钢筋锚固长度速记口诀理解（施工技术与造价知识荟萃08-钢筋锚固长度的原理及应用）

内容介绍：

钢筋锚固长度在钢筋混凝土结构中意义重大，既关系到结构的安全性，又对工程造价带来影响。本文想通过对锚固长度基本原理进行分析，把握锚固长度的本质，以提高施工人员对其在工程施工中的应用能力。

一、钢筋锚固长度的由来：

1、钢筋混凝土结构的基本原理：

为什么说钢筋锚固长度关系到建筑结构的安全？这还得从钢筋混凝土结构的工作原理和特点说起。

混凝土是由胶凝材料和矿物粗细骨料多相混合物，凝结硬化后抗压能力好，但抗拉能力差，容易因受拉而断裂。钢筋抗拉能力强，但抗弯性能差。

为了解决这个矛盾，充分发挥混凝土的受压能力，在混凝土受拉区域内或相应部位加入一定数量的钢筋，使两种材料粘结成一个整体，共同承受外力。

混凝土提供抗压能力，钢筋提供抗拉能力，拉、压形成一对力偶，使得钢筋混凝土结构既能承受压力，又能承受拉力，还有较强的抗弯性能。集合了钢筋与混凝土的优点，避开了各自的缺点。

2、钢筋混凝土结构破坏的基本形态：

钢筋混凝土结构分为抗压构件、抗弯构件等，在不同的构件中间通常具有轴力、弯矩、剪力三种内力，不同的内力组合表现为不同的破坏形式，比如：拉压破坏、剪切破坏、剪压破坏等等。

不管何种破坏实际上都是钢筋混凝土构件的承载能力决定的，即：要么钢筋提供的抗拉能力不足，要么就是混凝土提供的抗压能力不足。这就是钢筋混凝土结构破坏的两大基本因素。

上面两大破坏形态都是就钢筋混凝土构件自身而言的，实际上构件破坏还与外部环境的作用力强度有关，钢筋混凝土构件还有第三种破坏形态。

即：在钢筋没有达到抗拉强度，混凝土也没有达到抗压强度的前提下，但由于钢筋锚固不足，造成构件从结构体系中被“拔”出来，从而造成结构破坏。

第三种破坏因素就是：钢筋锚固长度不足，在达到钢筋和混凝土承载力极限之前，造成钢筋砼构件中的钢筋和混凝土产生相对滑动，破坏了结构的整体性而导致结构破坏。

因此，钢筋锚固长度就作为结构设计和施工中不可忽视的一个因素，关系到结构的整体性、安全性。

二、钢筋锚固长度的计算规则：

既然钢筋锚固长度如此重要，那么钢筋的锚固长度肯定越长越好啊！钢筋锚固长度越长，钢筋就越不容易被拔出来，结构的整体性就越好，结构体系也就越安全。

但同时，钢筋用量也越多，工程成本就越高。那么确定一个既能保证安全，又能最小化成本，“经济可靠”的锚固长度是非常必要的，这就是“锚固长度”在结构设计和施工中的现实意义。

1、受拉钢筋锚固长度的计算：

当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，受拉钢筋的锚固长度应按下列公式计算：

Lab=α*fy/ft*d

式中：Lab为受拉钢筋的基本锚固长度；fy为普通钢筋的抗拉强度设计值；ft为混凝土轴心抗拉强度设计值；d为锚固钢筋的直径；α为锚固钢筋的外形系数，按下表取用：

钢筋外形系数

受拉钢筋的锚固长度除了上述几个影响因素之外，还与钢筋的直径、荷载类型、外部环境、保护层厚度等有关。在计算锚固长度时，需乘以修正系数ζa，在《混凝土结构设计规范》（GB50010）8.3.2对修正系数作了规定：

得到最终的计算公式：La=ζa*Lab

式中：La为受拉钢筋的锚固长度；ζa为锚固长度修正系数；Lab为受拉钢筋基本锚固长度。

例子：梁混凝土标号为C30，直径d=20mm，钢筋等级为HRB400的带肋钢筋，钢筋保护层厚度20mm，具体计算如下：

α=0.14；fy=360N/mm2；ft=1.43N/mm2；d=20，ζa=1.0（无需要修正的条件）

首先计算基本锚固长度：

Lab=0.14*360/1.43*20=705mm；

再计算受拉钢筋的锚固长度：

La=ζa*Lab=1.0*705=705mm

计算结果与《16G101-1》中的数据基本吻合的。

受拉钢筋基本锚固长度取值表

以上数据的计算或取值可以参见《混凝土结构设计规范》（GB50010）4.1/4.2/8.3相关内容。

2、抗震设计时受拉钢筋的锚固长度：

根据混凝土结构构件抗震设计的规定，受拉钢筋的抗震锚固长度LaE应按下式计算：

LaE=ζaE*La

式中：ζaE为受拉钢筋抗震锚固长度修正系数，对一、二级抗震等级取1.15，对三级抗震等级取1.05，对四级抗震等级取1.0。

La为受拉钢筋锚固长度，如：上例中抗震等级为三级，则抗震锚固长度应该等于：

LaE=ζaE*La=1.05*705=37d与《16G101-1》中的规定一致

受拉钢筋抗震锚固长度取值表

3、锚固长度修正：

在设计规范和施工图集中都有对修正系数的规定，其中钢筋保护层厚度不同对钢筋锚固长度的修正最为明显，也最常用。正因为修正存在的因素，锚固长度与基本锚固长度之间的关系存在变动，La可以大于Lab，也可以小于Lab。

3.1楼层框架梁与屋面框架梁纵筋锚固的例子：

楼层框架梁与屋面框架梁的纵筋构造中，两者的底筋构造都一样，但上部钢筋的构造不一样，这就和钢筋锚固长度修正有关。

因为两者底筋周边保护层厚度肯定大于了5d（上面是梁，下面是墙柱），而上部钢筋则不一样。楼层框架梁上部钢筋有上层墙柱，而屋面框架梁上部钢筋没有上层墙柱了。面筋的锚固长度肯定差别就比较大了。

《16G101-1》图集中，楼层框架梁上部钢筋的锚固长度为LaE，如果把它看做是按0.7修正系数修正后的结果，那么屋面框架梁的锚固长度就应该是LaE/0.7。

还是上面的例子，楼层框架梁的抗震锚固长度为LaE=37d，屋面框架梁的锚固长度37/0.7=52d，两者相差15d=300mm。因此，屋面框架梁上部纵筋要求弯锚至梁底也有对锚固长度进行修正的意味。修正增加的锚固长度考虑常用梁高，也基本是吻合的。（这里还要考虑弯锚的修正）

3.2关于楼面梁在剪力墙中锚固不足时是否可以采取修正系数的问题：

楼面梁与剪力墙平面外相交时，通常墙厚200mm，一般是不能满足梁纵向钢筋的构造要求的，如下图：

楼层框架梁纵筋构造要求

在图集中，纵向钢筋的锚固水平投影段有必须大于0.4LabE的要求，梁最小的下部筋按14mm考虑，35*0.4*14=196mm，除去钢筋保护层20mm后，200宽的墙厚很难保证达到规范的要求。

该规定来源于《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3）的7.1.6，具体如下：

对锚固平直段的要求

实际上，做梁头也好，把墙宽改为300mm也好，建设单位一般是不会同意这样做的，增加造价不说，还提高施工难度，还牺牲有效建筑面积。

通常，这种楼层中的梁墙节点，下部有剪力墙，上部也有剪力墙，保护层厚度远超5d，完全满足0.7倍修正锚固长度的要求，如果按系数修正的话，梁筋直径18mm也刚好能满足规范要求了。

但在13G101-1的官方解释中谈到“由于支座长度限制造成不能满足直段时，不能通过加长弯钩的做法来补足LaE，对锚固平直段的要求是出于控制钢筋滑移，使构件不至于发生过大裂缝和变形”。

从官方解释来看，对平直段长度的要求并不是出于锚固长度的考虑，而是考虑的梁墙（柱）节点的变形能力。实际上是对保证节点“刚性”的保证措施之一。

平直段的长度限制就是对支座宽度的尺寸限制，支座尺寸越大，才可能保证“强柱弱梁”的抗震设计意图。因此，0.4LabE的直段要求是不可以用修正系数来修正的，这是一个保证刚性节点的“常数”。

从另一方面来看，这个直段长度是0.4LabE而不是0.4LaE，一字之差，他们之间是有本质区别的。在施工图集中，楼层框架梁也好，屋面框架梁也好，所有构造长度都用的LaE，只有对平直段的限制采用的是LabE（抗震基本锚固长度，详见前述）。

这也说明，对平直段的限制与锚固长度无关，如果与锚固长度有关，直接用LaE来描述不是更好。正因为这个限制是“常数”，不需要修正，才采用了LabE这个基本锚固长度来度量。“基本”当然是常数了。

所以，要解决平直段不足的问题，只能从减小梁钢筋直径、加宽强厚或者把节点按铰接进行验算来设计，在铰接的情况下就没有对支座宽度的限制了。

关于框架结构中的刚性节点和铰接节点的相关问题，在另一篇文章《施工技术与造价知识荟萃05-“半框梁”的钢筋构造及施工管理要点》中有详细介绍。

三、施工管理中应注意的地方：

1、理解钢筋锚固长度的本质，才能更好的应用图集中的相关规定和数据。要明白Lab，La，LabE，LaE四者之间的关系和对应的工程语言，才能更深刻的理解设计文件，更好的指导施工。

2、钢筋锚固长度不能只看作施工图集中的数字，而是要对应施工现场各种部位、各种构件的受力特征，不仅仅要知道“怎么做”，还要明白“为什么”，才能发现问题和改善问题。

3、关于钢筋锚固长度，在施工中容易出错一些，而在造价管理中主要是要保证“工程设置”的正确性。

总结：

1. 钢筋混凝土构件是通过钢筋与混凝土之间的“作用力”整合为一体，各自发挥作用而存在的，一旦钢筋被“拔”动，构件及结构体系将被破坏。所以，钢筋锚固长度是保证钢筋混凝土结构正常工作的要素之一。
2. 钢筋锚固长度与钢筋有关、混凝土有关，还和构件的外部环境有关。要构件不因为锚固长度因素破坏，那就要求钢筋与混凝土之间的作用力不小于钢筋抗拉强度和混凝土的抗压强度。这是计算公式的基本原理。
3. 钢筋混凝土构件的破坏包括受拉钢筋达到屈服，混凝土被压碎以及受拉钢筋被“拔”出来三个方面的因素。
4. 屋面框架梁钢筋构造比楼层框架梁构造更严格，实际上是和钢筋保护层的厚度有关。保护层越厚，混凝土对钢筋的握裹力就越强，所以对锚固长度的要求就越低。
5. 顶层“LLK”梁要求在剪力墙中设置“封闭箍筋”就是弥补在顶层时，保护层厚度不足造成锚固长度需求过大的构造措施之一。

6、理解钢筋锚固长度的本质，就能深刻领会设计文件和施工图集中的相应内容，在应用中才能控制质量，控制造价。

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