淳 慶，金 輝，賈肖虎

(東南大學(xué)建筑學(xué)院，江蘇南京 210096)

0 引 言

世界首座鋼筋混凝土建筑于1875年在美國紐約落成，到1900年后，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)才開始在世界范圍大量使用。我國最早于民國時期開始使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在民國建筑中廣泛被使用[1]。與現(xiàn)代鋼筋混凝土建筑有所不同，民國時期鋼筋混凝土建筑的材料性能、構(gòu)造特征與設(shè)計方法均與現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑大相徑庭。故從具體的材料、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算方法入手，對民國時期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行研究，其結(jié)果有助于科學(xué)高效的對民國鋼筋混凝土建筑進行保護。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計概念與方法經(jīng)歷了容許應(yīng)力設(shè)計法→破損階段設(shè)計法→極限狀態(tài)設(shè)計法→概率極限狀態(tài)設(shè)計法的發(fā)展過程[2]。從彈性理論出發(fā)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力設(shè)計理論在19世紀(jì)末形成。前蘇聯(lián)學(xué)者格沃茲杰夫等在20世紀(jì)30年代首次考慮了鋼筋混凝土塑性性能，計算中采用破損階段計算法。他又在20世紀(jì)50年代提出混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，該法以通過材料強度、荷載的概率統(tǒng)計得到的分項系數(shù)作為總安全系數(shù)，又可稱為半概率極限狀態(tài)設(shè)計法。世界各國于20世紀(jì)70年代逐步開始采用以概率論為基礎(chǔ)而形成的極限狀態(tài)設(shè)計方法，引入了可靠性指標(biāo)，可將可靠度水準(zhǔn)定量化并較為準(zhǔn)確地反映失效概率。民國時期混凝土結(jié)構(gòu)計算采用的是容許應(yīng)力設(shè)計法，目前在國際上，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算主要使用概率極限狀態(tài)設(shè)計法。

目前，對于民國混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算方面的研究成果較少。1935年出版的《鋼筋混凝土學(xué)》[3]一書是以《鋼筋混凝土規(guī)范書》(美國鋼筋混凝土聯(lián)合委員會于1928年公布)為藍(lán)本，著重從結(jié)構(gòu)材料、計算方法入手；結(jié)合梁、柱等構(gòu)件的結(jié)構(gòu)試驗進行總結(jié)說明?！逗喢麂摴腔炷列g(shù)》[4]詳述了不同構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的計算方法，并對常見構(gòu)件類型的構(gòu)造設(shè)計方法進行了簡述。《實用鋼骨混凝土房屋計劃指南》[5]先從結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力計算開始，而后結(jié)合具體實例，分析總結(jié)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算方法，還擴充了工程造價方面的介紹。《鋼骨水泥房屋設(shè)計》[6]、《英國倫敦市鋼骨混凝土新章述評》[7]、《上海公共租界房屋建筑章程》[8]等文章，均包含了民國時期的混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算方法。將視角轉(zhuǎn)向國內(nèi)，我國的部分學(xué)者從建筑遺產(chǎn)保護的視角對民國時期混凝土建筑展開了研究，王婉曄[9]以廈門集美中學(xué)南薰樓的修繕改造工程一例，研究了在混凝土歷史建筑結(jié)構(gòu)中的相關(guān)檢測方法。石燦峰[10]以武漢市區(qū)的歷史建筑為研究對象，提出了針對武漢市范圍內(nèi)鋼筋混凝土這類歷史建筑的結(jié)構(gòu)修繕與加固方法。陳大川[11]以20世紀(jì)30年代初建成的的歷史建筑為研究對象，通過建筑結(jié)構(gòu)的檢測與鑒定，提出適宜性的歷史建筑修繕與加固方法。在國外，以歐美地區(qū)發(fā)達(dá)國家為首，對混凝土歷史建筑結(jié)構(gòu)的保護理論與方法較為先進：Dimitri[12]對多層鋼筋混凝土框架進行有限元分析，研究了在材料、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)等方面不確定性影響下混凝土框架結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果。Coney[13]對混凝土結(jié)構(gòu)的歷史建筑的修繕、保護技術(shù)中的相關(guān)操作進行了研究。Ince等[14]以前蘇聯(lián)莫斯科某歷史建筑為例，對其保護修繕過程進行了實錄。Searls等[15]對亞特蘭大市政大廳(于1930年建成)的修繕技術(shù)進行了探討。Qazi[16]對庫珀軍火大樓進行了地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析。

綜合上述對既有研究的總結(jié)可知，目前學(xué)者們主要對鋼筋混凝土歷史建筑的修繕保護技術(shù)有所研究，而缺乏對民國時期混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算方法的分析研究，筆者依據(jù)民國時期歷史文獻(xiàn)，結(jié)合所參與的民國時期混凝土建筑修繕保護實例，選取梁構(gòu)件作為研究對象，將民國時期采用的計算方法與現(xiàn)代規(guī)范中采用的計算方法進行比較研究。

1 民國時期混凝土建筑結(jié)構(gòu)體系類型

根據(jù)對國內(nèi)南北方不同城市的百余座民國建筑的結(jié)構(gòu)類型統(tǒng)計分析，全框架、內(nèi)框架兩種結(jié)構(gòu)體系類型可概括為民國時期混凝土建筑結(jié)構(gòu)的兩種主要結(jié)構(gòu)形式。

1.1 全框架結(jié)構(gòu)

由于行政、商業(yè)等公共建筑對空間尺度以及立面效果的需求，通常采用全框架結(jié)構(gòu)。由南京現(xiàn)存的典型實例歸納分析可知，民國時期混凝土建筑中出現(xiàn)的框架結(jié)構(gòu)一般為雙向框架，具有柱網(wǎng)規(guī)整的特點，柱間距通常在5.0～6.0 m內(nèi)，例如建于1923年的南京郵電局舊址(圖1)、建于1937年的南京博物院老大殿、建于1936年的民國資源委員會舊址，均使用全框架結(jié)構(gòu)中的雙向框架體系。

圖1 南京郵電局舊址(雙向框架結(jié)構(gòu))

此外，單向框架結(jié)構(gòu)是民國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的另一典型，由于這種結(jié)構(gòu)類型僅布置了單個方向的框架，故其未布置框架的一個方向上的抗側(cè)剛度較弱，由此可見民國時期對結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計過程僅對結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力進行計算，沒有考慮結(jié)構(gòu)整體的計算，對結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)力的認(rèn)識存在局限性，屬于抗震不利的結(jié)構(gòu)體系。在筆者接觸的實際修繕保護案例中，采用此類結(jié)構(gòu)體系的實例甚少，如建于1947年的南京招商局舊址(圖2)。

1.2 內(nèi)框架結(jié)構(gòu)

使用磚墻與鋼筋混凝土柱一并作為承重體系的結(jié)構(gòu)稱為內(nèi)框架結(jié)構(gòu)體系，外墻為磚墻承重體系，內(nèi)部為鋼筋混凝土框架承重體系，該體系因為使用的承重結(jié)構(gòu)材料不一，屬于混合結(jié)構(gòu)類型。南京地區(qū)典型實例有建于1929年的中央飯店(原址)和建于1935年的原交通銀行南京分行(圖3)，均采用此種結(jié)構(gòu)體系，這類結(jié)構(gòu)體系由于在地震中磚墻會先發(fā)生破壞，從而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)剛度急劇削弱，繼而促使整個建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，屬于抗震不利的結(jié)構(gòu)體系。

圖2 南京招商局舊址(單向框架結(jié)構(gòu))

圖3 原交通銀行南京分行(內(nèi)框架結(jié)構(gòu))

2 民國鋼筋混凝土建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用過程最早可追溯至20世紀(jì)初，結(jié)構(gòu)設(shè)計方法從容許應(yīng)力設(shè)計法到破壞階段設(shè)計法，從極限狀態(tài)設(shè)計法到概率極限狀態(tài)設(shè)計法，幾經(jīng)演變與發(fā)展。容許應(yīng)力理論于19世紀(jì)以胡克定律為理論基礎(chǔ)發(fā)展而來。前蘇聯(lián)在20世紀(jì)30年代首次考慮了鋼筋混凝土具有的塑性性能，并提出破壞階段設(shè)計方法。前蘇聯(lián)在20世紀(jì)中葉又相繼提出極限狀態(tài)設(shè)計法，此法通過對材料的強度和風(fēng)、雪荷載的概率統(tǒng)計得到的多個分項安全系數(shù)來作為結(jié)構(gòu)的總安全系數(shù)。世界各國于20世紀(jì)70年代開始采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法。這些方法均存在或多或少的問題：譬如容許應(yīng)力法中僅將材料的彈性性能納入考量范疇，不能充分反映構(gòu)件的截面承載能力，主要通過工程經(jīng)驗確定其安全系數(shù)，對結(jié)構(gòu)可靠度考慮不夠完善；破壞階段設(shè)計法僅對單個構(gòu)件的承載力進行計算；極限狀態(tài)設(shè)計法仍沒有明確給出結(jié)構(gòu)可靠度的定義及其具體計算方法，仍以工程主觀經(jīng)驗為主來確定結(jié)構(gòu)保證率和相關(guān)系數(shù)的取值。而概率極限狀態(tài)法作為現(xiàn)代采用的方法，借助了概率論的思路，對影響結(jié)構(gòu)可靠性的材料強度、不同種類的荷載以及多種荷載組合等進行了全面的統(tǒng)計。提出以可靠度指標(biāo)β作為統(tǒng)一衡量工程結(jié)構(gòu)可靠度的標(biāo)尺，可對可靠度水準(zhǔn)進行定量選取，以此綜合體現(xiàn)失效概率。自此，結(jié)構(gòu)可靠度方可從定性判斷向定量計算分析發(fā)展。

2.1 民國鋼筋混凝土建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

根據(jù)民國時期的有關(guān)歷史文獻(xiàn)[3-8]，民國時期混凝土建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中應(yīng)用容許應(yīng)力法。這種方法將結(jié)構(gòu)材料當(dāng)做理想彈性體，根據(jù)線彈性理論，計算不同荷載下結(jié)構(gòu)應(yīng)力，并規(guī)定構(gòu)件的任一截面上的各點應(yīng)力σ不大于材料容許應(yīng)力[σ]，即σ≤[σ]。材料的容許應(yīng)力由材料的極限強度或屈服強度fk除以安全系數(shù)K計算而得，見式(1)：

σ≤[σ]=fk/K

(1)

式中：K為安全系數(shù)；fk為材料極限強度；[σ]為材料容許應(yīng)力；σ為構(gòu)件截面上的最大應(yīng)力。

雖然此法公式簡單，實用方便且易于掌握，卻忽視了材料具備的塑性能力，鋼筋混凝土構(gòu)件中的兩種材料都具有一定程度的塑性能力，因此，采用上述方法進行計算與設(shè)計時，其結(jié)果難免有不合理之處。此法將荷載與材料的變異性等因素均納入到安全系數(shù)K中，而無法針對不同性質(zhì)的材料與荷載進行區(qū)分，且K值的確定缺少科學(xué)依據(jù)。

民國時期混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的內(nèi)力計算主要采用的方法有二：一是針對梁、板一類的受彎構(gòu)件，采用連續(xù)梁理論進行計算，依據(jù)實際跨度、荷載等計算得到構(gòu)件內(nèi)力，即連續(xù)梁內(nèi)力計算方法。其中，這種構(gòu)件又可分為三種：一是邊跨形式為強固定端；二是邊跨形式為弱固定端(如嵌固于墻中的梁)；三是邊跨形式為簡支。另一種方法則是針對框架結(jié)構(gòu)，即彎矩分配法，亦稱作“克勞氏連架計算法”。該法提出后，民國時期結(jié)構(gòu)設(shè)計從對單個構(gòu)件提升到單榀框架的層面。

2.2 民國時期與現(xiàn)代規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計方法對比

依據(jù)我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010—2010)[17]規(guī)定：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的分析計算是在概率理論基礎(chǔ)上發(fā)展而成的極限狀態(tài)設(shè)計法。承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)是兩類常見的極限狀態(tài)。應(yīng)用該理論的計算表達(dá)式為：

(2)

式中：γRd為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性系數(shù)；ak為幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值；fs為鋼筋的強度設(shè)計值；fc為混凝土的強度設(shè)計值；R(·)為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力函數(shù)；R為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計值；S為承載能力極限狀態(tài)下作用組合的效應(yīng)設(shè)計值；γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。

相較而言：民國時期應(yīng)用的設(shè)計方法的公式表達(dá)簡單，應(yīng)用靈活，易于掌握，但未將材料塑性性能納入考量，與實際情況有所不符。

2.3 材料強度

根據(jù)民國時期相關(guān)文獻(xiàn)[3-8]，可總結(jié)出民國時期的計算方法中采用的混凝土與鋼筋材料強度，如表1所示。

表1 民國規(guī)范中的材料強度

現(xiàn)行采用的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010—2010)中規(guī)定：混凝土與鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值均需達(dá)到95%以上的保證率?；炷僚c鋼筋的材料強度標(biāo)準(zhǔn)fk=fm-1.645σ=fm(1-1.645δf)，其中σ為材料強度標(biāo)準(zhǔn)差；δf為材料變異系數(shù)；fm為材料強度平均值。將材料強度標(biāo)準(zhǔn)值fk與材料分項系數(shù)γ相除得到最終的材料強度設(shè)計值f，即f=fk/γ。依據(jù)民國時期相關(guān)文獻(xiàn)[18]，民國時期箍筋鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)差取44.88 MPa，縱筋鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)差取29.81 MPa，混凝土受壓強度標(biāo)準(zhǔn)差取4.79 MPa。由相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)[17]，民國時期鋼筋的材料分項系數(shù)取γs取1.1，混凝土的材料分項系數(shù)γc取1.35。

民國時期的規(guī)范中，混凝土采用8吋×8吋×8吋(吋為英寸的縮寫，即200 mm×200 mm×200 mm)的標(biāo)準(zhǔn)立方體試樣測取受壓強度值[3]，通過推算，實際測得混凝土立方體受壓強度值是現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的邊長150 mm立方體測取強度的0.95倍[17]，可得受壓強度平均值fcu，m=1.05×16.56=17.39 MPa。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，計算出鋼筋的強度平均值、標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計值；混凝土受拉強度平均值、標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計值；混凝土受壓強度標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計值，最終計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表2 混凝土和鋼筋的強度設(shè)計值

2.4 構(gòu)造要求

通過對民國時期歷史資料的調(diào)研[3-8]，民國時期的規(guī)范對鋼筋混凝土梁的構(gòu)造要求如下：梁縱筋混凝土保護層厚度(鋼筋中心到構(gòu)件邊緣距離)在梁高不超過508 mm時，為38.1 mm；在梁高超過508 mm時，為50.8 mm；梁內(nèi)縱筋間凈距和距離兩邊的距離均不小于25.4 mm；當(dāng)梁高在508 mm以下時，箍筋直徑為6.35～7.94 mm；當(dāng)梁高在508～762 mm時，箍筋直徑為7.94～9.53 mm；當(dāng)梁高大于762 mm時，箍筋直徑為9.53～12.7 mm；若梁上有集中荷載作用，則箍筋需等間距通長進行布置；若梁承受均布荷載，則箍筋間距從支座處至跨中由小變大，箍筋間距最大不得超過梁高的3/4，不得超過304.8 mm。

3 民國時期混凝土梁構(gòu)件承載力計算方法

3.1 梁構(gòu)件受彎承載力計算方法

梁構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算在民國時期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中為初步發(fā)展時期，當(dāng)時沒有對少筋、適筋和超筋構(gòu)件破壞形式的概念，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞機理沒有明確認(rèn)識，計算的基本假定也與現(xiàn)行規(guī)范有所差異。

1) 計算假定。民國時期混凝土梁構(gòu)件受彎承載力計算假定為：構(gòu)件截面遵循平截面假定，截面受拉區(qū)的拉力均由鋼筋負(fù)擔(dān)，忽略混凝土受拉作用。這與現(xiàn)代規(guī)范基本一致。民國規(guī)范采用容許應(yīng)力法，導(dǎo)致應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系假定與現(xiàn)行規(guī)范不同。民國時期僅考慮到材料的彈性，混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線為一直線。混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線在現(xiàn)行規(guī)范中是一條曲線，反映出其彈塑性性能，如圖4所示。

圖4 混凝土受壓的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

民國時期混凝土梁和現(xiàn)代混凝土梁采用的正截面受彎承載力計算簡圖也由于混凝土受壓的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的假設(shè)不同而有較大差異?，F(xiàn)代規(guī)范采用等效圖形法，民國規(guī)范采用直線圖形法，如圖5所示。

圖5 正截面受彎承載力計算簡圖

兩種規(guī)范針對混凝土受壓的假定不同之處為：(1)民國規(guī)范中受壓區(qū)應(yīng)力分布為三角形，即應(yīng)力與應(yīng)變二者成正比；(2)民國規(guī)范中混凝土受壓區(qū)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系在安全應(yīng)力范圍內(nèi)，其關(guān)系曲線為直線。

由計算假定可知，民國時期受壓混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線與實際不符，實際情況中的混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)是一條曲線。若以直線作為假定，需要說明是在低應(yīng)力情形下。根據(jù)上述假設(shè)，民國規(guī)范規(guī)定混凝土受壓區(qū)應(yīng)力分布為三角形，當(dāng)時未出現(xiàn)等效應(yīng)力的概念。實際在鋼筋混凝土構(gòu)件破壞前，兩種材料均可具備一定的塑性能力，從而其應(yīng)力分布情況與民國時期采用的容許應(yīng)力法的計算假定不盡相同。

2) 計算公式。民國時期規(guī)范和現(xiàn)行規(guī)范對于單筋矩形受彎構(gòu)件的承載力計算有不同的公式，但二者形式類似，民國時期對梁構(gòu)件的受彎機理缺少完整認(rèn)識，采用相同的公式對超筋與適筋梁構(gòu)件進行分析計算，如表3所示。

表3 民國時期規(guī)范與現(xiàn)行規(guī)范的單筋矩形梁受彎承載力計算公式

由表格比較可知：采用兩種規(guī)范的計算公式類似。現(xiàn)代規(guī)范的相對受壓區(qū)高度ξ與民國時期采用的公式中的受壓區(qū)高度系數(shù)k類似，僅計算方法不同。此外，民國規(guī)范沒有規(guī)定最大配筋率，故對k值未作限定。現(xiàn)代規(guī)范中對于超筋破壞，通過限定相對界限受壓區(qū)高度來進行限制。

3) 計算對比。不妨根據(jù)上述公式，選取縱筋配筋率為變量參數(shù)，梁截面寬、高值分別定為：200 mm寬、400 mm高和250 mm寬、500 mm高兩組，高寬比統(tǒng)一為2，保護層厚度取a=38.1 mm(單排配筋)，民國時期規(guī)范及現(xiàn)行規(guī)范計算中的材料強度分別從表1、表2中獲取。由于民國時期的結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有考慮抗震設(shè)計，故均不考慮抗震設(shè)計，進行計算結(jié)果比較：如圖6所示。在圖6b中，兩種截面梁的正截面受彎承載力按現(xiàn)代規(guī)范計算結(jié)果與按民國規(guī)范計算結(jié)果的比值隨梁縱筋配筋率的變化規(guī)律一樣，故兩條計算曲線重合。

圖6 混凝土梁構(gòu)件受彎承載力計算結(jié)果

在通常設(shè)計采用的1.0%～2.0%的縱筋配筋率范圍內(nèi)，采用兩種規(guī)范計算的受彎承載力均隨配筋率的增加而增加，保持線性關(guān)系，但增加速率較慢。分析其原因，大致由于民國時期未考慮到鋼筋與混凝土的協(xié)同作用。因此，較多民國時期混凝土建筑中的受彎構(gòu)件配筋出現(xiàn)了超筋現(xiàn)象。又由于民國時期未限制最大配筋率，結(jié)構(gòu)受彎承載力因此持續(xù)增加；而按現(xiàn)代規(guī)范計算所得的受彎承載力變化幅度減小，并最終趨于穩(wěn)定狀態(tài)，這是由于當(dāng)構(gòu)件出現(xiàn)超筋時，現(xiàn)代規(guī)范假定受壓區(qū)高度等于界限高度，而民國規(guī)范未限定最大配筋率，故其曲線沒有變化。此外，按兩種規(guī)范計算的受彎承載力結(jié)果進行對比，分析可知：在受彎構(gòu)件設(shè)計中通常采用的1.0%～2.0%的縱筋配筋率范圍內(nèi)，按照現(xiàn)行規(guī)范計算所得受彎承載力是按照民國規(guī)范計算所得受彎承載力的3.6～4.0倍；當(dāng)縱筋配筋率為1.7%時，出現(xiàn)最大倍數(shù)約為4.0倍。

3.2 梁構(gòu)件受剪承載力計算方法

1) 計算假定。混凝土受彎構(gòu)件除受彎矩外，還會受到剪力，在這兩者的共同作用下，構(gòu)件可發(fā)生斜向裂縫而導(dǎo)致出現(xiàn)斜截面剪切破壞。由于梁構(gòu)件發(fā)生剪切破壞機理較復(fù)雜，民國時期并無梁構(gòu)件斜截面破壞的相關(guān)計算理論，僅規(guī)定混凝土受剪承載力為60磅/平方吋(即0.41 MPa)。為明確按民國規(guī)范計算所得的受剪構(gòu)件斜截面受剪承載力與按現(xiàn)代規(guī)范計算所得的值之間的差異，分別對民國鋼筋混凝土梁配箍筋和配彎起鋼筋的受剪承載力進行計算，并與按現(xiàn)行規(guī)范計算所得的結(jié)果進行比較。圖7和圖8分別為民國混凝土梁配箍筋受剪計算模型和梁配彎起鋼筋受剪計算模型。

圖7 民國混凝土梁配箍筋受剪計算模型

圖8 民國混凝土梁配彎起鋼筋受剪計算模型

2) 計算公式。民國規(guī)范中對于梁配箍筋構(gòu)件和梁配彎起鋼筋的受剪承載力，采用實驗分析的方式建立擬合公式，現(xiàn)代規(guī)范則將計算理論與結(jié)構(gòu)實驗結(jié)果相結(jié)合，以此得到半經(jīng)驗半理論的計算公式，如表4和表5所示。

表4 民國、現(xiàn)行規(guī)范的梁配箍筋構(gòu)件受剪承載力計算公式

表5 民國、現(xiàn)行規(guī)范的梁配彎起鋼筋構(gòu)件受剪承載力計算公式

(續(xù)表5)

由表4和表5可見，按民國規(guī)范和現(xiàn)代規(guī)范計算梁構(gòu)件受剪承載力中的差異在于：民國時期將縱筋配筋率納入對受剪性能的影響范疇，而現(xiàn)代規(guī)范不考慮縱筋配筋率對受剪性能的影響。此外，現(xiàn)代規(guī)范中規(guī)定了剪跨比，民國規(guī)范則未規(guī)定，并按同一公式計算在集中荷載、均布荷載下的受剪承載力。

3) 計算對比。對比民國規(guī)范和現(xiàn)行規(guī)范中梁構(gòu)件配箍筋時的受剪承載力：以配箍率(ρ=Asv/bs)作為變量，通常取0.1%～1.0%，來進行梁構(gòu)件受剪承載力計算對比，梁截面寬、高值分別定為：200 mm寬、400 mm高和250 mm寬、500 mm高兩組，高寬比統(tǒng)一為2，保護層厚度a=38.1 mm，采用民國時期規(guī)范以及現(xiàn)行規(guī)范計算的材料強度分別從表1和表2中獲取，由于民國時期的結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有考慮抗震設(shè)計，故均不考慮抗震設(shè)計，計算結(jié)果如圖9所示。在圖9a中，相同截面尺寸但不同配箍率的梁受剪承載力隨梁配箍率的變化規(guī)律一樣，故它們的計算曲線重合；在圖9b中，不同截面尺寸但相同配箍率的梁受剪承載力按現(xiàn)代規(guī)范計算結(jié)果與按民國規(guī)范計算結(jié)果的比值隨梁配箍率的變化規(guī)律一樣，故它們的計算曲線重合。

圖9 混凝土梁配箍筋構(gòu)件受剪強度計算結(jié)果

同時，對于有腹筋構(gòu)件，配箍率對其受剪承載力影響較大，按照兩種規(guī)范計算的受剪承載力均隨配筋率的增加而增加，且兩者近似線性關(guān)系。將按照兩種規(guī)范計算的受剪承載力進行對比可知：在正常的配箍率0.1%～1.0%范圍內(nèi)，按照現(xiàn)行規(guī)范計算所得的受剪承載力是按照民國規(guī)范計算所得的受剪承載力的1.6～2.4倍。

為對比兩種規(guī)范中的梁構(gòu)件配彎起鋼筋時受剪承載力的差異，以彎起鋼筋配筋率作為參數(shù)，通常取0.5%～1.5%，彎起角度取45°和60°，對梁構(gòu)件受剪承載力進行計算對比，梁截面寬、高值分別定為：200 mm寬、400 mm高和250 mm寬、500 mm高兩組，高寬比統(tǒng)一為2，縱筋配筋率取2.0%，保護層厚度a=38.1 mm，采用民國時期規(guī)范以及現(xiàn)行規(guī)范計算的材料強度分別從表1、表2中獲取，由于民國時期的結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有考慮抗震設(shè)計，故均不考慮抗震設(shè)計，計算結(jié)果如圖10所示。在圖10b中，不同截面尺寸但相同彎起角度的梁受剪承載力按現(xiàn)代規(guī)范計算結(jié)果與按民國規(guī)范計算結(jié)果的比值隨梁彎起筋配筋率的變化規(guī)律一樣，故它們的計算曲線重合。

有腹筋構(gòu)件受剪承載力受彎起鋼筋配筋率的影響較大，按兩種規(guī)范計算所得的受剪承載力均隨配筋率的增加而增加，兩者近似線性關(guān)系。將按照兩種規(guī)范計算所得的梁配箍筋構(gòu)件受剪承載力對比可知：在正常的彎起鋼筋配筋率0.5%～1.5%范圍內(nèi)，按照現(xiàn)行規(guī)范計算所得的受剪承載力是按照民國規(guī)范計算所得的受剪承載力的2.0～2.4倍。

圖10 混凝土梁配彎起鋼筋構(gòu)件受剪強度計算結(jié)果

4 結(jié) 論

對民國時期混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)文獻(xiàn)的研究，綜合數(shù)據(jù)分析，得出民國時期混凝土梁構(gòu)件的設(shè)計與計算方法，并結(jié)合實際案例與常用尺寸數(shù)據(jù)，與現(xiàn)代規(guī)范中規(guī)定的梁構(gòu)件設(shè)計與計算方法進行計算結(jié)果對比研究，包括對混凝土梁構(gòu)件的受彎承載力及受剪承載力計算，得到如下結(jié)論：

1) 民國時期混凝土結(jié)構(gòu)中的梁構(gòu)件的設(shè)計與計算使用容許應(yīng)力法，此法忽略了材料的塑性性能，在不考慮地震作用影響時，梁的受彎與受剪承載力計算值偏小，總體是偏于安全的。

2) 對于混凝土梁構(gòu)件受彎承載力、受剪承載力計算方法，分別按民國規(guī)范與現(xiàn)行規(guī)范進行設(shè)計與計算，結(jié)果表明：在梁構(gòu)件設(shè)計中常用的1.0%～2.0%縱筋配筋率范圍內(nèi)，按現(xiàn)行規(guī)范計算所得的受彎承載力是按民國規(guī)范計算所得受彎承載力的3.6～4.0倍；在正常的配箍率0.1%～1.0%范圍內(nèi)，按現(xiàn)行規(guī)范計算所得的受剪承載力是按民國規(guī)范計算所得的受剪承載力的1.6～2.4倍；在正常的彎起鋼筋配筋率0.5%～1.5%范圍內(nèi)，按現(xiàn)行規(guī)范計算所得的受剪承載力是按民國規(guī)范計算所得的受剪承載力的2.0～2.4倍。