混凝土受弯构件的钢筋代换

在施工现场，因受各种因素的影响，混凝土构件中钢筋的代换时有发生。为加强技术交流，便于应用，现将在混凝土工程结构施工中遇到的混凝土受弯构件中梁板受力钢筋的等面积代换和等强度代换简述如下，并进行举例说明。1

钢筋代换的相关规定混凝土结构施工中，往往因缺乏设计规定的钢筋型号（规格）而采用另外型号（规格）的钢筋代替。钢筋代换主要包括钢筋的品种、级别、规格、数量等的改变，涉及结构安全。GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》强制性条文（3.9.4）规定：“在施工中，当需要以强度等级较高的钢筋替代原设计中的纵向受力钢筋时，应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则换算，并应满足最小配筋率要求”；《混凝土结构工程施工规范》强制性条文（5.1.3）规定：“当需要进行钢筋代换时，应办理设计变更文件”。即钢筋的代换须经设计单位同意，并按规定办理相关审核手续。由此可见，钢筋的代换问题对结构安全的影响十分重大，除符合设计要求的构件承载力、最大拉力下的总伸长率、正常使用阶段的裂缝宽度和挠度控制以外，还必须考虑钢筋间距、钢筋直径、保护层厚度、钢筋锚固长度、接头面积百分率及搭接长度、最小配筋率、最大配筋率等方面的构造要求。对有抗震要求的构件，应注意替代后的纵向钢筋的总承载力设计值不应高于原设计的纵向钢筋总承载力设计值，以免造成薄弱部位的转移，以及构件在有影响的部位发生混凝土的脆性破坏（混凝土压碎、剪切破坏）。当进行钢筋代换，需要时可采用并筋的代换形式，不宜用光圆钢筋代换带肋钢筋。2

钢筋的等面积代换钢筋的等面积代换，是当结构或构件的强度以钢筋的强度控制时采用的等效方法。用相同强度等级的钢筋进行代换时，可按钢筋截面面积相等的原则进行代换，称为钢筋的“等面积代换”，按下式计算：

式中：AS1、AS2——分别为原设计钢筋的总面积和施工代换后钢筋的总面积，mm2；n1、n2——分别为原设计钢筋的根数和施工代换后钢筋的根数；π——圆周率，一般取3.1416；d1、d2——分别为原设计钢筋的直径和施工代换后钢筋的直径，mm。将式（2）、（3）代入式（1）并经整理后得钢筋的等面积计算公式为：3

钢筋的等强度代换当结构或构件的强度以钢筋的强度控制时，采用与原设计不同强度等级的钢筋进行代换不同钢筋种类时，应按强度相等的原则进行代换，称为钢筋的“等强度代换”。等强度代换的条件就是代换钢筋的总承载力等于原设计钢筋的总承载力。用公式可表示为：式中：N1、N2——分别为原设计钢筋的总强度设计值、施工代换后钢筋的总强度设计值，kN；d1、d2——分别为原设计钢筋的直径、施工代换后钢筋的直径，mm；fy1

、fy2——分别为原设计钢筋的强度设计值、施工代换后钢筋的强度设计值，N/mm2；将式（6）、式（7）代入式（5）并经整理后得钢筋的等面积计算公式为：4

钢筋的配筋率限制为了便于在钢筋代换时验算配筋率，根据《混凝土结构设计规范》附录A和《混凝土受弯构件纵向受拉钢筋配筋率探析》和《混凝土梁板纵向钢筋面积计算分析》编制出了混凝土受弯构件一侧纵向受力钢筋的最小配筋百分率ρmin(%)和最大配筋百分率ρmax(%)。钢筋的配筋率按下式计算：式中：ρ—受弯构件的配筋百分率；AS—受弯构件的纵向钢筋截面面积，mm2；b—受弯构件的计算宽度，mm。通常板取1.00 m为计算单位，梁取实际宽度；h0——受弯构件的截面有效计算高度，mm；n——纵向受力钢筋的根数。5

举例说明钢筋的代换5.1

混凝土板底部纵筋的等面积代换施工图设计某工程楼盖的现浇混凝土板厚为100 mm，混凝土保护层为20 mm，底部纵向10@200。在施工中，发现缺少最后一间楼板的10，由于受到疫情影响，材料不能及时到货，故拟用8代替10。钢筋的强度等级相同，可用等面积代换，将已知数值代入式（4）得（取1.00 m为计算单位，n1＝1 000÷200＝5根）：n2＝7.8125≈8根（钢筋根数只能取整数）即：将原设计配筋10@200代换为实际配筋8@125（1 000÷8＝125 mm）。经复核：AS1＝392.7 mm2As2＝402.2 mm2ρ＝0.536%＜ρmax＝2.62%结论：满足钢筋等面积代换要求。5.2

混凝土梁底部纵筋的等强度代换某加层改造项目采用现浇混凝土井式梁楼盖，混凝土强度等级为C30，保护层厚度为25 mm，钢筋采用HRB335。其梁宽b＝250 mm、梁高h＝550 mm。原施工图设计梁底纵筋为622，现拟用其他工程剩余的HRB400钢筋425代换，请审核。用钢筋的等强度代换，将已知数值代入式（8）得：经计算，n2＝3.872≈4根经复核：N1＝684 240 NN2＝706 860 Nρ＝1.861 7%≈1.86%＜ρmax＝2.05%

N2＝706 860 N＞N1＝684 240 N

结构允许结论：满足钢筋等强度代换要求。按现行有关程序，钢筋代换由施工、设计、监理、建设等单位相关人员签字同意后，方可实施。6

结束语建筑工地的钢筋代用，影响因素很多，对结构的安全十分重要。为