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【摘要】通过对工程实际中高层建筑结构基础双筋矩形梁内钢筋连接处截面的配筋验算，确定由于钢筋连接处截面钢筋面积的增加产生超筋问题。进行钢筋连接方式、截面尺寸的优化以及截面位置的选择，有效的解决钢筋连接处截面超筋问题，对工程施工、设计具有重要的指导意义。
【关键词】截面验算；超筋截面；连接方式；截面尺寸；截面位置
1. 工程背景
某小区内高层建筑结构地下车库施工过程中，由于施工的需要，在地下车库施工时分区域进行施工，预留工作区间，以便于混凝土泵车、混凝土罐车以及其它施工车辆和机械的通行，从而造成地下车库不能一次性完成施工。在地下车库进行后续的封闭施工时，预留工作区间内的梁、板钢筋的绑扎以及混凝土的浇筑。地下车库梁内密布钢筋连接处，一端采用螺栓套筒连接，另外一端只能采用焊接或者搭接，焊接或搭接截面钢筋面积翻倍，势必会在此截面处产生超筋问题。钢筋混凝土超筋梁在工程设计、施工中应加以限制。钢筋混凝土超筋梁有两方面的特征，一方面，破坏前变形很小，属于脆性破坏，由于破坏前钢筋并不屈服，所以裂缝不宽不深，梁的挠度也不大，破坏时无明显预兆，破坏非常突然。另一方面，超筋截面的钢筋强度得不到发挥，用钢量大，不经济，在工程设计中不应采用。然而在设计时的适筋梁截面在施工过程中变成成了超筋梁，为工程的安全留下了隐患，因此在实际施工以及设计时应加以考虑，并进行优化处理，具有非常重要的实际意义。
2. 截面验算
钢筋的连接一端采用螺栓套筒连接，另一端只能采用搭接或者焊接。采用螺栓套筒连接一端截面的尺寸及配筋如图1所示。采用搭接或者焊接一端截面尺寸及配筋如图2所示。钢筋采用HRB400钢材，直径选用 25，混凝土采用C30商品混凝土。
2.1螺栓连接端截面。
图1所示截面，梁内受压钢筋上下排分别布置8、7根 25的钢筋，受压钢筋面积为7463mm2 ；梁内受拉钢筋上中下排分别布置6、9、10根 25的钢筋，受拉钢筋面积为12271.9mm2 。按照混凝土结构设计规范，梁的有效高度，受压区高度按公式计算，经计算，受压区高度x=201.77mm。相对受压区高度，由此可见，。因此，采用螺栓套筒连接端为适筋截面。
2.2搭接或焊接端截面。
图2所示截面，梁内受压钢筋上下排分别布置8、7根 25的钢筋，梁内受拉钢筋上中下排分别布置6、9、10根 25的钢筋，但是由于搭接或焊接，受压钢筋面积变为；受拉钢筋面积为 。按照混凝土结构设计规范，受压区高度按公式计算，经计算，受压区高度x=403.54mm。然而，此截面成为超筋截面，必须对其结构形式及优化设计进行研究。
3. 超筋截面的优化研究
3.1钢筋连接方式的优化。
3.1.1在钢筋搭接或焊接一端，由于搭接或焊接长度的影响，钢筋数量增加一倍。受压钢筋分别有原来的7根、8根变为现在的14根、16根；受拉钢筋有原来的10根、9根、6根 变为现在的20根、18根、12根。因此，在钢筋连接方式上一定要有优化，否则会影响结构内钢筋与混凝土的粘结力，绝对不能由于连接方式的选择错误而导致钢筋之间无缝隙，相互挤压，没有被混凝土充分包裹，从而严重影响结构的受力性能。
3.1.2钢筋连接处截面钢筋的连接方式有两种情况，一种为纵向连接，另一种为横向连接。
（1）若采用纵向连接，如图2由《混凝土结构设计规范》，受拉钢筋净间距，也大于钢筋直径d=25mm，满足要求。一排布置10根钢筋即钢筋最密处，受拉钢筋间距满足要求，那么9根，6根处肯定满足要求。受压钢筋净间距 ，也大于，满足要求。一排布置8根钢筋处，受压钢筋间距满足要求，那么布置7根处肯定满足要求。
（2）若采用横向连接，由《混凝土结构设计规范》，受拉钢筋净间距， 不满足要求。一排布置9根钢筋连接处，受拉钢筋间距不满足要求，那么布置10根钢筋连接处钢筋间距肯定不满足要求。受压钢筋间距，但是小于，不满足要求。一排布置7根钢筋处，受压钢筋间距不满足要求，那么布置8根钢筋处间距肯定不满足要求。
3.2截面尺寸的优化。
（1）由于钢筋连接处截面钢筋面积成为原来的两倍，因而造成此截面处超筋。因此，在截面设计时必须加以考虑，以防忽略了在其它截面均为适筋截面而在钢筋连接处截面成为超筋截面的影响。矩形截面梁在设计时，对其截面的高和宽分别加以限制范围，取其合理的截面尺寸，从而避免在设计时的适筋截面，在施工时钢筋连接处截面变成超筋截面的问题。
（2）矩形截面梁在设计时，为了防止施工时在钢筋连接处截面超筋现象的发生，可以从两个方面来考虑。一方面，考虑宽度变化对其矩形梁内钢筋连接处是否会发生超筋现象的影响；另一方面，考虑高度变化对其矩形梁内钢筋连接处是否会发生超筋现象的影响。
（3）考虑宽度变化对双筋矩形梁截面超筋的影响，由《混凝土结构设计规范》，受压区高度，在钢筋连接处截面，钢筋面积为原来的两倍，因此受压区高度也为原来的两倍。为了防止超筋，保证受拉钢筋屈服，受压区高度，由此可得。同时，还要考虑受压、受拉钢筋间距对矩形截面宽度的要求。对于受拉区钢筋净间距应满足 对于受压区钢筋净间距应满足 。其中， 分别为双筋矩形梁内受拉区和受压区每层钢筋的最大布置数量。为了保证受压钢筋屈服，受压区高度应满足。因此，双筋矩形梁为防止在设计时的适筋截面，在施工时钢筋连接处截面超筋现象的发生，矩形截面的宽度必须同时满足以上条件。双筋矩形截面最小宽度应满足前面三个条件解出的最大值，最大宽度应满足最后一个条件解出的宽度最大值。
（4）考虑高度变化对双筋矩形梁截面超筋的影响，由《混凝土结构设计规范》，在钢筋连接处截面，受压区高度为了保证受拉屈服，必须满足。因此，双筋矩形梁截面高度最小值应满足上述条件。 3.3截面位置的选择。
（1）双筋矩形梁内钢筋连接处截面由于钢筋的搭接或者焊接，造成此处截面超筋问题，会影响结构的安全性能。除了对截面尺寸的优化之外，还应该考虑钢筋连接处截面位置的选择，此截面位置的选择会影响矩形梁的受力性能及安全性能。因此，尽可能的将该可能产生超筋问题的截面位置布置在梁内应力较大部位，从而充分利用其受拉受压钢筋的性能。一方面，可以充分发挥其材料的性能；另一方面，也可以避免了在受力不大部位可能产生超筋的问题。
（2）钢筋搭接或者焊接一端截面应尽可能布置在梁内应力较大位置。对于简支梁而言，应尽可能根据现场施工条件，将钢筋搭接或者焊接一端截面布置在跨中位置。而对于连续梁而言，在边跨处，应尽可能将此截面布置在离端点3/8距离处，在中间跨处，应尽可能将此截面布置在跨中或者支座处。对于建筑结构梁，应尽可能布置在梁的跨中和柱位置处。
4. 结论
双筋矩形梁内采用搭接或者焊接一端截面，由于钢筋面积变为原来的两倍，因而可能在此截面处产生超筋现象。在设计或者施工时，必须从以下几个方面加以考虑，消除超筋隐患，提高梁的安全性能。
（1）在施工过程中，钢筋搭接或者焊接一端截面，钢筋连接时应采用纵向连接，以防止受拉受压钢筋净间距不足的问题。
（2）在矩形梁截面尺寸设计时，应对其高、宽分别加以限制范围，其截面最大最小宽度以及截面最小高度满足前面所述条件。
（3）在截面位置选择时，应根据结构形式，将钢筋搭接或焊接一端截面布置在此结构梁内内力较大位置处。
参考文献
[1]GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S].北京.中国建筑工业出版社，2011.
[2]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京.中国建筑工业出版社，2011.
[3]赵建昌.混凝土结构设计原理[M].北京.中国铁道出版社，2007.
[4]叶见曙.结构设计原理[M].北京.人民交通出版社，2007.
[5]王强，卢春玲.双筋矩形截面梁经济配筋条件分析[J].桂林工学院学报，2004（04）.
[6]邹冰.钢筋混凝土超筋梁的力学特性[J].浙江水利水电专科学校学报，1998（12）.
[7]王耀臣.双筋矩形梁截面设计[J].铁道标准设计，1982（08）.
[文章编号]1619-2737（2013）11-20-659
[作者简介] 曹锋（1989.5-），男，汉族，中共党员，现就读于兰州交通大学，为土木工程学院建筑与土木专业桥梁方向研究生。
【关键词】截面验算；超筋截面；连接方式；截面尺寸；截面位置
1. 工程背景
某小区内高层建筑结构地下车库施工过程中，由于施工的需要，在地下车库施工时分区域进行施工，预留工作区间，以便于混凝土泵车、混凝土罐车以及其它施工车辆和机械的通行，从而造成地下车库不能一次性完成施工。在地下车库进行后续的封闭施工时，预留工作区间内的梁、板钢筋的绑扎以及混凝土的浇筑。地下车库梁内密布钢筋连接处，一端采用螺栓套筒连接，另外一端只能采用焊接或者搭接，焊接或搭接截面钢筋面积翻倍，势必会在此截面处产生超筋问题。钢筋混凝土超筋梁在工程设计、施工中应加以限制。钢筋混凝土超筋梁有两方面的特征，一方面，破坏前变形很小，属于脆性破坏，由于破坏前钢筋并不屈服，所以裂缝不宽不深，梁的挠度也不大，破坏时无明显预兆，破坏非常突然。另一方面，超筋截面的钢筋强度得不到发挥，用钢量大，不经济，在工程设计中不应采用。然而在设计时的适筋梁截面在施工过程中变成成了超筋梁，为工程的安全留下了隐患，因此在实际施工以及设计时应加以考虑，并进行优化处理，具有非常重要的实际意义。
2. 截面验算
钢筋的连接一端采用螺栓套筒连接，另一端只能采用搭接或者焊接。采用螺栓套筒连接一端截面的尺寸及配筋如图1所示。采用搭接或者焊接一端截面尺寸及配筋如图2所示。钢筋采用HRB400钢材，直径选用 25，混凝土采用C30商品混凝土。
2.1螺栓连接端截面。
图1所示截面，梁内受压钢筋上下排分别布置8、7根 25的钢筋，受压钢筋面积为7463mm2 ；梁内受拉钢筋上中下排分别布置6、9、10根 25的钢筋，受拉钢筋面积为12271.9mm2 。按照混凝土结构设计规范，梁的有效高度，受压区高度按公式计算，经计算，受压区高度x=201.77mm。相对受压区高度，由此可见，。因此，采用螺栓套筒连接端为适筋截面。
2.2搭接或焊接端截面。
图2所示截面，梁内受压钢筋上下排分别布置8、7根 25的钢筋，梁内受拉钢筋上中下排分别布置6、9、10根 25的钢筋，但是由于搭接或焊接，受压钢筋面积变为；受拉钢筋面积为 。按照混凝土结构设计规范，受压区高度按公式计算，经计算，受压区高度x=403.54mm。然而，此截面成为超筋截面，必须对其结构形式及优化设计进行研究。
3. 超筋截面的优化研究
3.1钢筋连接方式的优化。
3.1.1在钢筋搭接或焊接一端，由于搭接或焊接长度的影响，钢筋数量增加一倍。受压钢筋分别有原来的7根、8根变为现在的14根、16根；受拉钢筋有原来的10根、9根、6根 变为现在的20根、18根、12根。因此，在钢筋连接方式上一定要有优化，否则会影响结构内钢筋与混凝土的粘结力，绝对不能由于连接方式的选择错误而导致钢筋之间无缝隙，相互挤压，没有被混凝土充分包裹，从而严重影响结构的受力性能。
3.1.2钢筋连接处截面钢筋的连接方式有两种情况，一种为纵向连接，另一种为横向连接。
（1）若采用纵向连接，如图2由《混凝土结构设计规范》，受拉钢筋净间距，也大于钢筋直径d=25mm，满足要求。一排布置10根钢筋即钢筋最密处，受拉钢筋间距满足要求，那么9根，6根处肯定满足要求。受压钢筋净间距 ，也大于，满足要求。一排布置8根钢筋处，受压钢筋间距满足要求，那么布置7根处肯定满足要求。
（2）若采用横向连接，由《混凝土结构设计规范》，受拉钢筋净间距， 不满足要求。一排布置9根钢筋连接处，受拉钢筋间距不满足要求，那么布置10根钢筋连接处钢筋间距肯定不满足要求。受压钢筋间距，但是小于，不满足要求。一排布置7根钢筋处，受压钢筋间距不满足要求，那么布置8根钢筋处间距肯定不满足要求。
3.2截面尺寸的优化。
（1）由于钢筋连接处截面钢筋面积成为原来的两倍，因而造成此截面处超筋。因此，在截面设计时必须加以考虑，以防忽略了在其它截面均为适筋截面而在钢筋连接处截面成为超筋截面的影响。矩形截面梁在设计时，对其截面的高和宽分别加以限制范围，取其合理的截面尺寸，从而避免在设计时的适筋截面，在施工时钢筋连接处截面变成超筋截面的问题。
（2）矩形截面梁在设计时，为了防止施工时在钢筋连接处截面超筋现象的发生，可以从两个方面来考虑。一方面，考虑宽度变化对其矩形梁内钢筋连接处是否会发生超筋现象的影响；另一方面，考虑高度变化对其矩形梁内钢筋连接处是否会发生超筋现象的影响。
（3）考虑宽度变化对双筋矩形梁截面超筋的影响，由《混凝土结构设计规范》，受压区高度，在钢筋连接处截面，钢筋面积为原来的两倍，因此受压区高度也为原来的两倍。为了防止超筋，保证受拉钢筋屈服，受压区高度，由此可得。同时，还要考虑受压、受拉钢筋间距对矩形截面宽度的要求。对于受拉区钢筋净间距应满足 对于受压区钢筋净间距应满足 。其中， 分别为双筋矩形梁内受拉区和受压区每层钢筋的最大布置数量。为了保证受压钢筋屈服，受压区高度应满足。因此，双筋矩形梁为防止在设计时的适筋截面，在施工时钢筋连接处截面超筋现象的发生，矩形截面的宽度必须同时满足以上条件。双筋矩形截面最小宽度应满足前面三个条件解出的最大值，最大宽度应满足最后一个条件解出的宽度最大值。
（4）考虑高度变化对双筋矩形梁截面超筋的影响，由《混凝土结构设计规范》，在钢筋连接处截面，受压区高度为了保证受拉屈服，必须满足。因此，双筋矩形梁截面高度最小值应满足上述条件。 3.3截面位置的选择。
（1）双筋矩形梁内钢筋连接处截面由于钢筋的搭接或者焊接，造成此处截面超筋问题，会影响结构的安全性能。除了对截面尺寸的优化之外，还应该考虑钢筋连接处截面位置的选择，此截面位置的选择会影响矩形梁的受力性能及安全性能。因此，尽可能的将该可能产生超筋问题的截面位置布置在梁内应力较大部位，从而充分利用其受拉受压钢筋的性能。一方面，可以充分发挥其材料的性能；另一方面，也可以避免了在受力不大部位可能产生超筋的问题。
（2）钢筋搭接或者焊接一端截面应尽可能布置在梁内应力较大位置。对于简支梁而言，应尽可能根据现场施工条件，将钢筋搭接或者焊接一端截面布置在跨中位置。而对于连续梁而言，在边跨处，应尽可能将此截面布置在离端点3/8距离处，在中间跨处，应尽可能将此截面布置在跨中或者支座处。对于建筑结构梁，应尽可能布置在梁的跨中和柱位置处。
4. 结论
双筋矩形梁内采用搭接或者焊接一端截面，由于钢筋面积变为原来的两倍，因而可能在此截面处产生超筋现象。在设计或者施工时，必须从以下几个方面加以考虑，消除超筋隐患，提高梁的安全性能。
（1）在施工过程中，钢筋搭接或者焊接一端截面，钢筋连接时应采用纵向连接，以防止受拉受压钢筋净间距不足的问题。
（2）在矩形梁截面尺寸设计时，应对其高、宽分别加以限制范围，其截面最大最小宽度以及截面最小高度满足前面所述条件。
（3）在截面位置选择时，应根据结构形式，将钢筋搭接或焊接一端截面布置在此结构梁内内力较大位置处。
参考文献
[1]GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S].北京.中国建筑工业出版社，2011.
[2]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京.中国建筑工业出版社，2011.
[3]赵建昌.混凝土结构设计原理[M].北京.中国铁道出版社，2007.
[4]叶见曙.结构设计原理[M].北京.人民交通出版社，2007.
[5]王强，卢春玲.双筋矩形截面梁经济配筋条件分析[J].桂林工学院学报，2004（04）.
[6]邹冰.钢筋混凝土超筋梁的力学特性[J].浙江水利水电专科学校学报，1998（12）.
[7]王耀臣.双筋矩形梁截面设计[J].铁道标准设计，1982（08）.
[文章编号]1619-2737（2013）11-20-659
[作者简介] 曹锋（1989.5-），男，汉族，中共党员，现就读于兰州交通大学，为土木工程学院建筑与土木专业桥梁方向研究生。