全国民用建筑工程设计技术措施-结构 (混凝土结构)2009年版

A.0.1 美国规范关于纵向受力钢筋的最小配筋百分率的有关规定：

式中：f＇_c——直径150mm，高300mm混凝土圆柱体之抗压强度，单位：磅/平方英寸。
         f_y——钢筋屈服强度，单位：磅/平方英寸。
         b——梁宽，单位：英寸。
         h₀——梁截面有效高度，单位：英寸。
    式(A.0.1-1)采用英制，使用时应注意。若采用公制，公式为：

    1 最小含钢量
    除满足上式，并且采用英制不小于200/bh0/fy，采用公制不小于1.4bh0/fy。对于静定的T形梁，当翼缘受拉时，应将公式中的b代以2b或翼缘宽度，取较小值。
    2 温度及收缩钢筋的最小含钢量
        1)采用40级或50级变形钢筋的板：0.0020；
        2)采用60级变形钢筋或焊接钢丝网的板：0.0018；
        说明：40级即f_y＝40000磅/平方英寸，约合280MPa；60级约合420MPa。
        3)采用屈服应力超过60000磅/平方英寸的钢筋(按屈服应变为0.35％时量得者)：0.0018×60000/f_y，但不小于0.0014。
    温度与收缩钢筋的间距应不大于5倍板厚或450mm。
    3 当受弯构件在任一截面所配置的受拉钢筋面积，比按实际分析需要的钢筋面积超出1/3以上时，式(A.0.1-1)的要求可以不遵守。

A.0.2 新西兰规范关于纵向受力钢筋的最小配筋百分率的有关规定：
    1 收缩及温度钢筋的最小配筋率为0.7/f_y，f_y为钢筋屈服强度，单位为MPa，但不得小于0.0014。
    2 对于大尺寸构件，其截面并非由应力决定，或准确分析不可能时，所有表面上的最小配筋应不小于1000mm2/m(每个方向)，钢筋间距≤300mm。

A.0.3 新西兰混凝土结构规范DZ3101关于柱允许轴压力的要求：
    柱所承受的轴压力N*，不应超过0.7N°，＝0.85，

式中：α₁＝0.85-0.004(f＇_c-55)，但≥0.75
        f＇_c——混凝土强度(圆柱体抗压强度)
         A_g——柱子全截面面积
         A_s——柱子纵筋截面面积
         f_y——纵筋设计强度
    因此，当柱混凝土强度为C55～C60时，

A.0.4 图A.0.4-1是美国2008年混凝土规范对于抗震设计柱的构造示意。可以明显看出，他们的要求比我国规范松得多。例如，箍筋肢距X要求≤350mm，135°钩的直段长度为6d。
    当采用螺旋箍时，螺旋起始与结束处，皆应有水平螺旋，见图A.0.4-2。

 
图A.0.4-1 抗震设计时柱横向配筋示意(美国2008年规范)

图A.0.4-2 螺旋箍示意

A.0.5 美国规范关于抗震设计的框架梁的配筋方法，见图A.0.5-1，其纵筋的搭接，应位于距支座边≥2h处，搭接处箍筋应按规定加密。
    图A.0.5-2是英国规范中的梁纵筋布置示意图(非抗震)。注意主、次梁的底部纵筋都在柱边截断，在柱内另加底筋，伸出与梁底纵筋搭接。应注意该图中，主梁上部纵筋位于次梁纵筋的上面。本图虽是用于非抗震者，但此做法(主梁钢筋在上面)对于抗震结构也同样适用。过去有一种误解，认为次梁钢筋应放在主梁钢筋之上，这样次梁才能将反力传给主梁，这是错误的概念。

图A.0.5-1 抗震设计钢筋混凝土梁的构造(美国2008年规范)

图A.0.5-2 英国规范，梁纵筋布置示意(非抗震)

A.0.6 美国规范抗震设计的梁大样如下图所示：

图A.0.6-1 美国规范抗震设计的梁大样

    注：设计工程师必须提供L1、L2、S1、S2区段内的箍筋间距，锚固长度，钢筋切断点。
        箍筋最大间距：
        1 S1区段：≤h₀/4；8倍纵筋直径，24倍箍筋直径或300mm。
        2 纵筋搭接区段：≤h0/4且不大于100mm。
        3 S2区段：h₀/2。

图A.0.6-2 美国规范抗震设计的多肢箍示意

A.0.7 美国、新西兰规范关于梁最小高度的规定
    1 美国ACI 318-08规定梁的高跨比为：

 注：1 此表适用于不支承或不接触易受大挠度损坏的隔墙或其他构造物时；
        2 以上数字适用于标准重量混凝土(容重w_c＝145磅/立方英尺，约折合2400kg/m³)以及60级钢筋(即屈服强度为60000磅/平方英寸，约合420MPa)；
        3 对于不是采用钢筋屈服强度420MPa的构件，以上数字应乘以(0.4＋f_yk/700)。

    2 新西兰DZ3101-06规定梁的高跨比：

 注：1 此表适用于不支承或不接触易受大挠度损坏的隔墙或其他构造物时；
        2 以上数字适用于混凝土容重ρ＝2400kg/m3，钢筋强度不大于430MPa的构件；
        3 对于不是采用钢筋屈服强度300MPa或430MPa的构件，需将表中430MPa的数值乘以(0.4＋fyk/700)。

A.0.8 梁柱节点核心区的混凝土强度等级问题
    在柱采用高强混凝土之后，梁柱节点核心区不宜如图A.0.8-1所示局部做高强混凝土，而宜与楼板(包括梁)采用同一强度，同时浇注。此时楼板混凝土与柱混凝土的强度级差，可以放大，例如楼板梁用C30，柱子用C60，此时应对梁柱节点核心区的抗剪承载力与抗竖向荷载能力进行核算，节点核心区的混凝土强度可以按下述提高后的“折算强度”采用。
    图A.0.8-1中的做法，过去曾在不少工程中采用，但目前再采用此种做法，有如下几个问题：
    1)目前商品混凝土已普遍采用，其塌落度都很大，在节点处只浇高强混凝土，支模非常困难，节点处先浇捣的高强混凝土可能会流淌较远，如图中点线所示，将造成梁上很不容易处理的施工缝，而这里正是梁端内力较大，可能形成塑性铰的部位；

 
图A.0.8-1 梁柱节点核心区混凝土不正确的浇注方法

    2)节点处所用的少量混凝土，理当随搅拌随浇注，但实际上工地常一次搅拌多量的混凝土，再逐个节点使用，在浇注到最后几个节点时，混凝土的初凝时间可能已经超过。
    综上所述，图A.0.8-1中的做法会增加施工的困难，导致施工质量不易保证。
    1989年版的《高层建筑混凝土结构技术规程》中曾规定，柱的混凝土强度与楼板相差不应超过二级，如柱为C60，楼板(包括梁)不能低于C50。2002版及现行《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010已无此限制。因此，我们可以根据国内外的试验结果以及工程实践经验，确定一种处理梁柱核心区节点的合理设计方法。
    国内外试验表明，当核心区周围有梁相连时，节点核心区混凝土受到约束，混凝土的极限应变和强度都得到提高，提高程度受到下列因素的影响：①楼板和梁对柱子核心区的约束程度，梁的宽度超过1/2柱宽时，约束效果较好；②两者混凝土强度的相差程度；③柱子的竖向构件含量和梁的水平钢筋含量，含量多，效果较好；④荷载的偏心也有影响。
    中柱节点区四周有梁约束，效果较好，极限应变和强度提高最大，边柱次之，角柱较差。
    1)美国早在上世纪50年代末开始，试验楼板混凝土强度低于柱强度的做法，并于1963年开始，在其混凝土规范ACI318中，列出了公式(此公式适用于中柱)：

式中：f＇_ce——梁柱节点处混凝土折算强度；
         f＇_cs——楼板(梁)的混凝土强度；
         f＇_cc——柱的混凝土强度。
    例如：柱为C60，楼层梁板为C30，节点处也为C30，则节点的混凝土折算强度：

    即可采用C55来验算节点的承载能力。
    2)加拿大规范CSAA23.3-94也有类似规定，共计算公式为(此公式适用于中柱)：

    其结果小于美国规范。
    3)国内外研究者进行了比较，多数认为加拿大规范的公式相对比较安全，较为合适。
    还有人根据试验结果，提出如下计算公式(此公式适用于中柱)：

    式中h为楼板(梁)的厚度，c为正方形柱的单边长。
    4)设计建议(本建议只适用于混凝土强度不超过C60的情况)：
    ①当柱混凝土强度与梁板混凝土强度不同时，可以采用上述方法计算节点核心区混凝土的折算强度f＇_ce，按折算强度f＇_ce验算节点核心区的承载力，包括抗剪及抗压(轴压及偏压)，如满足承载力要求，则核心区混凝土可随梁板同时浇捣。
    ②对于中柱，可取公式A.0.8-2、A.0.8-3，算出节点混凝土折算强度f＇_ce，为偏于安全，可取计算结果的较小值。
    此时应注意节点四周的约束程度。当楼板为梁板结构时，若梁宽小于柱宽的1/2时，可按图A.0.8-2所示，在梁端做成水平加腋，以加强对梁柱核心区的约束。如节点核心区的抗剪承载力不足，可在图A.0.8-3所示的部位加配筋。如梁与柱形成偏心，则应按图4.2.5-2、4.2.5-3设置加腋。

    ③对于边柱及角柱，一般有两种情况，即不带悬挑楼板(图A.0.8-4)及带悬挑楼板(图A.0.8-5)两种。

    如图A.0.8-4所示的边、角柱，可按美国有关试验得出的公式进行计算：

    如图A.0.8-5所示的边、角柱，只要悬挑长度大于或等于柱截面尺寸的2倍，即可按中柱对待，按中柱公式计算其f＇_ce。
    ④根据我们对多栋工程的计算，按以上方法计算所得之f＇_ce，都能满足各工程对于柱的承载力的要求(包括剪切、轴压、偏压)。这是因为在抗震结构中，柱截面大多是轴压比决定，而不是由强度决定，因此其截面大小及配筋都有富余。
    如个别情况不能满足，对于中柱，可按图A.0.8-3所示方法，加大核心区面积，并配置附加箍筋。对于边、角柱，可按图A.0.8-6所示方法加大柱核心区面积(此加大的部分，高度与梁高相同，因而不会影响使用)，并配置附加箍筋。
    边角柱的荷载常小于中柱，如果边、角柱的截面与中柱相同，由于设计上一般不会使边、角柱的混凝土强度与中柱不同(否则易出错误)，因此其承载力将富余较多，即使不考虑楼板的约束作用，验算结果也会无问题，此时，在柱边不做水平加腋也是可以的。但如边、角柱荷载较大，或边、角柱截面小于中柱，其承载力富余不多，则为稳妥起见，以按图做加腋为好。

图A.0.8-6 边、角柱加大柱核心区面积示意简图

    详细情况，可参见《建筑结构》2001年第5期“高强混凝土柱的梁柱节点处理方法”。
    ⑤当剪力墙的混凝土强度高于楼板时，也可按同样方法施工，如图A.0.8-7所示：

图A.0.8-7 剪力墙与楼板交接处混凝土施工示意简图

    此时，无需验算墙与板交接处的承载力，因为此处的压应力较小。