混凝土结构设计方法

摘要：目前在世界范围内,混凝土作为用途最广、 用量最大的一种的建筑材料,研究混凝土的特点和性能可以更方便的应用混凝土,充分发挥混凝土的优势。 要让混凝土更好地为人类服务与环境协调发展,进一步促进混凝土科技进步, 为不断探索发展途径和技术创新奠定基础,必须掌握混凝土的强度、 工作性、耐强度久性等各方面性能。 目前混凝土技术已进入高科技时代, 品种不断增加, 应用领域不断扩大，结构设计方法也在不断完善。然而规范是结构设计的技术文件，在结构设计方面起着重要的指导作用，反映着一个国家和地区技术和经济发展的水平。技术先进、安全适用、经济合理、经久耐用是制定结构设计规范的基本原则，世界各国均是如此。我国与美国和欧洲相比，有着不同的社会历史背景，所以混凝土结构设计方法和规范的发展也经历了不同的过程。

关键词：混凝土结构；设计方法；规范

中图分类号：TV331文献标识码： A

一、国内混凝土结构设计方法的发展史

混凝土作为建筑材料始于1949年之前，是我国遭受帝国主义铁蹄践踏和外国列强蹂躏的悲惨时期，国家衰败，人民饥寒交迫。在这种条件下，不可能有专门的人员和机构从事混凝土结构设计理论和方法的研究，中国自己的研究成果属于空白。

1949年新中国成立，人民当家作主，国家百废待兴，全国范围内开展了大规模的基础建设活动。没有设计规范，就不能保证工程结构要求的使用功能和安全性，鉴于当时我国的实际情况，唯一可行的办法就是照抄国外的规范。计规范原建筑工程部20世纪60年代后期批准的《钢筋混凝土结构设计规范》(BJG 21―66)，就与前苏联规范HNTY 123 ―55一模一样，只有个别术语的译名重新进行了定义和命名，没有预应力混凝土结构设计的内容。

我国于1971年开展了一轮全面制定和修订工程建设标准规范的活动，并于1974年颁布了一批各材料结构的设计规范，其中包括《钢筋混凝土结构设计规范》(TJ 10―74)。由于规范的编制是一个资料和研究成果长期积累的过程，受历史的影响，同时考虑规范的过渡，TJ10―74仍然是主要参照前苏联预应力混凝土结构设计规范（CH10-57）制定的，增加了预应力混凝土结构设计的内容，修改了过于陈旧的斜截面承载力设计理论与设计方法，但已开始吸收一些英美国家先进标准规范的内容，当发现两者差别较大时，仍以前苏联规范为准进行修改。

(1) 结构可靠度设计体系

(2) 受剪承载力计算

(3) 正截面承载力计算

(4) 受扭及弯剪扭承载力计算

(5) 冲切和局部受压

(6) 正常使用极限状态

二、国外混凝土结构设计方法的发展史

在美国，与混凝土材料、混凝土结构设计及混凝土其它方面有关的发展都与美国混凝土协会（ACI）的活动有关，ACI的发展和壮大受美国建筑市场的推动。所以，美国混凝土结构设计方法的变革反映在ACI的一系列活动中

1910年，对钢筋混凝土柱和无梁楼盖的设计受到关注。同年4月，《钢筋混凝土建筑规程》颁布。到1912年，NACU已经了14个标准，NACU的标准受到广泛的认可，为多个城市的建筑管理规定所采用。

《钢筋混凝土建筑规范》是ACI与混凝土用钢协会共同努力的结果。两个先前相互独立的规范进行了协调，形成城市建筑设计的共同规范。与规范并行，Arthur R．Lord提供了一套完整的设计图表，包括了很大范围强度的混凝土。除柱外，当时强度为2000Psi（14Mpa）的混凝土应用很普遍

1969年，ACI颁布了两个关于现浇混凝土管的建议标准，一是管的设计、制作和检验，一是施工规定。

1969―1970年ACI的一个重要进展是ACI与CEB（欧洲混凝土协会）在钢筋混凝土和预应力混凝土设计符号方面取得一致。

1970年建议的符号标准在1971年被采用。

1971年，ACI319―71规范规定采用极限状态设计法进行设计，将容许应力法列为可选的方法。

1977年的ACI建筑规范的特点是便于阅读。为简化设计应用，1978年出版了柱按极限强度方法设计的手册，以及对手册的补充，包括钢筋混凝土板体系的设计和分析，ACI还出版了固定近海混凝土结构的设计和施工指南。

20世纪80年代，纤维混凝土的应用有了很大的发展。

1988年ACI544委员会编写了钢纤维混凝土配合比设计、拌和、浇注及抹光的指南和设计分析。

1995年ACI318―95规范颁布。对预制混凝土作了较大的修改，主要是增加率结构整体性的规定。

三、欧洲混凝土结构设计方法

早在1975年，欧洲共同体委员会根据协议，就决定在土木建筑领域实施一个联合行动项目，建立一整套用于房屋建筑、土木工程结构和土木工程设计的标准，即欧洲规范。20世纪80年代末和90年代，在欧洲标准技术委员会CEN／TC―250的组织和协调下，首先编制了一套欧洲试行规范ENV1991―ENV1999.两年后将邀请欧洲标准化委员会成员提交正式评论以决定为了进一步要进行的工作。在经过一段时间的使用后，通过修订和补充，将欧洲试行规范转变为正式规范，即欧洲规范。，其中于1978年由欧洲混凝土委员会出版的第一卷《各类构件和材料的通用统一规则》是该体系的统一指导原则。它即采用近代建立的概率极限计算法，又采用工程结构设计中惯用的表达式，是较为先进和合理的。

结构分析是计算结构内力和变形的方法和过程。由于混凝土结构不同于力学计算中的理想结构，如由钢筋与混凝土两种材料组成，混凝土开裂后刚度降低，构件的塑性性能会使结构内力发生应力重分布等，不能直接采用经典的力学方法，而是根据混凝土结构的特点进行修改。我国规范GB 50010--2002、美国规范ACI 318一05和欧洲规范EN1 992―1―1：2004均规定混凝土结构可按线弹性方法、考虑内力重分布的分析方法和塑性分析方法。另外对于不能按杆系分析的混凝土结构或构件，美国和欧洲规范还规定可按压杆―拉杆模型分析和计算，是国外混凝土结构设计方法的一个新发展。

四、小结

对于混凝土结构和构件的二阶效应，我国规范只考虑有侧移的情况，美国和欧洲规范按无侧移和有侧移两种情况考虑。我国、美国和欧洲规范规定可直接通过考虑结构几何非线性效应的分析方法计算，也可在一阶分析的基础上，考虑弯矩增大系数近似计算。在弯矩增大系数法中，我国规范的计算方法比较简便，美国和欧洲规范的计算方法比较复杂，计算中与钢筋的面积有关。所以按美国和欧洲规范计算偏心受压构件的配筋时，要先鉴定钢筋面积，再验算承载力。

参考文献

1.崔京浩．简明土木工程系列专辑一伟大的土木工程．北京：中国水利水电出版社，2006

2.丁大钧，蒋永生．土木工程总论．北京：中国建筑工业出版社，1997