新旧设计规范构件配筋差别较大的几个因素

仅仅

新旧设计规范构件配筋差别较大的几个因素

焦 柯1 吴文勇2
（1、广东省建筑设计研究院 广州510010；2、深圳市广厦软件有限公司 深圳518028）

摘 要：本文根据工程实践讨论了按国标新规范进行结构设计比旧规范设计构件配筋大的几个因素，同时提出在规范范围内降低用钢量的建议，供结构设计参考。
关键词：规范；配筋；构造

1 前言
2002年的结构设计规范相比89年的旧规范，在设计可靠度、材料强度、抗震计算、截面设计、构造要求等都有较大的修改，因此同一工程用新旧规范版本结构CAD软件进行设计时，结果会不同，尤其是钢筋用量明显增加，新旧规范设计结果差别在10%~15%左右设计人员是可以接受的，但工程实践中经常会超出上述范围。本文讨论了新规范中对钢筋增大有直接影响的其中一些因素。
2 设计可靠度调整
2.1风、雪标准值重现期由30年提高到50年，这一修改使风、雪荷载平均增加10%左右。对高层建筑89规范对基本风压有1.1的修正系数，因此对高层建筑的影响不大。
2.2普通民用建筑的楼面活荷载标准值由1.5 kN/m2提高到2.0kN/m2，将提高板的用钢量。
2.3无地震作用内力组合时，增加了永久恒载效应控制的组合，即分项系数1.35的组合，相对窒钕凳?.2，内力增加10%。

3 材料强度调整
3.1Ⅱ级钢强度设计值fy由310 N/mm2改为300N/mm2，强度降低将增加用钢量。
3.2取消混凝土的弯曲抗压强度fcm,统一采用轴心抗压强度设计值fc，强度降低10%。

4 地震作用计算
4.1抗震设防烈度提高
新规范设防烈度增加了7.5度和8.5度，天津、郑州、海口等数百个城镇的设防烈度提高，相应水平地震影响系数最大值提高（见下表）。由于设防烈度提高，地震作用下的楼层位移和剪力将明显增加。
表1 水平地震影响系数最大值（括号中数值分别对应7.5度、8.5度）
地震影响 6度 7度 8度 9度
多遇地震 0.04 0.08（0.12） 0.16（0.24） 0.32
罕遇地震 —— 0.50（0.72） 0.90（1.20） 1.40
4.2剪重比的控制
结构各楼层的水平地震剪力标准值不满足下式要求时需增大地震力调整系数。旧规范对此没有明确规定，按新规范许多工程要对地震力进行放大，结果导致楼层位移和构件内力的增大。
VEki > λ∑Gj
式中VEki为第i层的楼层水平地震剪力标准值；λ为水平地震剪力系数，不应小于下表规定的最小值；Gj为第j层的重力荷载代表值。
楼层最小地震剪力系数
类 别 7度 8度 9度
扭转效应明显或基本周期小于3．5s的结构 0.016（0.024） 0.032（0.048） 0.064
基本周期大于5．0s的结构 0.012（0.018） 0.024（0.032） 0.040
4.3偶然偏心
高规规定计算单向地震作用时应考虑质量偶然偏心，即使是平面规则、对称的建筑结构。对抗扭刚度较小的建筑结构，偶然偏心的影响大。当剪力墙布置在远离楼层质心位置时（即抗扭刚度较大），偶然偏心影响较小。对偶然偏心敏感的结构，位移甚至增大20%。
4.4重力二阶效应
在水平力作用下，混凝土结构侧向刚度如果不满足高规第5.4.1条的规定，应考虑重力二阶效应对结构的不利影响。规范是按照乘以增大系数的方法近似考虑，分别对结构位移及结构构件弯矩和剪力放大。

5 构造要求
5.1柱箍筋加密区的最小体积配箍率应符合下式要求：
ρν≥λνfc/fyν
式中ρν是柱配筋加密区的体积配箍率，一级不应小于0.8%，二级不应小于0.6%，三、四级不应小于0.4%；框支柱不应小于1.5%，最小配箍率特征值提高0.02；剪跨比小于等于2时，不应小于1.2%，9度时不应小于1.5%；fc是混凝土轴心抗压强度设计值，强度等级低于C35时应按C35计算；fyν是箍筋或拉筋抗拉强度设计值，超过360N/mm2时，应取360N/mm2计算；λν最小配箍率特征值，宜按下表采用。
抗震等级 箍筋形式 柱轴压比
≤0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.05
一 普通箍、复合箍 0.10 0.11 0.13 0.15 0.17 0.20 0.23
螺旋箍、复合或连续复合矩形螺旋箍 0.08 0.09 0.11 0.13 0.15 0.18 0.21
二 普通箍、复合箍 0.08 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.19 0.22 0.24
螺旋箍、复合或连续复合矩形螺旋箍 0.06 0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.20 0.22
三 普通箍、复合箍 0.06 0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.20 0.22
螺旋箍、复合或连续复合矩形螺旋箍 0.05 0.06 0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.18 0.20
89规范是根据轴压比、抗震等级直接查表得到最小体积配箍率，与混凝土强度、钢筋强度无关。按新规范，混凝土强度越大、钢筋强度越小，柱的最小体积配箍率就越大。如一根二级抗震柱，轴压比为0.8,混凝土用C30，箍筋强度I级，则ρν=0.17*16.7/210=1.35%，原规范为1.0%。
5.2剪力墙底部加强部位和约束边缘构件
一、二级抗震墙底部加强部位及相邻的上一层按要求设置约束边缘构件，其他部位构造边缘构件。无论约束边缘构件还是构造边缘构件，配筋较旧规范大。抗震墙底部加强部位是指满足如下条件的墙：楼层总高度的1/8和底部二层二者较大值，且不大于15米；有地下室时向下延伸地下一层；有大底盘裙房时，塔楼范围之外的裙房部分按裙房总高度的1/8和底部二层二者较大值，且不大于15米，塔楼范围内裙房部分和高出裙房一层都为加强部位。
5.3梁腰筋的设置
当梁的截面尺寸较大时，有可能在梁侧面产生垂直于梁轴线的收缩裂缝。原规范梁高大于700mm加腰筋，新规范梁腹板高度(梁高减去板厚)≥450mm加腰筋，每侧腰筋面积≥0.001bh (b为梁宽，h为梁腹板高度)，间距不宜大于200mm。
5.4板构造配筋率
受弯构件单侧最小配筋率取0.2和45 ft/fy两者大值，89规范最小配筋率为0.15%。若采用I级钢将明显提高配筋率。如某板采用I级钢、混凝土等级取C25，则可计算出最小配筋率为0.272%。
5.5柱剪跨比控制
新规范增加了柱剪跨比计算，剪跨比不同的柱可能使用不同的计算公式和构造要求。比如对剪跨比不大于2的柱的构造要求：箍筋直径不应小于8mm；箍筋间距不应大于100mm；柱取全高箍筋加密；柱箍筋最小体积配箍率不应小于1.2%，9度不应小于1.5%。

6 结构内力调整系数
根据强柱弱梁、强剪弱弯的要求，需要对计算内力进行放大。下表列出了新旧规范内力调整系数的对比，可见新规范的调整系数较旧规范大。特别是对三级抗震结构，89规范不需要进行内力放大，新规范增加了内力放大的要求。
构件 抗震等级 2002规范 89规范
弯矩 剪力 弯矩 剪力
梁 9度一级抗震 1.56
一级抗震 1.30 1.20
二级抗震 1.20 1.05
三级抗震 1.10
柱底层柱底 9度一级抗震 1.80 3.02
一级抗震 1.50 2.10 1.42 1.57
二级抗震 1.25(1.30) 1.50(1.63) 1.15 1.26
三级抗震 1.15(1.20) 1.27(1.38)
四级抗震 (1.10) (1.16)
普通柱 9度一级抗震 1.68 2.82
一级抗震 1.40 1.96 1.33 1.46
二级抗震 1.20(1.25) 1.44(1.56) 1.10 1.21
三级抗震 1.10(1.15) 1.21(1.32)
四级抗震 (1.05) (1.10)
底部加强区剪力墙 9度一级抗震 1.92
一级抗震 1.60 1.33
二级抗震 1.40 1.10
三级抗震 1.20
注：括号内为异形柱内力调整系数。

7 减少钢筋用量的一些建议
a、 按规范要求确定结构抗震等级，不要随意提高抗震等级；
b、 竖向构件最好直接落地，否则不易满足规范对层间位移的控制要求；
c、 提高钢筋强度将明显降低板钢筋用量和柱箍筋用量；
d、 梁板混凝土标号选择适当，不宜过高；
e、 尽量不用错层结构。由于错层结构造成刚度突变，使得结构不满足规范的側向刚度、抗剪承载力连续性要求，而且增加钢筋用量；
f、 抗侧移构件尽量均匀布置，减少地震扭转效应（如偶然偏心）的影响；
g、 新规范对框架柱轴压比放松，同等条件下可适当减少柱截面；
h、 尽量少用短柱，由于短柱侧向刚度大，计算得到的剪力设计值很大，较难满足截面抗剪要求，即使满足抗剪要求，箍筋面积也较大；
i、 梁的跨高比尽量控制大于2.5，尤其是边梁，不要随意加大梁高，跨高比小于2.5时，截面抗剪计算较难满足。

参考文献
1 JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程，中国建筑工业出版社。
2 GB50011-2001 建筑抗震设计规范，中国建筑工业出版社。
3 GB50010-2002 混凝土结构设计规范，中国建筑工业出版社。
4 GB50009-2001 建筑结构荷载规范，中国建筑工业出版社。