计入墙体水平筋时约束边缘构件体积配箍率的计算方法

何小银，张俊伟

(四川省建筑设计院，四川成都610017)

现行的《混凝土结构设计规范》［1］、《建筑抗震设计规范》［2］和《高层建筑混凝土结构技术规程》［3］均规定:在剪力墙约束边缘构件体积配箍率计算时，可适当计入满足构造要求且在墙端有可靠锚固的墙体水平分布钢筋。由于这一规定可以减少一些约束边缘构件箍筋用量，所以受到了不少开发商和设计人员的关注。但是因为规范的相关规定不够明确，有关表述还不尽相同，因而在具体工程设计中，给部分设计人员带来了一些困惑。

上述规范不仅对约束边缘构件的配箍特征值的取值作出了规定，同时还对体积配箍率提出了要求，但是对配箍特征值的力学含义却未作说明，似乎配箍特征值只被看作是一个配箍率计算的参数，规范给出的配箍率计算式才是对约束边缘构件箍筋配置要求的直接表述。然而在实际工程中，剪力墙墙身钢筋常常采用价格相对便宜的HPB300钢筋，而约束边缘构件则往往会采用强度较高的HRB400钢筋，而规范给出的配箍率计算式却不适用于不同强度级别的钢筋混用的情况。

笔者通过反复学习、思考，对相关问题有了一些认识，现归纳如下。

1 配箍特征值

事实上，配箍特征值有其明确的力学含义，尽管规范［1～3］在剪力墙相关条文内均没有表述，但是建筑抗震设计规范［2］在第6.3.9条的条文说明中，对框架柱加密区配箍特征值有这样的说明:“箍筋对混凝土的约束程度，主要与箍筋形式、体积配箍率、箍筋抗拉强度以及混凝土轴心抗压强度等因素有关，而体积配箍率、箍筋强度及混凝土强度三者又可以用配箍特征值表示”。其实，无论是框架柱还是剪力墙边缘构件，配置箍筋的目的都是对混凝土施加约束，从而增加其延性，因此上述的说明同样适用于剪力墙约束边缘构件。换句话说:剪力墙约束边缘构件的配箍特征值是箍筋对混凝土约束力大小的量度，配箍特征值越大，约束力越大，反之亦然。剪力墙约束边缘构件的配箍特征值可以按下式计算:式中:λv为配筋特征值;ρv为体积配箍率;fyv为箍筋抗

拉强度设计值;fc为混凝土抗压强度设计值。

规范［1～3］对剪力墙约束边缘构件配箍特征值提出的要求基本相同(规范［1、2］采用了“宜”用语，而规范［3］采用了“应”用语)，具体见表1。

表1 剪力墙约束边缘构件配箍特征值

表1现在可以这样来理解:剪力墙抗震等级较高、轴压比较大时，要求约束边缘构件内箍筋对混凝土约束作用就更大。

2 体积配箍率

规范［1～3］均在规定了配箍特征值后，给出了以下体积配箍率计算式:

如前所述，这个计算式不适用于箍筋采用多种强度等级的情况，对此如何处理，规范没有规定。

实际上，当了解了边缘构件配箍率特征值的力学含义以后，就可以将边缘构件总的配箍特征值视为约束边缘内箍筋的配箍特征值与可计入的伸入约束边缘构件内的墙体水平筋的配箍特征值两者之和，即:

式中:λv，y为约束边缘内箍筋的配箍特征值;λv，c为可计入的伸入约束边缘构件内的墙体水平筋的配箍特征值;ρv，y为约束边缘内箍筋的体积配箍率;ρv，c为可计入的伸入约束边缘构件内的墙体水平筋的体积配箍率;fyv，y为约束边缘内箍筋抗拉强度设计值;fyv，c为墙体水平分布筋的抗拉强度设计值。

于是可得到:

由此可知，当计入部分墙体水平分布钢筋的截面面积时，可先按规范给定配箍特征值和计算公式算总的体积配箍率需求值，然后减去可以计入的经过等强换算的墙体水平分布筋的体积配箍率，最终得到边缘构件箍筋的体积配箍率。

3 可计入墙体水平筋数量

考虑到墙体水平筋同时为抗剪受力钢筋，且竖向间距往往大于约束边缘构件的箍筋间距，规范［1～3］对体积配箍率计算时可计入的墙体水平筋的数量均有限制。规范［1］仅作了“可适当计入”的定性规定，规范［2］在条纹说明中规定了不宜大于0.3倍总配箍特征值，而规范［3］规定不应大于总的体积配箍率的30%。基于前面提及的原因，笔者认为规范［2］给出的限制条件相对明确、合理。根据规范［2］的规定可以得到如下表达式:

于是可得:

也就是说:墙体约束边缘构件体积配箍率计算时，可计入的墙体水平筋的经等强换算后的体积配箍率，不得超过全部按约束边缘构件箍筋强度计算所需总的体积配箍率的30%。

4 结束语

(1)剪力墙边缘构件体积配箍特征值有确定的力学含义，它是钢筋对混凝土约束力大小的量度。事实上，规定了体积配箍特征值也就规定了体积配箍率。

(2)当边缘构件内箍筋(包括可以计入的墙体水平筋)采用不同钢筋种类时，体积配箍率计算可采用等强换算成相同种类的钢筋后，再按规范给定的计算公式进行计算。

(3)边缘构件体积配箍率计算时，可计入的墙体水平钢筋数量，可按等强换算后不超过计算所需的总体积配率的30%进行控制。

［1］ GB50010－2010混凝土结构设计规范［S］

［2］ GB50011－2010建筑抗震设计规范［S］

［3］ JGJ3－2010高层建筑混凝土结构技术规程［S］