对混凝土结构新规范的几点认识.ppt

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1、对混凝土结构新规范的几点认识,材 料 的 进 步,新规范在材料方面的主要变化是将混凝土强度等级由原规范的C60提高到C80，并推出HRB400级钢筋（新级钢）作为主力钢筋取代原级钢筋的主力地位。热轧钢筋的分项系数为1.1，混凝土的分项系数为1.4，较原规范略有提高。,C80 C60,主力钢筋 HRB400级,在材料这一节中，较难以理解的是高强度混凝土抗压的脆性折减系数。,脆性折减系数,对C40以上混凝土考虑脆性折减系数，对C40取，对C80取，中间按线性规律变化。,因为在高强混凝土受弯构件中，构件的延性主要是由配筋率决定，适筋的高强混凝土受弯构件仍能够以较为延性的方式破坏；而在高强度混凝土柱中

2、，降低混凝土的抗压强度并不能改善柱的变形性能。按新规范条文说明，高强混凝土的强度变异系数比普通混凝土的还要低，因此脆性折减系数不是考虑高强混凝土的强度的变异性。,目前研究得尚不充分的是高强混凝土的徐变、收缩等。不知新规范为什么不从高强混凝土受弯构件、受压构件正截面承载力及延性的可靠度校准的角度，对高强混凝土的抗压强度进行折减，而引用结构概念不甚清楚的脆性折减系数。,这脆性折减系数只是降低了混凝土的强度，也就是说，当你使用C80级混凝土时，它的轴心抗压强度标准值和设计值本来分别是53.6N/mm2和38.4N/mm2或更高（高强混凝土的立方体棱柱体强度换算系数大于普通混凝土的换算系数），但是你只

3、能用到50.2 N/mm2和35.9 N/mm2对于受压构件，这使截面面积加大，一般而言，承载能力可靠度得以提高，但延性问题没有解决。,结 构 设 计 理 论 的 完 善,混凝土结构设计包括三大部分，其一是结构选型，其二是结构分析，其三是截面设计。结构选型与混凝土结构设计规范没有直接的关系，在高层、抗震等规范或规程中对于某种具体的结构有相应的规定。对于结构分析，例如，按混凝土结构课程的体系，分为连续梁板、排架结构、框架结构、高层结构等，桥梁专业则分为梁桥、拱桥、刚构桥、斜拉桥等。,一般而言，越是复杂的结构，由于结构类型而引起的结构分析的差异越小。之所以出现这种现象的原因在于复杂结构的结构分析大

4、多采用线弹性分析。以往的规范中简单的规定采用结构力学方法计算结构内力，实际上只适用于较为复杂而采用线弹性方法的结构内力计算。另一方面，计算机技术的发展，使得更为复杂的分析手段成为工程师的工具，例如，非线性分析方法。,新规范增加“结构分析”一章。新规范5.1.4 条规定结构分析应满足平衡、变形协调和物理条件，而5.1.5 条用宜的字样建议了5种结构分析方法。显然，可以不限于规范推荐的这几种方法。“考虑塑性内力重分布的方法”是以弹性分析为基础的塑性分析方法，所谓弯矩调幅法；,“塑性极限分析方法”不考虑弹性平衡条件，也不满足严格意义上的变形协调条件，只满足塑性分析中机动条件或运动条件。按新规范条文说

5、明，塑性分析方法主要是指双向板的极限平衡法。“结构试验分析方法”不大可能成为一种单独的分析方法，即使对于结构的某一局部，也很少见到结构设计完全由试验确定。它主要是用于验证性目的。,在5.2节“线弹性分析方法”中，最有意义的是将工程中既是约定俗成的但不时又有争议的计算简图的选取做了较为明确的规定。,在5.3节“其他分析方法”中，有两个中心内容，一个是考虑塑性内力重分布的结构分析，一个是非线性分析，这两种分析方法充分体现了混凝土结构的特点。如果说，“线弹性分析方法”既可用于混凝土结构，也可用于钢结构和砌体结构，但塑性分析和非线性分析与材料特性密切相关，其分析方法在几种不同类型结构之间的通用性显然是

6、十分有限的。,这一节还有两点应注意：（1）混凝土结构设计规范是大规范，此处“大”有两方面的意义，一是它比规程“大”，例如，连续梁、框架考虑塑性内力重分布的规程，高层结构规程。因此，其它某一类具体的结构设计规程必须服从大规范。,另一方面的“大”，是指新规范编制初期，想要成为建筑、桥梁、铁路、水工、电力、港工等行业的母规范，它是国家标准，而行业的混凝土结构设计规范是部颁标准。现在看起来并不成功，例如，在这一节中，出现了“房屋建筑”字样而不能包括桥面板，尽管桥面板也会出现由抗弯承载能力控制的塑性破坏，例如，Park和Clark等人的研究。,（2）规范以附录的方式，给出了混凝土受压和受拉的应力应变全曲

7、线以及多轴强度和破坏准则。这在学术上一直是有争议的，我们知道，简单受力状态，也就是所谓单轴受力状态，工程中一般是不需要进行非线性分析的。对于复杂受力状态，单轴应力应变曲线的可应用性很差。例如，梁的抗剪分析，众所周知的混凝土软化现象及参数在新规范的附录C中找不到。又例如，混凝土和钢筋之间的粘结滑移关系。这使得非线性分析在很大意义上只具有形式上的意义，而不大具有工程价值。,归纳起来，新规范在结构分析方面与老规范的比较，主要是理论体系更加完善，实质性的内容则增加在塑性分析和计算简图这两方面。,关于桥梁钢筋混凝土设计规范我国工程习惯依行业不同而变化，其中较为突出的是房屋建筑、公路桥梁和铁路桥梁。铁路部

8、门一直自成体系。近年来，公路部门有一定程度的开放。2001年，由原公规院提出公路桥涵钢筋混凝土结构设计规范的征求意见稿。经反复讨论形成送审稿，目前正在修改报批稿。桥梁新规范在很多地方与建工规范相同，与原桥梁85规范相比，变化很大。但有些方面还是有非常清楚的桥梁特点。,（1）设计计算要考虑施工过程。桥梁规范考虑三种设计状况：持久状况，短暂状况和偶然状况。其中，短暂状况就是考虑施工过程。建工规范没有这方面的专门规定。（2）桥梁规范没有专门的耐久性设计规定，设计基准期规定为100年。,（3）桥梁规范根据使用荷载下构件受拉边缘的应力状态，将预应力混凝土分为全预应力、A类部分预应力和B类部分预应力混凝土

9、。（4）桥梁规范关于混凝土徐变的计算比建工规范更细致。,(5）桥梁规范的抗剪计算公式考虑破坏时斜截面水平投影长度的影响，为承受移动荷载，求解最不利情况的斜截面承载力，得到混凝土抗剪贡献和箍筋抗剪贡献相乘的抗剪计算公式。（6）桥梁钢筋混凝土结构的构造钢筋部设有其自身的特点。例如，在梁中，大量使用弯起钢筋。其他构造钢筋用量也大大多于钢筋混凝土建筑结构。,关于铁路桥梁钢筋混凝土结构设计规范（TB10002.399），铁路桥梁钢筋混凝土结构设计规范（由铁道部发布）是国内很少几本采用容许应力法的设计规范之一。以常见的受力状态为例，简要说明如下。,（1）受弯构件计算的基本假定：受拉混凝土不承担拉应力，受压

10、区混凝土压应力为三角形分布，最大压应力不超过混凝土的容许应力。混凝土的容许应力大约为其强度等级的0.39（建工规范中混凝土抗压强度设计值为混凝土强度等级的0.450.48），I级钢筋的容许应力为130160MPa，II级钢筋容许应力为180230MPa。其中容许应力的计算用到换算截面抵抗矩的概念（计算超静定结构内力时用换算截面惯性矩）。,（2）偏心受压构件的计算与受弯构件基本相同。偏心距增大系数计算公式与现行公路桥梁钢筋混凝土结构设计规范的公式相同，以Euler荷载为主要变量。偏心受压构件要计算剪应力或最大主拉应力。（3）梁的受剪计算不考虑混凝土和抗剪钢筋的共同作用，计算混凝土的剪应力，截面控

11、制条件、构造配筋条件和计算配筋条件表现为三个不同的混凝土容许应力。,我对铁路规范不熟悉，以前曾研究过它的裂缝宽度计算公式。因为不了解铁路的荷载，对铁路规范采用容许应力法及相关的安全度无从做出评价。从铁路桥梁的荷载特点来看，如果以疲劳破坏为设计的主要控制目标，采用容许应力法也还是有道理的。在混凝土结构设计新规范（GB500102002）中，疲劳验算也是采用容许应力控制，受弯构件截面压应力分布也是三角形分布。（按一座铁路桥梁每天100列火车，每一列火车对中小跨径桥梁产生10次最大应力，一年的疲劳次数就可达到百万次级。,而建筑工程中承受疲劳荷载的结构，例如吊车梁，大约10年的疲劳次数达到百万次级。因

12、此，就疲劳而言，建工与铁路有数量级的差别）。无论如何，有一点是很清楚的，由于设计控制目标的不同，铁路桥梁钢筋混凝土结构设计规范的体系完全不同于建工规范和公路规范，工程习惯也有巨大的差别。国家标准混凝土结构设计规范（GB50010-2002）试图逐渐消除行业的差别，寻求统一的模式，道路显然是漫长的。,关于水工混凝土结构设计规范（DL/T 50571996）水工混凝土结构设计规范（由原电力工业部发布）是与建工规范最接近的规范。（原水工规范是1978年发布的，比原建工74规范要晚4年，建工规范于1989年发布，水工规范于1996年发布，很多地方参考了89建工规范和89以后的研究成果）。水工规范与国家

13、标准统一是毫无问题的。,从规范文本来看，水工规范将素混凝土结构的设计规定写入正文，建工规范是将其写入附录。此外，水工规范有一章专门规定温度作用下的设计，建工规范中没有。,对 结 构 可 靠 度 的 认 识,在修订混凝土结构设计规范的过程中，关于结构可靠度曾有较大的争论。两种截然不同的观点：（1）要大幅度提高结构安全度（不用可靠度这一名词）主要理由是：与英美等发达国家的结构设计规范相比，我国规范的安全度明显偏低；在近年的工程建设中，工程质量事故频繁发生；结构成本占建筑成本的比重不断下降，提高安全度的经济条件已经具备；,原规范有些条文在计算、构造等方面的规定存在明显不足；可靠度仅仅只是理论上的概念

14、，用于工程设计，既不方便又不准确。提高结构安全度将增加工程建设的一次性投资，但可降低结构维护费用，结构全寿命支出也会减少；政府颁布并实施规范，应以监督指导为主，提高安全度并使安全度的选择成为业主的行为而不是政府行为；等等。,(2)适当提高结构设计安全度 主要理由是：十余年的工程建设（自89规范以来，或者说自74规范以来）说明原设计规范的安全度基本满足国家经济建设和人民生活的要求；工程质量事故主要反映在施工验收规范和监理规范等方面，设计规范没有明显的漏洞；荷载取值偏低可调整荷载规范，加大荷载取值、增加荷载组合，这是适当提高安全度的一个方面；原规范本身的不足可以修订，这是适当提高安全度的另一方面；

15、,可靠度理论是结构设计的发展方向，这也是国际化趋势，不能退回到安全系数的概念；提高结构设计安全度乃至结构寿命全周期的安全度的一个重要措施是强化管理，规范的强制性条文也是其中之一，例如，新规范关于结构用途改变的规定就是强制性条文；等等。,陈肇元院士的观点：1）规范中的可靠指标与实际失效概率是虚拟的关系；2）规范可靠度方法缺乏对设计人员的友好性；3）规范的可靠度方法在理论与实践上脱节；4）规范可靠度方法在运用统计方法和处理统计数据中存在问题；5）三个正常的提法与安全性和可靠度概念之间存在矛盾。（见建筑结构第32卷第4期）,新规范最后是在“适当提高”的原则下修订的。具体表现在以下方面：（1）降低混凝

16、土的材料强度取值；（2）降低钢筋强度取值，例如，II级钢筋；（3）取消混凝土弯曲抗压强度指标；,（4）修改计算公式中的系数，如抗剪计算；（5）增加构造钢筋，明确构造措施；（6）进一步协调与施工验收规范的关系。总的可靠度提高510左右。,应当指出，今后的设计规范将会以“性能为基础”为主要发展方向。“以性能为基础”的设计可概括为：1）按房屋建筑的用途和业主的要求确定性能要求，即建立目标性能；2）选用合适的设计方法以满足目标性能；3）对每项性能进行评定，以判断所设计的房屋建筑是否满足目标性能。,我们在工程实践中常常遇到一个因规范调整而产生的安全度问题，由于房屋建筑用途的改变或使用年代较长需要对其进行

17、结构可靠性鉴定，显然可靠性鉴定必须依据结构设计规范，问题是依据哪个版本的规范，因为规范的可靠度在不断提高，按新规范，90年代建造的房屋结构的可靠指标只有3.23.7，而2002年以后的房屋结构达到3.54.0。,那么，以前建设的工程是否都需要加固或都偏于不安全呢？有一种观点认为，从理论上讲，可以认为旧有房屋不安全，因为你是站在现在的立场（新规范的立场），经济的发展、生活水平的提高、认识的深化，使你对安全度有更高的要求（规范代表了国家利益和公民的利益，或者说，政府对安全度有更高的要求）。,按现在的立场和观点，旧有房屋应该是偏于不安全。实际上，这里存在一个目标可靠度问题和失效概率的客观性问题。原规

18、范认为可靠指标等于3.2结构就是安全的，而新规范认为等于3.5才安全。那么等于3.2究竟安全还是不安全，这需要实践来检验，用概率论的观点看，就是这个事件实际发生的概率有多大。不幸的是，我们无法获取足够多的数据形成统计样本空间来评估结构的失效概率，这使得规范规定的失效概率包含了太多的主观概率成分。,已建房屋大多无需加固，因为你和业主都可以认为等于3.2的结构在目标使用年限内是安全的，这就是所谓主观概率。（主观概率的标准理解：概率代表了一种相信程度或者可信度，即基于手中对某一事件的证据，人们以多大程度认为该事件将会发生。持这种观点的先驱者们包括Bernoulli,Bayes，Laplace等。客观

19、概率认为事件发生的频率服从大数定律，即随着统计样本的增加，频率趋近于概率，这个概率是随机事件的客观规律，不以人们的意志为转移。,关 于 混 凝 土 结 构 的 耐 久 性,新规范引人注目的增加了关于混凝土结构耐久性的规定。迄今为止的研究表明，影响混凝土结构耐久性的主要因素包括：（1）混凝土碳化引起的钢筋腐蚀；这是影响耐久性的最主要的因素之一。混凝土的碳化又称为混凝土的中性化，它使混凝土逐渐丧失对钢筋的保护作用，水的侵入和暴露在空气中的条件使钢筋锈蚀。钢筋腐蚀又包括因混凝土碳化引起的腐蚀，其他侵蚀性介质腐蚀，高强钢筋的应力腐蚀，等等。,（2）碱集合料反应；水泥混凝土中集料与碱反应，生成碱硅酸盐凝

20、胶等反应产物，吸水后体积加大，造成混凝土的膨胀破坏。控制混凝土的碱含量是抑制碱集料反应的重要手段，常规的办法是采用低碱水泥和非碱活性集料。如果只能采用碱活性集料，则必须控制混凝土中的碱含量。,（3）氯离子腐蚀；氯化物是钢筋电化学腐蚀的一种活性剂，具有较高的吸附性，当混凝土中的氯离子达到一定含量时，即使混凝土未碳化（例如，混凝土的ph值达到11.5），钢筋也会被腐蚀。之所以称为氯离子腐蚀，就是区别于因混凝土碳化后的钢筋电化学腐蚀。混凝土本身一般不含氯离子，但外加剂，特别是寒冷地区冬季施加在混凝土桥面的除冰盐会使混凝土中包含氯离子（美国这一问题非常突出）。新规范控制混凝土中的氯离子含量，主要是控制

21、外加剂中的氯离子。,（4）混凝土的冻融反复破坏；引起混凝土冻融剥蚀的主要原因是混凝土微孔隙中的水，在温度正负交替作用下，形成冰胀压力和渗透压力联合作用的疲劳应力，在这种应力作用下，混凝土产生由表及里的剥蚀破坏。新规范未对混凝土的抗冻性做出具体规定，但原则是很明确的。,（5）冲刷和磨耗；新规范未做规定，建筑工程通常很少经受冲刷和磨耗作用,（6）环氧树脂涂层钢筋；国外自80年代开始在混凝土结构中采用，新规范对第三类环境（海洋及寒冷地区环境）的混凝土结构明确规定要求采用环氧树脂涂层钢筋。环氧涂层钢筋是采用静电喷涂环氧粉末工艺，在钢筋表面形成一定厚度的环氧防腐涂层，这种涂层可将钢筋与周围混凝土隔开，使

22、侵蚀性介质如氯离子等无法接触钢筋表面，从而避免钢筋受到腐蚀。建设部已颁布行业标准环氧树脂涂层钢筋（JG3042-1997）,并在国内建成环氧涂层钢筋加工厂，应用方面积累了一些经验。但相关的工程应用研究还不多见。,（7）其他原因导致的混凝土的腐蚀；新规范也未做具体规定，对于海水环境和受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境，混凝土结构的耐久性要求应符合有关标准的规定。,结构设计的基本原则：在概率意义上，结构抗力不小于作用效应。以上的关于耐久性的考虑主要是针对结构抗力，也就是说，随着时间的推移，混凝土和钢筋的腐蚀使结构抗力逐渐退化，在设计中应考虑影响抗力退化的种种因素。另一方面的考虑则是作用效应的考虑。

23、显然，按50年统计的荷载和按100年统计的荷载不一样，这是原规范设计基准期的概念（我们曾一再强调，设计基准期不等于结构寿命，不知不觉间，似乎两者又可相等了）。,在堤坝防洪设计中，我们有100年一遇或200年一遇的区别，100年一遇和200年一遇的洪水水位不一样，其代表值来源于统计分析。但在房屋建筑设计中，我们的统计数据并不充分，因此，只能靠0笼统的加以调整。,计 算 公 式 的 主 要 调 整,（1）正截面承载力 在混凝土受弯或受压构件的正截面承载力计算中，取消了原规范的弯曲抗压强度指标fcm，统一改用轴心抗压强度fc，由于在原规范中fcm1.1fc，这使得受弯和受压构件的可靠度提高。,从公式

24、的形式看，由于新规范要覆盖到高强混凝土结构，混凝土受压应力应变曲线的形式变得复杂，从而使统一的正截面计算公式也变得复杂。对于C50及C50以下的混凝土，计算公式和原规范公式相同，只是将原规范公式中的fcm 换为fc。,原规范在受压构件的计算中，引入附加偏心距，目的之一是协调偏心受压和轴心受压的关系。因为在小偏心受压计算中采用fcm而在轴心受压中采用fc，两者之间不协调，附加偏心距使偏心距很小的偏心受压构件的承载力降低，从而与轴心受压大体保持一致。新规范改用轴心抗压强度指标后，本可顺理成章的使轴心受压与小偏心受压联系起来，但对于偏心受压构件，fcm改为fc后，其可靠指标提高了，与之衔接的轴心受压

25、构件的可靠度也应提高。,新规范的解决方案是对轴心受压的承载力进行折减，因此，公式中增加了0.9这一系数。原规范公式 N(fc Ac+fyAs）新规范公式 N 0.9(fc Ac+fyAs）显然，这对初学者是很难理解的，因为规范无法对0.9这个系数给出物理意义的说明。,偏心受压构件计算中，还有一点变化较大，这就是规范关于短柱的定义。新规范规定当柱的长细比（lo/h）大于5时要考虑偏心距增大系数，也就是短柱的规定从原来lo/h8改为lo/h5，这进一步降低了偏心受压柱的承载力。值得注意的是，新规范对于轴心受压柱稳定系数的规定保持不变，轴心受压短柱的长细比的界限为lo/b8，在概念上这显然是有矛盾的

26、，因为理想的轴心受压并不存在，使得偏心受压柱产生二阶效应的因素同样使轴心受压柱产生二阶效应。,新规范保留了附加偏心距的规定，但附加偏心距与荷载偏心距e0无关。新规范的送审稿中，考虑柱端弯矩不等曾对偏心距增大系数做出重大调整，但正式版本中，还是采用原规范的计算方法，只是补充了考虑二阶效应的弹性分析方法。,（2）斜截面承载力 新规范条文说明较为详细的解释了抗剪计算的有关规定。现将新规范的主要修改之处列举如下：箍筋强度设计值提高到360N/mm2；混凝土承担的剪力由混凝土的抗拉强度表示；增加无腹筋受弯构件的抗剪计算公式，主要用于无腹筋板的支座抗剪计算，在计算公式中考虑了尺寸效应（纵筋的销栓作用）；,

27、降低箍筋的抗剪作用，不考虑剪跨比时其系数由原来的1.5降低为1.25，考虑剪跨比时由1.25降低为1.0。,由1.5降为1.25,由1.25降为1.0,改为ft,0.07fc改为0.7ft,在抗剪的计算及钢材的选用方面，影响较大的是箍筋强度的提高、混凝土承担的剪力由混凝土的抗拉强度表示以及箍筋抗剪承载力的降低。,当由计算决定箍筋用量时，因计算公式中的箍筋抗剪系数调低约20，混凝土承担的剪力也一定幅度减少，与原规范比较，如果不提高箍筋强度，意味着箍筋的用量会增加，在有些情况下，可能导致施工的困难。提高箍筋的强度与提高抗剪承载力可靠度是配套的措施相比较，提高的总体水平应在20左右。设计人员的习惯要

28、相应调整。将混凝土的抗剪承载力用混凝土的抗拉强度表示后，C20级混凝土和C80级混凝土比较，对于C20，如果Vc0.07fcbh0，对于C80，Vc=0.035fcbh0，两者相差近50。,教科书中将梁的抗剪承载力分为两部分，一部分由混凝土承担，另一部分由钢筋承担，并引用桁架理论对梁的抗剪机理进行描述。国际上，自80年代以来，软化桁架理论被认为是混凝土结构基本理论的一个重大突破，国内的资深专家也曾多次发表文章予以推介。按软化桁架理论，梁中混凝土承担的剪力应与混凝土的抗压强度相关，只是混凝土的抗压性能受到与受压方向垂直的方向上的拉应力影响而软化。,但很显然，由于高强混凝土梁的抗剪试验结果不支持软

29、化桁架理论，新规范不再采用桁架理论作为抗剪基本模型，而采用了更接近试验结果的统计结论。近三十年来，从74规范、89规范到2002规范，钢筋混凝土梁的抗剪计算方法经历了“极限平衡法”“桁架模型”“试验统计”这样一个过程。我们注意到，新规范一方面再追求规范体系的理论完备，另一方面，又用务实的观点接受试验事实。,有一点让初学者不大好理解：在正截面承载力计算中，我们忽略混凝土的抗拉强度，而在斜截面抗剪计算中，混凝土发挥的作用却由抗压改为抗拉。国际上，也有的规范中抗剪计算公式采用的混凝土强度指标为开根号的fc，这使得斜截面抗剪承载力与混凝土抗压强度不成线性关系变化。在教科书中，我们一直讲剪压破坏是混凝土

30、在正（压）应力和剪应力共同作用下的破坏。,我不太清楚，究竟是学院派的教授在机理上的确没有搞清楚抗剪问题，还是有些学术官员为了“国际接轨”而施加的压力。据我所知，抗剪的试验结果大多是满天星斗，高强混凝土也好不到哪里去。原规范出于不得已，同时考虑到安全度与74规范的一致性，采用偏下限解释0.07fcbh0以及箍筋的抗剪作用，新规范的条文说明中似乎不再强调偏下限（改称为偏下值），0.7ftbh0应该仍然保留了偏下限的含义。但既然有偏下限的含义，0.7ftbh0就无准确性可言。,在新规范的条文中，我们看到，混凝土的抗压强度仍然起着非常重要的作用，斜压破坏就是由混凝土的抗压强度所控制，而斜拉破坏由最小配

31、箍用钢量控制，处于两种破坏形态之间的剪压破坏的机理到底怎样描述呢？我们还能称剪压破坏为剪压破坏吗？因为计算模型中剪压破坏已改为由混凝土的抗拉强度所控制。,当然，应该承认，抗剪机理是一个十分复杂的问题，混凝土到底是压坏还是拉坏，学者们也有不同的看法（过镇海李宏、刘西拉的争论，已去世的蒋大骅教授用八面体剪应力解释剪压破坏，Kotsovos的压力路径观点，等等）。我谈这些看法无非是觉得既然大家都说不清楚，高强混凝土梁的试验结果也未见得是一边倒，我们完全可以坚持30年已有的观点，保持基本形式不变，因为调整计算公式和可靠度的办法有很多。,新规范增加了不配箍筋和弯起钢筋的板类构件的抗剪承载力计算公式，与梁

32、比较，混凝土承担的剪力在板中受尺寸效应的影响。这个规定很有意思，按条文说明，一般板类构件是指承受均布荷载的单向板。但在实际工程中，板厚大于800mm的板只可能是基础底板（厚的基础底板大多由抗冲切控制）。楼盖结构中的单向板不会受尺寸效应的影响。配置箍筋的梁的受剪尺寸效应不显著，有试验数据支持这个观点。,因此，在常规设计中，尺寸效应几乎不会起控制作用。应该指出，单向板的抗剪计算公式中混凝土的作用与板的抗冲切计算公式中的作用是相同的，公式的差别只在于破坏截面的计算，单向板计算支座截面抗剪，而无梁楼盖或柱下基础则计算柱周边截面。,新规范的抗剪计算公式更加全面，例如，增加了双向受剪计算公式等，在此不再一

33、一列举。,还有一点颇为费解之处，这就是新规范条文和条文说明的关系。例如，规范正文中，只规定了集中荷载产生的剪力值占支座总剪力75以上时，独立梁的抗剪计算要考虑剪跨比的影响，没有对集中荷载做规定。而在条文说明中指出，“当框架结构承受水平荷载时，由其产生的框架独立梁剪力值也归属于集中荷载作用产生的剪力值”。工程师也许不太明白，这是否也应视为与规范条文具有同等效力的设计规定。,至于风荷载在框架梁中产生的剪力为什么应归属于集中荷载产生的剪力，就更不得而知了，因为直接相关的试验研究太少了。与国外规范相比较，我国规范条文及说明中不给出参考文献，习惯上是举办培训班，聘请一些专家宣讲新规范。这样，有一些拍脑袋

34、定出来的条文就通过专家来解释而不留下文字把柄。,（3）抗扭承载力 抗扭计算在工程设计中用得不多，但按桁架模型，抗扭计算与抗剪计算有很多相通之处，作为对规范条文和钢筋混凝土结构机理的理解，关注抗扭计算的规定还是有必要的。,新规范的抗扭计算在基本原理方面没有重大的变化。按原规范的思想，其力学模型应为空间变角桁架模型（不能反映混凝土的作用）。结合试验结果，考虑混凝土对抗扭的贡献，抗扭承载力由混凝土承担的扭矩和抗扭钢筋承担的扭矩组成。其中混凝土承担的扭矩用混凝土的抗拉强度表示。,总结几种计算模式，压及偏压、局部受压、受弯等受力条件，混凝土的作用由混凝土的轴心抗压强度表示，而剪、扭、冲切等受力条件，混凝

35、土的作用由混凝土的轴心抗拉强度表示。由此看来，新规范对抗剪的修改也还是有所考虑的。,抗扭计算增加了以下内容：箱形截面的抗扭计算；考虑预应力作用对抗扭的有利影响；压弯剪扭构件的计算；协调扭转。,在常规工程设计中，最有意义的是新规范引入协调扭转的概念（箱形截面构件、预应力受扭构件、压弯剪扭构件在常规的工业与民用建筑中应用较少）。此处会有不同看法的可能是关于内力重分布的规定。新规范的第条规定：“对属于协调扭转的钢筋混凝土结构构件，受相邻构件约束的支承梁的扭转宜考虑内力重分布”。,对这条规定的两处深入讨论对理解规范有好处，第一，条文中的内力重分布实际上是指塑性内力重分布；规范在讨论连续梁、框架和双向板

36、时，并不回避“塑性”二字，而约束受扭构件的内力重分布也属于塑性内力重分布；受扭构件开裂、受扭钢筋屈服都应归于“塑性”因素。,第二，规范规定“宜”考虑内力重分布，并用注解说明，“当有充分依据时，也可采用其他方法”；按规范用词说明，在条件允许时，首先要用考虑内力重分布的计算方法；但现在的计算机程序都是采用线弹性分析方法，空间分析已得到了构件的扭矩，不考虑内力重分布就可直接根据程序计算的扭矩进行抗扭设计。这是否属于条件允许或有充分依据呢？,显然，按线弹性分析方法得到的结果进行结构设计是符合规范原则的，无须再考虑其他条件或依据。因此，条文中的“宜”改为“可”就好多了，考虑内力重分布的计算方法本就不宜作

37、为优先采用的方法，如果要说优先，还是优先采用线弹性方法比较合理。,（4）抗冲切承载力 抗冲切研究是近年来国际上研究的一个热点问题。美国ACI,ASCE的刊物上不时有关于混凝土板、特别是高强混凝土板抗冲切的文章。,冲切破坏是一种较为特殊的破坏。搁置在地基上的基础板和无梁楼盖的板柱节点可能发生冲切破坏。严格意义上冲切破坏也应该属于剪切破坏。与常规的简支梁板比较，冲切破坏不是发生在支座而是发生在荷载作用区域周边。因此，抗冲切承载力计算的主要内容之一就是计算破坏临界截面的周长。与抗剪计算不同，抗冲切计算一直沿用混凝土的轴心抗拉强度。,新规范的主要调整之处是提高了计算公式中的系数。抗冲切承载力由原来0.

38、6ftumh0的提高到0.7ftumh0，调整后的抗冲切承载力可靠度较原规范有所下降，但原规范的抗冲切可靠度偏高，调整后其可靠度应与抗剪持平或略高于抗剪。,新规范的抗冲切计算考虑了更多的影响因素，如预应力的作用，板柱节点邻近孔洞，柱的类型（边柱、中柱或角柱），尺寸效应等。,（5）裂缝宽度验算 裂缝宽度验算在原规范的基础上稍稍作了调整。圆括号中本应为（1.9c+0.07deq/te）但规范公式为（1.9c+0.08deq/te），使计算得到的裂缝宽度较原规范的计算结果要大一点。这使裂缝宽度极限状态的可靠度稍许提高。此外，钢筋应力不均匀系数的下限值从原规范的0.4改为新规范的0.2，使之更适合于配

39、筋率较低的情况。,原规范把截面抵抗矩塑性系数写入附录，新规范正式写入正文，增加“影响”二字，名为“截面抵抗矩塑性影响系数”。新规范将截面抵抗矩塑性影响系数基本值m较大幅度降低。例如，矩形截面,原规范m1.75，新规范m1.55。条文说明中解释，降低的原因是原规范假设受拉区应力分布为矩形，而新规范假设受拉区应力分布为梯形（受压区均为三角形应力分布）。从理论上看，梯形更为合理。变形验算没有大的修改。,构 造 措 施,构造设计是混凝土结构设计的核心之一。初学者很快学会配筋计算，但很长时间内对构造措施的理解十分肤浅，常常导致工程事故。新规范在构造措施方面做出了重大修改。总的趋势是全面增加构造钢筋用钢量

40、。择其要点简述如下。(1)明确了后浇带、预应力等技术措施可增大伸缩缝的间距。(2)混凝土保护层厚度与环境类别相联系。,(3)钢筋锚固长度由计算确定，例如，C20混凝土，级钢筋，直径20mm，原规范锚固长度为40d800mm，按新规范，锚固长度为765mm，其他条件不变，钢筋改为级，原规范为45d900mm，新规范为915mm；再取混凝土为C40，对于级钢筋和级钢筋，原规范锚固长度分别为600mm和700mm，新规范分别为490mm和600mm。,对于粗钢筋（钢筋直径为28mm及28mm以上），如果混凝土强度等级较高，按新规范计算的锚固长度也不会超过原规范的规定长度。新的规范计算方法显然更加合理

41、，但计算工作量加大。在有新的设计图表可供利用之前，按原规范的规定进行设计一般是可行的。,(4)对同一连接区段内的纵向受拉钢筋绑扎搭接接头面积百分率和搭接长度做出了规定，定义了“同一连接区段内的纵向受拉钢筋搭接接头”，还对钢筋连接的其他方面做出了规定。比原规范要细。设计人员通常不大关心这一部分，钢筋连接设计大多由施工单位完成。,(5)纵向受力钢筋的最小配筋率较原规范提高，受压构件的全部受压钢筋的最小配筋率由原规范的0.4%提高到0.6%，一侧受压钢筋仍保持为0.2%；受拉钢筋取消了0.15%一档，按C20混凝土计，对于I，II，和III级钢筋，45 ft/fy 对分别为0.24%，0.165%和

42、0.138%，按C40混凝土计，这三个数字分别为0.366%，0.257，0.214。对C30混凝土，II级钢筋，45 ft/fy 等于0.215%。可见，一般情况下，提高后的最小配筋率略高于0.2%。但对于高强度混凝土，最小配筋率可能较大幅度提高。,注意新规范的第条的规定，对预应力混凝土受弯构件：MuMcr，其中Mu为构件预应力混凝土受弯构件正截面承载力设计值，而Mcr为该构件开裂弯矩标准值，不知这两者之差是否出于新规范对预应力混凝土受弯构件少筋破坏概率的考虑，规范未对此作出解释。,构 件 基 本 规 定,（1）增加了板中的构造钢筋。分布钢筋对照如下：原规范：受力钢筋面积的10%，0.10配

43、筋率，300mm间距；新规范：受力钢筋面积的15%，0.15配筋率，250mm间距。在现浇板中，采用双层配筋（未配筋表面布置温度收缩钢筋），间距150200mm（比分布钢筋要求还要高），配筋率不宜小于0.1%。,（2）明确提出钢筋混凝土梁优先采用箍筋抗剪。加大纵向架立钢筋直径。梁侧纵向构造钢筋的配置起点由原规范的700mm梁高改为450mm梁高，间距由原规范的300400mm改为200mm。（3）原规范规定600mm边长及以上的柱设置复合箍筋，新规范改为400mm边长。这意味着工程中的大多数柱可能都要设置复合箍筋。,（4）剪力墙的水平分布钢筋：最小直径由6mm改为8mm；竖向分布钢筋：最大间距

44、由400mm改为300mm。（5）提高深梁纵向受拉钢筋、水平分布钢筋及竖向分布钢筋的最小配筋率。,抗 震 设 计,（1）一般规定 混凝土结构在进行抗震设计时，要采用不同的抗震等级。抗震等级与结构类型、房屋高度、设防烈度等因素有关。抗震等级概念是钢筋混凝土结构特有的（新的砌体结构设计规范也增加了抗震等级的规定）。它的作用主要是把结构性能和构件性能区别开，某种意义上讲，抗震规范应该主要着眼于解决结构的地震作用计算及相关的规定，而混凝土规范主要着眼于构件设计的有关规定。,对同一类型的结构，不同高度和不同地震设防烈度下，对具体的某一构件的性能的要求可能是相同的，为了用一个统一的尺度衡量构件的抗震性能，

45、混凝土结构设计规范引入了抗震等级这一概念。新规范在抗震等级方面做了如下调整：,对于框架结构，6度区放宽，7、8度区加严；对于剪力墙和框架剪力墙结构，基本上都放宽，个别情况与原规范相同；对框支剪力墙的规定加严；单层厂房排架柱的抗震等级规定与原规范相同；增加筒体结构的抗震等级规定。,原规范中就已采用承载力抗震调整系数RE，新规范保留了这一系数。这个系数是为了调整抗震设计的可靠度而设置的。也就是说，根据建筑抗震设计规范规定的地震作用和相应的地震作用分项系数来计算混凝土结构的可靠度，如果不采用RE调整构件承载力，则结构安全度水平将偏高。这个系数较为典型的反映了两本规范的不协调，很显然，弯、剪、压等受压

46、状态的调整系数不同，在结构机理上很难解释。,原规范仅适用于现浇钢筋混凝土结构，新规范取消了这一限制，从新规范条文字面理解，“混凝土结构的抗震设计”中的混凝土结构的含义，就是这本规范所覆盖的混凝土结构，包括了现浇钢筋混凝土、预应力混凝土、装配式钢筋混凝土等混凝土结构。尽管新规范的有关条文中并未完全包括（例如，装配式钢筋混凝土框架节点）相关内容，新规范的指导思想还是很明确的。在一般要求中，新规范对钢筋的锚固、连接等做出了规定。,（2）材料 在这一小节中，不大好理解的是关于钢筋强屈比性能的规定（第条）。原规范也对钢筋强屈比做了规定。新规范条文说明中，明确指出要求钢筋强屈比的“目的是使结构某个部位出现

47、塑性铰以后有足够的转动能力”，但是我们知道，塑性铰的转动能力并不是由钢筋的强屈比性能决定的。,对于受弯构件，钢筋屈服并经历了屈服平台以后，在后继的塑性转动过程中，如果受拉钢筋的应力持续增长，要保证塑性铰的转动能力，只有受压钢筋应力同步增长，否则，受压区混凝土的压应力不断增长将会导致破坏。因此，高的受拉钢筋强屈比不见得会增加或保证塑性铰的转动能力。,新规范在第条中，还规定钢筋屈服强度实测值与钢筋强度标准值之比不大于1.3。按常规的理解，热轧钢筋的强度标准值与强度实测值的关系是95保证率的关系：强度标准值强度平均值1.645倍的强度标准差，式中，强度平均值可理解为强度实测值，因此这条规定相当于规定

48、了钢筋强度的变异系数不大于14。这对大多数热轧钢筋都是可以满足的。问题是既然钢筋标准已经保证了钢筋的超强性能，那么在结构标准中为什么又以另一种形式加以规定呢?,实际上，新规范条文中的钢筋强度实测值不是可靠度意义下的平均值，而是针对具体工程中使用的某一种钢筋的实测值，也就是说，有抗震要求的钢筋混凝土结构，在施工现场的材料检验中，应对钢筋的超强指标进行检验。设计人员通常不会关注这条规定。因此，这条规定也应在混凝土结构的施工验收规范中体现。在原规范中有一条注解说明了这一点，新规范删除了注解，也许会让初学者产生一点迷惑。,（3）框架梁及框架柱新规范中框架梁的基本规定与原规范相同。主要差别在于新规范进一

49、步强调“强剪弱弯”，加大了抗震剪力设计值。框架柱除“强剪弱弯”的要求以外，还有“强柱弱梁”的要求，与原规范相比，新规范同时加大了框架柱的抗震剪力设计值和抗震弯矩设计值。与原规范相比，新规范更细致的考虑了框支柱、框架角柱的设计要求。此外，构造要求也更细致。,小 结,本文的目的不是对新规范进行全面评价，而是我这些年从事混凝土结构研究和教学的认识。多年来一直参加规范编制、混凝土结构理论研究和教学的沈蒲生教授、邹银生教授都是当年教过我的老师（更早的是王寿康教授，成文山教授，杨人伟教授等）。特别是邹银生教授，参加规范修编已历三届（教授、学者参加规范编制是一件很了不起的事，不仅仅是因为参加规范编制是官方对

50、你的学术成就的一种认可，而且你可以在规范中制定规则，让全国人民都遵守，从而实现你的学术价值），他对相关规定的来龙去脉无一不清清楚楚。请教沈老师、邹老师，使我受益匪浅。,在上面的文字中，大多是我个人的一些理解。我现在也当老师，讲课时常有诚惶诚恐的感觉，既担心墨守成规照本宣科，不能培养学生的创新精神，又怕信口开河将人引入歧途。因此，有些议论，仅供参考。如能引发各位的进一步思考，本文抛砖引玉的目的也就算达到了。,总的来看，新规范比原规范有较大的进展，无论是对设计深度的规定，还是规范的覆盖面，都大大超过原规范。还有一点要说明，新规范正式明确了强制性条文的地位，在文本中用黑体字标出。强制性条文使规范的作