原創(chuàng)作者：鯤鵬
鋼筋混凝土梁的最大配筋率，在實(shí)際工程中，大家通常都是按2.5%控制的。某些審圖單位也是按2.5%控制。
《高規(guī)》6.3.3條：
抗震設(shè)計(jì)時(shí)，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于2.5%，不應(yīng)大于2.75%；當(dāng)受拉鋼筋配筋率大于2.5%時(shí)，受壓鋼筋的配筋率不應(yīng)小于受拉鋼筋的一半。
《混規(guī)》11.3.7條，《抗規(guī)》6.3.4條：
（框架梁）梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于2.5%，...
以上大概就是2.5%的出處。《抗規(guī)》2001版，更是將2.5%的要求定為強(qiáng)條。
但你發(fā)現(xiàn)沒有，以上關(guān)于2.5%的要求，都是針對框架梁梁端的；框架梁跨中以及非框架梁的最大配筋率，并沒有明確規(guī)定。
然而，實(shí)際工作中，很多人將2.5%的應(yīng)用范圍擴(kuò)大了。
1）2.5%究竟是怎么回事？
抗震設(shè)計(jì)，梁端配筋的要求，大概有三點(diǎn)：1）梁端混凝土相對受壓區(qū)高度，一級不大于0.25，二三級不大于0.35；2）梁端縱筋底面和頂面的比值，一級不小于0.5，二三級不小于0.3；3）對梁端箍筋的要求。
以上這三點(diǎn)都是強(qiáng)條，其重要性高于2.5%的要求。
這3+1條，其目的只有一個(gè)，即框架梁的延性設(shè)計(jì)。
梁的變形能力主要取決于梁端的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)量，梁的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)量與截面混凝土相對受壓區(qū)高度有關(guān)。梁端底面的鋼筋可增加負(fù)彎矩時(shí)的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力，還能防止在地震中梁底出現(xiàn)正彎矩時(shí)過早屈服或破壞過重，從而影響承載力和變形能力的正常發(fā)揮。根據(jù)國內(nèi)外試驗(yàn)資料，受彎構(gòu)件的延性隨受拉配筋率的提高而降低，隨受壓鋼筋配筋率的提高而提高。
你會(huì)發(fā)現(xiàn)，相對受壓區(qū)高度和底頂比要求的核心，其實(shí)就是受壓區(qū)鋼筋不能太少，如果受壓區(qū)鋼筋很多，受拉鋼筋配筋率理論上可以很大。所以規(guī)范又規(guī)定了最大配筋率2.5%，封頂2.75%.
我們做個(gè)簡單推論。考慮壓區(qū)鋼筋（且小于拉區(qū)鋼筋）的相對受壓區(qū)高度計(jì)算公式（式1）：
規(guī)定，相對受壓區(qū)高度為：
縱筋頂?shù)妆葹椋?/p>
C30、HRB400為例進(jìn)行計(jì)算，則最大配筋率與相對受壓區(qū)高度、縱筋底頂比之間的關(guān)系（式2）為：
2）框架梁跨中和非框架梁的最大配筋率
混凝土正截面受彎破壞有三種形態(tài)，適筋破壞、超筋破壞和少筋破壞。混凝土梁的最大配筋率即由超筋破壞決定。
如果梁配置較大的受拉鋼筋，混凝土梁會(huì)在沒有明顯征兆的情況下，受壓區(qū)混凝土被壓碎而突然破壞，此時(shí)，受拉區(qū)鋼筋小于屈服強(qiáng)度，這種破壞屬于脆性破壞。因此，我們要對混凝土梁的最大配筋率進(jìn)行限制。
最大配筋率的本質(zhì)，就是要滿足相對受壓區(qū)高度小于界限受壓區(qū)高度。以C30，HRB400為例，界限受壓區(qū)高度為0.518.
令ξ=0.518，根據(jù)式2，ρ=2.1%/(1-μ)，如果不考慮壓區(qū)鋼筋（μ=0），最大配筋率為：ρ=2.1%
在相對受壓區(qū)高度不大于0.518的情況下，最大配筋率為2.5%，則相當(dāng)于μ=0.16，受壓鋼筋面積/受拉鋼筋面積不小于0.16.
對非框架梁來說，梁頂計(jì)算配筋很多情況下是零，實(shí)際配筋采用架立筋，架立筋在計(jì)算中不考慮其貢獻(xiàn)，即相當(dāng)于受壓鋼筋為零。此時(shí)，非框架梁跨中最大配筋率應(yīng)為2.1%，而非2.5%.
對非框架梁梁端及框架梁跨中來說，只要受壓鋼筋面積/受拉鋼筋面積大于0.16，最大配筋率即可按2.5%控制，實(shí)際設(shè)計(jì)中是比較容易滿足的，對一些特殊位置尚應(yīng)注意。
比如我們增大梁端彎矩調(diào)幅，跨中梁底配筋加大，梁頂配筋減小，按規(guī)范通長筋的配置要求，則可能出現(xiàn)不滿足0.16的情況。
3）鋼筋混凝土梁的正截面承載力
相對受壓區(qū)高度不大于界限受壓區(qū)高度是混凝土梁設(shè)計(jì)中的一條重要原則。在梁截面尺寸和混凝土強(qiáng)度等級不變的情況下，增大受壓區(qū)鋼筋，是改善相對受壓區(qū)高度的唯一方法。式1即可表明這一點(diǎn)。
受壓鋼筋增大，梁的承載力也提高。雙筋截面混凝土梁的承載力表達(dá)式如下：
你看，如果受壓區(qū)高度不變，即x不變，壓區(qū)鋼筋增大（根據(jù)式1，拉區(qū)鋼筋也要增大），則Mu提高。
4）鋼筋混凝土梁正截面加固
以前，我總有個(gè)錯(cuò)覺，覺得梁底貼鋼板加固之后，很容易形成“超筋破壞”。我曾經(jīng)看到過，有人在混凝土梁底粘工字鋼，我一直擔(dān)心那條梁會(huì)在壓區(qū)形成脆性破壞。
但其實(shí)，《混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》是考慮了這一點(diǎn)的，如果你遵守規(guī)范的話。
受彎構(gòu)件加固后的相對界限受壓區(qū)高度不大于加固前控制值的0.85倍。
這一條就是為了杜絕“超筋破壞”。
但同時(shí)，我在想，繞過這一條，其實(shí)并不困難。我們可以同時(shí)在受拉區(qū)和受壓區(qū)粘鋼板，這樣加固后的相對受壓區(qū)高度就可以人為調(diào)控。
最終會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？兩塊鋼板之間夾一層厚厚的混凝土，鋼板抗彎，混凝土抗剪。相當(dāng)于我們把一條H型鋼的腹板換成了鋼筋混凝土。
不要高興得太早，正截面承載力不能無限提高！《加固規(guī)范》也對此做出了限制。
鋼筋混凝土構(gòu)件加固后，其正截面受彎承載力的提高幅度，不應(yīng)超過40%.
這條規(guī)定主要針對于粘貼鋼板加固和碳纖維布加固。規(guī)范解釋，此條是為了控制加固后構(gòu)件的裂縫寬度和變形，及確保“強(qiáng)剪弱彎”。
但也不要太悲觀，規(guī)范也給我們留了后門。包鋼加固不受40%的限制。
不管怎樣，抗彎和抗剪向來是一對孿生兄弟，我們在考慮提高抗彎承載力的同時(shí)，也要關(guān)注抗剪承載力。這一點(diǎn)在混凝土梁加固設(shè)計(jì)中容易被忽視。
