高性能混凝土应用技术指南-结构设计要求

设计计算及验算
4.3.4 其他受力构件
– 局部受压承载力计算： 受力机理：围箍效应、锥劈模型、约束混凝土原理。 截面尺寸： 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： 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。
– 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： ftk= – 钢纤维混凝土轴心抗拉强度标准值：
数据确定弹性模量等
提
一、基本要求
纲
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
设计计算及验算
承载力极限状态计算
– 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： 正截面、斜截面、扭曲截面、冲切、局压和疲劳
高性能混凝土应用技术指南
结构设计要求
中国建筑科学研究院
朱爱萍 副研究员
2015年1月13日
提
一、基本要求
纲
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
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》GB 50010
– 《建筑抗震设计规范》GB 50011
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
– 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
4.2.4 变形参数：弹性模量、剪切变形模量及泊松比
– 弹性模量：
– 剪切变形模量：Gc=0.4Ec – 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
性质：多为温度、收缩等因素引起的间接裂缝。
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：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：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。
– 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C80பைடு நூலகம்， 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
– 特殊构件：深受弯构件、牛腿、叠合式构件 – 承载力计算表达式： – 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
变形
设计计算及验算
应力 裂缝宽度
正常使用极限状态验算 自振频率
– 表达式：S（荷载组合效应）≤C（限值） – 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
防水防腐：地下室墙体采用防水做法、有可靠防腐措施时，与土壤接触一侧厚度可
适当减小。 保护层内配置的防裂、防剥落的焊接钢筋网片：为保证防裂钢筋网片不致成为引导锈 蚀的通道，应对其采取有效的绝缘和定位措施，此时网片钢筋的保护层厚度可适当减
小，但不应小于25mm。
构造要求
4.4.3 钢筋的锚固
– 锚固的意义：混凝土结构承载受力的基础； 锚固强度的组成：摩擦力、胶结力、混凝土咬合齿的咬合力。 – 锚固的基本形式： 直线锚固：钢筋通过摩擦、粘结及咬合作用，将钢筋屈服拉力传递给周围混凝土。 直线加标准弯钩锚固：钢筋直线锚固长度不足时，可通过末端90°、135°、180°
四、构造要求
五、后续研究
主要设计参数取值
4.2.1 高性能混凝土强度确定方法
– 《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 – 按标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体试件，在28d或设计规定龄期以标准 试验方法测得的具有95%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
可根据具体工程情况作适当调整。
设计计算及验算
4.3.1 受弯构件计算
– 主要考虑弯矩平衡、力的平衡及受压区高度 – 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。
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
4.3.3 受剪构件计算
– 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： 不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类构件：
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。
提
一、基本要求
纲
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
构造要求
4.4.1 伸缩缝间距
– 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：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：
且难以定量计算。
构造要求
4.4.2 保护层厚度
– 保护层最小厚度的规定： 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-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：最外层钢筋（包括箍筋、拉筋、分布筋等构造钢筋）的保护层厚度
–
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；
构造要求
4.4.1 伸缩缝间距
– 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可按表4.4.1确定。
构造要求
4.4.1 伸缩缝间距
– 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；
基础混凝土保护层厚度：取40mm。
防火：防火要求满足相应规范。
构造要求
4.4.2 保护层厚度
– 可减小保护层厚度的措施： 表面防护：采取表面防护措施，抹灰层、有效的保护性涂料层等。 预制构件：经过检验而有较好质量保证的工厂生产预制混凝土构件。 防锈措施：采用经检验的阻锈剂、环氧树脂涂层钢筋、镀锌钢筋或阴极保护处理等 防锈措施。
配置箍筋的矩形、T形和I形截面受弯构件：
配置弯起钢筋：
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
4.3.4 其他受力构件
– 扭曲截面承载力计算： 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：保证构件在破坏时混凝土不首先被压碎。 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。
– 《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》JGJ 3

3 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》JGJ 12 – 《纤维混凝土结构技术规程》CECS 38 – 行标《钢纤维混凝土结构设计规程》在编
提
一、基本要求
纲
二、主要设计参数取值 三、设计计算及验算
锚固区域的配箍：锚固长度范围内的配箍对锚固强度影响较大。
– 锚固的设计方法： 基本锚固长度：
lab
fy ft
注意：1. ft：混凝土轴心抗拉强度设计值，当混凝土
d
强度等级高于C60时，按C60取值； 2. ζa ：锚固长度修正系数，可连乘，不应小 于0.6，预应力筋取1.0； 3. la不应小于200mm； 4. 梁柱节点中纵向受拉钢筋的锚固要求。
4.3.2 受压构件计算
– 正截面受压承载力： – 配置螺旋式或焊接环式间接钢筋的正截面受压承载力： （公式2） （公式1） 当普通钢筋的配筋率大于3%时，要扣除钢筋面积