知识普及：从力学的基本原理学习钢筋“平法”

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《力学》是学习钢筋“平法”的基础知识，只有掌握了力学，才能理解平法为什么要那么做。比方说梁的钢筋，为什么上部钢筋只能在梁跨中搭接？而下部钢筋就只能在支座旁边三分之一跨的长度范围内搭接？如果不知道原理，不多问一个“为什么”，就不能真正说“懂”。下面我就举两个“力学在钢筋设计中的基本原理应用”的例子，希望读者指出不足，互相学习共同进步；希望大家“牵一发而动全身”，从一个原理反射理解到其他地方，培养在思考中学习的好习惯。

1.梁的上下部钢筋搭接位置原理

首先我们来看一下梁最基本的一种破坏时的情形。



一根梁，两端都有支座（等于在柱子上），我们在中间施加压力，想想会出现什么情况呢？

如果你知道答案是梁最终会断裂，那么，想想裂缝最先出现在什么地方呢？



        很明显，梁的下部会最先出现裂缝。力学实验证明，下部钢筋会断，上部钢筋会在中部被挤压成“灯笼”。请看下面的力学示意图。



可以想象，假如梁的下部钢筋在跨中处搭接，结果会是怎么样？结果一定是在跨中搭接，受到梁内部最大的拉力，当然容易断裂了！

可以引出《平法》中那些经验做法：

①梁上部要有支座负筋，并且通常伸入支座三分之一跨长

②梁的上部钢筋要在跨中搭接；下部钢筋要在支座两边三分之一跨长处搭接

③支座的两端往往需要箍筋加密（抗震加密）

2.锚固、搭接的力学原理

在理想情况下，钢筋当然是能不需要搭接最好，就像混凝土能最好一次性浇筑一样，一个整体总会比两个结合的内力要强。但因为混凝土有水化热等等原因，并不能一次性把整栋大楼浇筑好；钢筋因为生产、运输等原因，并不能长到刚刚好的长度。所以规范的市场里，钢筋一般是9米，或12米的规格。这是从市场层面解释为什么要有搭接。

    我们想想为什么需要锚固？把一个小木块架在墙上，或者用铁钉钉在墙上，结果是不同的吧？用铁钉当然比单纯架在墙上更能稳固木块，问题是：铁钉要多长才能做到固定木块，又不浪费呢？



        力学上有专门的计算公式，需要根据钢筋的直径、表面粗糙程度、受力大小等，计算出锚固的长度。简单说，该计算公式的原理就是找到一个

  临界点：钢筋刚好拔出的那一瞬间，刚好断裂。这样你可以明白为什么级别越高的钢筋它的锚固长度越大了吧？

  搭接也是这个概念。但有的人疑惑，为什么直径不一样的钢筋搭接，要用直径小的钢筋计算出的搭接长度呢？打个小小的比喻：一根粗绳子可以承受100牛的拉力，而一根细绳子只能十牛，两根绑扎在一起，用力两边一拉，哪根先断呢？毫无疑问，细的会先断裂。并且当施加的力到十牛时，这个结合就已经被破坏。所以采用 100牛的拉力的话，有90牛是浪费的。钢筋搭接就是如此，搭接长度只要满足两钢筋被拉开的瞬间，细的钢筋刚好断裂就足以！

        3.万能的内折角定律

        所谓的内折角，我不文字解释，直接上图更形象  



        （如左图，钢筋在转角处弯折，这样的危险就如右图所示，当钢筋两端都有拉力时，角处是“尖锐又脆弱”的，很容易就被破坏了。）

        因此，无论在任何构件任何情况下，都绝对不允许内折角出现。解决的办法就是钢筋一定要伸到底。

        可以看到《平法》无时不刻在运用这个定律，如果你有一天看到没有伸到底就弯折的的钢筋，那么你一定要自信的站出来，对设计人员说这图纸出错了。

       比如:



        4.受力钢筋布置位置靠外定律

        这个定律是相对于分布钢筋等构造钢筋说的。打个比方说，一道剪力墙，是水平钢筋在外面，还是垂直钢筋呢？又比如板，长边和短边的钢筋。 哪个是在下面呢？是随便哪个靠外都可以吗？答案当然是否定的。

这个规律就是：哪种钢筋受力更大，它就更靠外。比如说是独立基础的钢筋：长向钢筋在下，短向在上。

        为什么是这样呢？请观察下图，在基础底面受到均匀土应力的情况下：



        其受力结果如下图：



        很明显，在上有柱子顶住中心，下有均匀的土应力情况下，独立基础是长边的弯曲更多！因此长边的受力更多。所以将长边的钢筋放在下面，短边钢筋置于上面。此时短边钢筋受力不多，基本等于分布钢筋的作用，起到固定长边钢筋，形成钢筋网的作用。

        因此，回到前面疑问：剪力墙的钢筋是水平筋在外，还是垂直筋。其实答案是不确定的。因为剪力墙在不同的位置其受力情况不同（比如地下室剪力墙还受到土应力，而在地上不存在这种情况）。

        从方便施工角度考虑的，即由外到内是：第一层，剪力墙水平钢筋；第二层，剪力墙的竖向钢筋和暗梁的箍筋（同层）；第三层，暗梁的水平钢筋。