内容介绍
纵向受力筋通常采用的连接方式有机械连接、焊接和绑扎搭接三种,在结构设计图总说明中会给出不同直径钢筋所对应的连接方式。
绑扎搭接与机械连接、焊接相比,不仅仅要多用纵向受力筋,而且还会增加横向钢筋(箍筋)的用量,其构造要求要复杂得多。本文将从设计规范和施工规范来分析绑扎搭接连接时的横向钢筋构造要求,并指出施工技术管理和造价管理中的注意事项。
在项目管理中,常常存在这样一个问题:直径12mm的柱纵筋采用绑扎搭接和电渣压力焊,哪一种方式更利于成本控制?下面来逐层剖析这个问题,找到最为合理的答案。
一、纵向受力钢筋绑扎搭接接头的搭接长度计算原理:
在《16G101-1》标准构造图集中对绑扎搭接长度有表可查询,以直径12mm的HRB400钢筋,50%接头率,混凝土强度为C30为例,其搭接长度为49d。

搭接长度查询表
这个“49d”是怎么计算的?则需要查询《混凝土结构设计规范》(GB50010)的相关内容,具体如下:

搭接长度计算公式
从计算公式中可以看出,搭接长度是钢筋锚固长度进行系数修正后的结果,50%接头百分率的情况下,修正系数为1.4。
根据钢筋锚固长度的计算公式可以计算得出La为35d(具体内容可以参见《施工技术与造价知识荟萃08-锚固长度计算规则及应用》),正如《16G101-1》第58页表中的对应值一样:

锚固长度查询表
搭接长度=35d*1.4=49d,这就是搭接长度的计算来源。
以上内容主要想说明一个问题:钢筋绑扎搭接的基本原理实际上就是钢筋锚固长度原理,只不过考虑到接头百分率的问题,进行了系数修正。
也就是说,绑扎搭接接头的承载力是由钢筋在混凝土中的锚固力来实现的,接头本身的“绑扎”并没有提供任何的承载力。
这与机械连接和焊接的原理是完全不一样的,此两种连接方式是靠接头本身提供的承载力而把钢筋连接为一体。
二、纵向受力钢筋绑扎搭接区域内的箍筋构造原理:
上面理清了绑扎搭接的实质是钢筋在混凝土中的锚固,搭接长度是钢筋锚固长度的系数修正结果。那么为什么要在绑扎搭接区域内配置横向钢筋(箍筋)就很好理解了,这也来源于钢筋锚固的相关规定。
从钢筋锚固长度的计算公式可知:钢筋在混凝土中的锚固力,除了与钢筋大小、外形、混凝土抗拉强度、钢筋抗拉强度、锚固长度等因素有关,还与混凝土保护层的厚度有关,保护层越厚,提供的锚固力就越大。
因此,《混凝土结构设计规范》(GB50010)8.3.1中的第“3”小条这样规定:

横向构造钢筋规定
此项规定主要是为了防止保护层混凝土劈裂时钢筋突然失锚,钢筋锚固长度区域内的横向钢筋对混凝土产生约束作用,是保证传力的关键要素之一。
这一原理在基础插筋的构造中也有类似的应用,具体可参见另一篇文章《施工技术与造价知识荟萃11-墙柱纵筋在基础中的构造》,在此不再赘述。
三、纵向受力筋绑扎搭接时横向钢筋的具体构造:
1、梁、柱:
梁、柱纵向受力筋绑扎搭接时的构造就来源于《混规》的8.3.1的第“3”小条,在施工标准图集中具体表现为《16G101-1》第59页:

梁、柱搭接区箍筋构造
值得注意的是:“搭接区”段的长度并不是计算的搭接长度,而是1.3倍的搭接长度,在图集的同一页中有相关要求。
2、边缘构件:
在剪力墙结构中的边缘构件(除端柱以外的暗柱、翼墙、转角柱),并不等同于上述的“柱”,其构造应该按剪力墙结构中的相关规定执行,这也是《混规》中对“平面构件”的设计规定。
在《16G101-1》中是这样规定的:

边缘构件搭接区箍筋构造
这个构造要求与“梁、柱”的构造要求相比,取消了“5d”的限制。可以这样理解,在实际施工中,通常框架梁柱的纵筋直径较大,“5d”一般会超过100mm;而边缘构件的纵筋直径较小,“5d”很多情况下都小于100mm。
而在钢筋混凝土施工中,箍筋间距太小很难保证绑扎质量,而且不利于混凝土的浇筑与振捣,100mm是箍筋间距的下限。因此,在边缘构件中不执行“5d”的要求。
四、案例分析:
上面分析了绑扎搭接长度的计算原理和横向钢筋的构造原理及具体构造要求,再来看看前面提出的问题:直径12mm的柱纵筋采用绑扎搭接和电渣压力焊,哪一种方式更利于成本控制?
首先,该种情况一般不会出现在框架柱中,而通常在剪力墙结构中的边缘构件才会用到12mm的“小纵筋”。
其次,采用搭接连接时,纵筋多用的长度就等于搭接长度(按四级抗震),混凝土强度C30,钢筋型号为HRB400,接头百分率50%,查表或计算都可以得到:
搭接长度=49*12=588mm,这就是多耗用的纵筋,每根重量为0.522kg。
另外,因为纵筋绑扎搭接,造成箍筋加密,多耗用箍筋钢筋,这个量就不好计算了,与构件尺寸、纵筋数量、箍筋肢数及形状有关。但可以肯定的是,箍筋增加的钢筋量将远大于纵筋增加的钢筋重量。
以下为实际案例:

按电渣压力焊计算
上面的结果是按电渣压力焊设置进行计算的,钢筋总量为50.428kg,箍筋个数为16个。

按绑扎搭接计算
此结果是按绑扎搭接计算的,构件总重量为65.315kg,箍筋个数为23个。
对比两个计算结果可以看出:
1、纵筋长度不一样:
增加了搭接长度,预留长度也不一样,这主要是施工图集导致的,如下图:

绑扎搭接预留高度及搭接长度
2、箍筋个数不一样:
焊接连接时,箍筋个数计算公式=round(2950/200)+1=16个;绑扎搭接连接时,箍筋计算公式=round(2.3*49*12/100)+round(1597/200)+1=23。
注:层高3000,第一个箍筋离楼面50,所以计算长度为2950。需要说明的是箍筋加密区的长度实际上是2.3llE(1+0.3+1),从上图就能看出来。
该构件钢筋量变化=65.315-50.428=14.887kg,假设钢筋全费用单价6元/kg,则增加费用约为89.32元。电渣压力焊每个接头全费用为4元/个,则增加费用为48元。综合来看,电渣压力焊的成本要低得多。
五、施工中应注意的地方:
1、钢筋连接方式应符合设计及施工规范要求,首先要保证施工质量及安全,其次才考虑最大化节约成本,不能只站在节约成本的角度来考虑问题。首先要满足“生产”的需要。
2、工程造价与合同、计价规则、工程量清单等有关,在规范允许的前提下考虑钢筋连接方式的问题,务必站在双方的立场,达到“共赢”的目的,不要只考虑自己的利益,用自己的“知识”去算计别人,最终会“搬起石头砸自己的脚”。
3、领会图纸,熟悉软件是准确造价的基础。而事实上,GTJ软件的默认设置很多地方都需要根据设计图纸和施工图集进行修改的。
对于绑扎搭接区域箍筋加密的设置,边缘构件的默认设置实际上是不合理的:

暗柱绑扎搭接箍筋加密间距设置
更改设置后,如果边缘构件中有“端柱”,可以把端柱定义为“框架柱”就不会出现“端柱”计算错误的情况。
上述案例是已经更改设置后的计算结果,如果不取消“5d”的设置,箍筋个数还要多9个。
总结:
- 柱、边缘构件纵向受力筋采用绑扎搭接的情况非常少见,一般都是电渣压力焊或机械连接。但是,某些项目存在直径12mm和10mm的边缘构件纵向受力筋采用绑扎搭接的情况,如果没有明白设计原理和施工规范,在算量时容易出错。
- 绑扎搭接的原理实际上与钢筋锚固一致,锚固力是绑扎接头承载力的来源。因此,绑扎搭接的构造与钢筋锚固长度构造原理是一样的。
- 绑扎搭接不利于成本控制,也不利于质量控制,在实际施工中应尽量避免。建设单位应该给施工方计算焊接接头或机械连接接头的费用,施工单位也不要刻意去搞“绑扎搭接”来为自己谋利而提高不必要的工程造价。
- 施工班组往往为了自己方便操作,本该焊接或机械连接的部位经常采用绑扎搭接,这种做法会浪费很多钢筋,而在办理结算时又不能计算绑扎搭接造成的钢筋量增加,这也是施工单位控制成本的重要课题之一。