水工少筋混凝土结构配筋设计方法

沈金红（南通和信工程勘测设计院有限公司 南通 226006）

水工少筋混凝土结构配筋设计方法

沈金红
（南通和信工程勘测设计院有限公司 南通 226006）

水工建筑物不同部位的混凝土有不同的种类，根据建筑的不同需要以及建筑结构的特点外形，制备不同的混凝土进行使用，少筋混凝土就是其中的一种。少筋混凝土也是建筑中较为常用的材料。作者针对大体积水工混凝土结构的特殊性，结合现行国家规范，介绍相关设计规定，分析了水工少筋混凝土结构配筋计算方法。

少筋混凝土 设计规范 最小配筋率

1 概述

少筋混凝土结构，也称为弱筋混凝土结构，在水利工程设计中是难以避免的，它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。水工混凝土多数为大体积混凝土，水工混凝土对强度要求往往不是很高。一般水工建筑物如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻等要求，不允许出现裂缝，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构有其特殊意义。

2 规范对少筋混凝土结构的设计规定

对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，这里将《水工混凝土结构设计规范》（SL 191-2008）（下文简称《规范》）有关最小配筋率的规定阐述如下：

2.1一般构件的纵向钢筋最小配筋率

一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于《规范》表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。

2.2大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率

截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出，即

2.2.1对底板（受弯构件）或墩墙（大偏心受压构件）的受拉钢筋As的最小配筋率可取为：

也可按下列近似公式计算：

式中：M、N—弯矩、轴向力设计值；

γd—钢筋混凝土结构的结构系数，按《规范》表4.2.1取用；

表9.5.1 钢筋混凝土构件纵向受力钢筋的最小配筋率ρmin（%）

eo—轴向力N至截面重心的距离；

ρom in—基本最小配筋率，按表9.5.1取用。

此时，底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制，但应配置适量的构造钢筋。

2.2.2对墩墙（轴心受压或小偏心受压构件）的受压钢筋As’的最小配筋率可取为：

按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经2～3次试算得出。

采用本条计算方法，随尺寸增大时，用钢量仍保持在同一水平上。

2.3特大截面的最小配筋用量

对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2。

规范对最小配筋率作了3个层次的规定，即：对一般尺寸的梁、柱构件必须遵循《规范》表9.5.1的规定；对于截面厚度较大的板、墙类结构，则可按《规范》9.5.2计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按《规范》9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。

为慎重计，目前仅建议对卧置于地基上的底板和墩墙可采用变化的最小配筋率，对于其他结构，则仍建议采用《规范》表9.5.1所列的基本最小配筋率计算，以避免因配筋过少，万一发生裂缝就无法抑制的情况。

经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05%。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。

3 规范的应用举例

例：一水闸底板，板厚1.5m，采用C20级混凝土和HPB235级钢筋，每米板宽承受弯矩设计值M=220kN/m（已包含γo、φ系数在内），试配置受拉钢筋As。

解：（1）取1m板宽，按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。

计算配筋率ρ=0.041%

（2）如按一般梁、柱构件考虑，则必须满足ρ≥ρm in条件，查《规范》表9.5.1，得ρ0m in=0.15%，则As=ρobho=0.15% ×1000×1450=2175mm2。

（3）现因底板为大尺寸厚板，可按《规范》9.5.2计算ρm in。

As=ρm inbho=0.0779%×1000×1450=1130mm2

实际选配每米5Φ18（As=1272mm2）

讨论：（1）对大截面尺寸构件，采用《规范》9.5.2计算的可变的ρm in比采用规范表9.5.1所列的固定的ρom in可节省大量钢筋，本例为1∶1130/2175=1∶0.52。

（2）若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m，按《规范》9.5.2计算的 ρm in变为：ρm in=0.0461%，则 As=ρm inbho= 0.0461%×1000×2450=1130mm2。

可见，采用《规范》9.5.2计算最小配筋率时，当承受的内力不变，则不论板厚再增大多少，配筋面积As将保持不变