淺談混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理

【摘要】目前在世界范圍內(nèi)，混凝土作為用途最廣、用量最大的一種的建筑材料，研究混凝土的特點和性能可以更方便的應(yīng)用混凝土，充分發(fā)揮混凝土的優(yōu)勢。 要讓混凝土更好地為人類服務(wù)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，進一步促進混凝土科技進步， 為不斷探索發(fā)展途徑和技術(shù)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)，必須掌握混凝土的強度、 工作性、耐強度久性等各方面性能。 目前混凝土技術(shù)已進入高科技時代， 品種不斷增加， 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，結(jié)構(gòu)設(shè)計方法也在不斷完善。然而規(guī)范是結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)文件，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面起著重要的指導(dǎo)作用，反映著一個國家和地區(qū)技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展的水平。技術(shù)先進、安全適用、經(jīng)濟合理、經(jīng)久耐用是制定結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的基本原則，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和規(guī)范的發(fā)展也經(jīng)歷了不同的過程。

【關(guān)鍵詞】混凝土結(jié)構(gòu) 設(shè)計方法 規(guī)范

中國建筑科學(xué)研究院建筑結(jié)構(gòu)研究所《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》管理組組織全國有關(guān)高等院校、科研、設(shè)計、施工單位，針對當(dāng)時規(guī)范存在的問題和工程建設(shè)中存在的帶有普遍意義的新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)問題，有計劃地開展了三批鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范課題的研究。對研究成果進行了分級鑒定和審議，出版了《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)研究報告選集》，一些研究成果同時發(fā)表在國內(nèi)的相關(guān)刊物上。通過這三批課題的研究，獲得了大量的試驗數(shù)據(jù)和理論成果。并修定了相關(guān)設(shè)計規(guī)范。

1、結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計體系

我國于1984年頒布了《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準》。修訂組在《統(tǒng)一標準》規(guī)定的分項系數(shù)設(shè)計表達式的基礎(chǔ)上，首先對軸心受拉構(gòu)件進行可靠度分析，確定鋼材強度分項系數(shù)，然后對軸心受壓構(gòu)件按已知作可靠度分析，再確定混凝土強度分項系數(shù)。最后，在鋼材強度分項系數(shù)和混凝土強度分項系數(shù)都確定的情況下，分析計算公式的不定性，確定構(gòu)件承載力計算公式中的系數(shù)，從而建立了相關(guān)規(guī)范中的可靠度設(shè)計體系。

2、正截面承載力計算

相關(guān)規(guī)范的受彎和受壓（包括大小偏心受壓）承載力計算公式基本是根據(jù)對試驗結(jié)果的分析建立的。對于復(fù)雜的情況，如腹部配筋、雙向受彎、雙向受壓及任意截面，則不能外推。規(guī)范通過引入平截面假定，并給出理想化的鋼筋和混凝土的應(yīng)力一應(yīng)變曲線，對常遇的截面形狀和配筋形式給出了簡化的實用計算公式，給出了按平截面假定確定的受彎構(gòu)件超筋界限和大、小偏心受壓界限條件。引入平截面假定使鋼筋混凝土構(gòu)件正截面承載力的計算建立在科學(xué)的體系之上。

3、受剪承載力計算

規(guī)范中的受剪承載力計算只適用于無軸向力的情況，對于工程中實際存在的大量偏心受壓、偏心受拉構(gòu)件的受剪承載力則無法計算，而預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力對受剪承載力的有利作用也不能考慮。規(guī)范包括了軸向壓力、軸向拉力、預(yù)應(yīng)力作用下的受剪承載力計算，填補了這方面的空白。

4、受扭及彎剪扭承載力計算

規(guī)范中以變角空間桁架的概念為基礎(chǔ)，適當(dāng)考慮混凝土的抗扭作用，建立了受扭承載力計算公式。規(guī)范的受扭承載力計算只適用于鋼筋混凝土矩形截面構(gòu)件，擴展到預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件、I形、T形截面構(gòu)件，提出了I形、T形截面分塊計算的原則和方法。

5、沖切和局部受壓

規(guī)范中沖切承載力的計算過于保守，將沖切計算的系數(shù)調(diào)低約10%。增加了配置箍筋或彎起鋼筋板的沖切承載力的計算方法。對于局部受壓，修改了混凝土底面積的計算方法。采用“同心對稱”的原則，要求計算底面積與局壓面積具有相同的重心位置且對稱，因此，當(dāng)構(gòu)件處于邊部或角部局部受壓時，局部受壓處的混凝土強度不再提高。

6、預(yù)應(yīng)力混凝土

建立了預(yù)應(yīng)力鋼筋合力點處混凝土法向應(yīng)力為零時預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力及相應(yīng)合力的概念，從而使預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計算協(xié)調(diào)起來。將預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計算放在同一個公式中，增加了預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件受扭計算和裂縫寬度眼神的內(nèi)容，改進了受剪計算和剛度驗算方法。調(diào)整了預(yù)應(yīng)力損失值，提高了高強鋼絲的張拉控制應(yīng)力允許值。在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的疲勞計算方面也作了較大修改。

7、正常使用極限狀態(tài)

對于嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，給出了在荷載短期效應(yīng)組合下不出現(xiàn)拉應(yīng)力的驗算公式；對一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，給出了在荷載長期效應(yīng)組合下不出現(xiàn)拉應(yīng)力、在短期效應(yīng)組合下出現(xiàn)拉應(yīng)力但不超過允許值的驗算公式。對預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的受拉鋼筋建立了“等效應(yīng)力”的概念，

8、構(gòu)件

對于柱的計算長度，除單層廠房外，規(guī)范中實際上僅對無側(cè)移框架作出了規(guī)定。規(guī)范分無側(cè)移、有側(cè)移但有較少約束、有側(cè)移且基本上無側(cè)向約束三種情況分別規(guī)定了柱的計算長度。在受彎承載力方面，根據(jù)疊合構(gòu)件受拉鋼筋應(yīng)力超前現(xiàn)象，規(guī)定了控制條件，以防止受拉鋼筋在使用階段達到屈服強度；在受剪承載力方面，給出了疊合面受剪承載力公式，當(dāng)配箍率低時，斜截面受剪控制箍筋用量，當(dāng)配箍率高時，疊合面受剪控制箍筋用量；在正常使用極限狀態(tài)方面，根據(jù)疊合構(gòu)件分兩個階段受力的特點，給出了剛度和裂縫寬度計算公式。

9、結(jié)構(gòu)分析

“結(jié)構(gòu)分析”基本原則的內(nèi)容，包括對荷載效應(yīng)最不利組合的要求；結(jié)構(gòu)整體效應(yīng)分析及特殊受力部位局部分析的要求；計算簡圖的確定原則；結(jié)構(gòu)分析基本條件的要求等。提出了線彈性分析方法、考慮塑性內(nèi)力重分布的分析方法、塑性極限分析方法、非線性分析方法及試驗分析方法等混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析方法，并對各種方法的應(yīng)用條件及計算原則作出了規(guī)定。同時，對結(jié)構(gòu)分析的電算程序提出了要求。給出了混凝土在多軸應(yīng)力狀態(tài)下的強度破壞準則及混凝土在受拉、受壓狀態(tài)下的本構(gòu)（應(yīng)力一應(yīng)變）關(guān)系。

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