我國混凝土結構設計規范基本構造措施的發展和展望

                         2020年7.2號 -寫作客戶不付款

     摘要：在國家經濟發展步伐不斷加快的環境下，建筑行業和土木行業迎來了新形勢下的大發展。作為相關行業不可或缺的組成部分，混凝土結構的設計規劃一直受到國家和行業的重視。而在混凝土結構設計規范中，其基本構造措施又是保障結構質量和穩定性能的基礎，是實現結構受力均勻，結構承壓平衡必不可少的主要環節。一方面，在基本構造措施的發展下，建筑工程項目的穩定性和安全性大大提高，為行業的有序發展和持續建設提供了必要的條件。另一方面，在構造措施的應用下，使得國家的建筑行業迎來了新的發展模式，質量優、造價低的工程項目就此衍生。故此，本篇文章就混凝土結構設計規范基本構造措施的發展，及其發展展望展開以下探討。
關鍵詞：混凝土結構，設計規范，基本構造措施，發展與展望
引言：中國的建筑大多是依靠混凝土和結構而建，可以說混凝土結構是國家建筑過程中最為常用并且最為主要的結構。因此，在進行相關結構的設計時，不僅要考慮多方面的設計因素，如：地基的承載能力、結構的受力分布狀況、相關的受力狀態和構件的承載性能等等。還要本著安全施工，合理建設的原則，保障結構的安全性能、實用性能和使用性能，尤為注意的是安全性能和使用性能，工程的建設需具有耐久、穩定的特點。
一、混凝土結構設計規范的基本概述
1.混凝土結構設計規范的發展背景
國家現行的混凝土結構設計規范制定于2010年，它是由中國建筑科學研究院、國家級別建筑高校、科研場所和相關的企事業單位共同制定的。規范按照國家住建部的標準和溫檢進行修訂，旨在進一步完善設計規范的體系。在修訂過程中，規范修訂組進行了各種專題研究，并采用定向調研的方式進行了廣泛的調查分析，總結和整合了近年來中國混凝土結構設計過程中問題和經驗，并將相關內容與相關標準規范相協調，采用對比參照國際先進標準規范的方式來完善相關的內容。在此基礎上，通過多種方式廣泛征求國內有關單位的意見，進行了試驗設計。主要問題反復修改，最后審稿定稿。根據原建設部的要求，中國建筑科學院及有關單位經過調查研究，認真總結實踐經驗，參考相關國際標準和國外先進標準，在廣泛借鑒的基礎上，對本規范進行了修訂征求意見。
2.混凝土結構設計規范的基本內容
在新的規范下，其內容和技術準則有了新的規定和制度。從大綱上看規范中的基本內容主要包括：規范的總則、規范設計的專業術語、建設過程的標識（符號和標志）、結構應用的材料、結構的受力分析（抗壓能力和承載能力）、結構最大的承力限度、構件制造的標準和規定、預應力和抗震力構件的設計等等。需要注意的是，與2002年設計規范不同的是，2010年的設計規范是進一步修訂技術形式，進一步改善技術規范的存在。其主要的完善修訂內容包括：第一，對結構設計的方案和流程進行了補充，完善了結構應急處理措施和預應力設計的要點及規定；第二，對受力極限狀態下的使用驗算有了新的規定；第三，帶肋鋼筋的等級發展了變化，三百兆帕斯卡級別的鋼筋取代了原有的鋼筋，新增了五百兆帕斯卡的帶肋鋼筋；第四，優化了構件的受力情況分析，尤其是符合受力情況，修改了承載力計算的公式和方式；第五，將鋼筋保護層的厚度與實際情況掛鉤，錨固和受力最小配筋率有了新的規定；第六，連梁構件、剪力墻構件和柱雙向受剪構件的抗震設計有了新的完善；第七，混凝土構件抗震設計和定位定點設計有了新的要求。
二、中國混凝土結構設計規范基本構造措施的發展研究
1.伸縮縫的發展研究
伸縮縫的主要作用是為了方式結構出現開裂或者裂縫，類屬于結構縫的一種形式。當超靜定結構的建設規模較大，尺度較大的時，為了防止開裂現象的出現，伸縮縫的建造被提上日程。這種縫通常是通過提前預留縫隙的方式，減少和避免混凝土裂縫的出現。在國家1974年半杯的設計規范中，規定了混凝土結構伸縮縫在不同形式下的最大間距。具體為：在裝配式建構下，在室內或是土中的伸縮縫最大間距為四十米，而在露天的情況下，伸縮縫的最大間距則為三十米。在配有鋼筋構造的現澆式結構下，在室內或是土中的伸縮縫最大間距為三十米，而在露天情況下，與裝配式建筑建筑一樣，需要減少十米的間距，其最大間距為二十米。同樣的，在沒有配有構造鋼筋的建筑下，其室內或途中的伸縮縫最大間距為二十米，露天則為十米。這一規范規定應用至今，無論是1989年、2002年還是現行的2010年版本中，這混凝土結構伸縮縫的最大間距始終沒有變化。
 
混凝土結構伸縮縫的最大間距（單位.m）
值得注意的是，對于鋼筋混凝土結構，不論是那一版的都進行了相關的修訂。究其原因，主要是因為伸縮縫間距主要與結構構件的類型和規格、構件制作和結構施工的方式（如：現澆式和拼裝式）以及使用現場和作業環境有關。在1974年的規范版本中，其結構形式主要分為框架式結構、排架式結構和墻體結構。墻體結構又可以細分成實心墻類型結構和擋土墻類型結構。但是，在1989年、2002年和2010年的規范版本中，雖未對框架和排架的結構提出改善意見，但是增加了剪力墻結構；并且，墻體結構的定義從實心墻和擋土墻，轉變成了地下室墻和擋土墻，擴展了分類。
2.混凝土保護層的發展研究
混凝土保護層具體指的是在鋼筋的外部表面，包裹一層具有一定厚度的混凝土，以此來保護鋼筋，減少鋼筋氧化現象和銹蝕現象的出現。在保護層的影響下，鋼筋粘結錨固強度得以提升。在對比設計規范的不同版本后發現，混凝土保護層的厚度規范主要為以下方面：
在1974年的版本中，其設計規范的保護層主要依據墻、柱、梁、板等要素進行設計。而在1989年的規范中，進一步充實了板構件，新增殼類要素設計。在2002年的規范中，柱與梁的規范設計被進一步細化，設計體系更加完善。在現行的2010年版本中，規范又將柱與梁的設計歸為一類，進行了統一規定；同時，增加了桿類要素設計。由此可見，除了較早的1974年版本之外，其他版本的構件設計大多按照環境的情況進行改變和優化。1989版只提供了一級和二級的設計環境，而二級和十級又是對二級B級和三級環境的補充。除1974版的規范之外，其他版本的設計規范還充分考慮了混凝土強度的影響因素。1989版規范以C20、C30為界，2002版則以C20、C50為界，而第2010版規范又對混凝土強度等級為C25及以下構件作了單獨規定。從耐久性的角度看，2002版和2010版規范按設計使用年限50年，并對一、二、三類環境的保護層厚度提出了不同的要求。與此同時，新版本還對設計使用年限為100年的Ⅰ類環境也作了單獨規定，進而使得設計規范體系更加完善。
對于混凝土的保護層設計和保護層定義來說，現行的2010版本規范重新定義了保護層。之前的規范中的鋼筋通常會理解為縱向受力的鋼筋，在外部邊緣到混凝土便面之間的距離為涂設保護層的厚度。但是在2010版本的規范中，保護層的涂設方式改為從鋼筋的最外層邊緣到混凝土表面的距離為涂設保護層的厚度。新版本的規定無疑是更加的嚴謹，它兼顧了箍筋的厚度，進而使得保護層的厚度也隨之增加，借此為施工安全和施工質量提供了必要的保障。
3.鋼筋的錨固研究
錨固性能的高低是決定混凝土結構承載能力的基本年保障，也是體現其受力情況的基礎條件，具體的施工過程中，鋼筋與混凝土結構之間往往會存在相互的作用力，為了協調這些力，調整構件的受力現象，通常需要加長錨固長度來傳導作用力。
在不同的規范版本中，鋼筋錨固的長度都有相應的規定。在1974年的版本中，其錨固的規范要求，鋼筋深入結構體支座一米的長度為錨固的長度，長度不小于搭接的數值。在1989年的版本規范中，其主要的內容則是規定了鋼筋錨固的長度的最少長度和相關的長度數值。2002年的版本規范主要是完善了錨固長度的計算形式和方程，并根據鋼筋具體的規格參數、鋼筋的抗拉性能（抗拉能力和抗拉能力）、混凝土的穩定性能以及鋼筋的直徑數值進行理論計算，進而在完善錨固長度計算要素的基礎上，通過科學計算，合理分析的方式計算錨固的長度。
與2002版相比，現行版本的規范將適用混凝土強度等級由C40提高到C60，高強混凝土錨固長度縮短。鋼筋錨固修正系數乘以的最小限值由7降低到0.6。以C30混凝土中不同直徑的400MPa鋼筋為例，與以往的計算方法進行比較，計算了鋼筋的基本錨固長度。考慮了鋼筋直徑修正系數。當規范89中鋼筋直徑小于25mm時，錨固長度減少5D；對于直徑大于25mm的鋼筋，規范02和10中的修正系數1.1乘以錨固長度。以1974版本和2010版本的規范為例，1974版本鋼筋直徑為1.5厘米時，錨固的長度為52.5厘米；2020版本鋼筋直降為1.5厘米時，錨固的長度為52.9厘米。除了1.5厘米的鋼筋，設計規范還對2厘米、2.5厘米、3.5厘米，一直至5厘米的鋼筋基本錨固長度進行了規范。其詳細信息如下圖所示：
 
不同鋼筋直徑下的基本錨固長度（單位.mm）
三、中國混凝土結構設計規范基本構造措施的展望
近年來，隨著泵送免振搗混凝土的廣泛應用，混凝土的收縮率越來越大，設計中結構體積越來越大。設計人員應在總結大量工程經驗的基礎上，注意校核分析，并根據具體情況，因地制宜地考慮伸縮縫間距。由于混凝土不可避免的收縮，在現行規范中可以引入“控制縫”的概念，以指導裂縫在預期裂縫位置出現并采取相應措施。這是解決裂縫問題的有效途徑，更是貫徹“導向”的理念的手段，也是未來發展的方向。
鋼筋的合理錨固能力與諸多參數有關，計算復雜。現行規范是根據不利錨固條件確定基礎錨固長度，然后根據不同錨固條件進行修正。隨著高強高性能材料的發展，對其錨固性能的研究有待進一步深入。另一方面，新型機械錨固形式的發展將提高錨固潛力，解決錨固長度過大的問題。
四、結束語
綜上所述，對于現階段而言，中國混凝土結構的設計規范，極其基本構造的措施是一個不斷發展、不斷完善的過程。故此，在實際的研究過程中，應對比不同版本的不同內容，進而在了解和掌握基本原理的情況下，改善和優化實際規范，借此實現建筑行業的持續建設和循環發展，為國家經濟發展和社會建設奠定基礎。
參考文獻：
[1]周一航,劉剛,劉璐,周碩文.我國混凝土結構設計規范基本構造措施的發展與展望[J].建筑科學,2019,35(01):130-134.
[2]劉剛,徐有鄰.《混凝土結構設計規范》修訂簡介(四)——基本構造問題[J].建筑結構,2016,41(05):125-129.
[3]黃成若. 混凝土結構設計規范中若干構造規定問題[J]. 建筑科學.
[4]趙基達, 徐有鄰, 白生翔,等. 我國《混凝土結構設計規范》的技術進步與展望[J]. 建筑科學, 2015(11):129-137.

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