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序論:在您撰寫混凝土結構設計規定時,參考他人的優秀作品可以開闊視野,小編為您整理的7篇范文,希望這些建議能夠激發您的創作熱情,引導您走向新的創作高度。
Abstract: Enhances the structure the safety performance to need from the structure shaping, the structure structure, the structural arrangement, the choice of material and so on many aspects to make diligently, by superstructure's integrity, the ductility and the durability, enhances disaster of its protection mishap and prevents the collapse, is ability which specially the resistance collapses continuously. To the concrete structure design degree of security and the standard revision, proposed own opinion.
key words: Concrete structure design standard reliability designs
對于混凝土結構設計規范中的安全度設置水平,最早源于從事高強混凝土結構科研和推廣應用工作中的感受。用現行規范設計C50~C60級高強混凝土結構,其安全儲備比普通強度的混凝土還要低,給推廣造成困難和阻力,何況一項新技術的開始應用會存在經驗不足等問題,更需要有較為寬松的安全度環境;過低的安全度難免捉襟見肘,對新技術推廣不利。我國規范安全度與國外的差別已有不少資料作過報道,現在再看我國規范安全度從解放后的演變,以受彎構件為例,將安全度統一折算成解放初期按破損階段設計方法時的總安全系數K,則在最早的東北人民政府設計規程中K等于2.0;后改為與當時的蘇聯規范相同即1.8,但鋼材強度取值仍低于蘇聯;約在1956年后,按三系數極限狀態方法的蘇聯規范設計,K降到約1.55~1.6,1965年我國頒布的BJG21-66規范與此相同;1974年頒布TJ10-74規范,受彎構件K值又略有降低;1989年頒布的現行規范,K值大體保持在1965年規范的水平。
橫向比較各國規范以及豎向縱觀我國規范的演變,可以深切體會到規范作為上層建筑,必然反映時代社會經濟的特色和需要。在這次規范修訂中,除了必需從專業的技術角度對安全度作細致分析外,如何從社會經濟的角度進行深入探討可能更為重要。
規范和標準如何從短缺型計劃經濟影響下走出來,使之更好地為社會主義市場經濟基礎服務,這是本次規范修訂不同于以往歷次修訂的主要區別,理應作為本次修訂中首要考慮的問題。隨便舉例來說,我們對普通公寓住宅的層高標準作了限制,在北京地區規定為2.7m(凈空僅2.55m),也不準設計人員或用戶提高房屋抗震設防等級,這些限制是否反映了過去短缺經濟年代的特色?短缺經濟的主要傾向是竭盡全力去約束消費和限制投資,并伴以過多的行政干預來加以保證。過去講節約,偏重于初期一次性投資和用料的節省,較少顧及長期和整體效益,更少考慮用戶的利益和要求;設計規范的低安全度和某些荷載標準值的過低取值,也是短缺經濟造成的。在今天的市場經濟體制下,如果只需花相對較少的錢,換得更為結實耐久的房子住,應屬合理消費受到鼓勵,為此而必須多花一些鋼材也屬于合理使用,說不上有違節約原則。安全度的設置本來就是用來對付比較意外的情況,低安全度的房子盡管在一般情況下安全可靠,但是抵御外界不確定性作用的能力相對較弱。房子結實些,壽命長些,符合國家提高人民生活質量的要求;萬一發生不測地震,可以減少生命財產損失;再說這種合理消費并不要政府掏錢,而且合理的多用些鋼材、水泥又能促進生產發展,從眼前講,還多少能緩解通貨緊縮的困難。這些說法從短缺經濟的立場上看是格格不入的,但符合眼前和長遠利益以及市場經濟的需要。
提出要大幅度提高設計安全度,無非是基于客觀形勢變化和對現行安全度進行初步分析比較后的一種宏觀的定性估計。究竟需要提高多少,則需經過課題立項研究才能確定。對于規范修訂組這次提出的設計可靠度改進意見,總的趨勢是往高處調,對此我表示擁護;雖然幅度不夠大。我國幅員廣闊,各地經濟發展很不平衡,象京、滬、穗等國際性大都市,建筑結構的安全度應高些,經濟不發達的邊緣地區允許適當低些。將可靠度設計理論用于設計規范,不論在學術或工程界一直有分歧意見。我傾向于多安全系數的極限狀態設計法,因為其中對安全度的表示比較靈活又易于理解,而且在確定各項安全系數時并不排斥利用可靠度理論手段進行分析對比,然后再綜合考慮其它因素加以修正。
由于現行建筑結構設計規范業已采用了可靠度設計理論,其在規范中的計算表達形式又與多安全系數方法相似,在實用上姑且將它理解為多安全系數也并無不可。在這種情況下,我贊成承認現實,在這次修訂中還是保留現有的設計方法體系為好??煽慷壤碚搶τ诓煌愋凸こ探Y構的適用程度肯定會有很大差別,用于混凝土建筑結構尚沒有解決不了的大問題,所以不宜再變。結構安全度需要考慮的因素過于綜合,尤其是規范中的結構安全度,它不同于某個具體工程,需要考慮和照顧的方面更多,包括非技術性的社會經濟因素、政策因素等等??煽慷仍O計理論有其先進的一面,也有其不足之處;可靠度理論也有某些假定和約束條件,會有意或無意地省略某些本應考慮而用這一理論又難以處理的一些因素。技術科學理論一般擅長于分析,而規范安全度的設定除了要用分析外更需要綜合,因此經驗和判斷更為重要。
參考文獻:
關鍵詞:規范修訂;理解應用
中圖分類號:TU318文獻標識碼: A 文章編號:
1 理解混凝土規范的必要性
隨著結構理論的發展和工程實踐的深入,《混凝土結構設計規范》不斷地修訂、完善。規范不是單純的技術性文件,它還具有一定的社會性,受制于當代社會的經濟條件和技術水平,需充分考慮施工工藝和設計習慣,以具備可操作性。規范只在條文說明中才有一些作為依據的簡單理論性解釋,必須充分理解結構理論和工程背景,才能根據具體情況做好設計,否則只能死摳著規范條例進行拼湊式設計。
2 對規范修訂的理解
2.1 修訂背景
混凝土結構需要消耗大量的鋼筋和水泥,從而消耗大量資源和能源,并造成環境污染,迫切地需要提高材料的強度和性能;近年來天災人禍不斷,人類對結構的安全度要求顯著增加,迫切地需要提高結構的抗災害能力;為可持續性發展,迫切地需要提高混凝土耐久性;而大量的現有混凝土結構增加其使用率,迫切地需要進行結構再設計。
根據上述情況,修訂的內容強調:從截面計算到結構設計;提高結構的抗災害能力;耐久性及既有結構的再設計;調整結構的安全度設置水平;采用高強―高性能材料。
2.2 材料的提高
我國建筑事業發展迅速,隨著建筑更高、更大、更輕,對建筑材料的要求也更高,作為建筑主要的結構形式―混凝土結構,混凝土和鋼筋要求輕質高強、耐久性更好。
2.2.1 混凝土
規范修訂提高了混凝土強度等級下限,除素混凝土可以用C15外,均采用C20及以上強度等級的混凝土。采用400MPa及以上高強鋼筋的構件,混凝土強度等級不應低于C25。承受重復荷載的構件,混凝土強度等級不應低于C30。對于預應力構件的混凝土,強度不應低于C30。采用高強預應力鋼筋時不宜低于C40。常用受力構件的混凝土強度等級,對受彎構件提高1級,對受壓構件提高2級。這種提高混凝土的方式并不是提高最高強度(C80),而是將常用混凝土等級大范圍提高1~2個等級,比較經濟。
高強混凝土脆性大,造價亦貴,可以考慮發展約束混凝土,多軸應力狀態下的混凝土強度能有效提高,且延性顯著增加。在柱端、梁端等受力大的部位,尤其是受壓的立柱或局部受壓區域,利用連續、封閉、密集的箍筋,使混凝土成為約束混凝土,能有效的提高構件的承載力和延性。
2.2.2 鋼筋
規范修訂提高了鋼筋強度,普通鋼筋有HPB300、HRB335、HRBF335、HRB400、HRBF400、RRB400、HRB500、HRBF500。HPB300是低碳鋼筋,強度較低,但延性好。HRB是合金鋼筋,強度高,延性、焊接性能、機械連接適應性、施工適應性都很優越,但價格比較高,可用于結構的關鍵受力部位及延性要求較高的部位。HRBF是細控軋晶粒鋼筋,強度高,延性較好,但焊接性能及施工適應性較差,可用于一般受力鋼筋。
為解決密集配筋的問題,可采用并筋,以便設計與施工。
2.3 設計理念的完善
以往規范中結構分析采用線彈性分析,這種分析方法以結構力學為基礎,有局限性,對于現代高度高、跨度大的復雜結構不適用。隨著計算機處理數據能力的快速提升,非線性分析方法在新規范中得以采用,彈塑性分析、塑性極限分析等方法更趨完善,間接作用分析、結構試驗分析也填補了結構分析空缺。
彈性分析法適用于一般混凝土結構在正常使用極限狀態下和承載能力極限狀態下作用效應分析。因其簡單、實用,使設計偏于安全,仍是一種普遍適用常規結構的基本方法。塑性內力重分布法對屈服截面進行了調幅計算,適用于連續梁板計算,要求采用延性好的鋼筋,可簡化設計和節約材料,充分發揮構件抗力潛力。彈塑性分析法適用于大型、重要、復雜的混凝土工程,先設定好結構的形狀、尺寸、邊界條件、材料性能和配筋等,后進行分析計算。規范只對分析方法做了原則性的規定,因此,需根據工程實際情況建模、合理簡化假定等。塑性極限分析法適用于周邊有梁或墻支承的雙向板計算,要求有足夠的塑性變形能力。間接作用分析法適用于一些如大體積混凝土、超長結構會產生嚴重裂縫的體量大、形狀復雜、功能多的結構,由于引起間接作用的因素太多,規律也不明顯,因此規范只能給出一般原則。試驗分析是復核計算結果、驗證假設模型的重要手段,不規則或受力復雜的結構可采用這種方法。
2.4 計算方法與構造措施改進
2.4.1 計算方法
混凝土構件的正截面承載力、斜截面承載力、抗扭承載力、抗沖切承載力、裂縫寬度驗算等在規范中從計算模型、計算公式、計算參數等都有所變化,同時也引入了協調扭轉等概念。
對需考慮自身撓曲引起的彎矩增大的二階效應的受壓構件的計算方法進行了修訂,與結構側移引起的二階效應加以區分。受剪承載力的計算公式混凝土項系數統一表達,不再過于繁瑣;箍筋抗剪承載力計算值降低,使得需要增加配箍量,可以提高結構安全儲備。為發掘抗沖切承載力,計算公式中的抗力項系數增大。構件的裂縫控制要按荷載準永久組合進行驗算,降低了荷載效應及裂縫寬度的計算值;同時調低公式中構件受力特征系數,將裂縫寬度計算值減小10%以上,緩和了由于使用高強鋼筋引起構件撓度增加、裂縫變寬的問題。
2.4.2 構造措施
構造設計是結構設計的核心部分之一,好的構造措施能保證結構安全,規范修訂了基本構造要求及各種構件構造措施,總的趨勢是增加鋼筋的用量。
規范修訂中,放松對伸縮縫最大間距控制,增加控制縫來解決間接裂縫引起的不良后果。比如在墻容易產生收縮裂縫的部位,故意設置成薄弱截面,引導裂縫在此發生,預埋止水帶,并用建筑裝飾消除裂縫的觀感。對鋼筋的保護層厚度適當增大,增加了鋼筋耐久性。為合理控制鋼筋錨固長度,完善錨固修正系數及連乘原則,推廣機械錨固方法。受壓構件的最小配筋率稍有增加,使結構更加安全。改進板、梁、墻、疊合構件的構造要求,完善各種構件的構造設計。
3 規范修訂的局限性
任何一本規范都不能完全指導和解決工程中的所有問題,現行規范能適用于大部分工程,但仍有局限性,這種局限性可由理論研究預見,也可能在后面的實施過程中逐漸體現出來,我們要做的不是否定而是改進,并找到應對方法。
關鍵詞:混凝土;結構設計;規范;修訂內容
Abstract: this paper through the contrast analysis of 2010 edition with 2002 version of the concrete structure design codes are introduced, and the design specification for concrete structures "(GB50010-2010) the main revision content, from the overall design requirements, formula, the structure, main points and structural requirement analysis of the differences and similarities between the new and old standard.
Keywords: concrete; Structure design; Standard; Revision content
中圖分類號:S611文獻標識碼:A 文章編號:
一、概述
2010年8月18日住房和城鄉建設部公告,國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)自2011年7月1日起實施,原《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)同時廢止。新規范基于適當提高結構安全儲備、抵御災害能力、保證結構安全等原則,在舊規范基礎上作了一定的補充、完善和提高。本文著重介紹新規范的主要修訂內容,并與舊規范進行對比說明。
二、主要修訂內容
1、總體性設計要求的調整
(1)關于改變結構用途和使用環境
新規范3.1.7條:設計應明確結構的用途,在設計使用年限內未經技術鑒定或設計許可,不得改變結構的用途和使用環境。
舊規范3.1.8條:未經技術鑒定或設計許可,不得改變結構的用途和使用環境。
新規范強調了設計使用年限,與《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068相銜接。
(2)關于耐久性設計規定
新舊規范關于混凝土結構的環境類別分類有所改變,新規范中環境類別三細分為三a及三b兩類,相應的對結構材料的耐久性基本要求也有變化,總體說來新規范更加嚴格了,詳見新規范3.5.1、3.5.2、3.5.3條及舊規范3.4.1及3.4.2條。
(3)關于維修保養的規定
新規范增加了關于維修保養的條文。
新規范3.5.8條:混凝土結構在設計使用年限內尚應遵守下列規定:建立定期檢測、維修制度;設計中可更換的混凝土構件應按規定更換;構件表面的防護層,應按規定維護或更換;結構出現可見的耐久性缺陷時,應及時進行處理。
(4)關于鋼筋
新規范根據“節能、節地、節水、節材和環境保護”的要求,提倡應用高強、高性能鋼筋,逐步停用HPB235鋼筋,并增加了強度為500MPa級的熱軋帶肋和采用控溫軋制工藝生產的HRBF系列細晶粒帶肋鋼筋。詳見新規范4.2.1和4.2.2條。
(5)關于混凝土保護層
新規范調整了混凝土保護層,不再區分分布筋與受力筋,較舊規范嚴。
新規范8.2.1條條文說明:從混凝土碳化、脫鈍和鋼筋銹蝕的耐久性角度考慮,不再以縱向受力鋼筋的外緣,而以最外層鋼筋(包括箍筋、構造筋、分布筋等)的外緣計算混凝土保護層厚度。因此本次修訂后的保護層實際厚度比原規范實際厚度有所加大。
(6)關于錨固長度
新規范將錨固長度分為lab及la,其中lab為基本錨固長度,la為經長度修正后的錨固長度(8.3.1條);舊規范只提及錨固長度la的概念,并規定應對la進行長度修正。
(7)關于鋼筋綁扎連接
新規范規定受拉鋼筋直徑大于25mm不宜綁扎連接,較舊規范嚴。
新規范8.4.2條:軸心受拉及小偏心受拉桿件的縱向受力鋼筋不得采用綁扎搭接;其他構件中的鋼筋采用綁扎搭接時,受拉鋼筋直徑不宜大于25mm,受壓鋼筋直徑不宜大于28mm。
舊規范9.4.2條:軸心受拉及小偏心受拉桿件(如桁架和拱的拉桿)的縱向受力鋼筋不得采用綁扎搭接接頭。當受拉鋼筋的直徑d>28mm及受壓鋼筋的直徑d>32mm時,不宜采用綁扎搭接接頭。
2、計算公式調整
(1)結構構件的抗力函數中增加抗力模型不定性系數γRd
新規范3.3.2條中:R=R(fc,fs,ak,…)/γRd
γRd――結構構件的抗力模型不定性系數:靜力設計取1.0,對不確定性較大的結構構件根據具體情況取大于1.0的數值;抗震設計應用承載力抗震調整系數γRE代替γRd。
舊規范3.2.3條:R = R (fc,fs,ak,……)
新規范增加的構件抗力調整系數主要為了考慮構件的幾何參數變異性對結構性能的不利影響。
(2)調整裂縫寬度計算公式
新規范3.4.4條在三級裂縫寬度計算時,對一般鋼筋混凝土構件、預應力混凝土構件和處于二a類環境的預應力混凝土構件分別采用不同的荷載組合和控制標準,比舊規范3.3.3條有所放松。
(3)調整抗剪公式中鋼筋部分承擔的剪力
新規范取消了箍筋剪力的增大系數,因而執行新規后需要配置的箍筋相應增多了。
新規范6.3.4條: (6.3.4-2)
舊規范7.5.4條:(7.5.4-2)
(4)調整抗沖切截面承載力,抗沖切承載力增加
新規范6.5.3條:
受沖切截面 (6.5.3-1)
配置箍筋、彎起鋼筋時的受沖切承載力
(6.5.3-2)
舊規范7.7.3條:
受沖切截面 (7.7.3-1)
配置箍筋時的受沖切承載力
(7.7.3-2)
配置彎起鋼筋時的受沖切承載力
(7.7.3-3)
3、增加的計算
新規范增加了樓蓋舒適度計算的內容,詳見3.4.6條:混凝土樓蓋結構應根據使用功能的要求進行豎向自振頻率驗算,并宜符合下列要求:(1)住宅和公寓不宜低于5Hz;(2)辦公樓和旅館不宜低于4Hz;(3)大跨度公共建筑不宜低于3Hz。
4、構造要點及構造要求改變
(1)新規范補充完善了提高混凝土構件耐久性的技術措施,尤其強調對于懸臂構件,規定處于二、三類環境時宜采用“懸臂梁―板”的結構形式,或在其上表面增設防護層(詳見3.5.4條)。舊規范僅規定三類環境中的結構構件,其受力鋼筋宜采用環氧樹脂涂層帶肋鋼筋;對預應力鋼筋,錨具及連接器,應采取專門防護措施(詳見3.4.7條)。
(2)新規范增加了并筋的配筋形式,詳見4.2.7條:構件中的鋼筋可采用并筋的配置形式。直徑28mm及以下的鋼筋并筋數量不應超過3根;直徑32mm的鋼筋并筋數量宜為2根;直徑36mm及以上的鋼筋不應采用并筋。并筋應按單根等效鋼筋進行計算,等效鋼筋的等效直徑應按截面面積相等的原則換算確定。
(3)梁縱筋在梁柱端節點的彎錨水平段,新規范以lab標注(9.3.4條),舊規范以la標注;且新規范在梁柱端節點處增加了機械錨頭的錨固方式。
(4)新規范在頂層端節點角部增加了配置防裂、防剝落的構造鋼筋的要求(詳見9.3.8條)。
Abstract: To the concrete structure design degree of security and the standard revision, proposed the following three aspect view:①In the standard degree of security hypothesis level needs to enhance large scale;②About reliability design theory;③About design standard compulsory.
關鍵詞:混凝土結構 設計規范 可靠度設計
Key word: Concrete structure Design standard Reliability design
對于混凝土結構設計規范中的安全度設置水平,最早源于從事高強混凝土結構科研和推廣應用工作中的感受。用現行規范設計C50~C60級高強混凝土結構,其安全儲備比普通強度的混凝土還要低,給推廣造成困難和阻力,何況一項新技術的開始應用會存在經驗不足等問題,更需要有較為寬松的安全度環境;過低的安全度難免捉襟見肘,對新技術推廣不利。
規范和標準如何從短缺型計劃經濟影響下走出來,使之更好地為社會主義市場經濟基礎服務,這是本次規范修訂不同于以往歷次修訂的主要區別,理應作為本次修訂中首要考慮的問題。隨便舉例來說,我們對普通公寓住宅的層高標準作了限制,在北京地區規定為2.7m(凈空僅2.55m),也不準設計人員或用戶提高房屋抗震設防等級,這些限制是否反映了過去短缺經濟年代的特色?短缺經濟的主要傾向是竭盡全力去約束消費和限制投資,并伴以過多的行政干預來加以保證。過去講節約,偏重于初期一次性投資和用料的節省,較少顧及長期和整體效益,更少考慮用戶的利益和要求;設計規范的低安全度和某些荷載標準值的過低取值,也是短缺經濟造成的。在今天的市場經濟體制下,如果只需花相對較少的錢,換得更為結實耐久的房子住,應屬合理消費受到鼓勵,為此而必須多花一些鋼材也屬于合理使用,說不上有違節約原則。安全度的設置本來就是用來對付比較意外的情況,低安全度的房子盡管在一般情況下安全可靠,但是抵御外界不確定性作用的能力相對較弱。房子結實些,壽命長些,符合國家提高人民生活質量的要求;萬一發生不測地震,可以減少生命財產損失;再說這種合理消費并不要政府掏錢,而且合理的多用些鋼材、水泥又能促進生產發展,從眼前講,還多少能緩解通貨緊縮的困難。這些說法從短缺經濟的立場上看是格格不入的,但符合眼前和長遠利益以及市場經濟的需要。
提高結構的安全性能需要從結構選型、結構構造、結構布置、材料選擇等多個方面作出努力,以加強結構的整體性、延性和耐久性,提高其抗御不測之災和防止倒塌、特別是抵抗連續倒塌的能力。也許基于概念設計的這些措施,對于增進結構安全更為有效且更符合經濟節約的原則。比如這次規范修訂組提出的用新Ⅲ級鋼替代Ⅱ級或Ⅰ級鋼,就能帶來立竿見影的效果??墒菫榱嗽鰪娧有院头赖顾芰?主要還得靠合理加大構造用鋼量。上述與結構安全性能有關的眾多因素較難用數值形式加以度量,而我們在這里所討論的安全度,則僅限于截面強度的安全度和與之有關的荷載標準值和材料強度標準值等能夠用數值度量的那些參數。
提出要大幅度提高設計安全度,無非是基于客觀形勢變化和對現行安全度進行初步分析比較后的一種宏觀的定性估計。究竟需要提高多少,則需經過課題立項研究才能確定。對于規范修訂組這次提出的設計可靠度改進意見,總的趨勢是往高處調,對此我表示擁護;雖然幅度不夠大。鋼材的分項系數過去偏低,似不宜再低于1.1。梁的最小配筋率一般根據截面抗彎屈服能力不低于截面拉區混凝上抗裂能力的原則來定,具體計算時所用的材料強度似宜采用平均值而不是標準值,否則從概率保證的角度不能符合要求。
將可靠度設計理論用于設計規范,不論在學術或工程界一直有分歧意見。我傾向于多安全系數的極限狀態設計法,因為其中對安全度的表示比較靈活又易于理解,而且在確定各項安全系數時并不排斥利用可靠度理論手段進行分析對比,然后再綜合考慮其它因素加以修正。
由于現行建筑結構設計規范業已采用了可靠度設計理論,其在規范中的計算表達形式又與多安全系數方法相似,在實用上姑且將它理解為多安全系數也并無不可。在這種情況下,我贊成承認現實,在這次修訂中還是保留現有的設計方法體系為好??煽慷壤碚搶τ诓煌愋凸こ探Y構的適用程度肯定會有很大差別,用于混凝土建筑結構尚沒有解決不了的大問題,所以不宜再變??煽慷壤碚撨€在發展,這方面的學術討論希望能夠深入開展下去。
關鍵詞:混凝土結構;設計規范;混凝土保護層;鋼筋錨固
中圖分類號:TU37文獻標識碼: A 文章編號:
引言
混凝土結構一直是我們最常用的結構,《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)修訂反映我國近十年來混凝土結構學科的科研成果和工程建設中的新經驗,標志著我國混凝土結構的計算理論和設計水平有了新的提高與發展。
1、鋼筋的混凝土最小保護層厚度的調整
鑒于《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)中規定混凝土保護層最小厚度是指縱向受力鋼筋的外表面至混凝土表面的距離,除長期干燥或永久置于水中的混凝土構件外,其他環境下的構件并不能滿足設計使用年限內防止鋼筋嚴重銹蝕的耐久性要求,并且為防止混凝土構件中最外側箍筋和分布筋首先銹蝕并導致混凝土順筋開裂和剝落,對其保護層厚度的要求應該與主筋相同,《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)從混凝土碳化、脫鈍和鋼筋銹蝕的耐久性角度綜合考慮,不再以縱向受力筋的外緣,而以最外層鋼筋(包括箍筋、構造筋、分布筋等)的外緣計算混凝土保護層厚度,規定混凝土保護層最小厚度是指鋼筋的外表面至混凝土表面的距離,很顯然,《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)規定的混凝土保護層最小厚度既保護了縱向受力鋼筋,又保護了箍筋、分布筋,比《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)規定混凝土保護層最小厚度有所加大。對由縱向鋼筋和箍筋組成的梁、柱構件,混凝土保護層最小厚度的調整使正截面設計中截面有效高度 h0=h-as( 若僅布置一排鋼筋時,《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)為 as=c+d縱/2,《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)為 as=c+d箍+d縱/2,見圖 1)有所減少;對由縱向受力鋼筋和分布鋼筋組成板構件而言,新舊混凝土結構設計規范規定的保護層厚度不變,不影響正截面設計中截面有效高度 h0=h-as?!痘炷两Y構設計規范》(GB50010-2010)除了修改對鋼筋的混凝土最小保護層厚度定義外,還對結構構件所處耐久性環境類別進行了劃分,對應環境等級修改,《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)調整了混凝土最小保護層的最小厚度 c(mm),對一般情況下混凝土結構的保護層厚度稍有增加,而對惡劣環境下的保護層厚度則增幅較大。
2、鋼筋錨固和連接方式的改進
我國鋼筋強度不斷提高,結構形式的多樣性也使錨固條件有很大的變化,根據近幾年系統試驗研究及可靠度分析的結構并參考國外標準,《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)提出 ιab即基本錨固長度,取代了原先的 ιa,從基本錨固長度的計算公式看,公式并沒有改變,但改變 ft取值,《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)提出當混凝土強度等級高于C60時,ft按C60取值,而《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)則是當混凝土強度等級高于 C40 時,ft按 C40 取值。這主要是根據實驗研究表明,高強混凝土的錨固性能被低估,原先的最高強度等級取 C40 偏于保守,其實這也是為推廣高強度鋼筋,如果采用原先的公式計算,高強度鋼筋的基本錨固長度有些長。另外,《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)刪除《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)中錨固性能差的刻痕鋼絲,同時提出當混凝土保護層厚度不大于 5d 時,在鋼筋錨固長度范圍內配置構造鋼筋的要求。當不考慮錨固長度修正時,取相同直徑 d,采用《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)和《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)計算受拉鋼筋錨固長度。
3、鋼筋用量的分析
工程概況①:按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)計算,梁、柱、墻受力鋼筋采用 HRB400 級,梁、柱箍筋和墻中構造筋以及板中鋼筋均采用 HRB335 級。
工程概況②:按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)計算,梁、柱、墻受力鋼筋采用 HRB400 級,梁箍筋和構造筋、墻構造筋以及板中鋼筋均采用 HRB335 級。
工程概況③:按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)計算,梁、柱、墻受力鋼筋采用 HRB500 級,梁箍筋采用 HRB400 級,墻構造筋及板中鋼筋仍采用 HRB335 級。
通過中國建筑科學研究院研發的 PKPM 程序模擬計算,其計算結果如下:
3.1剪力墻結構
工況②與工況①比較:在鋼筋強度等級相同的條件下,按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)計算的鋼筋總用量(748.84t)比按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)計算的鋼筋總用量(747.83t)略有增加,比值為 1.001;其中梁箍筋(HRB335 級)的用量因規范修訂稿中受剪公式的改變有較明顯增加,梁中受力主筋(HRB400 級)的用量因《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)中裂縫寬度計算公式的改變有所減少;板和墻的鋼筋用量受最小配筋率控制,基本無變化。工況③與工況①比較:工況③仍按新修訂的《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)計算,但梁中箍筋改為 HRB400 級,梁、板和墻中的受力主筋改為 HRB500 級??梢钥闯觯摻羁傆昧浚?42.23t)比按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)計算的鋼筋總用量(747.83t)略有減少,比值為 0.993;其中梁箍筋用量僅略有增加,而梁中受力主筋的用量則減少明顯,梁中鋼用量合計減少約 5.6%;板和墻的鋼筋用量仍受最小配筋率控制,變化不大。工況③與工況②比較:工況③和工況②均按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)計算,只是工況③提高鋼筋強度等級,可看出兩種工況下鋼筋總用量基本相同,主要是因為板和墻的鋼筋用量受最小配筋率控制變化不大,而梁中箍筋和受力主筋用量則有明顯減少。
3.2框架結構
工況②與工況①比較:在鋼筋強度等級相同的條件下,按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)計算的鋼筋總用量(229.73t)比按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)計算的鋼筋總用量(231.13t)略有減少,比值為 0.994;其中梁箍筋(HRB335 級)的用量因規范修訂稿中受剪公式的改變有較明顯增加,而梁中受力主筋(HRB400 級)的用量因規范修訂稿中裂縫寬度計算公式的改變有所減少;板的鋼筋用量受最小配筋率控制,基本無變化;柱的鋼筋用量略有增加。工況③與工況①比較:工況③仍按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)計算,但梁和柱的受力主筋改為 HRB500 級??梢钥闯觯摻羁傆昧浚?17.35t)比按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)計算的鋼筋總用量(231.13t)減少約 6%(比值為 0.940);其中梁箍筋用量增加較明顯,而梁中受力主筋的用量則減少明顯,梁中鋼用量合計減少約10.9%(比值為 0.891);板和柱的鋼筋用量仍受最小配筋率控制,變化不大。工況③與工況②比較:工況③和工況②均按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)計算,只是工況③梁和柱的受力主筋改為 HRB500 級。可看出提高受力主筋強度等級后鋼筋總用量減少約 5.4%(工況③鋼筋總用量為 217.35t,工況②鋼筋總用量為 229.73t,比值為 0.946)。
結束語
在我國當前迅速發展的工程建設領域中,混凝土結構是我國工程建設中應用最廣泛的一種結構形式之一,全面修訂的混凝土結構設計規范在新材料應用、設計理論發展等方面有重大進步,對確保工程質量,促進我國鋼筋混凝土結構設計水平,進一步提高及混凝土結構學科的發展起到有力的推動作用。
參考文獻
[1] 混凝土結構設計規范.GB50010-2010[S].北京 : 中國建筑工業出版社,2011.
【關鍵詞】混凝土結構;安全度設置;國內外規范對比
引言
2010年我國頒布了新的《混凝土結構設計規范》(GB 50010-2010),新版規范建立在舊版規范的修改以及2008年汶川地震后的教訓上。在安全度設置上與舊版本有較大差別,但是和國外有關規范相比仍存在一定差距,混凝土的結構設計方法、安全度的計算方式和條件都略有不同。
一、我國混凝土結構設計規范的發展
建國以來,我國建筑結構的設計方法變化很大,從最初的經驗估計,到后來的試驗確定、容許應力、安全系數以及概率極限狀態設計方法。混凝土結構設計規范也隨之進行了變革。上世紀60年代,我國的混凝土結構設計規范基本引用蘇聯規范HNTY123-55,直到1989年出臺的《混凝土設計規范》GBJ10-89才突破照搬蘇聯模式,有了自主創新的能力,奠定了我國混凝土結構設計規范的基本模式。
我國新修訂的GB50010-2010《混凝土結構設計規范》,采用了以概率理論為基礎的極限狀態設計法,參考了國外有關先進技術標準,以可靠指標度量結構構件的可靠度,采用3個分項系數(結構重要性系數O,荷載分項系數G、Q,材料性能分項系數C、S)的設計表達式進行設計。
二、國內外混凝土結構設計規范安全度設置水平對比
本文進行安全度設置水平的對比時,選擇的對比的指標為軸心受拉、受剪、受彎以及受扭,進行對比的規范主要包括我國的《混凝土結構設計規范》GB50010-2010、美國的《房屋建筑混凝土結構規范》ACI318-05、歐洲的《混凝土結構設計》EN1992-1-1等。
(1)軸心受拉構件
a.《混凝土結構設計規范》GB50010-2010
Rd,C=fyAs=(fyk/s,C)/As
式中:Rd,C—我國規定的結構構件抗力設計值,fy—抗拉強度設計值,As—抗拉強度標準值,s,C—材料分項系數,取值1.10。
b.《房屋建筑混凝土結構規范》ACI318-05
Rd,A=φfyAs
式中:Rd,A—美國規定的結構構件抗力設計值,φ—強度降低系數,取值0.9
c.《混凝土結構設計》EN1992-1-1
Rd,E=fydAs=fykAs/s,E
式中:Rd,E—歐洲規定的結構構件抗力設計值,s,E取值1.15。
通過對比、換算以上三個式子,我們可以得到三者的關系:
Rd,C =1.04Rd,E=1.01 Rd,A
由關系式可以看出,中國、美國、歐洲的軸心受拉構件的抗力設計值十分接近。
(2)斜截面受剪構件
a.《混凝土結構設計規范》GB50010-2010
Rd,C=0.7fbh0+1.25fyvAsvh0/s
式中:f—混凝土軸心抗拉強度,b—截面寬度,h0—截面高度,fyv—抗拉強度設計值,Asv—截面面積,s—箍筋間距。
b.《房屋建筑混凝土結構規范》ACI318-05
Rd,A=
式中:φ—受剪承載力折減系數,取值0.75,fc—混凝土抗壓強度規定值,bw—腹板寬度。
c.《混凝土結構設計》EN1992-1-1
式中:z取值為0.9。
對以上三個式子進行對比、轉換,我們得到以下關系式:
Rd,C=1.67 Rd,A=0.99Rd,E
由關系式我們可以看出,中美歐三地對斜截面受剪構件的抗力設計值設置略有差異,其中中國的設置略低于歐洲規范的,但卻遠遠高于美國規范的設計值。
(3)受彎構件
a.《混凝土結構設計規范》GB50010-2010
Rd,C=α1fcbx(h0-x/2)
式中:x—混凝土受壓區高度。
b.《房屋建筑混凝土結構規范》ACI318-05
Rd,A=φfyAs(d-a/2)
式中:φ—強度折減系數,取值0.9。
c.《混凝土結構設計》EN1992-1-1
式中:x—中和軸高度。
對以上三個式子進行綜合對比、換算,可以到的關系式:
Rd,C=1.01Rd,A=1.00Rd,E
由關系式可知,中國、美國、歐洲受彎構件結構抗力設計值差不多,其中美國略高于中國的規范,歐洲與中國相當。
(4)受扭構件
a.《混凝土結構設計規范》GB50010-2010
式中Wt表示的是截面受扭塑性抵抗距。
b.《房屋建筑混凝土結構規范》ACI318-05
式中φ為強度折減系數,取值0.75
c.《混凝土結構設計》EN1992-1-1
對以上三個式子進行對比、換算,可以得到關系式:
Rd,C=1.78Rd,A=1.42Rd,E
由此可見,中國規范設置的受扭構件抗力設計值比起歐美的普遍偏高,尤其是和美國相比,比值高達1.78。
三、結論
一、混凝土結構設計安全度的特征
通常情況下,建筑結構設計師設計建筑結構的終極目標是為了設計出結構合理、能夠安全使用的建筑物,因此,混凝土結構設計的安全度主要包括安全性、適用性以及耐久性三個方面的特征。適用性、安全性及耐久性也是衡量一個建筑物的混凝土結構是否達到經久耐用和安全可靠的使用標準的基本標志,故統稱為混凝土結構設計安全度。
1.混凝土結構設計的安全性特征結構設計安全性具體是指在正常使用的情況下,設計的建筑物混凝土結構能夠承受必要的外在負荷作用,例如機械設備、結構自重、人流、家具、風雪以及氣溫變化等;在特殊情況下,設計的建筑物混凝土結構需要確保能夠屹立不倒,例如:當遇到颶風、地震、火災或者暴雨等突發狀況時還能夠保持結構穩定。
2.混凝土結構設計的適用性特征
結構設計適用性具體是指在正常使用的情況下,設計的建筑物混凝土結構能夠有效發揮建筑物各個構件和各個系統所應有的使用功能。
3.混凝土結構設計的耐用性特征
結構設計耐用性具體是指在正常使用和日常維護的情況下,設計的建筑物混凝土結構能夠安全使用足夠長的年限。
二、加強混凝土結構設計中安全度的意義
建筑結構工程師設計建筑混凝土結構的目的就是賦予建筑混凝土結構一定的安全性能、牢固性能以及耐久性能,確?;炷两Y構在規定的使用年限以內能夠有效發揮其預定的各種使用功能?;炷两Y構設計規范中所制定的各種計算公式和結構要求的出發點就是為了確?;炷两Y構設計的安全度,因此,混凝土結構設計的安全度要求全面考慮經濟、技術和政策等方面的因素。從經濟的角度來看,混凝土結構設計的安全度直接體現了工程造價、投資風險以及維修費用等之間的關系,即若要增強結構設計的安全度,則必然會增加工程造價,但會相應降低投資風險和維修費用;反之,若結構設計的安全度較低,盡菅工程造價較低,但又會相應提高投資風險和維修費用。因此,合理的混凝土結構設計的安全度要求權衡工程造價和工程風險,并尋求兩者間的最佳平衡點。從技術的角度來看,混凝土結構設計的安全度直接關乎選擇的結構類型、力學模型以及設計概念等是否合理,需要全面考慮,切忌和多種材料直接等同處理。從政策的角度來看,選擇合理的混凝土結構設計安全度不僅關乎人們的生命財產安全,甚至還會影響社會安全和政治穩定,導致國家的技術經濟政策和基本經濟基礎發生改變??偠灾?,制定和選擇科學合理的混凝土結構設計安全度標準綜合反映了國家的整體經濟資源狀況、施工設計技術水平、社會財富積累程度以及施工材料的質量水平等,意義深遠。
三、我國混凝土結構設計中安全度的演變
我國建筑物的混凝土結構設計的安全度要求具體表現在設計的結構構件達到規定的安全性承載能力和建筑結構的整體牢固性兩個方面。通過對現行的混凝土結構設計規范和老規范進行對比發現了以下幾個方面的發展演變。
1.混凝土結構構件的承載能力
根據以往的觀察和研究發現,通常影響混凝土結構設計安全性的兩個主要因素是混凝土結構構件的承載能力和材料強度及荷載強度分項系數。材料強度分項系數具體是指在計算混凝土結構構件本身所固有的承載能力時,把結構構件的材料強度標準值和縮小系數相乘;而荷載強度分項系數具體是指在計算混凝土結構構件所能承受的荷載作用時,把結構構件的荷載標準值和放大系數相乘。表示系數的具體量值體現了在給定負荷標準的情況下混凝土結構構件的安全度。具體調整如下:(1)荷載方面的調整:風荷載的基本風壓、地面粗糙度類別、風壓高度變化系數、脈動增大系數以及脈動影響系數發生了改變;活載的具體內容也做了相應的調整。
(2)作用效應組合方面的調整:現行規范中增加了用永久荷載效應所控制的組合,還增加了永久荷載效應控制組合中的恒載分項系數的具體取值為1.35。(3)抗力方面的調整:材料的強度和分項系數都做了相應調整;板設計規范也發生了一定程度的改變;斜截面的具體承載能力設計要求也有些許調整。
2.混凝土結構的牢固性