混凝土结构设计规范

混凝土结构设计规范篇1

　　【关键词】混凝土结构；安全度设置；国内外规范对比

　　引言

　　2010年我国颁布了新的《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010），新版规范建立在旧版规范的修改以及2008年汶川地震后的教训上。在安全度设置上与旧版本有较大差别，但是和国外有关规范相比仍存在一定差距，混凝土的结构设计方法、安全度的计算方式和条件都略有不同。

　　一、我国混凝土结构设计规范的发展

　　建国以来，我国建筑结构的设计方法变化很大，从最初的经验估计，到后来的试验确定、容许应力、安全系数以及概率极限状态设计方法。混凝土结构设计规范也随之进行了变革。上世纪60年代，我国的混凝土结构设计规范基本引用苏联规范HNTY123-55，直到1989年出台的《混凝土设计规范》GBJ10-89才突破照搬苏联模式，有了自主创新的能力，奠定了我国混凝土结构设计规范的基本模式。

　　我国新修订的GB50010-2010《混凝土结构设计规范》，采用了以概率理论为基础的极限状态设计法，参考了国外有关先进技术标准，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用3个分项系数（结构重要性系数O，荷载分项系数G、Q，材料性能分项系数C、S）的设计表达式进行设计。

　　二、国内外混凝土结构设计规范安全度设置水平对比

　　本文进行安全度设置水平的对比时，选择的对比的指标为轴心受拉、受剪、受弯以及受扭，进行对比的规范主要包括我国的《混凝土结构设计规范》GB50010-2010、美国的《房屋建筑混凝土结构规范》ACI318-05、欧洲的《混凝土结构设计》EN1992-1-1等。

　　（1）轴心受拉构件

　　a。《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

　　Rd，C=fyAs=（fyk/s，C）/As

　　式中：Rd，C—我国规定的结构构件抗力设计值，fy—抗拉强度设计值，As—抗拉强度标准值，s，C—材料分项系数，取值1.10.

　　b。《房屋建筑混凝土结构规范》ACI318-05

　　Rd，A=φfyAs

　　式中：Rd，A—美国规定的结构构件抗力设计值，φ—强度降低系数，取值0.9

　　c。《混凝土结构设计》EN1992-1-1

　　Rd，E=fydAs=fykAs/s，E

　　式中：Rd，E—欧洲规定的结构构件抗力设计值，s，E取值1.15.

　　通过对比、换算以上三个式子，我们可以得到三者的关系：

　　Rd，C =1.04Rd，E=1.01 Rd，A

　　由关系式可以看出，中国、美国、欧洲的轴心受拉构件的抗力设计值十分接近。

　　（2）斜截面受剪构件

　　Rd，C=0.7fbh0+1.25fyvAsvh0/s

　　式中：f—混凝土轴心抗拉强度，b—截面宽度，h0—截面高度，fyv—抗拉强度设计值，Asv—截面面积，s—箍筋间距。

　　Rd，A=

　　式中：φ—受剪承载力折减系数，取值0.75，fc—混凝土抗压强度规定值，bw—腹板宽度。

　　式中：z取值为0.9.

　　对以上三个式子进行对比、转换，我们得到以下关系式：

　　Rd，C=1.67 Rd，A=0.99Rd，E

　　由关系式我们可以看出，中美欧三地对斜截面受剪构件的抗力设计值设置略有差异，其中中国的设置略低于欧洲规范的，但却远远高于美国规范的设计值。

　　（3）受弯构件

　　Rd，C=α1fcbx（h0-x/2）

　　式中：x—混凝土受压区高度。

　　Rd，A=φfyAs（d-a/2）

　　式中：φ—强度折减系数，取值0.9.

　　式中：x—中和轴高度。

　　对以上三个式子进行综合对比、换算，可以到的关系式：

　　Rd，C=1.01Rd，A=1.00Rd，E

　　由关系式可知，中国、美国、欧洲受弯构件结构抗力设计值差不多，其中美国略高于中国的规范，欧洲与中国相当。

　　（4）受扭构件

　　式中Wt表示的是截面受扭塑性抵抗距。

　　式中φ为强度折减系数，取值0.75

　　对以上三个式子进行对比、换算，可以得到关系式：

　　Rd，C=1.78Rd，A=1.42Rd，E

　　由此可见，中国规范设置的受扭构件抗力设计值比起欧美的普遍偏高，尤其是和美国相比，比值高达1.78.

　　三、结论

混凝土结构设计规范篇2

　　关键词：水工 少筋 混凝土 结构 设计 方法

　　一、概述

　　少筋混凝土结构是指配筋率低于普通钢筋混凝土结构的最小配筋率、介于素混凝土结构和钢筋混凝土结构之间的一种少量配筋的结构，简称少筋混凝土结构，也称为弱筋混凝土结构。

　　这类结构在水利工程设计中是难于避免的，有时，它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从逻辑概念讲，只要允许素混凝土结构的存在，必定会有少筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和适筋混凝土结构之间的中介产物。

　　凡经常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土，水工混凝土多数为大体积混凝土，水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻等要求，不允许出现裂缝，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。

　　对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构，有其特殊意义。

　　关于少筋混凝土结构的设计思想和原则，我国《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)作了明确的规定。

　　二、规范对少筋混凝土结构的设计规定

　　对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，这里将《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)(下文简称规范)有关最小配筋率的规定，摘录并阐述如下：

　　1.一般构件的纵向钢筋最小配筋率

　　一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。

　　2.大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率

　　截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即

　　1)对底板(受弯构件)或墩墙(大偏心受压构件)的受拉钢筋As的最小配筋率可取为：

　　ρmin=ρ0min ()

　　也可按下列近似公式计算：

　　底板 ρmin= (规范9.5.2-1)

　　墩墙 ρmin= (规范9.5.2-2)

　　此时，底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制，但应配置适量的构造钢筋。

　　2)对墩墙(轴心受压或小偏心受压构件)的受压钢筋As’的最小配筋率可取为：

　　ρ'min=ρ′0min ()

　　按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经2—3次试算得出。

　　上列诸式中 M、N——截面弯矩设计值、轴力设计值；

　　e0——轴向力至截面重心的距离，eo=M/N；

　　Mu、Nu——截面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力；

　　b、ho——截面宽度及有效高度；

　　fy——钢筋受拉强度设计值；

　　γd——钢筋混凝土结构的结构系数，按规范表4.2.1取值。

　　采用本条计算方法，随尺寸增大时，用钢量仍保持在同一水平上。

　　3.特大截面的最小配筋用量

　　对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2. 为慎重计，目前仅建议对卧置于地基上的底板和墩墙可采用变化的最小配筋率，对于其他结构，则仍建议采用规范表9.5.1所列的基本最小配筋率计算，以避免因配筋过少，万一发生裂缝就无法抑制的情况。

　　经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05%。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。

　　三、规范的应用举例 解：1)取1m板宽，按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。

　　αs= ==0.012556 As===591mm2

　　计算配筋率ρ= = =0.041%

　　2)如按一般梁、柱构件考虑，则必须满足ρ≥ρmin条件，查规范表9.5.1，得ρ0min=0.15%， 3)现因底板为大尺寸厚板，可按规范9.5.2计算ρmin

　　ρmin===0.0779%

　　As=ρminbh0=0.0779%×1000×1450=1130mm2 讨论：1)对大截面尺寸构件，采用规范9.5.2计算的可变的ρmin比采用规范表9.5.1所列的固定的ρ0min可节省大量钢筋，本例为1：1130/2175=1：0.52.

　　2)若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m，按规范9.5.2计算的ρmin变为：

　　ρmin===0.0461% 可见，采用规范9.5.2计算最小配筋率时，当承受的内力不变，则不论板厚再增大多少，配筋面积As将保持不变。 解：1) b×h=1.0m×1.0m时，轴心受压柱承载力公式为：

　　N≤φ(fcA+fy′As′)

　　==7<8，属于短柱，稳定系数φ=1.0，

　　As′===3809mm2

　　ρ′===0.38%

　　由规范表9.5.1查得ρ0min′=0.4%，对一般构件，应按ρ0min′配筋

　　As′=ρ0min′A=0.4%×106=4000mm2

　　2) b×h=2.0m×2.0m时，若仍按一般构件配筋，则

　　As′=0.4%×2.0×2.0×106=16000mm2

　　现因构件尺寸已较大，可按规范9.5.3计算最小配筋率：

　　ρmin′=ρ0min′()

　　式中因实际配筋量As′尚不知，故需先假定As′计算Nu。

　　①假定As′=4000mm2.

　　Nu=fy′As′+ fyAs

　　=210×4000+10×4.0×106=40.84×106 N

混凝土结构设计规范篇3

　　关键词：浅析；建筑；混凝土；结构设计

　　建筑结构设计规范是国内结构设计的法规，是建筑结构做到技术先进、安全适用、经济合理的指导文件。为了更好的遵循这一法规，对结构设计规范应该熟悉，更应该正确理解，保证土建结构设计质量。

　　1 结构材料选择

　　1.1混凝土结构设计规范

　　在设计工作中，在对混凝土的强度等级的理解与应用存在以下两方面的问题与争议：

　　1.1.1规范4.1.2条规定：钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15.与此条相呼应在4.1.3条和4.1.4条中不再列入了C10混凝土的强度标准值、设计值。这里存在一个对上述规范条文的正确理解与应用的问题，这就是作为基础垫层的素混凝土是否可以采用C10混凝土，是否也必须采用C15混凝土。对这一问题存在很广泛的争议。在某些工程中对基础垫层的混凝土采用C10后，不仅有的监理公司的监理人员对此置疑，甚至有的图纸审查人员也表示反对，都认为这违反了规范的要求，要求改正为C15.混凝土垫层采用C10等级的混凝土，如改为C15级混凝土没有必要而且增加造价造成经济上的浪费。分歧的原因是置疑的人员没有正确理解规范的条文，因为规范的4.1.2条是指钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15，而作为垫层的混凝土是素混凝土不属于钢筋混凝土，垫层混凝土的作用是保护地基土在施工中不扰动，同时为基础的施工创造有利的工作条件，C10混凝土完全可以达到。

　　1.1.2规范4.1.4条例表规定了各个强度等级的混凝土的轴心抗压强度设计值。其中有一个注释，因是用小字表达常被设计人员忽视，这个注是指当轴心受压及偏心受压构件的截面长边或直径小于300mm，则表中的混凝土强度设计值应乘以系数0.8.该注释是不能忽视的，因为当构件的截面尺寸越小，混凝土构件的缺陷带来的强度损失越大。

　　1.2 砌体结构设计规范（GB 50003-2011）

　　在砌体结构设计规范中，对结构材料选择的规定方面容易忽视的主要是第6.2.2条对地面以下或防潮层以下的砌体、潮湿房间的墙，所用材料的最低强度等级提出的要求，其目的是为了保证结构的耐久性。例如对于地基土很潮湿的砌体，砖至少要求MU15，砂浆必须是水泥砂浆而且不低于M7.5.但在实践中很多设计人员单从砌体的强度要求出发采用MU10砖、M5水泥砂浆。这是违背规范要求的，应予改正以保证结构的耐久性。此外，上述这一要求不仅针对地面以下砌体，还针对地面以上的潮湿房间，例如卫生间等。

　　2 结构构造要求

　　2.1砌体结构伸缩缝的最大间距

　　在建筑设计中，为了防止或减轻房屋在正常使用条件下，由于温差和砌体干缩引起的墙体竖向裂缝，应在墙体中设置伸缩缝。在砌体结构设计规范（GB 50003-2011）中第6.3.1条规定了砌体房屋伸缩缝的最大间距，例如钢筋混凝土屋盖当屋面设有保温层或隔热层时，伸缩缝的最大间距为50m。我国很多房屋长度在40m～50m的砌体房屋，按上述规定没有设置伸缩缝，但不少房屋还是出现了温度裂缝，有的甚至比较严重。原因在于设计人员没有全面理解该规范条文。首先该规定是针对烧结普通砖的，对于目前墙体改革中新使用的混凝土砌块等房屋，该规范已强调由于混凝土有干缩性，应该将伸缩缝的最大间距乘以0.8系数，也就是说应将伸缩缝的最大间距调整为50m×0.8=40m。其次该规范在注释中还强调了对于白天和夜晚温差较大地区，伸缩缝的最大间距应予以适当减小，因此，对于我国昼夜温差较大的地区来说，应适当减小伸缩缝的最大间距，使用烧结普通砖的上述砌体房屋，伸缩缝的最大间距应降为45m，使用混凝土砌块的上述房屋，伸缩缝的最大间距应降为35m。按调整后的伸缩缝的最大间距设计的砌体房屋再辅以其它措施后，很少再出现温度裂缝了。

　　2.2混凝土结构中钢筋的混凝土保护层厚度

　　现行混凝结构设计规范（GB 50010-2012）中，比89规范更加重视对混凝土耐久的要求，而混凝土结构的耐久性与混凝土保护层的厚度是密切相关的，因此现行规范比原规范对混凝土保护层的厚度要求有所增加。例如在一类环境柱的混凝土保护层的厚度由25mm增加到30mm。特别对于基础，混凝土保护层的厚度增加得更多，因为基础与水有接触，所处环境更为不利。但在设计实践中往往有些设计人员忽略了这一变化，因而不能满足混凝土耐久的要求，造成混凝土质量下降。

　　3 结构荷载取值

　　3.1屋面可变荷载的取值和分布

　　并非在屋面全跨布置可变荷载产生的内力一定最大，往往在半跨布置可变荷载时结构可能更为不利。因此对于屋架和拱壳屋面除了全跨布置可变荷载时做出计算外，还应考虑半跨布置可变荷载，并做出相应的计算，然后按最不利的情况进行设计。对屋面可变荷载的取值应十分谨慎，特别是对于屋架和拱壳屋面，因为这类屋面荷载的分布对结构的内力很敏感。例如积雪荷载应按全跨均匀分布、不均匀分布，半跨均匀分布的几种情况进行设计，这样才能保证屋面结构的安全。

　　3.2 基础设计时的荷载取值

　　在建筑地基基础设计规范（GB 50007-2012）中第3.0.4条明确做出了以下规定：计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的永久值组合，不应计入风荷载和地震作用。计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，分项系数均为1.0.按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。在设计实践中上述的各方面经常有设计人员没有正确执行。

　　3.2.1计算地基变形时将荷载取值错误地取为荷载设计值而不是荷载的准永久组合值。由于荷载的设计值大约为荷载准永久组合值的1.4～1.6倍，因此这一错误取值造成的影响更多，常常使原本地基变形不超过限值，错误的判断为地基的变形不满足设计要求。错误地将基础加深或将基础的底面积扩大，造成很大的浪费。

　　3.2.2在确定基础底面积或确定桩数时，荷载取值错误地取为荷载的设计值而不是荷载的标准值，由于荷载的设计值大约为荷载标准值的1.25倍左右。因此这一错误将导致约20%的浪费，对整栋建筑而言，这一浪费是相当大的。

　　3.2.3计算挡土墙的土压力、地基或斜坡的稳定时，荷载的取值错误地将永久荷载的分项系数取1.2，将可变荷载的分项系数取1.4，而忽视了规范别说明了的分项系数均为1.0的规定。

　　4 结束语

　　在结构设计工作实践中部分结构设计人员对现行结构设计规范缺乏正确理解或常有疏忽，给工程带来安全隐患或者增加不必要的造价。在建构筑物的设计中，结构设计关系到建筑结构的安全、耐久、适用和经济等多个方面，因而结构设计工作是十分重要的。

　　参考文献：

　　[1]砌体结构设计规范。GB 50003-2007.中国建筑工业出版社。2007.

混凝土结构设计规范篇4

　　关键词： 混凝土； 结构设计； 规范修订； 安全度；

　　中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

　　前言

　　本文主要介绍了《混凝土结构设计规范》修订的指导原则，以及相关的新增和重大改进的主要内容。从修订内容看，逐步提高了结构的安全度，同时有效地促进了高强度钢筋的应用。本文将自己对新混凝土结构设计规范的理解以及学习心得，结合工程实践探讨新规范的相关问题。

　　一、混凝土结构设计新规范的优越性分析

　　1、新规范提高了结构安全储备。随着我国经济实力的逐年提升，与原规范对比发现，新规范显然在结构安全储备方面更加严格，所采取的设计措施均体现其目的是有效提高结构的安全储备。 主要体现在以下几方面：（1）斜截面受剪承载力公式的修改；（2）调整了混凝土结构构件纵向受力钢筋最小配筋率的要求；（3）调整混凝土柱的轴压比限值，增加了四级抗震等级柱的轴压比限值；（4）调整了混凝土柱的最小截面尺寸要求和最小配筋率的规定，增加了三级抗震等级剪力墙的相关规定，突出体现“强柱弱梁”的设计，增大底层柱，将角柱的配筋增大系数适用于各级框架等等。

　　2、高性能、高强度材料的应用。为贯彻“四节一环保”（节能、节地、节水、节材和环境保护）的要求，提倡应用高强、高性能钢筋，以较少钢材用量。此次规范开始推广HRB500、HRBF500钢筋的应用，同时开始淘汰 HPB235 钢筋，限制并逐步淘汰 HRB335 钢筋。这主要是考虑到现阶段欧洲常用的钢筋强度为500MPa，美国为 550MPa，而我国为400MPa，通过本次规范的修订目的显然是促进我国结构设计与国际接轨，同时也考虑到使用高强钢筋来促进我国结构设计体现节能、环保的要求。值得注意的是，通过工程实践，笔者认为虽然此次规范推广具有较好的延性、可焊性、机械连接性能及施工适用性的HRB 系列普通热轧带肋钢筋，同时也列入了采用控温轧制工艺生产的 HRBF 系列细晶粒带肋钢筋。但是， 对于 RRB 系列预热处理钢筋笔者认为应当慎用，毕竟这类钢筋由轧制钢筋经高温淬水、预热处理后提高强度，其延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性都有所降低，对于设计变形性能及加工性能要求不高的构件则可适当采用。

　　3、促进技术进步及产业化。从本次规范修改可发现，新增了“装配式结构”章节，显然该章节的增加是根据节能、减耗、环保的要求及建筑产业化的发展，而更多的建筑工程量将转为以工厂构件化生产产品的形式制作，再运输到现场完成原位安装、连接的施工。混凝土预制构件及装配式结构将通过技术进步、产品升级而得到发展。在这方面主要是住宅在做。

　　二、混凝土结构设计新规范中关于裂缝与挠度计算问题分析

　　1、RC 结构中采用高强钢筋（HRB500，HRBF500），其用钢量一般由裂缝或变形控制，限制了高强钢筋的应用。新规范规定了裂缝计算按荷载效应的标准组合（PC） 或准永久组合（RC）并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度(mm)可按下列公式计算：

　　其中，标准组合一般用于不可逆正常使用极限状态；频率组合一般用于可逆正常使用极限状态；准永久组合一般用在当长期效应是决定性因素时的正常使用极限状态。对钢砼构件：按荷载准永久组合，并考虑长期作用影响的效应计算。对预应力砼构件：按荷载标准组合，并考虑长期作用影响效应计算。

　　2、另外，对于结构挠度计算，新规范调整正常使用极限状态挠度设计的荷载组合，以及预应力构件的验算要求。由原规范3.3.2 条的“标准组合并考虑荷载长期作用影响”改为新规范 3.4.3 条“应按荷载的准永久组合，并应考虑荷载长期作用的影响”。但需注意的是“预应力混凝土受弯构件的最大挠度应按荷载的标准组合”。

　　三、混凝土结构设计新规范改进了钢筋锚固和连接的方式

　　本次新规范提出了 lab即基本锚固长度，取代了原先的la，而从基本锚固长度的计算公式来看，新规范的公式并没有改变，而是改变了 ft的取值，新规范提出当混凝土强度等级高于 C60 时，ft按 C60 取值，而旧规范则是当混凝土强度等级高于 C40 时，ft按 C40 取值。这主要是根据实验研究表明，高强混凝土的锚固性能被低估，原先的最高强度等级取 C40 偏于保守，其实这也是为推广高强度钢筋，如果采用原先的公式计算，高强度钢筋的基本锚固长度有些长。另外，新规范删除了原规范中锚固性能很差的刻痕钢丝，同时还提出了当混凝土保护层厚度不大于5d 时，在钢筋锚固长度范围内配置构造钢筋的要求。新规范 8.3.3 条同时补充完善了机械锚固措施的方法，相比原规范增加了末端90°弯钩、两侧贴焊锚筋以及采用螺栓锚头。第 8 章第 4 节（106 页）是钢筋的连接，其中 8.4.2 条搭接钢筋直径的限制较原规范略有减小，说明绑扎的要求严格了。同时在8.4.3 条中明确了“当直径不同的钢筋搭接时，按照直径较小的钢筋计算”。此次修改同时对受拉、受压搭接连接区段内箍筋直径、间距提出了构造要求。受拉统一取值而对受压搭接较 02 版规范要求适当严格。原先 02 版规范 9.4.5 条（117页）受压箍筋是受拉的两倍。调查研究表明，箍筋对约束受压钢筋的搭接传力更为重要，故取与受拉相同的间距。这主要是由于汶川地震的时候，柱子钢筋在搭接处破坏的比较严重，柱子虽然是受压，但是破坏的还是比较多，这次规范修改就统一了。

　　四、、混凝土结构设计新规范使结构构件安全性能提高

　　新规范考虑配筋特征值调整钢筋最小配筋率，增加安全度，同时控制大截面构件的最小配筋率。从新规范第 8.5.1 条可发现，增加了强度等级为500MPa 的钢筋，同时对于强度等级为400MPa 的钢筋，最小配筋率由原先的 0.5%提高到了0.55%，因此可见还是增加了安全度。同时给出了“对结构中次要的钢筋混凝土受弯构件，当构造所需截面高度远大于承载的需求时，其纵向受拉钢筋的配筋率”，其实这个规范是参照的我国的水工钢筋混凝土规范而来。同时新规范还调整柱的轴压比限值、最小截面尺寸、最小配筋率，适当提高了安全储备。对柱的最小截面尺寸进行了调整，要求柱子的构造截面变大，对柱子纵向受力钢筋的最小配筋率进行了调整，这张表是按照 500MPa 钢筋设置的，另外由此也看出国家想推广高强度钢筋的意图。同时新规范增加了四级抗震等级的各种框架柱、框支柱的轴压比限值（框架结构的柱轴压比限值为 0.9），显然框架结构的柱轴压比略为加严。

　　五、结语

　　混凝土结构规范已更新替换，与旧混凝土结构设计规范相比，新规范更新的内容既有混凝土结构的再设计问题和结构分析方法(弹塑性损伤本构模型、结构计算模型等)，同时也有关于温差、收缩等引起的间接作用效应及裂缝控制计算，还有钢筋综合抗力（强度、延性等）及对结构破坏的影响，以及各种配筋构造（并筋、锚固、连接、最小配筋率等）的试验研究等。本文谈了谈自己的观点和看法，可与同行共同探讨。

　　参考文献

混凝土结构设计规范篇5

　　【关键词】劣化；耐久性；渗透性；碳化；碱骨料反应；冻融循环；钢筋保护层

　　1、耐久性设计的理由

　　混凝土的耐久性是在外部和内部不利因素的长期作用下，保持其原有设计性能和使用功能的性质，在各种多样性的使用环境下抵抗各种物理和化学作用破坏的能力。结构的设计使用年限通过安全性、适用性和耐久性来实现。而耐久性是实现预期使用年限中适用性和安全性的基础。因混凝土耐久性不足而引起结构性能劣化，造成各种损失、降低建筑物的使用寿命，混凝土劣化是内外因素及相互作用的结果，主要表现为：

　　混凝土中的气体、液体和离子在渗透、扩散和迁移中使得渗透性对结构性能有本质的影响；多孔-裂缝-缺陷间有着复杂的联系，是水灰比、水泥用量、掺合料、骨料、外加剂与成型工艺、养护条件综合作用的结果。环境的物理化学作用对混凝土有劣化作用，如材料与环境的磨损、冲蚀、荷载、温度作用外，土壤和地下水中存在的硫酸盐等腐蚀性介质导致混凝土膨胀和开裂，增大了渗透性，加速了混凝土的劣化。空气中二氧化碳气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低即混凝土碳化，又称作中性化，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护，促成钢筋开始生锈。严重的锈蚀膨胀使钢筋与混凝土黏结衰减失效、随着混凝土保护层开裂甚至脱落，钢筋的锈蚀加剧，进一步促使混凝土的劣化。北方严寒地区混凝土中结冰的水会体积膨胀而过冷的水会发生迁移，产生的压力会引起混凝土开裂和剥落，而温度回升后冰随着融化更多的水被吸入裂缝中，这种冻融与渗透性加速了混凝土劣化，而除冰盐在北方地区的使用带来对混凝土耐久性的降低。混凝土骨料中的活性矿物成分（活性二氧化硅）与碱性氢氧化物在潮湿环境下发生化学反应生成膨胀性碱硅胶，即碱骨料反应引起混凝土强度和弹性模量损失，其膨胀和开裂形成裂纹和裂缝或宏观错位。而水气引入的过量氯离子会引起结构中钢筋严重锈蚀。环境温度和湿度变化，导致混凝土湿胀干缩、热胀冷缩，引起混凝土中各组成材料因弹性模量不一致而涨缩不一致，产生微裂纹。所以，要防止混凝土碳化、限制碱含量、控制水胶比和混凝土中氯离子含量、控制温湿度、选择合适的骨料及级配、在规范基础上选择最外层钢筋的混凝土保护层厚度是结构耐久性设计中的重要内容。

　　2、耐久性设计的原则

　　结构设计规范中的要求是基于公共安全和社会需要的最低限度要求。工程都有各自的特点和环境及施工方式，所以有时仅仅满足规范的某些最低要求往往不能保证具体设计对象的耐久性从而保证设计使用年限。不同技术标准规范对同一问题规定不同，这时就需要设计人员运用力学、物理化学知识具体问题具体分析，有针对性、有理有据采取措施。工程技术人员的专业分析判断能力往往比规范的规定更可靠。水泥用量要适当，主要控制水胶比、采用最佳矿物掺合料的参量和比例，掺减水剂和引气剂，骨料的粒径不宜过大，粗骨料一般不超过30mm为宜，而混凝土施工或与预制构件制作中要加强养护来控制温度、塑性和干缩等裂缝的产生和发展，从而制作成低孔隙、界面结合良好和少裂缝混凝土，达到耐久性目的。为了避免混凝土碳化的影响需要使钢筋有足够的混凝土保护层厚度，避免钢筋因碳化锈蚀而影响钢筋混凝土的性能。

　　北方地区为了抗冻融，要对地下水文地质情况做到心里有数，因混凝土孔隙水受冻结冰、遇热融化的反复等交替的累计效应，会引起混凝土破坏，除了上面提到的因素外吸水饱和度和环境状况在这种破坏中具有更加特殊的作用。降低水灰比、掺硅灰等抗冻性高的掺合料、用坚固的吸水率低的优质骨料及合理的骨料级配，在必要时用减水剂、引气剂等来减缓冰冻压力。盐溶液、干湿、冻融循环等各种因素的交互作用则将是更加不利的情况。因碱骨料反应发生往往在潮湿环境中，所以限制混凝土中碱含量，尤其是在地下工程、路桥工程、潮湿环境中根据情况不同程度的严格限制，这是防止碱骨料反应的重要措施；此外矿物掺合料、掺入引气剂等也可有效的减轻碱骨料反应。耐久性和结构承载力设计有时对混凝土最低强度有不同要求，这就要同时考虑二者中要求偏高的要求，有些地下工程往往是耐久性起控制作用，同时应注意混凝土强度与钢筋级别的匹配，从现行规范看，基础及地下工程不能使用HPB300级钢筋，而应使用比此级别高的钢筋。所以耐久性设计应以解决混凝土劣化，保证结构的使用寿命为基本原则。

　　3、耐久性设计的一般内容

　　3.1结构的设计使用年限、环境影响

　　结构设计使用年限除考虑结构的重要性外，还与业主的要求、结构及基础类型、环境状况、布置方式和构造措施等有关，一般为50年，也有100年的。在北方地区，对刚性阶梯形条形基础，采取坡形并抹面的形式有利于减轻冻胀，这是从环境的冻胀角度来减轻基础劣化；有条件或要求较高时，水泥宜采用硅酸盐或普通硅酸盐水泥；而地下和潮湿环境等宜采用碱含量受控水泥，特别是地下潮湿的环境；对于如工业项目中的设备基础等大体积混凝土则宜采用中低热硅酸盐水泥或低矿渣硅酸盐水泥；此外粗细骨料也应根据特殊要求做相应的控制，但粗骨料级配应连续，细骨料对抗渗抗冻和海砂等均有相应的耐久性方面的要求，这些在《混凝土质量控制标准》GB50164-2011中都有明确要求。地面以上环境类别不都是一类环境，如工业厂房不采暖的情况，一般不属于一类环境，采暖的工业建筑或民用建筑，室内和室外也不是同类环境。一个构件的不同面，如屋面板靠外侧及靠外侧的墙梁面在没有有效的保护措施时等都不属于一类环境。同属于室内的淋浴间也不属于一类环境。

　　3.2钢筋的混凝土保护层厚度

　　现行规范规定的钢筋保护层厚度是指箍筋、分布筋等最外层的钢筋保护层厚度，这与以往的规定不同，这种规定更加合理，具体保护层厚度国家标准规范均有规定。

　　钢筋的混凝土保护层厚度达不到要求和波动较大是施工中的质量通病，设计中应有明确的可控措施，《混凝土结构钢筋间隔件应用技术规程》JGJ/T219-2010的做法是比较实用的控制保护层厚度的有效尝试，保护层控制可依据环境类别、使用部位的不同而采用金属类、塑料类、砂浆水泥基类或混凝土水泥基类的间隔件来保障，保护层采用钢筋间隔垫的措施，虽然投资略有一点点增加，但操作宜控，提高了保护层的准确率，从而提高了耐久性。对于柱墙等竖直构件，地下部分的钢筋保护层因环境类别的变化需要加厚，底层柱和往地面以下延伸的柱，应注意不宜采取同一截面，因为若采取同一截面，按底层柱的保护层，如25，但按地面以下则为40，势必造成要地面以下的柱承载能力降低。宜钢筋位置不变，将上下保护层的差加到地面以下延伸柱上，使底层柱略微扩大，这应在施工图设计别给予关注的地方。

　　3.3混凝土裂缝控制要求

　　屋面板的配筋一般是受力配筋，当屋面较长或温差较大时就应该同时考虑温度作用，尤其是比较吸热的卷材屋面等，尤其要考虑。屋面的保温材料的使用年限与结构的使用年限不一致，温度对长度较长的屋面的影响是很大的，某些部位超出了受力的影响，钢筋配置不能仅按荷载计算，而应叠加温度作用，钢筋的200间距的排布有时不够，可为100-150间距，满足强度的前提下有时调整钢筋直径，缩短间距也是一种可行的办法。碱骨料反应、冻胀以及碳化等引起的裂缝的防治应有针对性。尤其是地下工程，如混凝土剪力墙等耐久性问题突出，应积极预防，如控制混凝土中碱含量、选择低碱活性骨料、改善混凝土所处的环境，隔绝湿气进入、掺矿物混合材、外加剂等，均简单宜行。需要明确的是，水泥用量多在控制碱含量方面不是有利的。

　　3.4混凝土其他劣化的治理

　　基础及地下结构和室外雨棚等属于恶劣环境情况，防排水构造等要加强，如保护层普遍加厚，做防水防潮层，构件形状有利于排水等；其实这些措施也有益于减轻碱骨料反应。碱、活性骨料和水是碱骨料反应的三因素，减少其中的任何一因素均可控制碱骨料反应。严重环境作用下合理采取防腐蚀附加措施或多重防护策略；耐久性需要的施工养护制度与保护层厚度的施工质量验收要求。结构使用阶段的维护、修理与检测要求（图纸应该明确，包括必要的检测通道。预留检测维修的空间和装置）等。设计文件中应增加对混凝土养护、使用期的检查和维护等内容。

　　3.5混凝土强度等级取值

　　配筋混凝土结构满足耐久性要求的混凝土最低强度等级，设计使用年限30年-50年1-A环境C25，一般情况下，地面以下的混凝土的强度等级为C30，但地下室顶板一般应以C35比较合适，所以与环境类别密切相关。

　　4、混凝土耐久性规范的应用

　　《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008适用于常见环境下房屋建筑物和构筑物及其连接件的耐久性设计，是达到设计使用年限的具有必要保证率的最低要求；此外还有《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（CCES01-2004）；《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中第3.5节的耐久性设计是根据环境类别使用年限对房屋建筑结构耐久性设计的简化和调整后的基本设计内容，混凝土保护层在8.2节；《混凝土质量控制标准》GB50164-2011则包含了混凝土耐久性方面通常的主要影响因素的材料控制内容等；《混凝土结构钢筋间隔件应用技术规程》JGJ/T219-2010是针对影响混凝土耐久性的质量通病钢筋的保护层的控制技术，《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011对原材料、骨料含水率、最大水胶比、最小胶凝材料用量、矿物掺合料、水熔性最大氯离子含量、引气剂掺量以及对预防碱骨料反应的措施等都有明确、简洁可操作的规定。对于泵送混凝土还要执行《泵送混凝土技术规范》JGJT10-2011.对于地下、外墙、坡屋面处于环境比较差的结构部位，分别有《地下工程防水技术规范》GB50108-2008和《建筑外墙防水技术规范》JGJT235-2011、《坡屋面工程技术规范》GB50693-2011可供执行；对于冻土地区因冻胀性的影响须执行《冻土地区建筑地基基础设计规范》JGJ118-2011，根据冻土类别有着不同的勘察和设计要求；再有《混凝土结构工程施工规范》GB506666-2011结束了混凝土结构无施工规范的历史。对于工业中经常遇到的大体积混凝土问题，有《大体积混凝土施工规范》GB50496--2009等等，这些近年来的技术标准，无异在促进混凝土耐久性提高方面发挥着越来越重要的作用。

　　5、结论

　　通过对混凝土外部使用环境和结构内部因素的分析，探讨了结构耐久性设计的基本理由、原则、设计内容和相应的规范，因混凝土耐久性的影响因素异常复杂，本文仅能对结构混凝土耐久性设计提出抛砖引玉之作用，旨在实现对房屋结构不需要花费大量资金加固就能保证安全、使用功能和外观要求，在加强结构耐久性设计方面提供一些技术交流和参考。

　　[1]混凝土结构耐久性设计与应用 第2章混凝土结构性能劣化机理 第3章混凝土结构耐久性设计出版：2011年8月第一版。邢锋。编著。

混凝土结构设计规范篇6

　　关键词：水运工程；混凝土结构；构造设计

　　中图分类号： TV331 文献标识码： A

　　一、水工设计的内容

　　工程设计是指在工程开始施工之前，设计者根据设计任务书，为具体实现拟建项目的技术、经济要求，拟定建筑、安装及设备制造等所需的规划、图纸、数据等技术文件的工作。由于设计方案及其所采用的材料、结构形式决定了施工方案，因此，工程设计的内容对工程造价的影响显著，成为控制项目工程造价的主要因素。

　　水运工程设计的内容主要包括：根据项目建设需求，论证项目建设必要性，同时结合项目建设的社会环境条件和自然环境条件，拟定项目建设技术方案，并进行项目建设的工程投资估算与经济效益分析，分别从不同的角度论述项目实施的技术可行性与经济合理性。

　　水运工程设计的过程是在外部环境各种前提条件约束下为达到预期目的――实现船舶顺利通航、安全靠泊作业――而在多种方案中间进行选择的过程，方案比选包括总平面布置方案、装卸工艺方案以及水工建筑物结构方案等。在进行水运工程设计时，外部环境的约束分为强制性约束和非强制性约束。强制性约束主要包括国家法律、法规及地方各级政府的规定、要求，规范中的强制性条款，工程设计范围，建筑物的具体使用功能要求等；而非强制性约束主要指陆域范围和水工建筑物及港池航道的平面布置形态、设计红线范围内建筑物具置和所采用的结构形式等。一般情况下，施工条件属于非强制性约束，但在某些特定的情况下，作为强制性约束。

　　二、水工钢筋混凝土结构设计

　　工程设计的最终目的不仅是完成文字报告和设计图纸，最主要的是通过具有技术可行、经济合理的设计方案，由施工过程将设计图纸转化成建设单位所需要的建筑实体，从而实现其使用功能价值，满足其社会效益。因此，在水运工程设计过程中，尤其是水工建筑物结构设计时，要充分考虑其结构能够满足安全性、适用性、耐久性标准，使得设计结构在外部荷载作用下能够满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。

　　大多数水运工程中，水工建筑物都以钢筋混凝土结构形式为主。水工钢筋混凝土建筑结构设计不但要注重结构强度设计，更要重视在结构使用年限内，正常使用极限状态下，建筑结构由于外部荷载作用、水下环境等因素引起的结构变形、混凝土开裂、材料腐蚀等影响。因此，应尽可能通过合理的结构设计，延长构件使用寿命。

　　水工钢筋混凝土建筑结构设计应严格按照现行的有关国家、地区及行业标准和规定进行水工钢筋混凝土建筑结构的设计，除了满足承载能力极限状态下的设计，更要充分考虑建筑结构在正常使用极限状态下的设计，因此，水工钢筋混凝土结构构造设计也十分重要。

　　水工钢筋混凝土建筑结构设计要兼顾结构可靠性和工程经济性，在保证达到相关规范要求的基础上，尽可能减少工程量。所以，在进行水工钢筋混凝土结构构造设计时，要考虑材料老化和受环境侵蚀等因素对结构性能产生的影响，还要确保结构和构件存有足够的整体稳定性和安全性，同时兼顾其在施工阶段为后续工作提供可实施的预留工作面。下面就几个常见的水工钢筋混凝土结构构造设计问题进行阐述和分析。

　　三、水工钢筋混凝土结构构造设计常见问题

　　(一)不重视腐蚀对裂缝的影响，尤其是纵向顺筋裂缝的问题

　　水工建筑物往往处于水下环境和大气环境交界处，大部分钢筋混凝土构件都会受到腐蚀。在水运工程设计中，腐蚀对构件变形性能会产生较大的影响。而实际设计过程中，部分设计人员往往不重视重视腐蚀对裂缝的影响，尤其是纵向顺筋裂缝的问题。

　　当水工建筑物投入使用后，构件可能在受力作用下开裂。随后，受外部环境腐蚀作用的影响，钢筋截面减小、产生滑移，钢筋混凝土构件的受力横向裂缝可能变宽，进而超过规范规定，无法满足耐久性要求。混凝土构件钢筋被腐蚀后的一个明显特征是沿被腐蚀钢筋会出现明显的顺筋裂缝，钢筋锈蚀越严重，顺筋裂缝越宽，在潮湿或有水的环境中，经常可以看到从纵向裂缝流出的锈液形成的锈斑。与受力产生的横向裂缝及其他收缩、温度裂缝不同，顺筋锈胀裂缝对钢筋混凝土构件耐久性和使用性能的影响要严重得多。首先，出现顺筋裂缝就意味着钢筋已经锈蚀到一定的程度；其次，出现顺筋锈胀后，顺筋锈胀成为外部腐蚀介质进入混凝土内部钢筋附近的直接通道，增大了腐蚀介质进入混凝土内部的含量，严重时导致混凝土保护层剥落，钢筋直接暴露在腐蚀环境中；第三，沿顺筋锈胀的钢筋容易形成一个宏观阳极，将进一步加快钢筋的锈蚀速率；第四，锈胀裂缝的形成减弱了混凝土对钢筋的握裹力，降低了钢筋与混凝土的协调工作能力，若混凝土剥落，则混凝土将完全丧失对钢筋的握裹。

　　由于钢筋混凝土构件力学性能明显降低是在锈胀裂缝出现之后，所以出现锈胀裂缝是钢筋混凝土构件耐久性失效的一个重要标志，锈胀裂缝对结构使用性能的影响要比对安全性的影响严重，从耐久性和使用性能考虑锈蚀对混凝土结构的影响及对设计使用年限确定的影响也更为合理。因此，在设计阶段，重视重视腐蚀对裂缝的影响，满足水工钢筋混凝土构件的各项构造设计要求。

　　（二）水工钢筋混凝土构件混凝土保护层的设计问题

　　根据前一个问题的分析可知，腐蚀会构件裂缝造成很大的影响，要尤为重视，因此，在水工钢筋混凝土构件设计时，其混凝土保护层厚度需要达到一定要求才能满足其构造设计规定。而实际工程设计中，部分设计人员将所有构件的混凝土保护层按照统一厚度设计，这是十分不合理的。

　　由于构件所在区域不同，受到腐蚀程度也不同，且受力钢筋与构造钢筋对混凝土保护层的要求也不同，应区分设计。根据《水运工程混凝土机构设计规范》（JTS151-2011）7.2节规定，钢筋混凝土结构受力钢筋的混凝土保护层应按海水环境、淡水环境、构件所在部位等条件分别达到相应的最小厚度，同时，宜配构造钢筋的素混凝土结构，构造筋的混凝土保护层最小厚度，海水环境不应小于40mm，且不应小于2.5倍构造筋直径，淡水环境不应小于30mm。

　　在设计过程中，如果按照统一值设计保护层，选用某一最大要求设计值，会使得部分构件混凝土保护层过大，构件有效受力面积减小，构件所需配筋面积增加，造成工程量增加，造价提高，影响工程经济性。因此，设计人员应对构件混凝土保护层区别设计。

　　(三)高强度的钢筋替换原设计计算中满足要求的低强度钢筋问题

　　在实际工程设计中，部分设计人员因图设计方便，在正常使用极限状态设计时，当构件裂缝宽度或挠度不能满足规范要求时，直接用高强度的钢筋替换原设计计算中满足要求的相对较低强度钢筋，认为这样做对工程安全没有问题。

　　显然，不能简单的用高强度的钢筋替换原设计计算满足要求的低强度钢筋来解决问题，需要特别注意以下两点：一是当构件受裂缝宽度或挠度控制时，代换前后应根据采用的新的钢筋强度重新进行裂缝宽度和挠度的验算；二是钢筋代换后要满足混凝土结构设计规范规定的间距、锚固长度、搭接长度、截面最小配筋率等要求。

　　实际设计中，当构件受裂缝宽度控制而不能满足规范要求时，首先应校核该构件所在区域与其最大裂缝宽度限制是否匹配，当构件在水位变动区和水下区时，其限制比大气区和浪溅区较大；其次，当需要确实所配钢筋不满足要求时，尽量通过增加钢筋数量来解决，从而避免引起设计调整后对钢筋间距、锚固长度、搭接长度和截面最小配筋率等造成影响。

　　(四)大直径钢筋连接采用绑扎搭接问题

　　由于水运工程通常所受的外部荷载较大，且要考虑波浪、强风、地震等极端自然条件的影响，因此水工钢筋混凝土构件的配筋直径较大。钢筋的连接可采用绑扎搭接、机械连接或焊接。一般钢筋不需要严格焊接，仅采用绑扎搭接来进行连接，而部分设计人员对大直径钢筋连接时也像一般直径的钢筋一样对待，造成实际构件强度无法满足要求。

　　根据《水运工程混凝土机构设计规范》（JTS151-2011）7.4节规定：轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵向受力钢筋不得采用绑扎，不应采用绑扎搭接接头。受拉钢筋直径大于25 mm，不宜采用绑扎搭接接头。

　　因此，大直径钢筋采用绑扎搭接是不合适的，这是因为较粗的钢筋采用绑扎连接时，混凝土保护层相对变薄或钢筋间距相对变小，在搭接钢筋间容易产生较宽的劈裂裂缝或滑移。设计人员在设计过程中应严格按照规范执行，避免造成因钢筋连接方式错误而造成构件损坏，甚至引起更严重的工程事故。

　　结语

　　水运工程是我国的基础性产业，是目前正在进行大力开发建设的重点工程，而且其中大多数工程都以钢筋混凝土结构形式为主；就通常的水工建筑结构而言，建筑结构的荷载承重和防渗功能等均主要由混凝土结构承担，因此，混凝土结构的设计与施工质量的好坏直接关系到工程结构的运行安全、效益发挥和使用寿命等，其设计阶段的质量控制也就显得尤为重要。

　　根据本文的介绍和阐述，分析了水工钢筋混凝土结构构造设计的重要性，并强调了设计人员在设计过程中应当重视的几个问题，希望能借此提高设计质量和水运工程的经济效益。

　　[1]水运工程混凝土机构设计规范（JTS151-2011）

　　[2]陈磊。 港口工程混凝土结构全寿命设计指标体系研究[D]。大连理工大学，2013.

　　[3]张春宇。 港口工程结构可靠度分析[D]。大连理工大学，2005.

混凝土结构设计规范篇7

　　【关键词】素混凝土；适筋混凝土；少筋混凝土；最小配筋率

　　中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）08-186-01

　　少筋混凝土结构是指配筋率低于普通钢筋混凝土结构的最小配筋率、介于素混凝土结构和钢筋混凝土结构之间的一种少量配筋的结构，简称少筋混凝土结构，也称为弱筋混凝土结构。这类结构在水利工程设计中是难于避免的，有时，它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从逻辑概念讲，只要允许素混凝土结构的存在，必定会有少筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和适筋混凝土结构之间的中介产物。

　　凡经常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土，水工混凝土多数为大体积混凝土，水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻等要求，不允许出现裂缝，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。

　　对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构，有其特殊意义。

　　对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，这里将《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）（下文简称规范）有关最小配筋率的规定，摘录并阐述如下：

　　1.一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。

　　2.大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率。截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。例：

　　对墩墙（轴心受压或小偏心受压构件）的受压钢筋As’的最小配筋率可取为：p’min=p’Omin（规范9.5.2-1）

　　按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经283次试算得出。上列诸式中M、N――面弯矩设计值、轴力设计值；eθ――向力至截面重心的距离，eo=M/N；Mu、Nu――面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力；b、ho――截面宽度及有效高度；fy――筋受拉强度设计值；γd――筋混凝土结构的结构系数，按规范表4.2.1取值。采用本条计算方法，随尺寸增大时，用钢量仍保持在同一水平上。

　　3.特大截面的最小配筋用量。对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2.

　　规范对最小配筋率作了三个层次的规定，即对一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定；对于截面厚度较大的板、墙类结构，则可按规范9.5.2计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。

　　经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05%。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。

　　三、规范的应用举例

　　例1一水闸底板，板厚1.5m，采用C20级混凝土和II级钢筋，每米板宽承受弯矩设计值M=220kN/m（已包含γO、ф系数在内），试配置受拉钢筋As。

　　解：1.取lm板宽，按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。

　　αs==0.012556 ζ=1-=1-=0.0126 As==591mm2

　　计算配筋率p===0.041%

　　2.如按一般梁、柱构件考虑，则必须满足p≥pmin条件，查规范表9.5.1，得pOmin=0.15%，

　　则As=pObhO=0.15%×1000×1450=2175mm2

　　3.现因底板为大尺寸厚板，可按规范9.5.2计算pmin，pmin=0.0779%：As=pminbh（M）。0779%×1000×1450=1130mm2；实际选配每米5φ18（As=1272mm2）

　　讨论：1.对大截面尺寸构件，采用规范9.5.2计算的可变的pmin比采用规范表9.5.1所列的固定的pomin可节省大量钢筋，本例为1：1130/2175=1：0.52.

　　2.若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m，按规范9.5.2计算的pmin变为：

　　pmin==0.0461%则As=pminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2

混凝土结构设计规范篇8

　　关键词：高层建筑钢结构 结构体系核心筒 竖向差异变形措施

　　钢结构具有轻质高强、抗震性能好、工业化程度高、施工速度快、符合环保要求、符合可持续发展概念和科技含量较高等优点。随着我国实行积极采用钢结构的政策以及我国钢总产量进―步提高，建筑钢结构得到迅速的发展，特别是在住宅、办公和旅馆等钢结构建筑中得到越来越广泛的运用，使结构有较好的抗震性能。在建筑钢结构中，钢框架结构是一种多高层建筑常用的结构形式，但钢框架结构容易失稳，且钢结构设计方法存在着结构弹性内力分析与构件弹塑性极限状态设计、把强度与稳定分开来进行设计等不合理现象，因此，对解决以上问题进行研究具有理论和现实意义。随着多高层轻型钢框架的广泛应用，它的设计理论与方法是目前学术界和工程界普遍关注的热点问题。

　　一、工程概况

　　以某住宅小区为例，小区由两幢一梯四户18层钢结构住宅组成，每幢建筑地上l8层、局部19层，一层为商铺层高3.9米，2层至18层为住宅层，层高3.0m，19层为楼电梯机房高4.5米。单幢建筑长31.2m，宽17.8m，建筑面积7400 m2.工程采用钢管混凝土框架一混凝土核心筒结构，填充墙采用加气混凝土砌块。

　　二、结构设计与构件、节点设计

　　2.1 结构设计特点

　　本工程结构采用钢管混凝土框架一混凝土核心筒结构，较混凝土结构有结构构件尺寸小、结构自重轻、抗震性能好等优点；较钢管混凝土框架一支撑结构有侧移小、居住舒适度好，楼电梯间（混凝土核心筒）耐火性能好，火灾时有更宽裕的安全疏散时间等优点。

　　2.2 构件设计

　　2.2.1 钢管混凝土柱

　　该住宅小区框架柱采用钢管混凝土柱，钢管型号Ø0450×1 6 mm、Ø400×14mm、Ø400×12 mm、Ø400×10mm，材质为Q345B；钢管内混凝土强度等级从下到上逐次为C40、C35、C30；钢管混凝土柱有如下优点：

　　1) 钢管混凝土柱是钢材和混凝土两种结构的完美结合，钢管的约束使混凝土处于三向受压状态，混凝土抗压强度大为提高。

　　2) 核心混凝土的存在限制了钢管的局部屈曲，充分发挥钢材的强度。

　　3) 钢管不仅兼框架柱纵向钢筋、箍筋、混凝土模板的作用，而且钢管位置处于构件抗弯的最佳位置。

　　4) 核心混凝土的吸热、阻热作用使钢管混凝土柱耐火性能较钢柱提高显著。

　　5) 刚度和阻尼大，有利于控制侧移。

　　2.2.2 楼面体系

　　楼屋面采用100mm、110mm、120 mm的厚钢筋混凝土板，楼板通过抗剪栓钉与钢梁连接成组合楼盖。钢梁采用焊接H型钢。

　　2.2.3 钢骨混凝土剪力墙

　　本住宅小区工程核心筒采用C30、C40钢筋混凝土，混凝土核心筒四角构造设置钢骨柱，混凝土核心筒剪力墙在连梁内设置通长钢骨暗梁与钢骨柱刚接连接。

　　2.3 节点设计

　　框架梁与框架柱、剪力墙暗柱采用刚接连接，及梁翼缘与柱采用二级熔透焊缝连接，梁腹板通过高强螺栓与柱连接。主次梁节点一般采用铰接连接。柱脚采用埋入式柱脚。钢管柱埋入基础深度≥3h，钢管柱轴力通过抗剪栓钉传递，弯距通过钢骨混凝土柱纵筋传递给桩基承台。

　　三、结构整体计算分析

　　3.1 结构计算参数

　　该住宅小区Z1、Z2结构形式为钢框架一混凝土筒体结构，框架抗震等级一级，混凝土简体抗震等级一级，结构使用年限50年。

　　抗震设防烈度为8度、第二组，建筑场地类别为Ⅱ类，特征周期0.4，多遇地震影响系数最大值0.16，罕遇地震影响系数最大值0.9.

　　基本风压0.3kN/m2，地面粗糙度B类。

　　楼面恒载按实际计算；一般楼面活载2.0Kn/m2，楼梯间及前室3.5 kN/m2，电梯机房7.0 kN/m2，阳台2.5 kN/m2，上人屋面2.0 kN/m2，不上人屋面0.5 kN/m2.

　　3.2 结构计算模型

　　建筑结构的整体分析采用我国建筑科学研究院编制的PKPM系列的STS、SATWE。

　　3.3 计算结果分析

　　3.3.1振型数与周期比

　　结构计算振型数取18个，X方向的有效质量系数97.68％，Y方向的有效质量系数95.90％，满足规范JGJ3―2002 5.1.13规定。

　　结构第一振型X向平动，第二振型Y向平动，第三振型扭转，T3/T1=0.80，满足规范JGJ3―2002，5.1.13规定。

　　3.3.3 总质量、最小剪重比

　　结构总质量9257.75t。

　　X向最小剪重比为4.58，Y向最小剪重比为5.51，满足规范GB5001 1―2001 5.2.5规定。

　　3.3.4 平面规则性

　　Satwe计算结构显示，楼层的最大层间位移/楼层的平均层间位移为1.395，满足规范JGJ3―2002，4.3.5规定。

　　3.3.5 竖向规则性分析

　　Satwe计算结构显示，结构竖向层刚度比满足3.4.2.2要求，无结构薄弱层，结构为竖向规则结构。

　　3.3.6 结构整体稳定分析

　　X向刚重比为9.62，Y向刚重比为10.68，满足规范要求JGJ3―2002 5.4.1规定。

　　四、地震作用补充计算

　　4.1结构的弹性动力时程分析

　　根据规范JGJ3―2002，4.3.5条规定，在考虑偶然偏心影响的地震作用下楼层竖向构件的最大位移不应大于该楼层平均位移的平均值的1.4倍。该高层钢结构住宅由于建筑平面不规则结构质量中心和刚度中心未能重合，楼层竖向构件的最大位移为该楼层平均位移的平均值的1.395倍， 已经接近规范限值，为慎重起见设计院按照规范JG5001 1―2001 5.1.2条规定进行弹性动力时程分析。

　　弹性动力时程分析选用两组实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，选取地震加速度时程曲线的最大值70cm/s2，场地特征周期为0.35s。弹性动力时程分析采用PKPM的SATWE模块进行分析计算。

　　计算结果显示，三条时程曲线计算所得的结构底部剪力分别为振型分解反映谱法的84.1％ 、76.8％ 、88.9％ ，平均值为83.3％ ，满足规范JG50011―2001 5.1.2条规定，位移和层间位移角满足规范要求。

　　4.2 中震弹性分析

　　为了保证结构具有良好的抗震性能，真正实现“大震不倒、中震可修” 的抗震设防要求，设计院对结构一、二层剪力墙和框架柱进行中震弹性分析。

　　水平地震影响系数最大值取0.46，荷载和材料取设计值，不考虑风载组合，不考虑构件内力调整。

　　分析结果显示一、二层剪力墙和框架柱在中震作用下处于弹性，在中震作用下部分框架梁进入塑性阶段，设计实现了强柱弱梁、强节点弱杆件和塑性耗能等抗震设计理念。

　　五、结构抗震性能分析与抗震构造措施

　　5.1钢框架柱与混凝土核心简结构抗震性能分析

　　中国建筑科学院1991年进行的1：20的23层钢一混凝土混合结构模型试验，1999年同济大学进行的1：20的23层钢一混凝土混合结构模型试验，中国建筑科学院2004年进行的1：10的30层钢一混凝土混合结构模型试验结果表明钢一混凝土混合结构具有良好的抗震性能，能实现我国现行规范“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求。但在罕遇地震下存在混凝土筒体延性不足，底部剪力墙部分墙体、连梁开裂，框架二道防线作用不显著，框架柱梁柱个别节点开裂等问题。

　　5.2框架柱一混凝土核心筒结构的抗震构造措施

　　针对上述模型试验结果，并结合1964年美国阿拉斯加地震，1995年日本坂神地震灾害情况，在进行该高层钢结构住宅结构设计过程中采取了如下抗震构造措施。

　　1)提高混凝土核心筒的延性

　　在混凝土核心筒四角沿全高埋设钢骨柱，各层混凝土核心筒周边、筒内隔墙连梁内设置钢骨暗梁，钢暗柱与暗梁、钢框架梁刚接连接，这样不仅提高了混凝土核心筒的延性和抗弯抗剪能力，还提高了结构的整体变形能力。

　　2)提高钢框架的承载能力

　　根据JGJ3―2002 11.1.5规定，钢框架一混凝土核心筒结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于底部总剪力的25％和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小值。该高层钢结构住宅结构设计时在1轴15轴全高设置两道型钢支撑以加强钢框架部分的抗震承载力，反复调整钢管混凝土柱断面尺寸、钢板壁厚以满足规范规定。

　　3)实现强柱弱梁

　　强柱弱梁、强节点弱杆件是我国抗震规范的基本要求，是实现大震不倒、结构塑性耗能的前提，但汶川地震的实践证明，部分结构设计文件对现浇板在框架梁抗弯承载力的贡献考虑不足，没有真正实现强柱弱梁这一抗震规范的基本要求。

　　该高层钢结构住宅结构设计中实现了强柱弱梁。以顶层最大跨度框架为例，框架柱为Ø40矩形钢管混凝土柱钢管型号Ø400 X 10mm，钢梁型号H450×150 ×8×12，矩形钢管混凝土柱极限抗弯承载力大于钢梁抗弯承载力两倍以上。

　　4)强节点弱杆件

　　1964年美国阿拉斯加地震，1995年日本坂神地震灾害情况表明，等截面梁与柱栓焊连接的高层钢结构在遭受大震后其破坏部位往往在框架梁的下翼缘与柱的工地焊缝连接处，致使钢结构的延性没有发挥出来，高层钢结构住宅结构设计中采用楔型盖板加强框架梁梁端与钢柱的刚性连接节点，钢柱内在框架梁翼缘对应位置设置厚度为16mm （较梁翼缘厚度大4mm）的横隔板，梁柱刚接区域及梁翼缘上下600mm范围全部采用全熔透坡口焊缝以保证强节点弱杆件的抗震设计要求。

　　六、钢框架柱与混凝土核心筒结构设计中存在的问题及措施

　　6.1 混凝土核心简收缩、徐变等竖向差异变形的不利影响和应对措施

　　核心筒混凝土在凝固过程中体积会收缩、在长期荷载下混凝土会徐变，而钢柱无此收缩和徐变，核心筒和钢框架柱的不协调变形在结构内产生较大的内力。

　　为消除核心筒和钢框架柱的不协调变形在结构内产生的内力，设计采取如下措施：

　　1)核心筒轴压比控制在0.4以下。

　　2)钢筋混凝土核心筒超前施工5～6层。

　　3)现浇混凝土楼面在核心筒设置后浇带。

　　4)控制混凝土的水灰比，使用减水剂，采用弹性模量较大的骨料如石灰岩。

　　6.2 钢框架柱与混凝土核心筒基础差异沉降的不利影响和应对措施

　　建筑物地基沉降一般为碟形分布及建筑基础的沉降量中间大、四周小，而框架核心筒结构地基的不均匀沉降更为显著。地基的不均匀沉降在上部结构中产生内力，严重时引起结构和构件的破坏。

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