中国与英国混凝土规范比较

1、中英混凝土结构设计规范比较董斌（东华工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230024）摘要：本文通过对中英混凝土规范进行比较分析，得出一些有益结论，供涉外工程设计参考。关键词：中国规范;英国规范;混凝土结构 A COMPARISON OF BRITISH CODE AND CHINESE CODE FOR CONCRETE STRUCTURES Dong Bin Cheng Zhengyi(EAST CHINA ENGINEERING SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD.Hefei Anhui230024)ABSTRACTSome useful conclusions

2、are summarized through the comparison of concrete structures code between China and Britain. The results can refer to some overseas projects design.KEY WORDSChinese code,British code,concrete structure 随着我国工程公司实力的不断增强，工程公司的涉外项目也在逐渐增多。而英国混凝土结构设计规范作为国际上通用的一种设计规范，经常出现在涉外工程的标书中，如何运用英国规范进行结构设计，中英规范的差异在哪里

3、，这些都是在工程设计中设计人员必须解决的问题。笔者参与了越南HP-DAP项目结构设计，在工作中对英国规范有所了解。本文从结构设计方面，对混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）1（以下简称“中国规范”）和Structural use of concrete Part 1: Code of practice for design and construction（BS8110 -1：1997）2、Structural use of concrete Part2: Code of practice for special circumstances（BS8110 -2：1985）3(以下简

4、称“英国规范”)进行比较，并作了粗浅的分析。1. 设计方法中英规范均采用极限状态设计法。极限状态包括承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。2. 材料2.1 混凝土的材料参数：混凝土强度等级“英国规范”和“中国规范”都是按照立方体抗压强度标准值确定，“英国规范”的fcu相当于“中国规范”的fcu，k。对常用粗细骨料组成的钢筋混凝土结构的混凝土强度等级“英国规范”要求不应低于C25，“中国规范”要求不应低于C15。“英国规范”环境类别根据暴露条件分为轻微、中等、严重、很严重、极严重、有磨蚀作用六种，与“中国规范”的“室内正常环境、室内潮湿环境”等五种环境类别相似。在耐久性要求上，“英国规范”的最

5、低混凝土强度等级要高于“中国规范”，但“中国规范”的混凝土保护层厚度区分了梁、板、柱、墙，考虑得更为详细。2.2 钢筋的材料参数：钢筋的材料特性, “英国规范”基本和“中国规范”相似。英国标准的钢筋强度见表1。表1钢筋的强度名称规定的特征强度 fyN/mm2热轧低碳钢250高屈服强度钢（热轧或冷加工）460中英两国规范都推荐使用钢筋的公称直径是8，10，12，16，20，25，32，40mm5。但“英国规范”中没有14,18,22,28,36mm的钢筋，设计时尽量避免使用。2.3 材料强度分项安全系数：两国规范对比见表2.表2中英规范材料强度分项安全系数对比表“英国规范”“中国规范”符号mf混

6、凝土1.51.4钢筋1.051.1两国规范取值接近，“英国规范”混凝土材料强度分项安全系数比“中国规范”大，但钢筋材料强度分项安全系数比“中国规范”小。3. 承载能力极限状态计算（主要比较正截面受弯和斜截面受剪）3.1正截面受弯承载力计算3.1.1单筋矩形截面梁的正截面受弯承载力计算中英规范的计算基本假定是相似的，“英国规范”计算公式如下：K=Mbd2fcuz=d0.5+0.25-K0.9，但不大于0.95d.x=d-z0.45As=M/0.95fyz式中：As受拉钢筋面积 b 受压区截面宽度d 受拉钢筋的有效高度M 设计极限承载弯矩x 中和轴高度z  力臂fcu混凝土特征强度 fy

7、 钢筋特征强度“中国规范”计算公式如下：M=1fcbxh0-x21fcbx=fyAsfc=fckc=fck1.4， fck=0.88c1c2fcu，kfy=fyks=fyk1.1式中：As受拉区纵向钢筋的截面面积 b 矩形截面宽度h0截面有效高度M 弯矩设计值1系数x 混凝土受压区高度fc混凝土轴心抗压强度设计值 fy 普通钢筋抗拉强度设计值“英国规范”的fcu相当于“中国规范”的fcu，k，“英国规范”的fy相当于“中国规范”的fyk，“英国规范”的力臂z相当于“中国规范”的h0-x2，“英国规范”的d相当于“中国规范”的h0。两国规范的参数、符号对应后，可以得出内力平衡方程相同的。下面以矩

8、形截面梁为例进行正截面受弯承载力计算对比。假设某简支梁，处于室内正常环境，计算跨度6m，梁上作用均布恒载10kN/m，均布活载10kN/m，采用C30混凝土，采用HRB335钢筋，截面尺寸bxh=250mm x500mm，求钢筋面积As。3.1.1.1按英国规范计算 由文献2，跨中弯矩Mu=MD+ML=1/8x(1.2x10+1.4x10)x62=135kN·m， d=500-35=465mm，由前式K=Mbd2fcu=135x106/(250x4652x30)=0.083，z=d0.5+0.25-K0.9=465x0.5+0.25-0.0830.9=417mm < 0.95

9、d=441.75mm，As=M0.95fyz=135x1060.95x335x417=1017mm2.3.1.1.2按中国规范计算由文献2 和文献4，荷载效应组合是由可变荷载效应控制的组合，跨中弯矩M=GSGK+QSQK=1/8x(1.2x10+1.4x10)x62=117kN·m，h0=500-35=465mm，1取1.0，由M=1fcbxh0-x2，求得x=76.71mm，由1fcbx=fyAs，求得As=914mm2。经计算比较,在该实例中同一根梁的设计,按英国规范计算比按中国规范计算跨中弯矩大15.4%,配筋多11.3%。3.1.2双筋矩形截面梁的正截面受弯承载力计算 “英国

10、规范”计算公式如下：z=d0.5+0.25-K0.9，x=d-z0.45As'=(K-K)fcubd2/0.95fy(d-d')As=Kfcubd20.95fyz+As'K=0.156，当重分布不超过10%时（这含有中和轴高度限制到d/2的意思）；或 K=0.402b-0.4-0.18b-0.42，当重分布超过10%时；且K=Mbd2fcu式中：As' 受压钢筋面积d' 受压钢筋的高度b 比值： 重分布后的截面弯矩重分布前的截面弯矩 从相应的最大弯矩图得出。“中国规范”计算公式如下：M=1fcbxh0-x2+fy'As'(h0-as

11、9;)1fcbx=fyAs-fy'As'式中：As'受压区纵向钢筋的截面面积 as'受压区纵向普通钢筋合力点至截面受压边缘的距离 fy'普通钢筋的抗压强度设计值同单筋矩形截面梁的正截面受弯承载力计算比较一样，将中英规范参数、符号对应后，可以得出内力平衡方程相同的。通过比较，中英规范在矩形截面梁的正截面受弯承载力计算中基本假定和内力平衡方程是一致的，仅在表达符号和材料强度分项安全系数的取值上有差异。3.2斜截面受剪承载力计算3.2.1 最小配箍率要求配置的箍筋面积：“英国规范”的要求： Asv0.4bvsv/0.95fyv式中：Asv在一个截面内中和轴处的

12、全部箍筋面积 bv 截面宽度sv 沿构件的箍筋间距 fyv箍筋的特征强度 “中国规范”的要求： Asv0.24f tbs/fyv “英国规范”的fyv相当于“中国规范”的fyvk， 即“英国规范”的0.95fyv相当于“中国规范”的fyv，“英国规范”的bv相当于“中国规范”的b，“英国规范”的sv相当于“中国规范”的s，假设混凝土等级取C30，f t=1.43N/mm2，将“英国规范”的fyv、bv、sv，则“中国规范”的要求变为Asv0.34bvsv/0.95fyv。结论：两者接近，“中国规范”根据混凝土等级不同而要求不同，在混凝土强度高于C40级时, “中国规范”的最小配箍率要求大于“英

13、国规范”。3.2.2需计算配置的箍筋面积：“英国规范”计算公式如下：Asvbvsv（v-vc）/0.95fyvv=Vbvd，vc=0.79100As/(bvd)13(400/d)1/4/m式中：d 有效高度 V 由极限荷载引起的设计剪力 v 截面内的设计剪应力vc 设计混凝土剪应力“中国规范”计算公式如下：VVcs，Vcs=0.7ftbh0+1.25fyvAsvsh0；“英国规范”的d相当于“中国规范”的h0，“英国规范”的vc相当于“中国规范”的0.7ft。结论：由于影响斜截面受剪承载力的因素较多，中英规范采用的均为半经验、半理论的公式，两国规范参数、符号对应后，计算公式是非常相似的，计算结

14、果是相近的。4. 正常使用极限状态验算：4.1 裂缝宽度：“英国规范”的要求：0.3mm“中国规范”的要求：见表3表3 结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限制环境类别钢筋混凝土结构预应力混凝土结构裂缝控制等级lim(mm)裂缝控制等级lim(mm)一三0.3（0.4）三0.2二三0.2二三三0.2一“中国规范”考虑了环境类别的影响，引入裂缝控制等级的概念，控制得更为严格。4.2 挠度限值：“英国规范”的要求： l /250“中国规范”的要求：见表4表4 受弯构件的挠度限值构件类型挠度限值吊车梁：手动吊车 电动吊车l0500l0600屋盖、楼盖及楼梯构件：当l07m时当7ml09m时当l09m

15、时l0200 (l0250)l0250 l0300l0300 (l0400)“中国规范”区分了构件类型，考虑得更为详细，控制得更为严格。5. 构造要求（主要比较纵向受力钢筋的最小配筋率和最大配筋率）5.1 纵向受力钢筋的最小配筋率：“英国规范”的相关规定： 见表5表5 “英国规范”规定的纵向受力钢筋的最小配筋百分率受力类型最小配筋百分率 %fy=250 N/mm2fy=460 N/mm2纯受拉构件0.80.45受弯构件（矩形截面）0.240.13受压构件0.40.4“中国规范”的相关规定：见表6表6 “中国规范”规定的纵向受力钢筋的最小配筋百分率受力类型最小配筋百分率%受压构件全部纵向钢筋0.

16、6一侧纵向钢筋0.2受弯构件、轴心受拉、偏心受拉一侧的受拉钢筋0.2或 45ft/fy中的较大值比较：纯受拉构件中由于“中国规范”考虑的为一侧受拉钢筋，不能做出比较；受弯构件中“中国规范”考虑得更详细，要求更严格。受压构件中“英国规范”考虑的是受压钢筋面积受压混凝土面积，而“中国规范”考虑的是受压钢筋面积混凝土全面积，要求更严格。5.2 纵向受力钢筋的最大配筋率：“英国规范”的相关规定：见表7表7 “英国规范”规定的纵向受力钢筋的最大配筋百分率构件类型最大配筋百分率梁4%柱竖向浇灌的6%水平浇灌的8%竖向或水平浇灌柱中钢筋搭接处10%“中国规范”的相关规定（根据抗震设计的要求）：见表8表8 “

17、中国规范”规定的纵向受力钢筋的最大配筋百分率构件类型最大配筋百分率梁2.5%柱5%结论：“中国规范”考虑了抗震设防，梁的最大配筋率，通过限制计入纵向受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度的比值，但梁端纵向受拉钢筋的配筋率2.5，以此来提高框架梁的抗震性能，保证框架梁有足够的曲率延性。两国规范相比，“中国规范”考虑得更详细，要求更严格。6 结语通过以上对中英混凝土结构设计规范的比较，可以得出：两国规范在设计方法上是相同的；进行承载力极限状态计算时，若荷载组合值系数取值相同，两国规范在矩形截面梁的受弯正截面承载力计算中基本假定和内力平衡方程是一致的，在斜截面受剪承载力计算中公式是非常相似的，仅在表达符号和材料强度分项安全系数的取值上有差异。在荷载组合值系数取值上，中国规范总体的荷载组合值相比英国规范偏小，英国规范较中国规范可靠度高。在正常使用极限状态验算方面和构造方面，“中国规范”考虑得更为详细，控制得更为严格。 参考文献：1 GB 50010-2002 ，混凝土结构设计规范 S.2 BS8110-1：1997，Structural use of concre