新旧规范中混凝土抗冲切承载力的对比
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9 结构构件的基本规定9.1 板(I)基本规定9.1.1混凝土板按下列原则进行计算:1两对边支承的板应按单向板计算;2四边支承的板应按下列规定计算:1)当长边与短边长度之比小于或等于2.0时,应按双向板计算;2)当长边与短边长度之比大于2.0,但小于3.0时,宜按双向板计算;当按沿短边方向受力的单向板计算时,应沿长边方向布置足够数量的构造钢筋;3)当长边与短边长度之比大于或等于3.0时,宜按沿短边方向受力的单向板计算。
条文说明:分析结果表明,四边支承板长短边长度比大于、等于3.0时,板可按沿短边方向受力的单向板计算;此时,沿长边方向配置本规范第9.1.7条规定的分布钢筋已经足够。
当长短边长度比在2~3之间时,板虽仍可按沿短边方向受力的单向板计算,但沿长边方向按分布钢筋配筋尚不足以承担该方向弯矩,应适当增大配筋量。
当长短边长度比小于2时,应按双向板计算和配筋。
9.1.2现浇混凝土板的尺寸宜符合下列规定:1板的跨厚比:钢筋混凝土单向板不大于30,双向板不大于40;无梁支承的有柱帽板不大于35,无梁支承的无柱帽板不大于30。
预应力板可适当增加;当板的荷载、跨度较大时宜适当减小。
2现浇钢筋混凝土板的厚度不应小于表9.1.2规定的数值。
表9.1.2 现浇钢筋混凝土板的最小厚度(mm)条文说明:本条考虑结构安全及舒适度(刚度)的要求,根据工程经验,提出了常用混凝土板的跨厚比,并从构造角度提出了现浇板最小厚度的要求。
现浇板的合理厚度应在符合承载力极限状态和正常使用极限状态要求的前提下,按经济合理的原则选定,并考虑防火、防爆等要求,但不应小于表9.1.2的规定。
本次修订从安全和耐久性的角度适当增加了密肋楼盖、悬臂板的厚度要求。
还对悬臂板的外挑长度作出了限制,外挑过长时宜采取悬臂梁-板的结构形式。
此外,根据工程经验,还给出了现浇空心楼盖最小厚度的要求。
根据己有的工程经验,对制作条件较好的预制构件面板,在采取耐久性保护措施的情况下,其厚度可进一步减薄。
章节变动:预应力补充内容后由第6章调到第10章修订原则:∙提高安全储备,保证结构安全∙提高抗灾能力,以人为本∙完善耐久性设计∙高性能高强材料的应用∙规范合理分工协调修订的主要内容:(1)增加结构方案和结构防倒塌设计的原则,提高结构在偶然作用下的抗灾性能。
(2)面对我国大量既有建筑安全性与改造的迫切需要,增加既有结构设计的原则规定。
(3)调整正常使用极限状态的荷载组合,以及预应力构件的验算要求。
(4)增加楼盖舒适度的设计,控制结构竖向自振频率。
(5)完善耐久性设计方法,适当增加钢筋保护层厚度,提出了使用期维护、管理的要求。
(6)淘汰低强度钢筋,采用高强2高性能钢筋,提出钢筋延性(最大力下的总伸长率)的要求。
(7)解决配筋密集的困难, 提出并筋(钢筋束)配置的规定。
(8)扩充结构分析内容及各种效应的分析方法,提出非荷载效应(温度、收缩)分析的原则。
(9)完善结构构件考虑二阶效应的计算方法。
(10)适应复杂结构非线性分析及设计, 完善材料本构关系及混凝土多轴强度准则的内容。
(11)增加斜截面受剪承载力计算的安全性, 完善双向受剪设计方法, 调整冲切承载力计算。
(12)补充拉、弯、剪、扭复合受力构件设计的相关规定, 明确应力配筋的有关要求。
(13)调整正常使用极限状态裂缝宽度及刚度的计算方法, 计算结果略有放松。
(14)改进钢筋锚固和连接的方式, 补充完善机械锚固、机械连接等手段。
(15)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。
(16)在梁柱节点中引入钢筋机械锚固的有关规定, 简化锚固配筋构造。
(17)补充、完善各类装配整体式结构及叠合式(水平、竖向)结构的设计原则及构造要求。
(18)调整预应力混凝土收缩、徐变及新工艺、新材料预应力损失计算的规定。
(19)增加无粘结预应力的有关内容, 补充、完善各种预应力构件的配筋构造措施。
(20)调整混凝土构件抗震等级以及有关内力调整的规定, 提出抗震钢筋延性的要求。
收稿日期:2003-11-07 作者简介:张云峰(1974-),男(汉族),陕西渭南人,山东省地质矿产勘查开发局工程师、注册土木工程师(岩土),水文地质与工程地质专业,从事工程勘察及基础工程施工管理工作,山东省济南市历山路74号,(0531)6403469,yfeng_zhang@tom.com。
新规范承载力特征值与旧规范各承载力值异同浅析张云峰(山东省地质矿产勘查开发局,山东济南250013)摘 要:通过对枟建筑地基基础设计规范枠(GB50007-2002)(新规范)地基承载力特征值和旧规范地基承载力基本值、标准值、设计值的概念及确定方法的对比,进一步明确了它们之间的异同,对于工程勘察技术人员准确确定地基承载力特征值有一定帮助。
关键词:建筑地基基础设计规范;承载力;特征值;基本值;标准值;设计值中图分类号:TU47 文献标识码:B 文章编号:1672-7428(2004)04-0024-03 自从枟建筑地基基础设计规范枠(GB50007-2002)(以下简称新规范)发布实施以来,承载力特征值一度成为岩土工程勘察技术人员当中的热门话题。
一段时间,很多技术人员对勘察报告中承载力特征值的取值难以把握,觉得不如以前承载力标准值那样容易确定。
现对新规范地基承载力特征值与枟建筑地基基础设计规范枠(GBJ7-89)(以下简称旧规范)中承载力各值作一分析比较,以期抛砖引玉,对大家有所帮助。
1 新规范地基承载力特征值的来源我国已加入WTO,考虑到与国际接轨,根据国外有关文献,相应于我国原规范中的“标准值”的含义,可以有特征值、公称值、名义值、标定值4种,在国际标准枟结构可靠性总原则枠ISO2394中相应术语直译为“特征值”,该值的确定可以是统计得出的,也可以是传统经验值或某一物理量限定的值。
此次修订后的新规范采用“特征值”一词,用以表示正常使用极限状态计算时采用的地基承载力的值,其涵义即为在发挥正常使用功能时所允许采用的抗力设计值,以避免过去一律提“标准值”所带来的混淆。
1 总则1.0.1为了在混凝土结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策,做到安全、适用、经济,保证质量,制定本规范。
条文说明: [本次修订根据多年来的工程经验和研究成果,并总结了上一版规范的应用情况和存在的问题,对部分内容进行了补充和调整。
适当扩充了混凝土结构耐久性的相关内容;引入了强度级别为500N/mm2级热轧带肋钢筋;对承载力极限状态计算方法、正常使用极限状态验算方法进行了改进;完善了部分结构构件的构造措施;补充了结构防连续倒塌和既有结构设计的相关内容等。
本次修订继承上一版规范为实现房屋、铁路、公路、港口和水利水电工程混凝土结构共性技术问题设计方法的统一的原则,修订组的组成包括了各行业的混凝土结构专家,以求相互沟通,使本规范的共性技术问题能进一步为各行业规范认可。
本次修订为实现各土木工程混凝土行业共性技术问题设计方法统一迈出了重要的一步。
]1.0.2 本规范适用于房屋和一般构筑物的钢筋混凝土、预应力混凝土以及素混凝土结构的设计。
本规范不适用于轻骨料混凝土及特种混凝土结构的设计。
条文说明: [本次修订补充了对结构防连续倒塌设计和既有结构设计的基本原则,同时增加了无粘结预应力混凝土结构的相关内容。
对采用陶粒、浮石、煤矸石等为骨料的轻骨料混凝土结构,应按专门标准进行设计。
设计下列结构时,尚应符合专门标准的有关规定:1 超重混凝土结构、防辐射混凝土结构、耐酸(碱)混凝土结构等;2 修建在湿陷性黄土、膨胀土地区或地下采掘区等的结构;3 结构表面温度高于100o C或有生产热源且结构表面温度经常高于60o C的结构;4需作振动计算的结构。
]1.0.3 本规范依据现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153及《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068的原则制定。
本规范是对混凝土结构设计的基本要求。
混凝土结构的设计除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
条文说明:[本规范依据工程结构以及建筑结构的可靠性统一标准修订,并与相关的标准、规范进行了合理的分工和衔接。
新、旧规范区别讲座一、混凝土结构设计规范1 材料1.1 混凝土2注:C60以上为高强混凝土砼的强度设计值应乘以0.8;当构件质量(如砼成型、截面和轴线尺寸等)确有保证时,可不受此限制。
2、离心砼的强度设计值应按专门规范取用。
421.1.4温度在0C到100C范围内时,砼线膨胀系数αc可采用1x10/C;砼泊松比νc可采用0.2;砼剪变模量G c可按砼弹性模量的0.4倍采用。
1.2钢筋2、当采用直径大于40mm的钢筋时,应有可靠的工程经验。
'应桉300n/mm2取用。
521.3 耐久性规定1.3.1混凝土结构的耐久性应根据环境类别和设计使用年限进行设计。
1.3.2一类、二类和三类环境中,设计使用年限为50年的结构混凝土2、预应力构件混凝土中的最大氯离子含量为0.06%,最小水泥用量300kg/m3;最低混凝土强度等级应按表中规定提高两个等级;3、素混凝土构仕的最小水泥用量不应少于表中数值减25kg/m3;4、当混凝土中加入活性掺合料或能提高耐久性的外加剂时,可适当降低最小水泥用量;5、当有可靠工程经验时,处于一类和二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级;6、当使用非碱性活性骨料时,对混凝土中的碱含量可不作限制。
1.3.3一类环境中,设计使用年限为100年的结构混凝土应符合下列规定:1、钢筋混凝土结构的最低混凝土强度等级为C30;预应力混凝土结构的最低混凝土强度等级为C40;2、混凝土中的最大氯离子含量为0.06%;3、宜使用非碱活性骨料;当使用碱活性骨料时,混凝土中的最大碱含量为3.0kg/m3;4、混凝土保护层厚度应按2.2.1条的规定增加40%;当采取有效的表面防护措施时,混凝土保护层厚度可适当减小;5、在使用过程中,应定期维护。
1.3.4二类和三类环境中,设计使用年限为100年的混凝土结构,应采取专门有效措施。
1.3.5严寒及寒冷地区的潮湿环境中,结构混凝土应满足抗冻要求,混凝土抗冻等级应符合有关标准的要求。
在进行混凝土构件设计,如板、基础、承台,经常会遇到是否要同时验算冲切和剪切的问题,规范针对不同的构件规定了必须验算的内容,但是对冲切和剪切概念上,仍有很多地方不甚清楚。
出于稳妥考虑,我们对冲切和剪切的概念和具体验算的选择做进一步的说明。
一、常见规范中对冲切和剪切承载力验算的条款下表总结了常见规范中对冲切和剪切承载力验算的条款:表一常见规范对冲切和剪切承载力的验算要求综合各现行规范,对验算冲切承载力的同时,是否要做抗剪验算,有如下结论:1.对普通板类构件,各规范未明确规定需要验算剪切承载力;2.对无筋扩展基础,各规范均要求对基地反力大于300Kpa的情况验算受剪;3.对扩展基础,国家地基规范在条文说明8.2.7和附录S中提到了柱下独立基础的斜截面受剪折算宽度,可见是应该做抗剪验算的;广东省地基基础规范9.2.7,明确要求验算墙下条基的受剪承载力,要求附加条件验算柱下矩形基础受剪承载力;4.对桩承台和梁板式筏板基础,各规范均明确要求同时验算剪切承载力。
5.由上可见,通常抗剪验算都是没法省略的。
各规范对冲切和剪切承载力验算的荷载取值、计算截面略有差别,选用公式时宜慎重。
二、对常见混凝土构件关于剪切和冲切对比的内容收集表二冲切和剪切的若干对比三、广东省建筑地基基础设计规范对冲切和剪切问题的看法广东省建筑地基基础设计规范对冲切和剪切问题的描述,参见条文说明9.2.7,摘录如下:“一般说来,柱下单独基础板双向受力,墙下条形基础板单向受力,冲切和剪切,其破坏机理类似,承载力均受混凝土的抗拉强度所控制。
不同的是剪切破坏面可视为平面,而冲切破坏面则可视为空间曲面,如截圆锥、截角锥或棱台及其他不规则曲面等。
故剪切又称单向剪切(one way sherar);冲切有时候也称冲剪,又称双向剪切(punching, two way shear)。
对于双向受力的柱下单独基础应验算控制截面的受冲切承载力,必要时应验算抗剪承载力;对于单向受力的墙下条形基础只需验算控制截面的受剪承载力……“实际工程中有这种情况,由于场地或者柱网布置所限,柱下独立基础长边与短边之比大于2,基础底板近乎单向受力,应验算基础的受剪切承载力。
6 承载能力极限状态计算6.1 一般规定6.1.1本章适用于钢筋混凝土、预应力混凝土构件的承载能力极限状态计算;素混凝土结构构件设计应符合本规范附录D的规定。
深受弯构件、牛腿、叠合式构件的承载力计算应符合本规范第9章的有关规定。
条文说明:钢筋混凝土构件、预应力混凝土构件一般均可按本章的规定进行正截面、斜截面及复合受力状态下的承载力计算(验算)。
素混凝土结构构件在房屋建筑中应用不多,低配筋混凝土构件的研究和工程实践经验尚不充分。
因此,本次修订对素混凝土构件的设计要求未作调整,其内容见本规范附录D。
02版规范已有的深受弯构件、牛腿、叠合构件等的承载力计算,仍然独立于本章之外给出,深受弯构件见附录G,牛腿见第9.3节,叠合构件见第9.5节及附录H。
有关构件的抗震承载力计算(验算),见本规范第11章的相关规定。
6.1.2对于二维或三维非杆系结构构件,当按弹性分析方法得到构件的应力设计值分布后,可按主拉应力设计值的合力在配筋方向的投影确定配筋量、按主拉应力的分布确定钢筋布置,并应符合相应的构造要求;混凝土受压应力设计值不应大于其抗压强度设计值,受压钢筋可按构造要求配置。
当混凝土处于多轴受压状态时,其抗压强度设计值可按本规范附录C.4的有关规定确定。
条文说明:对混凝土结构中的二维、三维非杆系构件,可采用弹性方法求得主应力的分布,其承载力极限状态设计宜通过计算配置受拉区的钢筋和验算受压区的混凝土强度进行保证。
按应力进行截面设计的原则和方法与原规范第5.2.8条的规定相同。
受拉钢筋的配筋量可根据主拉应力的合力进行计算,但一般不考虑混凝土的抗拉设计强度;受拉钢筋的配筋分布可按主拉应力分布图形及方向确定。
具体可参考行业标准《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057的有关规定。
对于二维尤其是三维受压的混凝土结构构件,校核弹性方法分析的受压应力设计值可考虑采用混凝土多轴强度准则,具体见本规范附录C.4的有关规定。
6.1.3 采用非线性分析方法校核、验算混凝土结构、结构构件的承载能力极限状态时,应符合下列规定:1 应根据设计状况和性能设计目标确定混凝土和钢筋的强度取值;2 钢筋应力不应大于钢筋的强度取值;3 混凝土应力不应大于混凝土的强度取值,多轴应力状态混凝土强度验算可按本规范附录C.4的有关规定进行。
新旧版本《混凝土结构设计规范》条文对比及说明对集中荷载作用下(包括作用有多种荷载,式中[说明:此次修订实质上仍保留了受剪承载力计算的两种形式,只是在原有受弯构件两个斜截面承载力计算公式的基础上进行了改整,具体做法是混凝土项系数不变,仅对一般受弯构件公式的箍筋项系数进行了调整,由1.25改为1.0。
适当提高截面受剪承载力的安全储备]式中:N——与剪力设计值V相应的轴向压力设计值,当N大于0.2f bh时,取0.2f bh;[说明:在剪力墙设计时,通过构造措施防止发生剪拉破坏和斜压破坏,通过计算确定墙中水平钢筋,防止发生剪切破坏。
在偏心受压墙肢中,轴向压力有利于抗式中:A sv——受剪承载力所需的箍筋截面面积;βt——一般剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数;当β小于0.5时,取0.5;当β式中A sv——受剪承载力所需的箍筋截面面积;βt——一般剪扭构件混凝土受扭承载力[说明:本条为此次修订新增的内容,具体见条文说明。
]2 受扭承载力[说明:本条给出了在轴向拉力、弯矩、剪力和扭矩共同作用下的钢筋混凝土矩形截面框架柱的剪、扭承载力设计计算公式。
与在轴向压力、弯矩、剪力和扭矩共同作用下钢筋混凝土矩形截面框架柱的剪、扭承载力βtσpc, m——板中计算截面周长上两个方向混凝土有效式中:f yv——箍筋的抗拉强度设计值,按本规2当配置弯起钢筋时式中A——与呈45°冲切破坏锥体斜截面预应力混凝土构件受拉区边缘纤维的混凝受拉区纵向普通钢筋的应力幅预应力筋的应力幅6.7.5 钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件正截面的混凝土压应力、拉应力以及钢筋的应力幅应按下列公式计算:1 受压区边缘纤维的混凝土压应力3 纵向受拉钢筋的应力幅6.7.10预应力混凝土受弯构件疲劳验算时,应计算下列部位的应力、应力幅:1 正截面受拉区和受压区边缘纤维的混凝土应力及受拉区纵向预应力筋、普通钢筋的应力幅;7.9.10 预应力混凝土受弯构件疲劳验算时应计算下列部位的应力:1正截面受拉区和受压区边缘纤维的混凝土应。
钢筋混凝土板柱结构抗冲切承载力影响因素分析摘要:钢筋混凝土板柱结构体系简洁、传力明确、布置灵活,可以有效降低建筑物层高,并且在降低建筑结构的材料用量以及加速建筑施工等方面有其突出的优越性,越来越被广泛应用到实际工程当中。
关键词:钢筋混凝土板柱结构承载力板柱体系也有其自身的薄弱环节,节点受力复杂,板柱节点除了要传递竖向荷载外,还要传递不平衡弯矩,冲切破坏没有任何征兆,属于脆性破坏,非常危险,实际工程中尽量避免。
在我国混凝土规范GB50010-2002[1]里,在不考虑配置冲切钢筋时板所承受的冲切承载力为:上述推导公式可知,板的抗冲切性能和柱截面尺寸、板厚、荷载作用面积及混凝土强度有关。
实验表明[2]抗冲切承载力与板有效高度近似呈线性关系,板抗冲切承载力随板厚的增大而提高。
但当板的厚度太大时,随着裂缝的开展,混凝土骨料间的咬合力越来越小,从而导致冲切承载力降低。
钢筋混凝土板的纵筋配筋率对板受冲切承载力的影响。
有实验表明[3]纵筋配筋率小于3%时,随着纵筋配筋率的增加,钢筋的销栓作用增强[4],混凝土骨料之间的咬合力提高,进而板的冲切承载力得到提高。
当纵筋配筋率超过3%以后,冲切承载力随配筋率的增加不再明显。
剪跨比对节点的抗冲切承载力也有影响。
剪跨比越小,冲切破坏锥体斜截面倾角越大,冲切承载力越高;反之,剪跨比越大,冲切破坏锥体斜截面的倾角越小,受冲切承载力就越小。
混凝土强度等级增加,对板的抗冲切能力提高的比较小[5]。
在板受冲切的过程中,有一部分纵筋会参与抗剪,成为纵筋的销栓作用,销栓作用对与板的抗冲切承载力提高有些许贡献,它可以提高混凝土骨料间的咬合作用,在一定程度上抑制板的斜裂缝的开展,且钢筋的直径越大,混凝土强度越高,销栓作用越明显。
当板冲切破坏时,纵筋会发生弯折,弯折段类似于一小段冲切钢筋,对提高板的冲切承载力贡献发挥到极限。
配置抗冲切钢筋时,冲切承载力计算公式[1]。
a为箍筋或弯起钢筋与板底之间的夹角。