基础主要有独立基础、条形基础和筏板基础。在中心荷载作用下，条形基础在均布线荷载F（kN/m）作用下受力分析可以简化为如图所示，受力形式如同倒置悬臂梁。Pn指由上部结构设计荷载F在基底产生的净反力（不包括基础自重和基础台阶上回填土所引起的反力），沿墙长l=1m方向基础板受力分析，则：pn=Fbl=Fb （公式4）式中：Pn地基净反力设计值，kPa；F上部结构传至地面标高处

8、的荷载设计值，kN；b墙下基础宽度，m；f地基承载力d基础埋置深度rG基础及回填土平均重度，按照20kN/m³考虑墙下柔性基础受力分析在力pn作用下，将在基础底板内产生的弯矩M和剪力V，在1-1截面处最大。V=12pnb-a （公式5） M=12pn（b-a）2（公式6）式中 V为基础剪力设计值，kN/m M基础底部弯矩设计值1.2.2 基础受力分析基础受力分析主要对抗冲切破坏和弯曲破坏进行受力分析，具体如下：a)抗冲切破坏受力分析基础截面尺寸缩小，对抗冲切力进行受力分析。假设一栋多层砖混住宅楼墙下独立基础宽度为1000mm，基础截面高度为300mm，截面高度缩小15mm，基础剪力为

9、V0.07fch0h0V0.07fc (公式7）式中 V为基础剪力设计值，kN/m h0基础底板有效高度从上式可以看出，基础高度与剪力呈线性关系，基础高度约高，抗冲切能力越大。基础厚度变小导致抗剪力变小系数为 =1- v/v=1- h0/h0=1-(a-15)/a=15/a常规基础厚度为300mm，因此基础厚度变小15mm，对基础受力最大影响为15÷300=5%，几乎可以忽略不计。由于混凝土截面高度变小，节约的混凝土系数为15÷300=5%。b)抗弯破坏计算受力分析M=0.9h0fyAs （公式8）式中 M为基础根部弯矩设计值，kN/m h0基础底板有效高度fy钢筋抗拉强度

10、设计值从上式可以看出，基础高度与抗弯能力呈线性关系，基础高度约高，抗弯力越大。基础厚度变小导致抗冲切力变小系数为: =1- M/M=1- h0/h0=1-(a-15)/a=15/a在独立基础底板配筋不变的情况下，基础高度的变小导致抗弯力变小与抗剪力一致。筏板基础受力形式与独立基础类似，主要进行冲切破坏和弯曲破坏验算。综上可以得出结论：1）基础底面尺寸变小20mm，对基础结构受力影响很小，在23%左右，不影响结构安全性能。同样，由于基础模板安装尺寸变小，能节约混凝土系数24%左右；2）基础高度变小15mm，对基础结构受力影响很小，最大为5%。同样由此节约混凝土系数为3%左右；2、 墙、柱墙柱主要

11、受到主要进行矩形截面偏心受压正截面承载力计算和偏心受压斜截面承载力计算。工程中受力复杂，不进行详细的受力分析。工程施工过程中，由于柱子侧模胀模，往往柱子截面尺寸比图纸大造成混凝土浪费，增加了施工费用。在规范允许的情况下，在此缩小柱子截面尺寸进行简单的受力分析。为计算方便，在下面计算过程仅考虑柱子受到轴心压力，柱子为轴心受压构件。柱子正截面受压承载力计算公式：N=0.9fcA+fyAs （公式8） 式中：N轴向压力设计值钢筋混凝土构件稳定系数fc混凝土轴心抗压强度设计值fy普通钢筋强度设计值A构件截面面积As纵向钢筋的截面面积现举例说明：例2.某住宅楼主体结构为框架结构，柱子仅受轴向压力作用。柱

12、子的截面尺寸为500mm×500mm，标准层层高为3m，混凝土强度为C30（fc=14.3N/mm²），纵向钢筋采用HRB400( fy=360 N/mm²)，柱子配筋为1.5%。为避免柱子涨模浪费混凝土，实际施工中柱子按照492mm×492 mm尺寸，试计算柱子承载力变化率：=1-N'N=1-fcA+fyAsfcA'+fyAs=3.2%由于工程配筋率、截面尺寸和混凝土强度等级对柱子轴向受压承载力均有影响。在这里，缩小柱子截面尺寸，分别对上述三个参数变化进行简单的受力分析：柱子配筋率变化N（承载力）KNN"（承载力）KNa（截面

13、尺寸）mma"（截面尺寸）mmb（截面尺寸）b"（截面尺寸）A（面积）A"（面积）混凝土强度（C25）N/mm²钢筋配筋率钢筋强度N/mm²承载力减小量3163.50 3063.08 500 492 500 492 250000 24206411.90.636010.031743406.50 3298.36 500 492 500 492 250000 24206411.90.936010.031743649.50 3533.65 500 492 500 492 250000 24206411.91.236010.031743892.50 37

14、68.94 500 492 500 492 250000 24206411.91.536010.031744135.50 4004.22 500 492 500 492 250000 24206411.91.836010.031744378.50 4239.51 500 492 500 492 250000 24206411.92.136010.031744621.50 4474.80 500 492 500 492 250000 24206411.92.436010.031744864.50 4710.08 500 492 500 492 250000 24206411.92.736010.

15、031745107.50 4945.37 500 492 500 492 250000 24206411.9336010.031745350.50 5180.65 500 492 500 492 250000 24206411.93.336010.031745593.50 5415.94 500 492 500 492 250000 24206411.93.636010.031745836.50 5651.23 500 492 500 492 250000 24206411.93.936010.031746079.50 5886.51 500 492 500 492 250000 242064

16、11.94.236010.03174说明：1、截面尺寸缩小8mm； 2、混凝土强度为C25不变，截面尺寸为500×500mm不变； 3、仅针对配筋率不一样，对截面尺寸缩小导致承载力减小进行受力分析； 4、混凝土用量均省了3.2%；柱子截面尺寸变化N（承载力）KNN"（承载力）KNa（截面尺寸）mma"（截面尺寸）mmb（截面尺寸）mmb"（截面尺寸）mmA（面积）mm²A"（面积）mm²混凝土强度（C30）N/mm²钢筋配筋率钢筋强度N/mm²承载力减小量节约混凝土5161.50 4997.65 500

17、492 500 492 250000 24206414.32.436010.03170.032 6245.42 6065.05 550 542 550 542 302500 29376414.32.436010.02890.029 7432.56 7235.68 600 592 600 592 360000 35046414.32.436010.02650.026 8722.94 8509.54 650 642 650 642 422500 41216414.32.436010.02450.024 10116.54 9886.63 700 692 700 692 490000 47886414

18、.32.436010.02270.023 11613.38 11366.94 750 742 750 742 562500 55056414.32.436010.02120.021 13213.44 12950.49 800 792 800 792 640000 62726414.32.436010.01990.020 14916.74 14637.27 850 842 850 842 722500 70896414.32.436010.01870.019 16723.26 16427.28 900 892 900 892 810000 79566414.32.436010.01770.018

19、 18633.02 18320.52 950 942 950 942 902500 88736414.32.436010.01680.017 20646.00 20316.99 1000 992 1000 992 1000000 98406414.32.436010.01590.016 22762.22 22416.68 1050 1042 1050 1042 1102500 108576414.32.436010.01520.015 24981.66 24619.61 1100 1092 1100 1092 1210000 119246414.32.436010.01450.014 说明：1

20、、截面尺寸缩小8mm； 2、混凝土强度为C25不变，配筋率为2.4%不变； 3、仅针对截面尺寸大小不一样，对截面尺寸缩小导致承载力减小进行受力分析；柱子混凝土强度变化（承载力）KNN"（承载力）KNa（截面尺寸）mma"（截面尺寸）mmb（截面尺寸）b"（截面尺寸）A（面积）A"（面积）混凝土强度设计值钢筋配筋率钢筋强度承载力减小量混凝土强度等级4104.00 3973.72 500 492 500 492 250000 2420649.62.436010.0317C204621.50 4474.80 500 492 500 492 250000 242

21、06411.92.436010.0317C255161.50 4997.65 500 492 500 492 250000 24206414.32.436010.0317C305701.50 5520.51 500 492 500 492 250000 24206416.72.436010.0317C356241.50 6043.37 500 492 500 492 250000 24206419.12.436010.0317C406691.50 6479.09 500 492 500 492 250000 24206421.12.436010.0317C457141.50 6914.80 5

22、00 492 500 492 250000 24206423.12.436010.0317C507636.50 7394.09 500 492 500 492 250000 24206425.32.436010.0317C558131.50 7873.37 500 492 500 492 250000 24206427.52.436010.0317C608626.50 8352.66 500 492 500 492 250000 24206429.72.436010.0317C659099.00 8810.16 500 492 500 492 250000 24206431.82.436010

23、.0317C709549.00 9245.88 500 492 500 492 250000 24206433.82.436010.0317C7510021.50 9703.38 500 492 500 492 250000 24206435.92.436010.0317C80说明：1、截面尺寸缩小8mm； 2、柱子截面尺寸为500×500mm，配筋率为2.4%不变； 3、仅针对混凝土强度变化，对截面尺寸缩小导致承载力减小进行受力分析； 4、混凝土用量均省了3.2%；通过上述三个表格进行受力分析，可以得出轴向受压柱子截面尺寸缩小8mm，柱子轴向承载力仅仅减小不到3.1%，承载力减小可以忽略不计，不影响结构受力安全。在规范允许范围内，缩小截面尺寸可以节约35%的混凝土原材，经济效益明显。上面柱子仅仅考虑轴向压力，实际墙柱构件还需要对其他承载力进行受力分析过于复杂，在这里就不详细计算分析了。剪力墙厚度在150mm350mm左右，在