樊琨，趙敏

（1.華陸工程科技有限責(zé)任公司，西安 710065；2.西安建工大唐灞柳建設(shè)項(xiàng)目開發(fā)有限責(zé)任公司，西安 710000）

1 引言

美標(biāo)作為世界主流標(biāo)準(zhǔn)之一，已應(yīng)用在越來越多的國家。國內(nèi)外現(xiàn)行主流鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范雖然都采用了分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)方法，但在很多方面都存在差異，進(jìn)而導(dǎo)致在相同工況下，用中美規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果存在差異。本文就中美規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土梁設(shè)計(jì)的差異進(jìn)行對(duì)比分析。

2 荷載組合

2.1 國標(biāo)荷載組合

GB 50068—2018《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》[1]規(guī)定，在一般情況下，計(jì)算鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)，國標(biāo)中的計(jì)算公式如式（1）所示。

當(dāng)作用與作用效應(yīng)按線性關(guān)系考慮時(shí)，基本組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值按式（1）中最不利值計(jì)算：

式中，γGi為第i個(gè)永久作用的分項(xiàng)系數(shù)；SGik為第i個(gè)永久作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；γp為預(yù)應(yīng)力作用的分項(xiàng)系數(shù)；Sp為預(yù)應(yīng)力作用有關(guān)代表值的效應(yīng)；γQ1為第1 個(gè)可變作用的分項(xiàng)系數(shù)；γL1為第1 個(gè)考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)；SQ1k為第1個(gè)可變作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；ψcj為第j個(gè)可變作用的組合值系數(shù)；γLj為第j個(gè)考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)；SQjk為第j個(gè)可變作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。

2.2 美標(biāo)荷載組合

ACI 318—05Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary（美國房屋建筑混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范及條文說明）（以下簡(jiǎn)稱“美標(biāo)”）[2]中的設(shè)計(jì)理念依然按照其指定的荷載大?。ň拖喈?dāng)于國標(biāo)中的荷載標(biāo)準(zhǔn)值，但其值的大小有差異），同時(shí)乘以相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，并考慮荷載組合（組合系數(shù)以及組合方式和國標(biāo)存在差異）。按美標(biāo)中規(guī)定，有8 種基本組 合：（1）1.4D；（2）1.2D+1.6L+0.5Lr；（3）1.2D+1.6Lr+1.0L；（4）1.2D+1.6Lr+0.8W；（5）1.2D+1.6W+1.0L+0.5Lr；（6）1.2D+1.0E+1.0L；（7）0.9D+1.6W；（8）0.9D+1.0E。上述組合中字母含義分別為：D為不變荷載，kN/m2；L為可變荷載，kN/m2；Lr為屋面荷載，kN/m2；W為風(fēng)荷載，kN/m2；E為地震作用，kN。

3 設(shè)計(jì)表達(dá)式

3.1 國標(biāo)設(shè)計(jì)表達(dá)式

GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（2015 年版）（以下簡(jiǎn)稱“國標(biāo)”）[3]規(guī)定的設(shè)計(jì)方法見式（2）：

式中，γ0為重要性系數(shù)；S為作用組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，kN·m；R為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計(jì)值，kN·m；fc、fy分別為混凝土、鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa；ak為幾何參數(shù)，mm。

3.2 美標(biāo)設(shè)計(jì)表達(dá)式

美標(biāo)中將各種材料的抗力標(biāo)準(zhǔn)值得出的“名義強(qiáng)度”與降低系數(shù)相乘進(jìn)而得出設(shè)計(jì)強(qiáng)度。見式（3）：

式中，U為所需強(qiáng)度（荷載作用效應(yīng)），kN·m；Sn為結(jié)構(gòu)抗力的標(biāo)準(zhǔn)值，kN·m。

4 材料強(qiáng)度換算

美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM 規(guī)定，選用直徑150 mm，高300 mm 圓柱體試件28 d 的抗壓強(qiáng)度，連續(xù)隨機(jī)3 組試件的平均值不小于設(shè)計(jì)取值才算符合要求，同時(shí)所有試件的試驗(yàn)值大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的3.45 N/mm2，并且具有98%的保證率?？箟簭?qiáng)度計(jì)算見式（4）：

式中，fc′為美標(biāo)中的抗壓強(qiáng)度，N/mm2；fcu,k為混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件的平均抗壓強(qiáng)度，N/mm2；δc為混凝土試件軸心抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)。

國標(biāo)采用150 mm×150 mm 立方體試件28 d 的抗壓強(qiáng)度，其混凝土強(qiáng)度保證率為95%，平均抗壓強(qiáng)度計(jì)算見式（5）：

針對(duì)中美規(guī)范中標(biāo)準(zhǔn)試件的差異，取美國混凝土規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)試件與中國混凝土規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度比值為1.25 計(jì)算。即：

據(jù)此可以建立中美規(guī)范不同強(qiáng)度等級(jí)下的強(qiáng)度對(duì)照表，見表1。

表1 中美規(guī)范混凝土級(jí)別強(qiáng)度對(duì)照表N/mm2

5 算例

已知鋼筋混凝土梁計(jì)算跨度l0=6m，截面尺寸（寬×高）b×h=300 mm×600 mm，恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值gk=20 kN/m，活荷載，混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30，縱筋采用HRB400，保護(hù)層厚度c=25mm，箍筋采用HPB300，分別按照國標(biāo)及美標(biāo)計(jì)算梁縱向鋼筋面積。計(jì)算各參數(shù)按各規(guī)范要求選取，美標(biāo)中選最不利荷載組合進(jìn)行計(jì)算，即1.2D+1.6L+0.5Lr。

經(jīng)計(jì)算，國標(biāo)中縱向受力鋼筋面積As=1 273mm2，美標(biāo)縱向受力鋼筋面積A′s=1 486 mm2，(A′s-As)/As=(1 486-1 273)/ 1 273=16%，因此，按美標(biāo)設(shè)計(jì)配筋，比按國標(biāo)設(shè)計(jì)配筋多16%。

6 結(jié)語

基于上述分析可得以下結(jié)論：

1）從整體上來說，美標(biāo)中鋼筋混凝土梁設(shè)計(jì)同我國規(guī)范比較類似，然而在設(shè)計(jì)荷載的取值、材料強(qiáng)度的取值以及可靠度的表達(dá)方式上與國標(biāo)具有一定的差異。

2）同樣的荷載和同樣的材料采用中美規(guī)范進(jìn)行混凝土梁設(shè)計(jì)時(shí)，縱向鋼筋配筋結(jié)果有16%的差異。