谈水工少筋混凝土结构设计方法（一）

一、概述
少筋混凝土结构是指介于素混凝土结构和钢筋混凝土结构之间的一种配筋量很少的结构，其配筋率低于普通钢筋混凝土结构的最小配筋率。简称弱钢筋混凝土结构。
这种结构在水利工程设计中是难以避免的。有时，它对一些水工混凝土工程结构的设计起着重要的制约作用。从逻辑概念上讲，只要允许素混凝土结构存在，就一定会有少钢筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和钢筋混凝土结构之间的中间产物。
经常或周期性受环境水影响的水工建筑物中使用的混凝土称为水工混凝土，大部分是大体积混凝土，但水工混凝土的强度要求往往不是很高。一般水工建筑物，如闸墩、闸底板、水电站挡水墙、尾水管、码头闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构要有足够的自重；另一方面也要满足强度、抗渗、抗冻的要求，不允许出现裂缝，所以结构尺寸比较大。根据钢筋混凝土结构的设计，往往需要配置较多的钢筋，这样会造成浪费。根据素混凝土结构的设计，由于计算所需的横截面较大，将会使用大量的混凝土。
对于这种结构，如果在混凝土中放置少量钢筋，考虑到这种少量钢筋对结构强度和安全性的作用，可以减少混凝土用量，从而满足经济性和安全性的要求。因此，在大体积水工建筑物中采用较少的钢筋混凝土结构具有特殊的意义。
我国《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)明确规定了少钢筋混凝土结构的设计思路和原则。
二。规范中少筋混凝土结构的设计规定
少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率上。这里摘录《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191-96)(以下简称《规范》)中的最小配筋率，阐述如下:
1 .一般构件的纵向当温度、收缩等因素对结构有较大影响时，最小配筋率应适当提高。
2。大尺寸楼板和墩墙纵向钢筋的最小配筋率
大截面尺寸楼板和墩墙的最小配筋率，可由《纵向钢筋混凝土构件基本最小配筋率》中所列的基本最小配筋率乘以该截面的极限内力值与该截面极限承载力的比值得到。也就是说，
1)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:
ρmin=ρ0min()
也可按下列近似公式计算:
底板ρmin=(规范9.5.2
2)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:[. ρ' min = ρ' 0min ()
按上述公式计算最小配筋率时，由于截面的实际配筋量未知，不能直接得到截面的实际极限承载力Nu，所以需要先假定一个配筋率。
以上公式中，M和N为截面弯矩和轴力的设计值；
e0——轴力到截面重心的距离，EO = m/n；
Mu，Nu——截面的极限抗弯承载力和极限抗压承载力；
b、ho——截面宽度和有效高度；
fy-钢筋抗拉强度设计值；
γd——钢筋混凝土结构的结构系数，按规范表4.2.1取值。
按照本文的计算方法，随着规模的增加，用钢量将保持在同一水平。
3。超大截面最小配筋量
对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或排列决定的结构构件，规范规定:经论证，纵向受拉钢筋可不受最小配筋率限制，钢筋截面积按承载力确定，但每米宽度钢筋截面积不应小于2500m2。
。对于截面厚度较大的板、墙结构，最小配筋率可按9.5.2计算。对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件决定，厚度大于5m的结构构件，可按规范9.5.3处理。设计可以根据具体情况对待。
为慎重起见，目前仅建议位于基础上的底板和墩墙采用可变最小配筋率。对于其他结构，仍建议采用规范表9.5.1中所列的基本最小配筋率，以避免配筋过少无法抑制裂缝的情况。
根据经验，按建议的最小配筋率配筋时，裂缝宽度基本在允许范围内。对于环境恶劣的结构，为控制裂缝过宽，建议将本规范表9.5.1所列的受拉钢筋的最小配筋率提高0.05%。当大体积构件的受压配筋按计算不需要配筋时，只能采用构造配筋。