【摘要】：对目前实际施工过程中混凝土保护层厚度的不合理现象进行剖析，并且针对这些现象，为了使结构构件受力更合理及降低工程造价，给出了结构优化设计方面的建议。
【关键字】：混凝土保护层厚度、钢筋混凝土构件优化、结构优化设计、工程造价
混凝土保护层厚度是指钢筋外边缘至混凝土表面的距离。混凝土保护层厚度的规定是为了满足结构构件的耐久性要求和对受力钢筋有效锚固的要求，其作用是保护钢筋不发生锈蚀，并保证钢筋的粘结锚固性能，从而直接影响构件的耐久性和钢筋的受力性能，但由于在目前普遍的施工做法中，没有正确处理构件各类钢筋的相互关系，造成混凝土保护层厚度的存在着不合理现象。
为了使结构设计人员对各类构件保护层厚度有较清晰的认识，现对钢筋混凝土各种构件的保护层厚度规定进行归纳整理，列出如下，并指出影响保护层厚度的因素，以及目前实际施工过程中混凝土保护层厚度的不合理现象进行剖析，并且针对这些现象，为了使结构构件受力更合理及降低工程成本，给出了结构优化设计方面的建议。
一、各种构件混凝土保护层厚度的具体规定
1、纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋的保护层厚度的规定
根据《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002第9.2.1条规定，纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋，其混凝土保护层厚度（钢筋外边缘至混凝土表面的距离）不应小于钢筋的公称直径，且应符合表9.2.1的规定。
表9.2.1 纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度（mm）
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环境类别
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板、墙、壳
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梁
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柱
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≤C20
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C25~C45
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≥C50
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≤C20
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C25~C45
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≥C50
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≤C20
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C25~C45
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≥C50
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一
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20
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15
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15
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30
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25
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25
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30
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30
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30
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二
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a
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--
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20
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20
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--
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30
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30
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--
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30
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30
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b
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--
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25
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20
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--
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35
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30
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--
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35
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30
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三
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--
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30
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25
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--
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40
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35
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--
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40
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35
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2、基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度的规定
根据《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002表9.2.1附注的规定，基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40mm；当无垫层时不应小于70mm。
3、板、墙、壳中分布钢筋的保护层厚度的规定
根据《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002第9.2.3条规定，板、墙、壳中分布钢筋的保护层厚度不应小于上表中相应数值减10mm，且不应小于10mm，根据此规定，列表一如下:
表一 板、墙、壳中分布钢筋的保护层最小厚度（mm）
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环境类别
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板、墙、壳
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≤C20
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C25~C45
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≥C50
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一
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10
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10
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10
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二
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a
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--
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10
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10
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b
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--
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15
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10
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三
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--
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20
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15
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4、梁、柱中箍筋和构造钢筋的保护层厚度的规定
根据《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002第9.2.3条规定，梁、柱中箍筋和构造钢筋的保护层厚度不应小于15mm。这里，根据《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002条文说明可知构造钢筋是指不考虑受力的架立筋、分布筋、连系筋等。
5、预制构件保护层厚度的规定
根据《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002第9.2.2条规定，对处于一类环境且由工厂生产的预制构件，当混凝土强度等级不低于C20时，其保护层厚度可按以上表9.2.1条的规定减少5mm，但预应力钢筋的保护层厚度不应小于15mm；对处于二类环境且由工厂生产的预制构件，当表面采取有效保护措施时（这里的有效措施根据条文说明可知是指在混凝土保护层中离构件表面一定距离处全面增配由细钢筋制成的构造钢筋网片），保护层厚度可按表9.2.1中一类环境数值取用。
另外，第9.2.2条还规定，预制钢筋混凝土受弯构件钢筋端头的保护层厚度不应小于10mm，预制肋形板主肋钢筋的保护层厚度应按梁的数值采用。
6、防水混凝土结构，迎水面钢筋保护层厚度的规定
根据《地下工程防水技术规范》GB50108-2001第4.1.6-3条规定，对于防水混凝土结构，迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。
二、影响保护层厚度的因素
从以上保护层厚度具体规定的归纳可知，影响保护层厚度的因素主要有以下几个方面：
1、结构构件所处的环境类别，即构件是处于一类、二类或是三类环境；
2、是哪种类型的结构构件，即结构构件是梁、柱还是板（墙、壳）；
3、混凝土的强度等级，混凝土强度越高，其所需的保护层厚度越小；
4、是哪种类型钢筋，即是受力钢筋、分布钢筋、箍筋还是构造钢筋；
5、是不是防水混凝土结构；
6、不同构件的钢筋抢占同一个位置，形成让位，保护层加厚或减薄。
三、目前实际施工过程中混凝土保护层厚度的不合理现象剖析
在目前普遍的施工做法中，混凝土保护层厚度的存在着不合理现象，那就是没有正确处理构件各类钢筋的相互关系，主要表现在以下几个方面：
1、梁的上部钢筋保护层的厚度，没有考虑板、次梁钢筋的相互交错的影响
（1）只有板筋，不设次梁时，对于一类环境，混凝土采用C25时，则板筋的最小保护层厚度为15mm，板上部受力钢筋直径为d1，梁的箍筋直径为d2，一般箍筋与板负筋错开设置，则梁的纵向受力钢筋的保护层厚度为15 + d1 （或 d2）及25mm的较大值。
假定板负筋及梁箍筋的直径均为8mm，则梁的纵向受力钢筋的保护层厚度为15+8=23mm<25mm，取为25mm.
（2）当有板筋、次梁、主梁钢筋时，在一类环境中，混凝土采用C25，则板筋的最小保护层厚度为15mm，，次梁纵向受力钢筋的保护层厚度为15 + d1 （或 d2）及25mm的较大值（这里d1为板受力钢筋筋直径，d2为次梁箍筋直径），主梁纵向受力钢筋的保护层厚度为15 + d1 （或d2） + d3 （或d4）及25mm的较大值（这里d3为次梁最上排受力钢筋的直径，d4为主梁箍筋直径）。
假定板负筋及梁箍筋均为8mm，次梁上部纵筋为2Φ16，则次梁上部受力钢筋的保护层厚度为15+8=23mm<25mm取为25mm，则主梁上部受力钢筋的保护层厚度为25+16=41mm>25mm，取为41mm.
2、梁与柱（剪力墙）平齐交接时
（1）梁与柱（剪力墙）平齐交接时，应优先确保柱（剪力墙）的有效截面，即应让梁的受力钢筋置于柱（剪力墙）受力钢筋的内侧。
假定梁、柱箍筋直径均为8mm，柱受力钢筋直径为20mm，则柱的受力钢筋保护层厚
度为30mm，梁的受力钢筋的保护层厚度为30+20=50mm。
3、反梁梁底与板底平齐时
反梁梁底与板底平齐时，目前的普遍是，板底筋弯折后锚入梁内并放置于梁底筋的上面。
假定板底筋及反梁箍筋直径均为8 mm，梁底筋径为16mm，则板底筋的保护层厚度为15+8+16=39mm（此处15为反梁箍筋的最小保护层厚度），由于可知板底筋的保护层厚度偏大。
由以上几种不合理的现象可以看出，由于没有合理处理好钢筋相交时的相互关系，造成梁纵向受力钢筋的保护层厚度过大，这不仅造成构件有效截面高度的减少，从而增加受力钢筋截面的面积，增加工程造价，同时由于保护层厚度的过大，需要采取有效的防裂构造措施（混凝土结构设计规范》GB 50010-2002第9.2.4条对此作了规定），增设构造钢筋，造成造价升高。
要获得良好的工程成本控制，降低工程造价，应针对各种情况进行细致的分析，以找出结构构件保护层厚度的优化措施。
四、结构构件保护层厚度的优化设计
混凝土构件保护层厚度优化设计的原则：
1、优先保证主要构件的有效截面，次要构件的钢筋让位于主要构件的钢筋，各具体情况如下：
（1）对于次梁与主梁相交时，由于主梁与次梁共同形成空间受力，应优先确保主梁有效截面，此时应将次梁上部钢筋从主梁上部筋下面穿过。
（2）对于框架梁与剪力墙（柱）平齐交接时，优先确保剪力墙（柱）的有效截面，梁的外侧主筋应置于剪力墙（柱）外侧主筋的之内。
（3）反梁梁底与板底平齐时，板底筋应置于反梁主筋下面，如板筋较粗则应置于反梁主筋上面。
（4）对于梁与梁相交，梁与剪力墙（柱）平齐交接时，均优先选用细钢筋，以减少有效截面被削弱，以免造成安全隐患。
（5）若板筋或次梁筋直径较小时，可在主梁面设置，若板筋或次梁筋直径较大时，应在主梁面筋下面设置。
（6）根据《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002第9.2.4条规定，当梁、柱中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度大于40mm时，应对保护层采取有效的防裂构造措施。这里的防裂构造措施根据条文说明是指在混凝土保护层中离构件表面一定距离处全面增配由细钢筋制成的构造钢筋网片，例好配Φ4@250的钢筋网片。
2、各构件的钢筋均优先选用细钢筋，采用细钢筋一方面可减少裂缝的发展，另一方面可以减少钢筋让位构件的有效截面被削弱。
参考文献：
1、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
2、《混凝土结构》上册（第四版）东南大学 同济大学 天津大学合编 清华大学主审 中国建筑工业出版社出版
3、《结构设计笔记》周献祥著 中国水利水电出版社 知识产权出版社出版
4、《建筑结构设计快速入门》刘铮编著 中国电力出版社出版
