淺談混凝土結構設計原理

【摘要】目前在世界范圍內，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用混凝土，充分發揮混凝土的優勢。 要讓混凝土更好地為人類服務與環境協調發展，進一步促進混凝土科技進步， 為不斷探索發展途徑和技術創新奠定基礎，必須掌握混凝土的強度、 工作性、耐強度久性等各方面性能。 目前混凝土技術已進入高科技時代， 品種不斷增加， 應用領域不斷擴大，結構設計方法也在不斷完善。然而規范是結構設計的技術文件，在結構設計方面起著重要的指導作用，反映著一個國家和地區技術和經濟發展的水平。技術先進、安全適用、經濟合理、經久耐用是制定結構設計規范的基本原則，混凝土結構設計方法和規范的發展也經歷了不同的過程。

【關鍵詞】混凝土結構 設計方法 規范

中國建筑科學研究院建筑結構研究所《鋼筋混凝土結構設計規范》管理組組織全國有關高等院校、科研、設計、施工單位，針對當時規范存在的問題和工程建設中存在的帶有普遍意義的新技術、新材料、新結構問題，有計劃地開展了三批鋼筋混凝土結構設計規范課題的研究。對研究成果進行了分級鑒定和審議，出版了《鋼筋混凝土結構研究報告選集》，一些研究成果同時發表在國內的相關刊物上。通過這三批課題的研究，獲得了大量的試驗數據和理論成果。并修定了相關設計規范。

1、結構可靠度設計體系

我國于1984年頒布了《建筑結構設計統一標準》。修訂組在《統一標準》規定的分項系數設計表達式的基礎上，首先對軸心受拉構件進行可靠度分析，確定鋼材強度分項系數，然后對軸心受壓構件按已知作可靠度分析，再確定混凝土強度分項系數。最后，在鋼材強度分項系數和混凝土強度分項系數都確定的情況下，分析計算公式的不定性，確定構件承載力計算公式中的系數，從而建立了相關規范中的可靠度設計體系。

2、正截面承載力計算

相關規范的受彎和受壓（包括大小偏心受壓）承載力計算公式基本是根據對試驗結果的分析建立的。對于復雜的情況，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力一應變曲線，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件正截面承載力的計算建立在科學的體系之上。

3、受剪承載力計算

規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、偏心受拉構件的受剪承載力則無法計算，而預應力混凝土構件中預應力對受剪承載力的有利作用也不能考慮。規范包括了軸向壓力、軸向拉力、預應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

規范中以變角空間桁架的概念為基礎，適當考慮混凝土的抗扭作用，建立了受扭承載力計算公式。規范的受扭承載力計算只適用于鋼筋混凝土矩形截面構件，擴展到預應力混凝土構件、I形、T形截面構件，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

規范中沖切承載力的計算過于保守，將沖切計算的系數調低約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，當構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、預應力混凝土

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

7、正常使用極限狀態

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

8、構件

對于柱的計算長度，除單層廠房外，規范中實際上僅對無側移框架作出了規定。規范分無側移、有側移但有較少約束、有側移且基本上無側向約束三種情況分別規定了柱的計算長度。在受彎承載力方面，根據疊合構件受拉鋼筋應力超前現象，規定了控制條件，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，當配箍率低時，斜截面受剪控制箍筋用量，當配箍率高時，疊合面受剪控制箍筋用量；在正常使用極限狀態方面，根據疊合構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、結構分析

“結構分析”基本原則的內容，包括對荷載效應最不利組合的要求；結構整體效應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；結構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構的結構分析方法，并對各種方法的應用條件及計算原則作出了規定。同時，對結構分析的電算程序提出了要求。給出了混凝土在多軸應力狀態下的強度破壞準則及混凝土在受拉、受壓狀態下的本構（應力一應變）關系。

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