“2008版”《水工混凝土结构设计规范》受弯构件配筋量的差异分析

□张晓燕 □李凤兰(华北水利水电学院土木与交通学院）

□刘许超 □王美斋(黄河勘测规划设计有限公司）

“2008版”《水工混凝土结构设计规范》受弯构件配筋量的差异分析

□张晓燕 □李凤兰(华北水利水电学院土木与交通学院）

□刘许超 □王美斋(黄河勘测规划设计有限公司）

《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191－2008）重新修订,采用不同的设计理论，依据“2008规范”进行受弯构件设计时，新规范计算的配筋量均大于旧规范计算的配筋量。针对这种差异，对新旧版规范进行对比，分析影响配筋量变化的主要原因，给出新旧规范配筋量变化的幅度及范围。

规范；配筋量；幅度

《水工混凝土结构设计规范》（SL/T 191-96）(以下简称“96规范”)颁布十余年来，钢筋混凝土结构学科有了很多新的科学研究成果和工程实践，为了吸收新的成果，总结工程经验，反映科技的进步，重新修订编制而成《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-2008）(以下简称“2008规范”)。

一、问题的提出

“96规范”和“2008规范”采用不同的设计理论，导致应用规范进行结构设计时，“2008规范”计算的配筋量都要大于“96规范”。配筋量增加的原因是新旧版规范荷载效应的变化、材料强度取值的变化、设计安全度表达式的变化以及分项系数取值的变化等因素引起的。本文重点讨论新旧版规范受弯构件纵筋配筋量的影响因素，并给出新旧版规范配筋量变化的幅度及范围。

二、“2008规范”的改变

（一）安全系数的变化。“96规范”采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标β度量结构构件的可靠度，并采用分项系数的设计表达式进行设计。“2008规范”则在规定的材料强度和荷载取值条件下，采用多系数分析基础上以安全系数K表达的方式进行设计。

水工建筑物对结构安全级别分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，不同的安全级别，所要求的目标可靠指标也不同，为反映这些要求，要在计算出的荷载效应上乘以结构重要性系数。“2008规范”和“96规范”相比较，对于结构安全级别为Ⅲ级的结构构件，做了调整，主要因为GB50010-2002中Ⅲ级结构指使用年限＜5年的临时性房屋，而水工规范Ⅲ级结构并不是临时性建筑物，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000指的是装机容量50MW以下的水电站厂房、0.1亿m3库容水库等的4、5级永久建筑物，因此“2008规范”把Ⅲ级结构重要性系数由原来的0.9提高到0.95。

水工建筑的结构设计状况分为持久状况、短暂状况、偶然状况，相应有三个设计状况系数。“2008规范”将施工阶段的短暂设计状况系数ψ值提高，与持久设计状况相同，取ψ=1.0。偶然状况则仍然取ψ=0.85。

结构系数与“96规范”相同。

将这些分项系数具体数值代入，就得到安全系数的计算值。将安全系数计算值取整，并考虑该值不能＜1.0，就得到“2008规范”规定的承载力安全系数K。“2008规范”与“96规范”相比较，Ⅲ级相较Ⅰ、Ⅱ安全级别的结构变化最大；基本组合的短暂设计状况和偶然组合的安全系数变化比较大些，而基本组合的持久状况变化较小一些。

（二）荷载效应计算的对比。“96规范”对每一种荷载都给出了不同的分项系数，而且有些主要的可变荷载（如静水压力）的分项系数定义为1.0，使得荷载计算比较繁琐。“2008规范”规定荷载效应组合设计值S计算如表1所示。

表1 “96规范”与“2008规范”的承载能力计算表达式表

（三）材料强度设计值的对比

在“2008规范”中，计算结构抗力时采用的材料强度设计值有所调整。混凝土的抗压和抗拉强度设计值都有些降低，HRB335钢筋的强度从310N/mm2调整到300N/mm2，调整后的数值都与房建规范中混凝土和钢筋强度设计值的数值相等。

三、受弯构件纵向钢筋配筋的对比

对于钢筋混凝土构件正截面承载力计算，“2008规范”基本假定沿用了“96规范”，基本计算公式相同，适用条件有些改变。“96规范”采用ξ≤ξb防止超筋破坏，而“2008规范”采用公式ξ≤α1ξb。

（一）“96规范”ξ≤ξb受弯混凝土构件梁的最小配筋率，当采用I级钢筋时为0.20%，Ⅱ级和Ⅲ级为0.15%。采用“2008规范”受弯构件梁最小配筋率比“96规范”都有所提高，采用HPB235级为0.25%，采用HRB335、HRB400级为0.20%。在工程中按照计算公式计算的梁板配筋都要超过最小配筋率，所以最小配筋率对受弯构件的配筋量的影响较小。

（二）“96规范”采用ξ≤ξb，作为适筋破坏的控制条件，实质上是允许混凝土受压区计算高度x达到ξbh0这一临界值，此时受弯构件将发生界限破坏，实际上已是一种无预警的脆性破坏，延性差，相应的安全度就显得不足了。“2008规范”将ξ≤ξb改为ξ≤α1ξb，是为了更有效地防止发生超筋破坏，保证结构的延性。这就致使“2008规范”最大配筋率比“96规范”有所降低，对于受弯构件梁的最大配筋率，“96规范”采用I级钢筋为3.65%，而“2008规范”采用HPB235为2.96%；“96规范”采用二级钢筋为2.19%，而“2008规范”采用HRB335为1.85%；“96规范”采用三级钢筋为1.80%，而“2008规范”采用HRB400为1.46%。最大配筋率平均降低了17.7%，这一点在工程实际应用中应引起足够重视。

同时，“2008规范”将ξ≤ξb改为ξ≤α1ξb，使得相同截面尺寸相同材料的梁采用“2008规范”计算的极限承载力为Mu=αfcbh02，要比采用“96规范”计算的受弯承载力低，因此，要获得与“96规范”相同的承载力，需要增大构件的截面尺寸或提高材料强度。

（三）以M/bh02为纵坐标，100As/bh0为横坐标按照“2008规范”HPB235、HRB335、HRB400级钢筋及“96规范”I级钢、II级钢、III级钢计算，绘出C25混凝土配筋曲线图，详见图1。

图1 C25混凝土受弯构件配筋曲线图

从图1可以看出相同截面尺寸相同荷载条件下，采用等级别钢筋按“2008规范”计算的配筋率要大于“96规范”计算的配筋率。而且随着M/bh02的增大，配筋率的增加幅度增大。由于最大配筋率的降低，当配筋率较大时，采用“96规范”配置单筋即可，而采用“2008规范”则需要配置双筋。

（四）为了更确切地反映混凝土强度、钢筋强度对配筋量的影响，分别计算在相同尺寸、荷载效应的条件下，采用HRB335级钢筋不同混凝土强度等级受弯构件按“2008规范”配筋率的变化和在相同混凝土强度等级下，同级别钢筋新旧规范配筋量的比较，详见表2、表3。

表2 H RB335级钢筋“2008规范”计算不同混凝土强度受弯构件配筋率（%）

由表2可以看出，相同截面、荷载条件下，提高混凝土强度等级，混凝土构件的配筋率会减少。在配筋率相对较高的情况下，提高混凝土强度，配筋率减少较多；相反，配筋率较低时提高混凝土强度，配筋率降低的很少。而且，混凝土强度等级越高，减少量越低。配筋率平均减少量为3.4%，说明提高混凝土强度对受弯构件正截面承载力的影响效果不明显。

表3 新旧规范计算同级别钢筋受弯构件配筋率（%）表

由表3可以看出两版规范采用相同级别钢筋计算，“2008规范”得出的配筋率较“96规范”都有增加，采用HPB235级时总的平均增量1.12%，采用HRB335时为4.23%，采用HRB400时为0.87%。在截面尺寸、荷载相同的条件下，提高钢筋级别可以大大地降低受弯构件的配筋量，若选用钢筋由HPB235级提高到HRB335级，配筋率减少30%，若选用钢筋由HRB335提高到HRB400级，配筋率减少16.67%。

四、实例分析

算例：某灌溉渠控制闸（5级水工建筑物）的闸门启闭机的支撑梁，其中一根矩形梁截面尺寸b×h=200mm×400mm，采用C25混凝土和HRB335级钢筋，承受荷载有梁自重gk=2.0kN/m、启闭机和机墩重Gk=5.0kN，启门力Qk=40.0kN，人群荷载qk=1.2kN/m，采用新旧规范计算这根梁跨中截面所需钢筋截面面积，计算结果详见表4。

表4 计算结果对比分析表

支撑梁，其中一根矩形梁截面尺寸b×h=200mm×400mm，采用C25混凝土和HRB335级钢筋，承受荷载有梁自重gk=2.0kN/m、启闭机和机墩重Gk=5.0kN，启门力Qk=40.0kN，人群荷载qk=1.2kN/m，采用新旧规范计算这根梁跨中截面所需钢筋截面面积，计算结果详见表4。

该算例构件是Ⅲ级安全级别，“96规范”计算需要钢筋截面面积 575.4mm2，配筋率 0.81%，“2008规范”需要 645mm2，配筋率0.91%；钢筋面积增加了12.1%，配筋率增加了12.3%。如果是二级安全级别，“96规范”计算需要钢筋截面面积644.15mm2，配筋率0.9%，“2008规范”计算需要676mm2，配筋率0.95%；钢筋面积增加了4.94%，配筋率增加了5%。如果是一级安全级别，“96规范”计算需要钢筋截面面积727mm2，配筋率1.02%，“2008规范”计算需要777mm2，配筋率1.09%；钢筋面积增加了6.88%，配筋率增加了6.86%。

由此可见，“2008规范”与“96规范”相比较，安全系数提高，使得荷载效应设计值的数值变大，尤其是安全等级是III时，荷载效应设计值提高最多，对配筋量的影响也最大。同时，混凝土轴心抗压强度设计值的数值有所降低，使结构抗力有所降低，所需的钢筋数量也要多。

五、结论

一是“2008规范”最大配筋率比“96规范”有所降低，平均降低了17.7%。相同截面尺寸、材料的梁采用“2008规范”计算的极限承载力要比“96规范”计算的低，所以，要获得与“96规范”相同的承载力，需要增大构件的截面尺寸或提高材料强度。

二是相同截面尺寸、荷载条件下，采用相同级别钢筋按“2008规范”计算的配筋率要大于“96规范”计算的配筋率。提高钢筋级别可以大大地降低受弯构件的配筋量，若选用钢筋由HPB235级提高到HRB335级，配筋率减少30%，若选用钢筋由HRB335提高到HRB400级，配筋率减少16.67%。提高混凝土强度等级，混凝土构件的配筋率会减少，但减少量不多，配筋率平均减少量为3.4%。

三是“2008规范”与“96规范”相比较，安全系数的提高，这使得荷载效应设计值的数值变大，尤其是安全等级是Ⅲ时，荷载效应设计值提高最多，对配筋量的影响最大。同时，混凝土轴心抗压强度设计值的数值有所降低，使结构抗力有所降低，所需的钢筋数量也要多。

[1]赵展，富东兵.新旧规范计算钢筋混凝土受弯构件配筋的比较及选用.设计研究,2007.01.

张晓燕（1980-），女，山西孝义人，硕士，讲师，主要从事混凝土结构教学和科研工作。

2011-05-17