混凝土结构钢筋锚固问题综述_杨宁.pdf

1引言混凝土锚固结构中，锚固长度是指受力钢筋依靠其表面与混凝土的黏结作用或端部构造的挤压作用而达成设计承受应力所需的长度。由此可见，满足锚固要求，是钢筋混凝土构件有效传力的前提，是结构体系实现承载能力极限状态和正常使用极限状态的基本要求。通常所提的“大震不倒”“防连续倒塌”“梁端塑性铰”等设计概念与理念，都是建立在构件锚固不失效的基础上的。结构工程师往往只注重结构计算，忽视钢筋锚固问题，常常出现支座锚固长度不够，梁配筋方式不合理导致柱子预留较多钢筋无法浇筑混凝土，柱子钢筋直径过大，基础高度无法满足锚固要求等问题。施工中，部分施工人员概念不清，钢筋下料排布绑扎不合理，导致现场出现较多的锚固问题，如梁顶筋伸入柱子中长度不够，弯锚长度不够等。钢筋锚固问题在设计中得不到重视，在施工中更容易被忽视，从而出现质量安全问题。基于此，本文对锚固问题做简单梳理总结。2锚固相关基本概念2.1静力荷载作用下锚固要求GB 500102010混凝土结构设计规范（2015年版）（以下简称混规）第8.3.1条提出，当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，受拉钢筋的锚固应符合下列要求1。普通钢筋基本锚固长度：lab=fyftd（1）式中，lab为受拉钢筋的基本锚固长度；fy为普通钢筋的抗拉强度设计值；ft为混凝土轴心抗拉强度设计值，当混凝土强度等级高于C60时，按C60取值；d为锚固钢筋的直径；为锚固钢筋的外形系数。由此可见，影响基本锚固长度的因素：（1）钢筋的外形系数；（2）混凝土的强度等级；（3）钢筋直径；（4）钢筋强度。上述因素中（1）和（2）这两方面体现了混凝土对钢筋的握裹力，可认为是极限状态中的抗力R，（3）和（4）两方面体现了钢筋本身的荷载效应S。只有仅当SR，钢筋才能和混凝土协同工作，共同传递荷载，不会发生钢筋被拨出，钢筋周边混凝土被劈裂的锚固失效。【作者简介】杨宁（1991），男，陕西汉中人，工程师，从事结构工程设计与研究。混凝土结构钢筋锚固问题综述Summary of Reinforcement Anchorage in Concrete Structures杨宁，杜梦曦（中煤西安设计工程有限责任公司，西安 710055）YANG Ning,DU Meng-xi(China Coal Xian Design Engineering Co.Ltd.,Xi an 710055,China)【摘要】针对钢筋混凝土结构的锚固问题进行了系统阐述，总结了静力荷载、地震作用和人防荷载作用下钢筋锚固要求，分析了钢筋锚固影响因素，提供了解决锚固长度不够的方法，针对设计、施工中经常出现的锚固问题进行说明，以期指导后续设计和施工。【Abstract】This paper systematically expounds the anchorage problems of reinforced concrete structures,summarizes the requirements ofreinforcement anchorage under static load,earthquake and civil air defense load,analyzes the influencing factors of reinforcementanchorage,provides methods to solve the insufficient anchorage length,and explains the anchorage problems often occurred in design andconstruction,in order to guide the subsequent design and construction.【关键词】混凝土结构；钢筋锚固；直锚；弯锚；锚固长度【Keywords】concrete structure;reinforcement anchorage;straight anchor;curved anchor;anchorage length【中图分类号】TU375【文献标志码】B【文章编号】1007-9467（2023）06-0025-04【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.008Architectural and Structural Design建筑与结构设计25Construction&DesignForProject工程建设与设计考虑到实际设计、施工中诸多有利或不利于锚固的情况，混规 第8.3.1条的第2部分提出了受拉钢筋的锚固长度计算公式：la=alab（2）式中，la为受拉钢筋的锚固长度；a为锚固长度修正系数。锚固长度修正系数的取值与以下因素有关：（1）钢筋直径大于25 mm时，取值1.10，主要考虑直径过大相对肋高减小对锚固作用的降低；（2）环氧树脂涂层带肋钢筋，取值1.25，主要考虑在恶劣环境中钢筋耐久性问题而采用环氧树脂涂层钢筋，该种钢筋表面光滑不利于锚固，相关试验表明涂层使钢筋锚固作用降低20%；（3）施工中易受到扰动的钢筋，比如采用滑模施工的工程，施工阶段依靠钢筋承载，钢筋易受扰动，此时修正系数取1.10；（4）纵向受力钢筋实际配筋面积大于计算面积时，修正系数取计算面积与实际配筋面积的比值，但对抗震设防要求的结构和直接承受动力荷载作用的结构，不应考虑此项修正；（5）和锚固钢筋保护层厚度相关的修正。上述影响锚固长度修正系数的因素中，（1）、（2）和（3）是不利于钢筋锚固的因素，（4）和（5）是有利于钢筋锚固的因素。除了第（3）条是施工相关的因素外，其余4条都与设计相关，设计过程中应引起重视，如锚固长度不足时，可采用小直径钢筋。2.2地震作用下锚固要求地震作用对结构而言，具有往复作用的特点，构件锚固端在地震中会受到拉压反复作用，其黏结锚固性能较静力荷载作用下更弱，因此，抗震设防结中钢筋锚固要求会更高。混规第11.1.7节中，给出了地震作用下，钢筋锚固长度laE计算公式：laE=aEla（3）式中，aE为纵向受拉钢筋抗震锚固长度修正系数，对一、二级抗震等级取1.15，对三级抗震等级取1.05，对四级抗震等级取1.00。从式（3）可知，地震作用下锚固长度较静力荷载作用下的锚固长度要求更高，这主要是为了保证在反复荷载作用下钢筋与其周围混凝土之间具有必要的黏结锚固性能。2.3常规武器和核武器作用下锚固要求考虑到战时，防空地下室可能遭受的常规武器和核武器冲击波的影响，其锚固长度要求高于静力荷载作用时的要求，与地震作用下三级抗震要求一致。防空地下室钢筋混凝土结构纵向受力钢筋的锚固要求见GB 500382005人民防空地下室设计规范4.11.6条，锚固长度计算公式如式（4）2：laF=1.05la（4）式中，laF为防空地下室纵向受拉钢筋的锚固长度。综上所述，钢筋混凝土结构中钢筋的锚固概念逻辑清晰，基本锚固长度考虑设计和施工的影响因素可得到受拉钢筋锚固长度，受拉钢筋锚固长度考虑抗震锚固长度修正系数可得到抗震锚固长度，防空地下室钢筋混凝土构件的锚固长度与三级抗震要求一致。3如何解决锚固长度不足问题当受拉钢筋的锚固长度不满足上面要求时，可采用弯锚的形式解决。混规8.3.3条规定，当纵向受拉普通钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度（投影长度）可取为基本锚固长度lab的60%。由此可见，弯锚可减少直锚段长度。如图1所示，纵向受拉钢筋的锚固依靠钢筋和混凝土之间的黏结力，比如一根框架梁，混凝土强度等级为C30，梁内配置20 mm的钢筋，则受拉钢筋的锚固长度为la=35d=3520=700 mm，如果直锚长度不足，可以采用弯锚解决，弯锚时直锚段长度为0.6lab=0.635d=0.63520=420 mm。直锚依靠钢筋与混凝土之间黏结力弯锚依靠钢筋与混凝土之间黏结力以及钢筋本身的抗剪能力钢筋混凝土构件图 1钢筋在混凝土中的锚固示意如果弯锚仍然解决不了钢筋锚固长度不足的问题，可采取下述方法：（1）减小钢筋直径，由式（1）可知同样条件下，钢筋直径越小，钢筋的相对肋高越大混凝土握裹力越强，其锚固长度也越小；（2）模型计算中可考虑梁端点胶，释放梁端弯矩，降低支座处配筋计算值。这种情况应注意梁端点胶的位置，应符合结构概念，不可随意点胶，次梁端部点胶时，应注意梁端的构造配筋要求，不可出现次梁顶过早开裂的情况；（3）增大构件尺寸，如JGJ 32010高层建筑混凝土结构技术规程7.1.6中的第5款梁端伸出墙面形成梁头3。4设计和施工中常见锚固问题本节将围绕主要的受力构件简述钢筋锚固的要求，根据设计施工中的典型问题有针对性予以说明总结。26图 4梁顶筋伸入墙内弯锚长度不足图 5框架梁顶筋伸入柱子未过中线图 6悬挑梁顶筋锚固不足注：1.图中 llE为纵向受拉钢筋抗震搭接长度；labE为抗震设计时受拉钢筋基本锚固长度。2.跨度值 ln为左跨 lni和右跨 lni+1之较大值，其中 i=1，2，3，3.图中 hc为柱截面沿框架方向的高度。4.梁上部通长钢筋与非贯通钢筋直径相同时，连接位置宜位于跨中 lni/3 范围内；梁下部钢筋连接位置宜位于支座 lni/3 范围内；且在同一连接区段内钢筋接头面积百分率不宜大于 50%。4.1梁类构件框架结构中，楼层框架梁纵向钢筋锚固和搭接要求如图2所示4。此处应注意梁顶纵筋伸至柱外侧纵筋内侧且0.4labE，这主要是考虑了框架梁钢筋上部位置上有柱子，柱底有较大轴力增加对混凝土的约束，提高了钢筋和混凝土的黏结力，因此此处不再是0.6labE。由图2可以看到，梁底筋在柱子中的锚固长度要求labE且0.5hc+5d，当底筋不同直径时，在柱子内将会有较多锚固筋，如图3所示，增加了柱子混凝土浇筑的难度。因此建议当梁高相同时，梁底筋应尽量同直径通长，减少柱中锚固钢筋。如图4所示，框架梁顶筋伸至墙外侧纵筋内侧，弯锚段长度不足15d；图5所示，框架梁顶筋伸至柱内的长度未超过柱子宽度一半；图6所示为阳台处悬挑梁，现场测量悬挑梁顶筋锚固长度不足，悬挑梁为静定构件，安全储备较低，应特别注意钢筋的锚固问题，否则容易放生顶筋被拔出的坍塌破坏。图 3框架梁底筋锚固柱子中图 2楼层框架梁 KL 纵向钢筋构造Architectural and Structural Design建筑与结构设计27Construction&DesignForProject工程建设与设计【收稿日期】2022-11-10对于大跨度承受荷载较大的梁，底筋往往较大，如图7所示，若底筋完全伸入柱子内，则柱中钢筋相当密集，不利于混凝土浇筑。此时，可以将部分底筋截断不伸入柱子内，这种处理办法的好处是：（1）可以降低构件含钢量，节约成本，比如大车库，由于面积较大，底筋截断不伸入柱子可带来较大的钢筋节省，有更大的经济效益；（2）减少梁节点位置处钢筋，更有利于实现“强柱弱梁，强节点弱构件”的抗震概念。4.2柱类构件边柱和角柱柱顶纵向钢筋构造要求如图8所示，施工时应注意柱外侧纵向钢筋的锚固要求，由于顶层梁端受弯矩作用，梁顶混凝土处于受力状态，混凝土对钢筋的握裹力较弱，此处锚固要求从梁底算起1.5labE。图9所示为某项目柱顶锚固不满足要求的情况，应引起大家重视。图 9柱顶钢筋伸出长度不满足要求5结语本文针对钢筋混凝土结构钢筋的锚固概念进行了综述，涉及基本锚固长度lab、受拉钢筋的锚固长度la、抗震锚固长度laE和人防锚固长度laF，简述了各种锚固长度的影响因素以及如何解决锚固长度不足的问题，同时指出了设计和施工中容易出现的各种重要构件锚固问题。再次强调满足锚固要求，是钢筋混凝土构件有效传力的前提，是结构体系实现承载能力极限状态和正常使用极限状态的基本要求。【参考文献】1中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范:GB500102010S.2015 年版.北京:中国建筑工业出版社,2011.2中华人民共和国住房和城乡建设部.人民防空地下室设计规范:GB500382005S.北京:国标图集出版社，2005.3中