中美两国混凝土规范配筋计算的差异对比

昝子卉

（广州地铁设计研究院，广东深圳 518000）

中美两国混凝土规范配筋计算的差异对比

昝子卉

（广州地铁设计研究院，广东深圳 518000）

以混凝土简支梁为例，将中美两国混凝土规范在受弯配筋和受剪配箍的计算进行对比，并将两国规范中构造规定的最小配筋率、最小配箍率进行对比。通过对比反映出两国规范使用的差异，进而使我们对两国规范的计算规则乃至结构安全度方面的差异有进一步的理解。

中国混凝土规范，美国混凝土规范，最小配筋率，最小配箍率

随着国际工程的日益增加，我国工程技术人员越来越多使用到美国规范。本文提及的美国规范是指美国混凝土协会规定的美国房屋建筑混凝土结构规范（ACI 318-05）及条文说明（ACI 318R-05）［Building Code Requirements for Structural Concrete（ACI 318-05）and Commentary（ACI318R-05）］。相对于我国工程技术人员普遍熟悉的中国规范是指现行国标GB 50010-2002混凝土结构设计规范［code for design of concrete structure］，从整体上说美国混凝土结构设计所用的可靠度表达方式与我国规范有一定的相似之处，但在设计使用荷载和设计使用材料强度的取值水准上以及构造要求上与我国规范有着不可忽视的区别。本文以常用的混凝土简支梁受弯配筋和受剪配箍计算为例，通过对两国规范公式和构造要求的对比，对美国规范计算规则进行介绍，并将其与中国规范进行对比，以期对两国规范的计算规则以及结构安全度有一定的认识。

1 中美混凝土规范中的设计方法

中国混凝土规范是基于概率论的承载能力极限状态计算法，对荷载和结构承载力乘以相应的分项系数表达。其表达式为:

其中，γ0为重要性系数;S为荷载效应组合的设计值;R为结构构件承载力的设计值（抗震设计时应除以抗震调整系数γRE）。

美国规范是基于可靠度理论，采用荷载抗力系数法，其承载力极限状态表达式为:

其中，Wn为荷载组合的设计值;Rn为结构构件承载力标准值，由混凝土强度、钢筋强度、几何参数的函数确定;φ为构件承载力折减系数，对正截面受弯计算φ=0.9，抗剪计算φ=0.75。

从两国规范公式看最主要的区别在于美国规范没有分项系数，而是采用承载力折减系数的方法。

2 材料强度转换

2.1 混凝土强度

中国规范中，混凝土的强度以立方体抗压强度标准值划分为14个等级，常用的有C15，C20，C25，C30，C35，C40等，最高强度等级C80。美国规范中混凝土采用圆柱体抗压强度，等级为3000psi （国标C24.5），4000psi（国标C32），5000psi（国标C40），6000psi （国标C49），保证率为91%。表1以中国规范规定的混凝土强度为基准，给出两国规范对应的混凝土强度指标转换关系。

表1 两国规范对应的混凝土强度指标转换关系

2.2 钢筋强度

美国规范钢筋屈服强度fy与中国规范规定的fyk相同，其使用的钢筋主要有40级，60级和75级三种，其规定的屈服强度为280 MPa，420 MPa，520 MPa。与中国规范不同的是中国规范采用抗拉强度设计值作为计算依据，美国规范以抗拉强度标准值作为计算依据。

3 正截面受弯配筋计算

3.1 计算假定和公式

美国规范的基本假定:1）混凝土最外边缘处受压纤维的最大应变ε=0.003;2）不考虑混凝土的抗拉强度;3）混凝土应力图简化原则（如图1所示）:混凝土应力0.85ft分布在β1x0的范围内（fc≤28 MPa时β1=0.85，fc＞28 MPa时超过7 MPa，β1减少0.05，且β1≥0.65）。

根据以上假定，由平衡条件可以得:

其中，Mu为设计弯矩，kN·m;φ为折减系数，对于正截面抗弯取0.9。

图1 混凝土应力图

解上式:

两国规范相同的是不考虑混凝土抗拉强度，不同的是在混凝土应力简化分布中，混凝土应力α2fc分布在β2x0范围内，混凝土强度不超过C50时，β2=0.8，α2=1.0。

对于C50以下等级的混凝土，中美规范中配筋差异较大。

3.2 正截面构造配筋要求

由以上两个公式比较可得:美国规范规定的正截面最小配筋率大于中国规范。

4 有腹筋梁受剪承载力计算

4.1 抗剪承载力计算公式

我国混凝土规范将集中荷载和均布荷载构件受剪承载力计算公式分开。

集中荷载作用下有腹筋梁受剪承载力计算公式为:

均布荷载作用下有腹筋梁受剪承载力计算公式为:

而美国规范将梁抗剪承载力统一为一个计算公式为:

其中，fyv为箍筋抗拉强度设计值;Asv为箍筋截面面积;ft为混凝土抗拉强度;b为截面宽度;h0为截面有效高度。

从上述公式可以看出，美国规范对混凝土抗剪强度均考虑了剪跨比的影响，中国规范对均布荷载在公式中未考虑剪跨比影响，简单用系数0.7代替，是不够合理的。

4.2 抗剪构造配箍要求

美标考虑避免荷载突变斜截面产生太大拉应力导致梁的脆性破坏，规定构造要求最小配箍率为:

中国规范为避免梁斜拉破坏，规定了最小配箍率ρsvmin= 0.062ft/fyv。

以HPB235钢筋为例，两国规范规定的最小配箍率对比如图2所示。

图2 中美两国规范最小配箍率对比

5 结语

1）对正截面抗弯配筋计算，C50以下的普通简支梁相同荷载在忽略试样尺寸差异情况下，由于计算假定和简图的不同导致正截面配筋按美国规范比中国规范多20%左右。从构造要求看正截面最小配筋率美国规范要比中国规范大，说明其在控制少筋破坏的限制上严过中国规范。2）对斜截面抗剪承载力，剪跨比是影响混凝土抗剪性能发挥的重要参数，美国规范整体考虑了剪跨比对抗剪性能发挥的影响，而我国规范仅仅对在集中荷载作用梁的考虑，对分布荷载作用并未考虑剪跨比的影响，不够合理。3）两国规范规定的最小配箍率都随着混凝土强度等级增加而增加，反映了混凝土强度等级越高材料脆性越大，发生脆性破坏可能性提高，因此对应的最小配箍率就大;对比两国规范，混凝土强度等级大于C30时，美标中构造要求最小配箍率小于我国规范的规定，在对斜拉破坏的限制上中国规范严于美国规范;对低标号混凝土中国规范无最小配箍率的下限，但由于实际工程中梁混凝土等级一般都高于或等于C30，并未对实际工程产生影响。

［1］GB 50010-2002，混凝土结构设计规范［S］.

［2］ACI committee 318.“Building Code Requirements for structural Concrete（ACI318-02）and Commentary（ACI 318R-02）”A-merican Concrete Institute.

［3］尼尔逊AH.混凝土结构设计［M］.过镇海，方鄂华，译.北京：中国建筑工业出版社，2003.

［4］张维秀，王岩.中美规范钢筋混凝土梁配筋分析［J］.石油化工设计，2011，28（2）：61-62.

On com parison of differences in reinforcement calculations of concrete regulations in China and America

ZAN Zi-hui

（Guangzhou Metro Design and Research Institute，Shenzhen 518000，China）

Taking the concrete simply supported beams as the example，the study compares the calculations of the flexural reinforcement and the shearing stirrup of concrete regulations in China and America，undertakes the comparison for theminimum reinforcement ratio and theminimum stirrup ratio in the structure regulation of the two countries，and reflects the differences in the application of the regulations of the two countries，so as to have the further understanding of the differences in the calculation rules and the structural safety of the regulation in two countries.

Chinese concrete regulation，America concrete regulation，minimum reinforcement ratio，minimum stirrup ratio

TU375

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2012.19.140

1009-6825（2012）19-0047-02

2012-03-21

昝子卉（1983-），男，硕士，助理工程师