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1、1钢筋混凝土结构基本知识1 钢筋混凝土结构基本知识1.1钢筋混凝土构件相关知识1.1.1钢筋和混凝土的共同工作原理钢筋和混凝土为两种不同的材料，它们的力学性能完全不同，混凝土具有较强的抗压能力，但抗拉能力较弱，单纯用混凝土浇捣而成的构件，我们常称其为素混凝土构件，这类构件能承受较大的压力，但受到拉力时很容易破坏，造成构件下部出现裂缝，因此素混凝土构件在工程中的适用受到很大的限制，一般用于基础下的垫层、素混凝土灌注桩等。实际工程中，不同的构件，其受力情况不同，一般不仅要承受压力，还要承受拉力、剪力等，比如梁，就是受弯构件，什么是受弯构件呢？简单地说就是当梁承受荷载（即承受的力，分为动荷载和恒荷载

2、，通俗地讲就是人的活动产生的力叫动荷载；家具等产生的力叫恒荷载）后，就会弯曲，从构件的内部受力情况分析，将梁的断面从中线分为上、下两部分，梁的上部承受压力、下部承受拉力，如图所示1-1所示，梁的上部因混凝土有较强的抗压性能，足以抵抗荷载产生的压力，而不会出现裂缝；但梁的下部因混凝土的抗拉性能差，不能抵抗荷载产生的拉力，而出现破坏，产生裂缝，如果荷载继续加大，裂缝会不断向上发展，最后整个梁就会断裂。为了使梁不仅能够承受压力，还能够承受拉力，就必须寻找一种抗拉能力很强，又能与混凝土结合在一起共同承担外力的材料。 图1-1 混凝土梁的受力破坏图而钢筋符合这个条件，这是因为钢筋不仅抗拉能力很强，而且能

3、和混凝土组合在一起共同工作，其原因是：钢筋和混凝土之间有可靠的粘结力，能够承受由于二者的相对变形（滑移）在界面上产生的相互作用力。当混凝土凝结后，混凝土和钢筋之间有很强的粘结力，特别是当钢筋端部加了弯钩，表面轧了花纹后二者之间的粘结力大大加强，使混凝土和钢筋结成一个坚固的整体，共同承受外力。钢筋和混凝土之间的粘结力包括：混凝土硬结和收缩对钢筋产生的握裹力；水泥胶体与钢筋表面的胶结力；钢筋表面粗糙不平及变形钢筋表面的横肋与混凝土之间的机械齿合力。此外，粘结力的大小还与钢筋表面形状、保护层厚度、受力钢筋间距等因素有关。钢筋和混凝土的线膨胀系数非常接近。当温度变化时，钢筋和混凝土也会随着温度的变化而

4、伸长或缩短，两种材料的材料的伸长或缩短数值基本相同，也就是说二者相对变形很小，不会产生相互错动，而破坏两者的粘结力。混凝土总包裹在钢筋外围，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，混凝土本身对钢筋也没有腐蚀作用，从而保证钢筋混凝土构件的耐久性。由以上分析得知，钢筋和混凝土结合在一起共同工作，各自在承受荷载时发挥自己的作用钢筋承受拉力、混凝土承受压力，使钢筋混凝土构件有很强的承载能力。有人可能因此提出问题，在混凝土构件中是不是配的钢筋越多，承载力就越高？其实并非如此，让我们掌握一些相关知识。1.1.2 钢筋混凝土相关知识（1）适筋梁、超筋梁和少筋梁的概念 一个构件中需要配多少钢筋，是要经过结构计算的，它与构

5、件所要承担的荷载大小、混凝土的强度等级（即混凝土的标号）、钢筋的强度等级及构件的几何尺寸的大小有关，即不能配的太多，也不能太少，应该适当。比如，根据配筋率的不同，钢筋混凝土梁可以分为适筋梁、超筋梁和少筋梁三种。1） 适筋梁 适筋梁是指正常配筋的梁，也即钢筋配置适当。这类梁在所能承受的荷载范围内，正常工作，一旦承受的荷载超出范围时，其破坏的主要特点是受拉区混凝土先出现裂缝，然后受拉区的钢筋达到屈服强度，最后受压区混凝土被压碎，构件即告破坏，如图1-2a所示。这种梁在破坏前，钢筋经历了较大的塑性伸长，构件有较明显的变形和裂缝开展过程，其破坏过程比较缓慢，破坏前有明显的预兆，为塑性破坏。适筋梁的材料

6、强度能够得到充分发挥，受力合理，破坏前有预兆，所以实际工程中应将钢筋混凝土梁设计成适筋梁。 图1-2 梁的三种破坏形式 a)适筋梁 b)超筋梁 c)少筋梁2）超筋梁 超筋梁是指受拉钢筋配得过多的梁，其破坏特点是受拉区混凝土裂缝开展不大，梁的挠度（即梁的竖向变形量）较小，但受压区混凝土先达到极限压应变而被压碎，使整个构件破坏，如图1-2b所示。这类梁的破坏是在没有明显预兆的情况下突然发生的，为脆性破坏，主要原因是受拉钢筋过多，受拉区钢筋还没有达到屈服强度，即此时受压区钢筋还能承受拉力，还有一定的余量，不会出现变形和裂缝时，受压区的混凝土已经出现裂缝。这种梁配筋虽多，却不能充分发挥作用，所以是不经

7、济的，工程中不允许采用超筋梁。3）少筋梁 少筋梁是指受拉钢筋配得过少的梁，其破坏特点是受拉区混凝土一旦开裂，钢筋就会随之达到屈服强度，构件将产生很宽的裂缝和很大的变形，甚至钢筋被拉断而破坏，如图1-2c所示。少筋梁破坏时裂缝往往集中出现一条，破坏前没有明显的预兆，它也是一种脆性破坏，工程中不得采用少筋梁。（2）混凝土保护层1）什么是混凝土保护层？混凝土保护层是指钢筋外边缘到混凝土构件表面的距离，其作用一是保护钢筋，使钢筋不外露，不受侵蚀，且起到防火作用；二是保证钢筋和混凝土之间足够的粘结力。2）纵向受力钢筋保护层厚度纵向受力钢筋是指沿构件长度方向的受力钢筋，其保护层指从纵向受力钢筋的外边缘至混

8、凝土构件表面的距离。混凝土结构设计规范（GB 500102002）规定，纵向受力的普通钢筋其混凝土保护层厚度不应小于钢筋的公称直径，且应符合表1-1的规定。表1-1 纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度（mm） 环境类别板、墙、壳梁柱C20C25C45C50C20C25C45C50C20C25C45C50一201515302525303030二a202030303030b252035303530三302540354035注： 1、基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40；当无垫层时不应小于70。2、处于一类环境且由工厂生产的预制构件，当混凝土强度等级不低于C20时，其保护层厚度可按表2-

9、14中规定减少5，但预应力钢筋的保护层厚度不应小于15；处于二类环境且由工厂生产的预制构件，当表面采取有效保护措施时，保护层厚度可按表中一类环境数值采用。预制钢筋混凝土受弯构件，钢筋端头的保护层厚度不应小于10；预制肋形板主肋钢筋的保护层厚度应按梁的数值取用。3、板、墙、壳中分布钢筋的保护层厚度不应小于表1-1中相应数值减10，且不应小于10；梁、柱中箍筋和构造钢筋的保护层厚度不应小于15。 4、当梁、柱中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度大于40时，应对保护层采取有效的保护措施。5、对于有防火要求的建筑物，其混凝土保护层厚度尚应符合或家现行有关标准的要求。6、混凝土结构的环境类别按表1-2的标准

10、划分。表1-2 混凝土结构的环境类别 环境类别条 件一室内正常环境二a室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境b严寒和寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境三使用除冰盐的环境；严寒和寒冷地区冬季水为变动的环境；滨海室外环境四海水环境五受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境注：严寒和寒冷地区的划分应符合国家现行标准民用建筑热工设计规程JGJ24的规定。（3）钢筋的锚固1）什么是钢筋的锚固？钢筋的锚固是指为了充分利用钢筋的抗拉强度，构件的受拉钢筋在构件端头应留有足够的长度，该长度即为锚固长度，其长度大小与钢筋种类、混凝土强度及钢筋直径有关。2）纵向

11、受拉钢筋锚固长度见表1-3。表1-3 纵向受拉钢筋最小锚固长度 混凝土等级钢筋种类混 凝 土 强 度 等 级C20C25C30C35C40HPB235普通钢筋31d27d24d22d20dHRB335普通钢筋39d34d30d27d25d环氧树脂涂层钢筋48d42d37d34d31dHRB400RRB400普通钢筋46d40d36d33d30d环氧树脂涂层钢筋58d50d45d41d37d注：1、当HRB335和HRB400级钢筋直径大于25mm时，其锚固长度乘以修正系数1.1； 2、当钢筋在混凝土施工过程中易受扰动（如滑模施工）时，其锚固长度乘以修正系数1.1； 3、当HRB335和HRB4

12、00级钢筋在锚固区的混凝土保护层厚度大于钢筋直径的3倍且配有箍筋时，其锚固长度可乘以修正系数0.8；4、经上述修正后的锚固长度不应小于按公式计算锚固长度的0.7倍，且不小于250mm。5、d为纵向钢筋直径。3）抗震受拉钢筋锚固长度表1-3适用于非抗震要求的纵向受拉钢筋，目前的建筑工程绝大多数都是有抗震要求的，那么抗震受拉钢筋锚固长度见下述规定纵向受拉钢筋的抗震锚固长度应按下列公式计算： 一、二级抗震等级 =1.15 (1-1)三级抗震等级 =1.05 (1-2)四级抗震等级 = (1-3)由此可计算有抗震要求的纵向受拉钢筋的确锚固长度，见表1-4。表1-4 抗震区纵向受拉钢筋锚固长度 钢筋强度

13、混凝土强度HPB235HRB335HRB400普通钢筋普通钢筋环氧树脂涂层钢筋普通钢筋环氧树脂涂层钢筋C20一、二级抗震等级36d44d55d53d66d三级抗震等级33d41d51d49d61dC25一、二级抗震等级31d38d48d46d57d三级抗震等级28d35d44d42d53dC30一、二级抗震等级27d34d43d41d51d三级抗震等级25d31d39d37d47dC35一、二级抗震等级25d31d39d37d47d三级抗震等级23d29d36d34d43dC40一、二级抗震等级23d29d36d34d43d三级抗震等级21d26d33d31d39d注：1、四级抗震等级， =，

14、其值见表1-3；2、弯锚时，有些部位的锚固长度为0.4+15d，具体见各类构件的标准构造祥图；3、当钢筋在混凝土施工过程中易受扰动（如滑模施工）时，其锚固长度乘以修正系数1.1；4、在任何情况下，锚固长度不得小于250mm。（4）钢筋的连接 钢筋的连接方式，可分为两大类：绑扎搭接、机械连接或焊接。由于钢筋通过连接接头传力的性能总不如整根钢筋，因此规范规定：受力钢筋的接头宜设置在受力较小处；同一根钢筋上宜少设接头；同一构件中的相邻纵向受力钢筋接头宜相互错开。1）接头使用规定直径d12mm以上的钢筋，应优先采用焊接接头或机械连接接头。当受拉钢筋的直径d28mm及受压钢筋的直径d32mm时，不宜采用

15、绑扎搭接接头。轴心受拉及小偏心受拉杆件（如桁架和拱的拉杆）的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头。直接承受动力荷载的结构构件中，其纵向受拉钢筋不得采用绑扎搭接接头。2）接头面积允许百分率接头面积允许百分率是指在同一连接区段内有搭接接头的纵向受力钢筋截面面积与全部纵向受力钢筋截面面积的比值。绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3l1(l1为搭接长度)，凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段,如图1-3所示。同一连接区段内，纵向受拉钢筋搭接接头面积百分率应符合设计要求；当设计无具体要求时，应符合下列规定：图1-3 同一连接区段内的纵向受拉钢筋绑扎搭接接头a.对梁、板类及墙类构件，不

16、宜大于25%；b.对柱类构件，不宜大于50%；c.当工程中确有必要增大接头面积百分率时，对梁类构件不应大于50%；对其他构件，可根据实际情况放宽。钢筋机械连接与焊接接头宜相互错开，机械连接与焊接接头连接区段的长度为35倍d（d纵向受力钢筋的较大直径），且不小于500mm。同一连接区段内，纵向受力钢筋的接头面积百分率应符合设计要求；当设计无具体要求是，应符合下列规定：a.受拉区不应大于50%；受压区不受限制；b.接头不宜设置在有抗震设防要求的框架梁端、柱端的箍筋加密区；当无法避开时，对等强度高质量机械连接接头，不应大于50%；c.直接承受动力荷载的结构构件中，不宜采用焊接接头；当采用机械连接接头

17、时，不应大于50%。3）绑扎接头搭接长度纵向受拉筋绑扎接接头的搭接长度应根据位于同一连接区段内的钢接搭接接头面积百分率按下列公式计算： l1la 式中 la纵向受拉钢筋的锚固长度，见表1-3。纵向受拉钢筋搭接长度修正系数，见表1-5所示。表1-5 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数纵向钢筋搭接接头面积百分比（%）25501001.21.41.6在任何情况下，纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度均不应小于300mm。构件中的纵向受压钢筋，当采用搭接连接时，其受压搭接长度不应小于纵向受拉钢筋搭接搭接长度的0.7倍，且在任何情况下不应小于200mm。在梁、柱类构件的纵向受力钢筋搭接长度范围内，应按设计要求配

18、置箍筋。当设计无具体要求时，应符合下列规定：a.箍筋直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍；b.受拉搭接区段的箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm；c.受压搭接区段的箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不应大于200mm;d.当柱中纵向受力钢筋直径d25mm时，应在搭接接头两个端面外100mm范围内各设置两个箍筋，其间距宜为50mm。1.2 钢筋的分类 在钢筋施工中常常听到很多钢筋的名称，比如“受力筋”、“圆钢”、“盘圆钢筋”、“直条钢筋”等，要了解这些钢筋的名称之间究竟有那些区别，就应从以下几个方面做全面了解。（1）按生产工艺分 钢筋混凝土结构中常用的普通钢

19、筋可分为两类：热轧钢筋（包括余热处理钢筋）和冷加工钢筋，其中冷加工钢筋包括冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋、冷拔螺旋钢筋。下面分别讲述以上几种钢筋概念及力学性能。1）热轧钢筋 概念：热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，分为热轧光圆钢筋、热轧带肋钢筋和余热处理钢筋三种。a.热轧光圆钢筋：是经热轧成型并自然冷却，成品钢筋表面是光圆的钢筋。b.热轧带肋钢筋：经过热轧成型，横截面通常为圆形，且表面带有两条纵肋和延长度方向均匀分布月牙形横肋的钢筋。c.余热处理钢筋是经热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部余热自身完成回火处理所得的成品钢筋。 外形：热轧光圆钢筋的外形见图1-3所示。 图1-3 光圆

20、钢筋表面及截面形状热轧带肋钢筋的外形见图1-4所示。 图1-4 月牙肋钢筋表面及截面形状 d钢筋内径；横肋斜角；h横肋高度；横肋与轴线夹角； h1纵肋高度；纵肋斜角；a纵肋顶宽；l横肋间距；b横肋顶宽余热处理钢筋的表面形状同热轧带肋钢筋。 表示方法热轧光圆钢筋的强度等级（牌号）为HPB235；热轧带肋钢筋的强度等级（牌号）为HRB335、HRB400和HRB500；余热处理钢筋的强度等级（牌号）为RRB400。HPB235级光圆钢筋施工图纸中通常用 表示，HRB335级热轧带肋钢筋通常用 表示，HRB400级热轧带肋钢筋通常用 表示，RRB400级余热处理钢筋常用 R表示，见表1-6及表1-7

21、所示。例如：热轧带肋钢筋的牌号为HRB335，是由大写的英文字母HRB和钢筋的屈服点最小值构成。H、R、B分别为：热轧（Hot-rolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bar）三个词的英文首位字母。其后的数字335为钢筋的屈服点的最小值，见表1-6所示。力学性能：a. 热轧钢筋热轧钢筋的力学性能及相关指标见表1-6和1-7。表1-6 热轧钢筋的直径、横截面面积和重量 公称直径（）内径（）纵横肋高h1、h2（）公称横截面面积（2）理论重量（/m）6810125.87.79.611.50.60.81.01.228.2750.2778.54113.10.2220.3950.6170.888141

22、613.415.41.41.5153.9201.11.211.58182017.319.31.61.7254.5314.22.002.472225283221.324.227.231.01.92.12.22.4380.1490.9615.8804.22.983.854.836.3136405035.038.748.52.62.93.21018125719647.999.8715.42注：表中理论重量按密度为7.85g/cm3计算表1-7 热轧钢筋力学性能 表面形状牌号公称直径d（）屈服点s(Mpa)抗拉强度b(Mpa)伸长率（）冷弯符号不小于弯曲角度弯心直径光圆HPB2358202353702

23、5180Od 月牙肋HRB335625285033549016180O180O3d4d HRB400625285040057014180O180O4d5d HRB500625285050063012180O180O6d7d注：混凝土结构设计规范（GB50010-2002）第4.2.1条规定：普通钢筋宜采用热轧带肋钢筋HRB335级和HRB400级，也可采用热轧光圆钢筋HPB235级和余热处理钢筋RRB400级，并在条文说明中提倡用HRB400级钢筋作为我国钢筋混凝土结构的主力钢筋。该设计规范尚未列入HRB500级钢筋，故设计中很少用到。b.余热处理钢筋余热处理钢筋力学性能见表1-8。表1-8

24、余热处理钢筋的力学性能 表面形状牌号公称直径d()屈服点s(Mpa)抗拉强度b(Mpa)伸长率（）冷弯符号弯曲角度弯心直径月牙肋RRB400825284044060014903d4d R5 应用热轧带肋钢筋强度较高、塑性、韧性和焊接性能较好，主要用于钢筋混凝土构件的受力钢筋、箍筋、构造钢筋。热轧钢筋经冷拉后，可作为预应力钢筋使用。2）冷轧带肋钢筋 概念：冷轧带肋钢筋是热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后在其表面冷轧成三面或两面有肋的钢筋。 外形：冷轧带肋钢筋的外形见图1-5所示。冷轧带肋钢筋的横肋，沿钢筋横截面周围均匀分布。其中三面肋钢筋一面肋的倾角，必须与另两面反向；两面肋钢筋一面肋的倾角，必须与另

25、一面反向。冷轧带肋钢筋的外形应符合图1-5及图1-6的规定。图1-5 三面肋钢筋表面及截面形状-横肋斜角；-横肋与钢筋轴线夹角；h-横肋中点高；l-横肋间距；b-横肋顶宽；fi-横肋间隙 图1-6 二面肋钢筋表面及截面形状 -横肋斜角；-横肋与钢筋轴线夹角；h-横肋中点高； l-横肋间距；b-横肋顶宽；fi-横肋间隙 表示方法冷轧带肋钢筋分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。冷轧带肋钢筋的牌号由字母CRB和钢筋的抗拉强度最小值构成。C、R、B分别为冷轧（Cold Rolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bar）三个词的英文首位字母；其后的数字

26、如550等，为钢筋的抗拉强度最小值，见表1-9所示。CRB550级钢筋为普通钢筋混凝土用钢筋，其公称直径范围为412mm；CRB650及以上牌号钢筋为预应力混凝土用钢筋，其公称直径为4、5、6mm。其中CRB550级钢筋宜用于钢筋混凝土结构构件中的受力钢筋、架立筋、箍筋及构造钢筋；CRB650级及CRB800级钢筋宜用于中小型预应力混凝土构件中的受力主筋。4 力学性能冷轧带肋钢筋的力学性能及相关指标见表1-9和1-10。表1-9 冷轧带肋钢筋的直径、横截面面积和重量 公称直径d()公称横截面积(2)理论重量（kg/m）456789101212.619.628.338.550.363.678.5

27、113.10.0990.1540.2220.3020.3950.4990.6170.888注：重量允许偏差4。表1-10 冷轧带肋钢筋的力学性能 牌号抗拉强度b(Mpa)不小于伸长率（）不小于弯曲试验180反复弯曲次数松弛率（）（初始应力）101001000h不大于（）10h不大于（）CRB5505508.0-D=3d-CRB650650-4.0-385CRB800800-4.0-385CRB970970-4.0-385CRB11701170-4.0-385注：1.表中D为弯心直径，d为钢筋公称直径；受弯钢筋表面不得产生裂纹；2当钢筋的公称直径为4mm、5mm、6mm时，反复弯曲试验的弯曲半径

28、分别为10mm、15mm、15mm；3对成盘供应的各牌号钢筋，经调直后的抗拉强度仍应符合表中的规定。 应用冷轧带肋钢筋是同类冷加工钢筋中较好的一种。它具有塑性好、强度高、与混凝土粘结锚固性能良好等优点。在预应力混凝土构件中，它是冷拔低碳钢丝的更新代换产品；在现浇混凝土结构中，它可代换HPB235及钢筋以节约钢材。 冷轧带肋钢筋作为钢筋深加工产品，尤其是用于焊接网的配筋形式，具有提高工程质量、节约钢材、简化施工、缩短工期等一系列优点。因此，越来越受到工程界的重视，应用量逐年扩大。CRB550级钢筋宜用于钢筋混凝土结构构件中的受力钢筋、架立筋、箍筋及构造钢筋；CRB650级及CRB800级钢筋宜用于中小型预应力混凝土构件中的受力主筋。3）冷轧扭钢筋 概念冷轧扭钢筋是用低碳钢钢筋（含碳量低于0.25%）经钢筋冷轧扭机调直、冷轧并冷扭一次成型，具