我国混凝土结构设计规范基本构造措施的发展和展望

                         2020年7.2号 -写作客户不付款

     摘要：在国家经济发展步伐不断加快的环境下，建筑行业和土木行业迎来了新形势下的大发展。作为相关行业不可或缺的组成部分，混凝土结构的设计规划一直受到国家和行业的重视。而在混凝土结构设计规范中，其基本构造措施又是保障结构质量和稳定性能的基础，是实现结构受力均匀，结构承压平衡必不可少的主要环节。一方面，在基本构造措施的发展下，建筑工程项目的稳定性和安全性大大提高，为行业的有序发展和持续建设提供了必要的条件。另一方面，在构造措施的应用下，使得国家的建筑行业迎来了新的发展模式，质量优、造价低的工程项目就此衍生。故此，本篇文章就混凝土结构设计规范基本构造措施的发展，及其发展展望展开以下探讨。
关键词：混凝土结构，设计规范，基本构造措施，发展与展望
引言：中国的建筑大多是依靠混凝土和结构而建，可以说混凝土结构是国家建筑过程中最为常用并且最为主要的结构。因此，在进行相关结构的设计时，不仅要考虑多方面的设计因素，如：地基的承载能力、结构的受力分布状况、相关的受力状态和构件的承载性能等等。还要本着安全施工，合理建设的原则，保障结构的安全性能、实用性能和使用性能，尤为注意的是安全性能和使用性能，工程的建设需具有耐久、稳定的特点。
一、混凝土结构设计规范的基本概述
1.混凝土结构设计规范的发展背景
国家现行的混凝土结构设计规范制定于2010年，它是由中国建筑科学研究院、国家级别建筑高校、科研场所和相关的企事业单位共同制定的。规范按照国家住建部的标准和温检进行修订，旨在进一步完善设计规范的体系。在修订过程中，规范修订组进行了各种专题研究，并采用定向调研的方式进行了广泛的调查分析，总结和整合了近年来中国混凝土结构设计过程中问题和经验，并将相关内容与相关标准规范相协调，采用对比参照国际先进标准规范的方式来完善相关的内容。在此基础上，通过多种方式广泛征求国内有关单位的意见，进行了试验设计。主要问题反复修改，最后审稿定稿。根据原建设部的要求，中国建筑科学院及有关单位经过调查研究，认真总结实践经验，参考相关国际标准和国外先进标准，在广泛借鉴的基础上，对本规范进行了修订征求意见。
2.混凝土结构设计规范的基本内容
在新的规范下，其内容和技术准则有了新的规定和制度。从大纲上看规范中的基本内容主要包括：规范的总则、规范设计的专业术语、建设过程的标识（符号和标志）、结构应用的材料、结构的受力分析（抗压能力和承载能力）、结构最大的承力限度、构件制造的标准和规定、预应力和抗震力构件的设计等等。需要注意的是，与2002年设计规范不同的是，2010年的设计规范是进一步修订技术形式，进一步改善技术规范的存在。其主要的完善修订内容包括：第一，对结构设计的方案和流程进行了补充，完善了结构应急处理措施和预应力设计的要点及规定；第二，对受力极限状态下的使用验算有了新的规定；第三，带肋钢筋的等级发展了变化，三百兆帕斯卡级别的钢筋取代了原有的钢筋，新增了五百兆帕斯卡的带肋钢筋；第四，优化了构件的受力情况分析，尤其是符合受力情况，修改了承载力计算的公式和方式；第五，将钢筋保护层的厚度与实际情况挂钩，锚固和受力最小配筋率有了新的规定；第六，连梁构件、剪力墙构件和柱双向受剪构件的抗震设计有了新的完善；第七，混凝土构件抗震设计和定位定点设计有了新的要求。
二、中国混凝土结构设计规范基本构造措施的发展研究
1.伸缩缝的发展研究
伸缩缝的主要作用是为了方式结构出现开裂或者裂缝，类属于结构缝的一种形式。当超静定结构的建设规模较大，尺度较大的时，为了防止开裂现象的出现，伸缩缝的建造被提上日程。这种缝通常是通过提前预留缝隙的方式，减少和避免混凝土裂缝的出现。在国家1974年半杯的设计规范中，规定了混凝土结构伸缩缝在不同形式下的最大间距。具体为：在装配式建构下，在室内或是土中的伸缩缝最大间距为四十米，而在露天的情况下，伸缩缝的最大间距则为三十米。在配有钢筋构造的现浇式结构下，在室内或是土中的伸缩缝最大间距为三十米，而在露天情况下，与装配式建筑建筑一样，需要减少十米的间距，其最大间距为二十米。同样的，在没有配有构造钢筋的建筑下，其室内或途中的伸缩缝最大间距为二十米，露天则为十米。这一规范规定应用至今，无论是1989年、2002年还是现行的2010年版本中，这混凝土结构伸缩缝的最大间距始终没有变化。
 
混凝土结构伸缩缝的最大间距（单位.m）
值得注意的是，对于钢筋混凝土结构，不论是那一版的都进行了相关的修订。究其原因，主要是因为伸缩缝间距主要与结构构件的类型和规格、构件制作和结构施工的方式（如：现浇式和拼装式）以及使用现场和作业环境有关。在1974年的规范版本中，其结构形式主要分为框架式结构、排架式结构和墙体结构。墙体结构又可以细分成实心墙类型结构和挡土墙类型结构。但是，在1989年、2002年和2010年的规范版本中，虽未对框架和排架的结构提出改善意见，但是增加了剪力墙结构；并且，墙体结构的定义从实心墙和挡土墙，转变成了地下室墙和挡土墙，扩展了分类。
2.混凝土保护层的发展研究
混凝土保护层具体指的是在钢筋的外部表面，包裹一层具有一定厚度的混凝土，以此来保护钢筋，减少钢筋氧化现象和锈蚀现象的出现。在保护层的影响下，钢筋粘结锚固强度得以提升。在对比设计规范的不同版本后发现，混凝土保护层的厚度规范主要为以下方面：
在1974年的版本中，其设计规范的保护层主要依据墙、柱、梁、板等要素进行设计。而在1989年的规范中，进一步充实了板构件，新增壳类要素设计。在2002年的规范中，柱与梁的规范设计被进一步细化，设计体系更加完善。在现行的2010年版本中，规范又将柱与梁的设计归为一类，进行了统一规定；同时，增加了杆类要素设计。由此可见，除了较早的1974年版本之外，其他版本的构件设计大多按照环境的情况进行改变和优化。1989版只提供了一级和二级的设计环境，而二级和十级又是对二级B级和三级环境的补充。除1974版的规范之外，其他版本的设计规范还充分考虑了混凝土强度的影响因素。1989版规范以C20、C30为界，2002版则以C20、C50为界，而第2010版规范又对混凝土强度等级为C25及以下构件作了单独规定。从耐久性的角度看，2002版和2010版规范按设计使用年限50年，并对一、二、三类环境的保护层厚度提出了不同的要求。与此同时，新版本还对设计使用年限为100年的Ⅰ类环境也作了单独规定，进而使得设计规范体系更加完善。
对于混凝土的保护层设计和保护层定义来说，现行的2010版本规范重新定义了保护层。之前的规范中的钢筋通常会理解为纵向受力的钢筋，在外部边缘到混凝土便面之间的距离为涂设保护层的厚度。但是在2010版本的规范中，保护层的涂设方式改为从钢筋的最外层边缘到混凝土表面的距离为涂设保护层的厚度。新版本的规定无疑是更加的严谨，它兼顾了箍筋的厚度，进而使得保护层的厚度也随之增加，借此为施工安全和施工质量提供了必要的保障。
3.钢筋的锚固研究
锚固性能的高低是决定混凝土结构承载能力的基本年保障，也是体现其受力情况的基础条件，具体的施工过程中，钢筋与混凝土结构之间往往会存在相互的作用力，为了协调这些力，调整构件的受力现象，通常需要加长锚固长度来传导作用力。
在不同的规范版本中，钢筋锚固的长度都有相应的规定。在1974年的版本中，其锚固的规范要求，钢筋深入结构体支座一米的长度为锚固的长度，长度不小于搭接的数值。在1989年的版本规范中，其主要的内容则是规定了钢筋锚固的长度的最少长度和相关的长度数值。2002年的版本规范主要是完善了锚固长度的计算形式和方程，并根据钢筋具体的规格参数、钢筋的抗拉性能（抗拉能力和抗拉能力）、混凝土的稳定性能以及钢筋的直径数值进行理论计算，进而在完善锚固长度计算要素的基础上，通过科学计算，合理分析的方式计算锚固的长度。
与2002版相比，现行版本的规范将适用混凝土强度等级由C40提高到C60，高强混凝土锚固长度缩短。钢筋锚固修正系数乘以的最小限值由7降低到0.6。以C30混凝土中不同直径的400MPa钢筋为例，与以往的计算方法进行比较，计算了钢筋的基本锚固长度。考虑了钢筋直径修正系数。当规范89中钢筋直径小于25mm时，锚固长度减少5D；对于直径大于25mm的钢筋，规范02和10中的修正系数1.1乘以锚固长度。以1974版本和2010版本的规范为例，1974版本钢筋直径为1.5厘米时，锚固的长度为52.5厘米；2020版本钢筋直降为1.5厘米时，锚固的长度为52.9厘米。除了1.5厘米的钢筋，设计规范还对2厘米、2.5厘米、3.5厘米，一直至5厘米的钢筋基本锚固长度进行了规范。其详细信息如下图所示：
 
不同钢筋直径下的基本锚固长度（单位.mm）
三、中国混凝土结构设计规范基本构造措施的展望
近年来，随着泵送免振捣混凝土的广泛应用，混凝土的收缩率越来越大，设计中结构体积越来越大。设计人员应在总结大量工程经验的基础上，注意校核分析，并根据具体情况，因地制宜地考虑伸缩缝间距。由于混凝土不可避免的收缩，在现行规范中可以引入“控制缝”的概念，以指导裂缝在预期裂缝位置出现并采取相应措施。这是解决裂缝问题的有效途径，更是贯彻“导向”的理念的手段，也是未来发展的方向。
钢筋的合理锚固能力与诸多参数有关，计算复杂。现行规范是根据不利锚固条件确定基础锚固长度，然后根据不同锚固条件进行修正。随着高强高性能材料的发展，对其锚固性能的研究有待进一步深入。另一方面，新型机械锚固形式的发展将提高锚固潜力，解决锚固长度过大的问题。
四、结束语
综上所述，对于现阶段而言，中国混凝土结构的设计规范，极其基本构造的措施是一个不断发展、不断完善的过程。故此，在实际的研究过程中，应对比不同版本的不同内容，进而在了解和掌握基本原理的情况下，改善和优化实际规范，借此实现建筑行业的持续建设和循环发展，为国家经济发展和社会建设奠定基础。
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. END.