学习任务一 梁的构造知识
钢筋混凝土构件的受力钢筋数量是由计算决定的。但在构件设计中，还需要满足许多构造上的要求，以照顾施工的方便和某些在计算中无法考虑到的因素。下面列出水工钢筋混凝土梁正截面的一般构造规定，以供参考。
一、截面形式与尺寸
梁的截面形式最常用的是矩形和T形。在装配式构件中，为了减轻自重及增大截面惯性矩，也常采用工字形、Ⅱ形、箱形等截面，如图2-4所示。
图2-4 梁的截面形式
为了使梁的截面尺寸有统一的标准，便于重复利用模板并方便施工，确定截面尺寸时，通常要考虑以下一些规定。
(1)现浇的矩形梁梁宽b常取为120mm、150mm、180mm、200mm、220mm、250mm，250mm以上者以50mm为模数递增。梁高h常取为250mm、300mm、350mm、400mm、…、800mm，以50mm为模数递增；800mm以上则可以100mm为模数递增。
(2)梁的高度h通常可根据计算跨度l0确定，简支梁的高跨比h/l0一般为1／12～1／8。矩形截面梁的高宽比h/b一般为2～3。
二、混凝土保护层
在钢筋混凝土构件中，为防止钢筋锈蚀，并保证钢筋和混凝土能牢固地黏结在一起，钢筋外面必须有足够厚度的混凝土保护层(图2-5)。这种必要的保护层厚度主要与钢筋混凝土结构构件的种类、所处环境等因素有关。纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度是指从纵向受力钢筋外边缘到混凝土近表面的垂直距离，用c表示，其值不应小于纵向受力钢筋直径及表2-1中的数值，同时不宜小于粗骨料最大粒径的1.25倍。梁中箍筋和构造钢筋的保护层厚度不应小于15mm；钢筋端头保护层不应小于15mm。水工混凝土结构所处的环境类别见表2-2。
图2-5 混凝土保护层、纵筋净距和截面有效高度
表2-1 混凝土保护层最小厚度 单位：mm
注 1.直接与地基接触的结构底层钢筋或无检修条件的结构，保护层厚度应适当增大。
2.有抗冲耐磨要求的结构面层钢筋，保护层厚度应适当增大。
3.混凝土强度等级不低于C30且浇筑质量有保证的预制构件或薄板，保护层厚度可按表中数值减小5mm。
4.钢筋表面涂塑或结构外表面敷设永久性涂料或面层时，保护层厚度可适当减小。
5.严寒和寒冷地区受冻的部位，保护层厚度还应符合《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL 2111—2006）的规定。
表2-2 水工混凝土结构所处的环境类别
三、截面有效高度
在计算梁承载力时，混凝土开裂后，拉力完全由钢筋承担，则梁发挥作用的截面高度应为受拉钢筋合力点到受压混凝土边缘的距离，这一距离称为截面有效高度，用h0表示。如图2-5所示，h0=h-as,as值可由混凝土保护层最小厚度c和钢筋直径d计算得出。当钢筋单排布置时，as=c+d/2；当钢筋双排布置时，as=c+d+e/2，其中e为两排钢筋的净距。对梁来说，一般情况下，可按钢筋直径20mm来估算as值(表2-3)。
表2-3 纵向受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离as 单位：mm
四、梁内钢筋构造
梁内的钢筋有纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋、架立筋、腰筋和拉筋等，如图2-6所示。
图2-6 梁内的钢筋
1—纵向受力钢筋；2—箍筋；3—弯起钢筋（斜筋）；4—架立筋；5—腰筋
1.纵向受力钢筋
(1)钢筋种类与直径。梁的纵向受力钢筋宜采用HRB335级、HRB400级钢筋。为了保证钢筋骨架的刚度，并便于施工，梁内纵向受力钢筋的直径不能太小。同时，为了防止混凝土裂缝过大和钢筋在混凝土中可能滑动，也不宜采用很粗的钢筋。梁内常用的纵向受力钢筋直径为10～28mm。在同一根构件中，受力钢筋直径最好相同。为了选配钢筋方便和节约钢材，有时也可选用两种不同直径的钢筋，此时应使两种钢筋直径相差2mm以上，以便施工时容易识别，但不宜超过4～6mm，以使截面受力均匀。
(2)纵向受力钢筋根数。梁中受力钢筋根数太多时，会增加浇筑混凝土的难度，太少又不足以选择弯起筋来满足斜截面抗剪要求，且受力也不均匀。在梁中，钢筋根数至少为两根，以满足钢筋骨架的要求。受力钢筋数量根据正截面承载力计算确定。
(3)纵向受力钢筋间距及布置。为了使混凝土和钢筋之间有足够的黏结力，并且为了避免钢筋太密而影响混凝土的浇筑质量，要求两根钢筋之间保持一定的距离。梁的下部纵向钢筋的净距不应小于钢筋最大直径d，也不应小于25mm；上部纵向钢筋的净距不应小于1.5倍钢筋的最大直径d，也不应小于30 mm及最大骨料粒径的1.5倍；梁的下部纵向受力钢筋尽可能排成一层，当根数较多时，也可排成两层或3层，其中外侧钢筋的根数宜多一些，直径宜大一些。当梁下部纵向钢筋为两层时，纵向钢筋的净距不应小于钢筋最大直径d，也不应小于25mm，如图2-5所示。当梁下部纵向钢筋多于两层时，两层以上纵向钢筋的净距应比下面两层的净距大1倍。上、下层钢筋应对齐布置，以免影响混凝土浇筑质量。
(4)梁内受力钢筋标注方式为：钢筋根数+钢筋级别符号+钢筋直径，如
。
2.箍筋
梁中箍筋应按计算确定，当按计算不需要时，应按规范规定的构造要求配置箍筋。
(1)箍筋的作用。箍筋除用来提高梁的抗剪能力外，同时能固定纵向受力筋和构造钢筋并与其形成钢筋骨架。
(2)箍筋的强度。考虑到高强度的钢筋延性较差，施工时成型困难，所以不宜采用高强度钢筋作箍筋。箍筋一般采用HPB235级钢筋，也可采用HRB335级钢筋。
(3)箍筋的形状和肢数。箍筋的形状有封闭式和开口式两种(图2-7)。矩形截面常采用封闭式箍筋，T形截面当翼缘顶面另有横向钢筋时，可采用开口箍筋。配有受压钢筋的梁，则必须用封闭式箍筋。箍筋的肢数有单肢、双肢及四肢。箍筋一般采用双肢，当梁宽b≥400mm，且一层的纵向受压钢筋超过3根，或梁宽b＜400mm，但一层内纵向受压钢筋超过4根时，采用四肢箍。四肢箍一般由两个双肢箍组合而成。
图2-7 箍筋的形状
(4)箍筋的最小直径。箍筋的最小直径参考梁截面高度而定：当梁高h＞800mm时，箍筋直径不宜小于8mm；当梁高h≤800mm时，箍筋直径不宜小于6mm。当梁内配有计算需要的纵向受压钢筋时，箍筋直径不应小于d/4(d为受压钢筋中的最大直径)，并应做成封闭式。为方便箍筋加工成型，最好不用直径大于10mm的箍筋。
(5)箍筋的布置。在梁跨范围内，当按计算需要配置箍筋时，一般可沿梁的全长均匀布置箍筋，也可以在梁两端剪力较大的部位布置得密一些。当按计算不需配置箍筋时，对高度h＞300mm的梁，沿全长均匀布置箍筋；对高度h≤300mm的梁，可仅在构件端部各1／4跨度范围内布置；但当在构件中部1／2跨内有集中荷载作用时，箍筋仍应沿着全梁布置。
(6)箍筋的最大间距。箍筋的最大间距应符合表2-4的规定。
表2-4 梁中箍筋的最大间距 单位：mm
注 薄腹梁的箍筋间距宜适当减小。
第一根箍筋离开支座或墙边缘的距离应满足50mm≤s≤smax,但通常取s=50mm，此后的间距取s≤smax。
当梁中配有计算需要的受压钢筋时，箍筋的间距在绑扎骨架中不应大于15d，在焊接骨架中不应大于20d(d为受压钢筋中的最小直径)，同时在任何情况下均不应大于400mm；当一层内纵向受压钢筋多于5根且直径大于18mm时，箍筋间距不应大于10d。
在绑扎纵筋的搭接长度范围内，当钢筋受拉时，其箍筋间距不应大于5d，且不大于100mm；当钢筋受压时，其箍筋间距不应大于10d，且不大于200mm。在此，d为搭接钢筋中的最小直径。
箍筋标注方式为：钢筋级别符号+直径+间距，如
。
3.弯起钢筋
弯起钢筋的数量、位置由计算确定，一般由纵向受力钢筋弯起而成(图2-6)，当纵向受力钢筋较少不足以弯起时，也可设置单独的弯起钢筋。弯起钢筋的作用是其弯起段用来承受弯矩和剪力产生的主拉应力，弯起后的水平段承受支座处的负弯矩。
在采用绑扎骨架的钢筋混凝土梁中，承受剪力的钢筋，宜优先采用箍筋。当需要设置弯起钢筋时，弯起钢筋的弯起角一般为45°，当梁高h≥700mm时也可用60°。当梁宽较大时，为使弯起钢筋在整个宽度范围内受力均匀，宜在同一截面内同时弯起两根钢筋。弯起钢筋的弯折终点外应留有足够长的直线锚固段(图2-8)，其长度在受拉区不应小于20d，在受压区不应小于10d。对于光面钢筋，其末端应设置弯钩。位于梁底两侧的纵向钢筋不应弯起。
图2-8 弯起钢筋的直线锚固段
弯起钢筋应采用图2-9(a)所示吊筋的形式，而不能采用仅在受拉区有较少水平段的浮筋，如图2-9(b)所示，以防止由于弯起钢筋发生较大的滑移使斜裂缝开展过大，甚至导致斜截面受剪承载力的降低。
4.架立钢筋
为了使纵向钢筋和箍筋能绑扎成骨架，在箍筋的四角必须沿梁全长配置纵向钢筋，在没有纵向受力钢筋的区段，则应补设架立钢筋(图2-10)。
图2-9 吊筋及浮筋
当梁跨l＜4m时，架立钢筋直径d≥8mm；当梁跨l=4～6m时，架立钢筋直径d≥10mm；当梁跨l＞6m时，架立钢筋直径d≥12mm。
5.腰筋及拉筋
图2-10 架立钢筋、腰筋及拉筋
1—架立钢筋；2—腰筋；3—拉筋
当梁的腹板高度hw超过450mm时，在梁的两侧应沿高度设置纵向构造钢筋，称为腰筋，两侧腰筋之间用拉筋连系固定(图2-10)。每侧腰筋的截面面积不应小于腹板截面面积bhw的0.1%(hw为截面的腹板高度，矩形截面取截面的有效高度，工字形截面取截面的有效高度减去翼缘高度，工字形截面取腹板净高度)，且其间距不宜大于200mm。拉筋的直径可取与箍筋相同，拉筋的间距常取为箍筋间距的2～3倍，一般为500～700mm。