我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范基本構(gòu)造措施的發(fā)展和展望

                         2020年7.2號(hào) -寫(xiě)作客戶(hù)不付款

     摘要：在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐不斷加快的環(huán)境下，建筑行業(yè)和土木行業(yè)迎來(lái)了新形勢(shì)下的大發(fā)展。作為相關(guān)行業(yè)不可或缺的組成部分，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)劃一直受到國(guó)家和行業(yè)的重視。而在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，其基本構(gòu)造措施又是保障結(jié)構(gòu)質(zhì)量和穩(wěn)定性能的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力均勻，結(jié)構(gòu)承壓平衡必不可少的主要環(huán)節(jié)。一方面，在基本構(gòu)造措施的發(fā)展下，建筑工程項(xiàng)目的穩(wěn)定性和安全性大大提高，為行業(yè)的有序發(fā)展和持續(xù)建設(shè)提供了必要的條件。另一方面，在構(gòu)造措施的應(yīng)用下，使得國(guó)家的建筑行業(yè)迎來(lái)了新的發(fā)展模式，質(zhì)量?jī)?yōu)、造價(jià)低的工程項(xiàng)目就此衍生。故此，本篇文章就混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范基本構(gòu)造措施的發(fā)展，及其發(fā)展展望展開(kāi)以下探討。
關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)規(guī)范，基本構(gòu)造措施，發(fā)展與展望
引言：中國(guó)的建筑大多是依靠混凝土和結(jié)構(gòu)而建，可以說(shuō)混凝土結(jié)構(gòu)是國(guó)家建筑過(guò)程中最為常用并且最為主要的結(jié)構(gòu)。因此，在進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮多方面的設(shè)計(jì)因素，如：地基的承載能力、結(jié)構(gòu)的受力分布狀況、相關(guān)的受力狀態(tài)和構(gòu)件的承載性能等等。還要本著安全施工，合理建設(shè)的原則，保障結(jié)構(gòu)的安全性能、實(shí)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(shè)需具有耐久、穩(wěn)定的特點(diǎn)。
一、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的基本概述
1.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的發(fā)展背景
國(guó)家現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范制定于2010年，它是由中國(guó)建筑科學(xué)研究院、國(guó)家級(jí)別建筑高校、科研場(chǎng)所和相關(guān)的企事業(yè)單位共同制定的。規(guī)范按照國(guó)家住建部的標(biāo)準(zhǔn)和溫檢進(jìn)行修訂，旨在進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)規(guī)范的體系。在修訂過(guò)程中，規(guī)范修訂組進(jìn)行了各種專(zhuān)題研究，并采用定向調(diào)研的方式進(jìn)行了廣泛的調(diào)查分析，總結(jié)和整合了近年來(lái)中國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)，并將相關(guān)內(nèi)容與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相協(xié)調(diào)，采用對(duì)比參照國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的方式來(lái)完善相關(guān)的內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)多種方式廣泛征求國(guó)內(nèi)有關(guān)單位的意見(jiàn)，進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì)。主要問(wèn)題反復(fù)修改，最后審稿定稿。根據(jù)原建設(shè)部的要求，中國(guó)建筑科學(xué)院及有關(guān)單位經(jīng)過(guò)調(diào)查研究，認(rèn)真總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參考相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，在廣泛借鑒的基礎(chǔ)上，對(duì)本規(guī)范進(jìn)行了修訂征求意見(jiàn)。
2.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的基本內(nèi)容
在新的規(guī)范下，其內(nèi)容和技術(shù)準(zhǔn)則有了新的規(guī)定和制度。從大綱上看規(guī)范中的基本內(nèi)容主要包括：規(guī)范的總則、規(guī)范設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)、建設(shè)過(guò)程的標(biāo)識(shí)（符號(hào)和標(biāo)志）、結(jié)構(gòu)應(yīng)用的材料、結(jié)構(gòu)的受力分析（抗壓能力和承載能力）、結(jié)構(gòu)最大的承力限度、構(gòu)件制造的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定、預(yù)應(yīng)力和抗震力構(gòu)件的設(shè)計(jì)等等。需要注意的是，與2002年設(shè)計(jì)規(guī)范不同的是，2010年的設(shè)計(jì)規(guī)范是進(jìn)一步修訂技術(shù)形式，進(jìn)一步改善技術(shù)規(guī)范的存在。其主要的完善修訂內(nèi)容包括：第一，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案和流程進(jìn)行了補(bǔ)充，完善了結(jié)構(gòu)應(yīng)急處理措施和預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及規(guī)定；第二，對(duì)受力極限狀態(tài)下的使用驗(yàn)算有了新的規(guī)定；第三，帶肋鋼筋的等級(jí)發(fā)展了變化，三百兆帕斯卡級(jí)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(yōu)化了構(gòu)件的受力情況分析，尤其是符合受力情況，修改了承載力計(jì)算的公式和方式；第五，將鋼筋保護(hù)層的厚度與實(shí)際情況掛鉤，錨固和受力最小配筋率有了新的規(guī)定；第六，連梁構(gòu)件、剪力墻構(gòu)件和柱雙向受剪構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)有了新的完善；第七，混凝土構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)和定位定點(diǎn)設(shè)計(jì)有了新的要求。
二、中國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范基本構(gòu)造措施的發(fā)展研究
1.伸縮縫的發(fā)展研究
伸縮縫的主要作用是為了方式結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂或者裂縫，類(lèi)屬于結(jié)構(gòu)縫的一種形式。當(dāng)超靜定結(jié)構(gòu)的建設(shè)規(guī)模較大，尺度較大的時(shí)，為了防止開(kāi)裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，伸縮縫的建造被提上日程。這種縫通常是通過(guò)提前預(yù)留縫隙的方式，減少和避免混凝土裂縫的出現(xiàn)。在國(guó)家1974年半杯的設(shè)計(jì)規(guī)范中，規(guī)定了混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫在不同形式下的最大間距。具體為：在裝配式建構(gòu)下，在室內(nèi)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(gòu)造的現(xiàn)澆式結(jié)構(gòu)下，在室內(nèi)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(méi)有配有構(gòu)造鋼筋的建筑下，其室內(nèi)或途中的伸縮縫最大間距為二十米，露天則為十米。這一規(guī)范規(guī)定應(yīng)用至今，無(wú)論是1989年、2002年還是現(xiàn)行的2010年版本中，這混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距始終沒(méi)有變化。
 
混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距（單位.m）
值得注意的是，對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不論是那一版的都進(jìn)行了相關(guān)的修訂。究其原因，主要是因?yàn)樯炜s縫間距主要與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的類(lèi)型和規(guī)格、構(gòu)件制作和結(jié)構(gòu)施工的方式（如：現(xiàn)澆式和拼裝式）以及使用現(xiàn)場(chǎng)和作業(yè)環(huán)境有關(guān)。在1974年的規(guī)范版本中，其結(jié)構(gòu)形式主要分為框架式結(jié)構(gòu)、排架式結(jié)構(gòu)和墻體結(jié)構(gòu)。墻體結(jié)構(gòu)又可以細(xì)分成實(shí)心墻類(lèi)型結(jié)構(gòu)和擋土墻類(lèi)型結(jié)構(gòu)。但是，在1989年、2002年和2010年的規(guī)范版本中，雖未對(duì)框架和排架的結(jié)構(gòu)提出改善意見(jiàn)，但是增加了剪力墻結(jié)構(gòu)；并且，墻體結(jié)構(gòu)的定義從實(shí)心墻和擋土墻，轉(zhuǎn)變成了地下室墻和擋土墻，擴(kuò)展了分類(lèi)。
2.混凝土保護(hù)層的發(fā)展研究
混凝土保護(hù)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(lái)保護(hù)鋼筋，減少鋼筋氧化現(xiàn)象和銹蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)。在保護(hù)層的影響下，鋼筋粘結(jié)錨固強(qiáng)度得以提升。在對(duì)比設(shè)計(jì)規(guī)范的不同版本后發(fā)現(xiàn)，混凝土保護(hù)層的厚度規(guī)范主要為以下方面：
在1974年的版本中，其設(shè)計(jì)規(guī)范的保護(hù)層主要依據(jù)墻、柱、梁、板等要素進(jìn)行設(shè)計(jì)。而在1989年的規(guī)范中，進(jìn)一步充實(shí)了板構(gòu)件，新增殼類(lèi)要素設(shè)計(jì)。在2002年的規(guī)范中，柱與梁的規(guī)范設(shè)計(jì)被進(jìn)一步細(xì)化，設(shè)計(jì)體系更加完善。在現(xiàn)行的2010年版本中，規(guī)范又將柱與梁的設(shè)計(jì)歸為一類(lèi)，進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)定；同時(shí)，增加了桿類(lèi)要素設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)，除了較早的1974年版本之外，其他版本的構(gòu)件設(shè)計(jì)大多按照環(huán)境的情況進(jìn)行改變和優(yōu)化。1989版只提供了一級(jí)和二級(jí)的設(shè)計(jì)環(huán)境，而二級(jí)和十級(jí)又是對(duì)二級(jí)B級(jí)和三級(jí)環(huán)境的補(bǔ)充。除1974版的規(guī)范之外，其他版本的設(shè)計(jì)規(guī)范還充分考慮了混凝土強(qiáng)度的影響因素。1989版規(guī)范以C20、C30為界，2002版則以C20、C50為界，而第2010版規(guī)范又對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25及以下構(gòu)件作了單獨(dú)規(guī)定。從耐久性的角度看，2002版和2010版規(guī)范按設(shè)計(jì)使用年限50年，并對(duì)一、二、三類(lèi)環(huán)境的保護(hù)層厚度提出了不同的要求。與此同時(shí)，新版本還對(duì)設(shè)計(jì)使用年限為100年的Ⅰ類(lèi)環(huán)境也作了單獨(dú)規(guī)定，進(jìn)而使得設(shè)計(jì)規(guī)范體系更加完善。
對(duì)于混凝土的保護(hù)層設(shè)計(jì)和保護(hù)層定義來(lái)說(shuō)，現(xiàn)行的2010版本規(guī)范重新定義了保護(hù)層。之前的規(guī)范中的鋼筋通常會(huì)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(shè)保護(hù)層的厚度。但是在2010版本的規(guī)范中，保護(hù)層的涂設(shè)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(shè)保護(hù)層的厚度。新版本的規(guī)定無(wú)疑是更加的嚴(yán)謹(jǐn)，它兼顧了箍筋的厚度，進(jìn)而使得保護(hù)層的厚度也隨之增加，借此為施工安全和施工質(zhì)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(jié)構(gòu)承載能力的基本年保障，也是體現(xiàn)其受力情況的基礎(chǔ)條件，具體的施工過(guò)程中，鋼筋與混凝土結(jié)構(gòu)之間往往會(huì)存在相互的作用力，為了協(xié)調(diào)這些力，調(diào)整構(gòu)件的受力現(xiàn)象，通常需要加長(zhǎng)錨固長(zhǎng)度來(lái)傳導(dǎo)作用力。
在不同的規(guī)范版本中，鋼筋錨固的長(zhǎng)度都有相應(yīng)的規(guī)定。在1974年的版本中，其錨固的規(guī)范要求，鋼筋深入結(jié)構(gòu)體支座一米的長(zhǎng)度為錨固的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度不小于搭接的數(shù)值。在1989年的版本規(guī)范中，其主要的內(nèi)容則是規(guī)定了鋼筋錨固的長(zhǎng)度的最少長(zhǎng)度和相關(guān)的長(zhǎng)度數(shù)值。2002年的版本規(guī)范主要是完善了錨固長(zhǎng)度的計(jì)算形式和方程，并根據(jù)鋼筋具體的規(guī)格參數(shù)、鋼筋的抗拉性能（抗拉能力和抗拉能力）、混凝土的穩(wěn)定性能以及鋼筋的直徑數(shù)值進(jìn)行理論計(jì)算，進(jìn)而在完善錨固長(zhǎng)度計(jì)算要素的基礎(chǔ)上，通過(guò)科學(xué)計(jì)算，合理分析的方式計(jì)算錨固的長(zhǎng)度。
與2002版相比，現(xiàn)行版本的規(guī)范將適用混凝土強(qiáng)度等級(jí)由C40提高到C60，高強(qiáng)混凝土錨固長(zhǎng)度縮短。鋼筋錨固修正系數(shù)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(jì)算方法進(jìn)行比較，計(jì)算了鋼筋的基本錨固長(zhǎng)度。考慮了鋼筋直徑修正系數(shù)。當(dāng)規(guī)范89中鋼筋直徑小于25mm時(shí)，錨固長(zhǎng)度減少5D；對(duì)于直徑大于25mm的鋼筋，規(guī)范02和10中的修正系數(shù)1.1乘以錨固長(zhǎng)度。以1974版本和2010版本的規(guī)范為例，1974版本鋼筋直徑為1.5厘米時(shí)，錨固的長(zhǎng)度為52.5厘米；2020版本鋼筋直降為1.5厘米時(shí)，錨固的長(zhǎng)度為52.9厘米。除了1.5厘米的鋼筋，設(shè)計(jì)規(guī)范還對(duì)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(zhǎng)度進(jìn)行了規(guī)范。其詳細(xì)信息如下圖所示：
 
不同鋼筋直徑下的基本錨固長(zhǎng)度（單位.mm）
三、中國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范基本構(gòu)造措施的展望
近年來(lái)，隨著泵送免振搗混凝土的廣泛應(yīng)用，混凝土的收縮率越來(lái)越大，設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)體積越來(lái)越大。設(shè)計(jì)人員應(yīng)在總結(jié)大量工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，注意校核分析，并根據(jù)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(xiàn)行規(guī)范中可以引入“控制縫”的概念，以指導(dǎo)裂縫在預(yù)期裂縫位置出現(xiàn)并采取相應(yīng)措施。這是解決裂縫問(wèn)題的有效途徑，更是貫徹“導(dǎo)向”的理念的手段，也是未來(lái)發(fā)展的方向。
鋼筋的合理錨固能力與諸多參數(shù)有關(guān)，計(jì)算復(fù)雜。現(xiàn)行規(guī)范是根據(jù)不利錨固條件確定基礎(chǔ)錨固長(zhǎng)度，然后根據(jù)不同錨固條件進(jìn)行修正。隨著高強(qiáng)高性能材料的發(fā)展，對(duì)其錨固性能的研究有待進(jìn)一步深入。另一方面，新型機(jī)械錨固形式的發(fā)展將提高錨固潛力，解決錨固長(zhǎng)度過(guò)大的問(wèn)題。
四、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，對(duì)于現(xiàn)階段而言，中國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范，極其基本構(gòu)造的措施是一個(gè)不斷發(fā)展、不斷完善的過(guò)程。故此，在實(shí)際的研究過(guò)程中，應(yīng)對(duì)比不同版本的不同內(nèi)容，進(jìn)而在了解和掌握基本原理的情況下，改善和優(yōu)化實(shí)際規(guī)范，借此實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的持續(xù)建設(shè)和循環(huán)發(fā)展，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
[1]周一航,劉剛,劉璐,周碩文.我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范基本構(gòu)造措施的發(fā)展與展望[J].建筑科學(xué),2019,35(01):130-134.
[2]劉剛,徐有鄰.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂簡(jiǎn)介(四)——基本構(gòu)造問(wèn)題[J].建筑結(jié)構(gòu),2016,41(05):125-129.
[3]黃成若. 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中若干構(gòu)造規(guī)定問(wèn)題[J]. 建筑科學(xué).
[4]趙基達(dá), 徐有鄰, 白生翔,等. 我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的技術(shù)進(jìn)步與展望[J]. 建筑科學(xué), 2015(11):129-137.

. END.