高性能混凝土应用技术指南-结构设计要求.pdf

高性能混凝土应用技术指南高性能混凝土应用技术指南2015年年1月月13日日结构设计要求结构设计要求中国建筑科学研究院中国建筑科学研究院朱爱萍朱爱萍 副研究员副研究员提纲一、基本要求二、主要设计参数取值三、设计计算及验算四、构造要求五、后续研究基本要求基本要求3 普通高性能混凝土结构设计应符合标准：普通高性能混凝土结构设计应符合标准：–《《混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范》》GB 50010–《《建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范》》GB 50011–《《混凝土结构耐久性设计规范混凝土结构耐久性设计规范》》GB/T 50476–《《高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程》》JGJ 3特种高性能混凝土结构设计尚应符合各专项标准：特种高性能混凝土结构设计尚应符合各专项标准：–《《轻骨料混凝土结构技术规程轻骨料混凝土结构技术规程》》JGJ 12–《《纤维混凝土结构技术规程纤维混凝土结构技术规程》》CECS 38 –行标行标《《钢纤维混凝土结构设计规程钢纤维混凝土结构设计规程》》在编在编提纲一、基本要求二、主要设计参数取值三、设计计算及验算四、构造要求五、后续研究 4.2.1 高性能混凝土强度确定方法高性能混凝土强度确定方法–《《混凝土强度检验评定标准混凝土强度检验评定标准》》GB/T 50107–按立方体抗压强度标准值确定按立方体抗压强度标准值确定–按标准方法制作、养护的边长为按标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体试件，在的立方体试件，在28d或设计规定龄期以标准或设计规定龄期以标准试验方法测得的具有试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值保证率的抗压强度值 4.2.2 轴心抗压强度的标准值、轴心抗拉强度的标准值轴心抗压强度的标准值、轴心抗拉强度的标准值–轴心抗压强度标准值：轴心抗压强度标准值：fck= ，其中0.88为修正系数，考虑结构中混凝土实体强度与立方体试件强度的差异；αc1为立方体抗压强度换算为棱柱体抗压强度的系数，C50及以下取0.76，C80取0.82，中间线性差值； αc2为脆性折减系数， C40及以下取1.0，C80取0.87，中间线性差值。

–轴心抗拉强度标准值：轴心抗拉强度标准值： ftk=–钢纤维混凝土轴心抗拉强度标准值：钢纤维混凝土轴心抗拉强度标准值：主要设计参数取值主要设计参数取值 4.2.3 轴心抗压强度的设计值、轴心抗拉强度的设计值轴心抗压强度的设计值、轴心抗拉强度的设计值– 强度标准值除以材料分项系数，混凝土的材料分项系数为强度标准值除以材料分项系数，混凝土的材料分项系数为1.4主要设计参数取值主要设计参数取值 4.2.4 变形参数：弹性模量、剪切变形模量及泊松比变形参数：弹性模量、剪切变形模量及泊松比–弹性模量：弹性模量：–剪切变形模量：剪切变形模量：Gc=0.4Ec–泊松比：泊松比：0.20–混凝土的组成成分不同，变形性能也有所不同，当有可靠试验依据时，可根据实测混凝土的组成成分不同，变形性能也有所不同，当有可靠试验依据时，可根据实测数据确定弹性模量等数据确定弹性模量等主要设计参数取值主要设计参数取值提纲一、基本要求二、主要设计参数取值三、设计计算及验算四、构造要求五、后续研究承载力极限状态计算承载力极限状态计算– 含义：含义：钢筋混凝土和预应力混凝土结构构件达到最大的设计承载力，或达到不适于继续承载的极限变形时所对应的承载力– 主要内容：主要内容： 正截面、斜截面、扭曲截面、冲切、局压和疲劳– 特殊构件：特殊构件：深受弯构件、牛腿、叠合式构件– 承载力计算表达式：承载力计算表达式：– 应力设计的表达：应力设计的表达：内力等代法；三维应力设计的多轴强度准则设计计算及验算设计计算及验算 正常使用极限状态验算正常使用极限状态验算–表达式：表达式：S（荷载组合效应）≤C（限值）–变形控制：变形控制： 受弯构件的挠度限值按构件类型确定相对挠度限值，可根据使用要求加严反拱挠度的限值–裂缝宽度验算：裂缝宽度验算：一级：消压状态(零应力控制)； 二级：不开裂(抗拉强度控制)；三级：裂缝宽度控制，裂缝宽度限值表。

荷载：标准组合-一、二级及三级预应力构件；准永久组合-钢筋混凝土构件及不利环境预应力构件最大裂缝宽度限值表：根据构件类型、裂缝控制等级、环境类别确定；最大裂缝宽度限值：0.1、 0.2、 0.3、( 0.4)mm；可根据具体工程情况作适当调整设计计算及验算设计计算及验算变形应力裂缝宽度自振频率 4.3.1 受弯构件计算受弯构件计算–主要考虑弯矩平衡、力的平衡及受压区高度主要考虑弯矩平衡、力的平衡及受压区高度–简化计算：简化计算：受压区混凝土的应力图形可简化为等效的矩形应力图–矩形应力图的受压区高度矩形应力图的受压区高度x：：截面应变保持平面假定所确定的中和轴高度乘以系数β1当混凝土强度不超过C50， β1取为0.80；混凝土强度级为C80时，β1取为0.74，其间按线性内插法确定–矩形应力图的应力值：矩形应力图的应力值：由混凝土轴心抗压强度设计值 乘以系数α1确定当混凝土强度等级不超过C50时， α1取为1.0，当混凝土强度等级为C80时， α1取为0.94，其间按线性内插法确定–当混凝土强度等级大于当混凝土强度等级大于C80：： β1、 α1可仍按线性插值取值，但削弱了高强混凝的作用。

设计计算及验算设计计算及验算 4.3.2 受压构件计算受压构件计算–正截面受压承载力：正截面受压承载力：（公式1）当普通钢筋的配筋率大于3%时，要扣除钢筋面积–配置螺旋式或焊接环式间接钢筋的配置螺旋式或焊接环式间接钢筋的正截面受压承载力：正截面受压承载力：（公式2）式中：α为间接钢筋对混凝土约束的折减系数：当混凝土强度等级不超过C50时，取1.0当混凝土强度等级为C80时，取0.85，其间按线性内插法确定注： 按（公式2）算得的构件受压承载力设计值不应大于按（公式1）算得的构件受压承载力设计值的1.5倍；不应计入间接钢筋的影响的情况：1）当l0/d >12时； 2）当按（公式2)算得的受压承载力小于按（公式1）算得的受压承载力时； 3）当间接钢筋的换算截面面积 小于纵向钢筋的全部截面面积的25%时设计计算及验算设计计算及验算 4.3.3 受剪构件计算受剪构件计算–截面控制：截面控制：防止构件截面发生斜压破坏(或腹板压坏)；限制在使用阶段可能发生的斜裂缝宽度；构件斜截面受剪破坏的最大配箍率条件–受剪承载力受剪承载力：不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类构件：不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类构件：配置箍筋的配置箍筋的矩形、矩形、T形和形和I形截面受弯构件形截面受弯构件：：配置弯起钢筋：配置弯起钢筋：计算截面：计算截面：支座边缘处的截面、 受拉区弯起钢筋弯起点处的截面、 箍筋截面面积或间距改变处的截面、 截面尺寸改变处的截面。

设计计算及验算设计计算及验算 4.3.4 其他受力构件其他受力构件–扭曲截面承载力计算：扭曲截面承载力计算：受力特点：受力特点：截面剪应力流呈扇形分布，外大内小，构成环流；沿表层配置的纵筋、箍筋承担斜向主拉应力；斜向螺旋状裂缝；很少纯扭构件截面控制：截面控制：保证构件在破坏时混凝土不首先被压碎受扭承载力：受扭承载力：受扭塑性抵抗矩Wt；矩形、T形、I形、箱形截面受扭承载力计算受扭截面的复合受力计算：受扭截面的复合受力计算：压扭、拉扭、剪扭、弯剪扭、压弯剪扭、拉弯剪扭–受冲切承载力计算：受冲切承载力计算：受力特点：受力特点：剪切的一类（具有45°四面受剪的特点）；沿刚性角斜面锥状冲切；多发生在板柱节点不配置箍筋或弯起钢筋的受冲切承载力：不配置箍筋或弯起钢筋的受冲切承载力：开口影响开口影响 ：：板中开孔会减小冲切的最不利周长，降低板的受冲切承载力阶形基础：阶形基础：其冲切破坏可能会在柱与基础交接处或基础变阶处发生， 与阶形基础的形状、尺寸有关设计计算及验算设计计算及验算 4.3.4 其他受力构件其他受力构件–局部受压承载力计算：局部受压承载力计算：受力机理：受力机理：围箍效应、锥劈模型、约束混凝土原理。

截面尺寸：截面尺寸：计算底面积：计算底面积： Ab按同心、对称的原则确定配置方格网或螺旋式间接钢筋的局压承载力：配置方格网或螺旋式间接钢筋的局压承载力： 受压承载力计算 方格网式配筋为避免长、短两个方向配筋相差过大而导致钢筋不能充分发挥强度，规范规定钢筋网两个方向上单位长度内钢筋截面面积的比值不宜大于1.5体积配筋率： 螺旋式配筋体积配筋率： 构造要求：配置范围；方格网式钢筋，不应少于4片；螺旋式钢筋，不应少于4圈设计计算及验算设计计算及验算提纲一、基本要求二、主要设计参数取值三、设计计算及验算四、构造要求五、后续研究 4.4.1 伸缩缝间距伸缩缝间距–伸缩缝：伸缩缝：膨胀缝(伸缝)收缩缝(缩缝)合称伸缩缝，属于结构缝的一种–设置伸缩缝的目的：设置伸缩缝的目的：为了减小由于温差（早期水化热或使用季节温差）和体积变化（施工期或使用早期的混凝土收缩）等间接作用效应积累的影响，将混凝土结构分割为较小的单元，避免引起较大的约束应力和开裂–混凝土结构的裂缝问题：混凝土结构的裂缝问题：性质：性质：多为温度、收缩等因素引起的间接裂缝影响：影响：间接作用引起的约束和开裂基本不影响安全，但可引起耐久性问题或影响结构的正常使用功能。

问题：问题：对使用功能（渗漏、观感）的影响直接影响用户的生活和利益，易引发矛盾难度：难度：调研表明，间接裂缝的影响因素多、不确定性大，随着目前混凝土结构材料的变化，各种添加剂的增多，强度提高，间接裂缝的影响逐步增大构造要求构造要求 4.4.1 伸缩缝间距伸缩缝间距–伸缩缝间距设置原则：伸缩缝间距设置原则：鼓励设计因地制宜解决；分别列出可以放松或加严的条件，供设计人员参考–钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距可按可按表表4.4.1确定构造要求构造要求 4.4.1 伸缩缝间距伸缩缝间距–伸缩缝间距宜适当减小（加严）的情况：伸缩缝间距宜适当减小（加严）的情况：1. 柱高（从基础顶面算起）低于8m的排架结构；2. 屋面无保温、隔热措施的排架结构；3. 气候干燥地区、夏季炎热且暴雨频繁地区或经常处于高温作用的结构；4. 采用滑模类工艺施工的各类墙体结构；5. 混凝土材料收缩较大，施工期外露时间较长的结构–伸缩缝间距可适当增大（放松）的情况：伸缩缝间距可适当增大（放松）的情况：1. 采用低收缩混凝土材料，采取分仓浇筑、后浇带、控制缝等施工方法，并加强施工养护；2.采用专门的预加应力或增配构造钢筋的措施；3.采取减小混凝土收缩或温度变化的措施。

当增大伸缩缝间距时，尚应考虑温度变化和混凝土收缩对结构的影响构造要求构造要求 4.4.2 保护层厚度保护层厚度–保护层的作用：保护层的作用：锚固作用：锚固作用： 提供钢筋与混凝土的粘结应力，实现变形协调耐久性能耐久性能：：形成钢筋的保护层，防止水、氧气、酸性介质、氯离子等有害物质入侵引起钢筋锈蚀防火作用：防火作用：提供钢筋的耐火性能，延长耐火时间–保护层厚度设计中的问题：保护层厚度设计中的问题：设计矛盾：设计矛盾：根据锚固、耐久、防火要求应加大厚度；增加混凝土保护层厚度，减小截面有效高度，降低承载力，且增大了计算裂缝宽度影响因素复杂：影响因素复杂：钢筋间距、结构部位、环境类别、施工质量、使用年限等均有影响，且难以定量计算构造要求构造要求 4.4.2 保护层厚度保护层厚度–保护层最小厚度的规定：保护层最小厚度的规定：混凝土保护层：混凝土保护层：从混凝土碳化、脱钝和钢筋锈蚀的耐久性角度考虑，以最外层钢筋（包括箍筋、构造筋、分布筋等）的外缘计算混凝土保护层厚度锚固锚固-搭接要求：搭接要求：受力钢筋的混凝土保护层厚度不小于钢筋直径d 最小厚度的控制：最小厚度的控制：最外层钢筋（包括箍筋、拉筋、分布筋等构造钢筋）的保护层厚度查表4.4.2确定。