摘要：“算不清，加钢筋”，这是传播在我国布局工程界的一句名言。搭配的场景凡是是一名老工程师教育一名菜鸟，或是一名应届生就教一名资深工程师。当然，这句俭朴的话有时辰挺管用的，但其实不是所有时辰都管用。

    算不清，加钢筋！关于STM理论计较阐发为甚么会有「算不清」这类环境呢？因为混凝土本身其实不是均一的材料，而是由钢筋和混凝土两部门构成的。实际受力时的内力漫衍，常常取决于钢筋的安插环境；但你的钢筋安插，要根据受力环境来决定。这就成了一个自轮回的怪圈。同时，在某些不法则部位，钢筋混凝土截面是不合适平截面假定的，好比深梁、梁柱节点、牛腿、梁开洞、梁上起柱部位等等，基于平截面假定的理论计较在这些处所就不合用了。所以，才会有「算不清，加钢筋」这类说法，凭着以往的经验、拍拍脑袋、多加点钢筋，也就好了。
    1987年，施莱希大年夜神颁发了闻名的论文 Toward a Consistent Design of Structural Concrete，随后的1991年，又颁发了 Design and Detailing of Structural Concrete Using Strut-and-Tie Models。这两篇论文完美了钢筋混凝土 Strut-and-Tie Models 的合用设计编制，让 STM 理论进进工程界的视野。
甚么叫 Strut-and-Tie 呢？顾名思义，STM 是一种用拉压杆构成的桁架模型来阐发设计钢筋混凝土布局的合用编制。
    举一个例子

    一根简支深梁，跨度29英尺（8.84米），截面高度为9英尺6英寸（2.9米）。跨度三分点处承受感化在梁上概况的集中荷载。若何设计这根深梁呢？可能有人会说，太简单了，混凝土规范附录 G 深受弯构件，用公式带进往一算就解决了。那假定我再开如许的三个洞口呢？

    还能用阿谁公式吗？洞口周边的钢筋应当如何附加？可能有人就会说，「这底子没法算啊，算不清晰的，多加点钢筋就好了」。真的如斯吗？让我们从比较简单的、没有洞口的简支深梁说起。细心思虑一下，我们第一张图片里的简支深梁能不克不及用下图这个计较模型来描述？

    这根混凝土深梁，事实上是一个由混凝土压杆和钢筋拉杆构成的桁架。

    混凝土压杆共有两种，Strut 1 和 Strut 2，钢筋拉杆只有一根，就是梁底部的 Tie。经由过程如许的桁架阐发，哪些部位的混凝土受压，钢筋应当放在哪里，一目了然。用静力学求解桁架杆件的轴力值，进而按照几何尺寸、混凝土强度、钢筋强度来核算每根混凝土压杆、钢筋拉杆、节点的强度是不是知足要求。按照我们的阐发成果，这根深梁的钢筋应当如许安插：

    纵向钢筋安插在我们的桁架模型中 Tie 的部位，双层双向漫衍钢筋对受压的混凝土压杆起到束缚感化。也就是说，我们建设的 18 根 7 号钢筋足以承受 624.92 千磅的拉力。接下来，我们来看看开洞深梁的环境吧。若何点窜我们的 STM 模型，让它可以用于开洞深梁的环境呢？第一种可能的解决方案：

    斜向的混凝土压杆分为平行的两根，将洞口包抄在此中，这两根分隔的混凝土压杆在垂直标的目标上用两根钢筋拉杆连接。应用我们前几篇文章介绍的图解静力法，很等闲就可以得出每根杆件的内力。
整根开洞深梁的 STM 模型是如许的：

    对节点1，可以用如许的编制来验算强度：

    其余节点也是一样的事理，混凝土压杆也一样如斯。假定都知足要求，那么只需要遵循钢筋拉杆的轴力建设响应的钢筋便可以了。寄望，STM 是一个开放的编制，没有尺度谜底，也没有独一解。只要你的 STM 桁架模型合适静力学成果，强度验算的成果都知足，钢筋安插在你的桁架模型中拉杆的位置，那都是合理的解决方案。所以呢，我们还可以有第二种可能的解决方案，近似梁受剪时的桁架模型阐发，我们让剪力先传递到梁底部，然后再用箍筋将内力向上传递。

    实际上，这类解决方案是把这根深梁分成了上下两根梁，共同承担剪力和弯矩。两根梁中间的空地，也就是洞口留设的位置。只要节点、压杆的强度验算合格，按照拉杆的轴力安插手够的钢筋，这一样也是一个合理的解决方案。我们再对比一下这根开洞深梁的两种 STM 模型：

    对比一下这两种方案，哪一种更好呢？很难说。第一种直不雅精练，受力明白，可是可能施工麻烦。第二种计较繁琐，受力也不尽合理，可是可能施工比较便利，不需要斜向钢筋。所以，要综合考虑多方面的身分，才能最终肯定用哪一种解决方案比较合理。假定我们不暗示漫衍钢筋，只暗示首要受力钢筋的话，这两种 STM 模型相对应的钢筋建设应当是如许的：

    让我们再打开《全国平易近用建筑工程设计手艺办法》，看一下梁开洞的手艺办法。

    为甚么不但要附加竖向、横向钢筋，并且还必需得附加斜向钢筋呢？此刻你知道启事了吧？STM 模型不但可以用来阐发深梁，还可以用在其它的钢筋混凝土布局非持续区。好比桩基承台：

    再好比梁柱节点：

    美国 ACI 在2001年将 STM 写进了ACI 318 规范，实际工程中可以操纵 STM 设计深梁、承台、桩基、牛腿……遵循我们盗窟的速度，我猜下一版或再下一版的 GB50010 会呈现 STM 的内容。但也说不准，因为 STM 是一个高度开放性的编制，依托于工程师的专业常识和鉴定能力，假定用的不好，可能会拔苗助长。我们的规范都是“保母式”的规范，手把手的教你套公式，这类 STM 编制仿佛不太合适我们的“保母式”规范的口味。有了 STM 如许的东西，再拍着脑袋说「算不清，加钢筋」，这就有点说不外往了。
注：本文来自知乎专栏土木僧的写写画画