大课题-作业中期成果报告-hefeng

一：规范的设计理念对 荷载及荷载组合的比 荷载组合的适用性及分 承载力极限状态的荷载组 正常使用极限状态的荷载组 荷载组合对 荷载组合的比较总 以风荷载为例对荷载进行比 2钢筋混凝土构成材料的比 对混凝土的比 对钢筋力学性能的比 3混凝土设计方法的比 抗震设防标准的比 中国规 4.2规 总结不 二ComparisonsbetweenACIandChinese inFlexure,Shearand Flexure Design DesignmethodandStructural Samplequestionand Shear Design Designmethodandstructural Samplequestionand 三：柱设计理念、设计具体算法、构造标准等方面进行对比1、柱的设计理念和一般构造要求对 1、截面尺 2、纵向钢 3、箍 2、受压构件承载力计算对 1、普通箍 2、螺旋箍 3、偏心受压构件承载力计算对 4、受压构件受剪承载力计算对 四：混凝土结构抗震设计对 —抗震设计原则对 规范介 1.1抗震设计规范介 中国抗震设计规范介 抗震设防目标对 2.1规 中国规 抗震设计方 IBC GB50011- 4区划的划 场地土分 建筑物分 中国建筑工程抗震设防分类标 建筑结构的规则 抗震构 框架 框架柱抗震构造措 小 二规范作用和结构抗震验算对 抗震设计方法的比 抗震设计反应谱比较 GB50011-2010反应 ASCE7-10反应谱 反应谱处理 反应谱比较（还不全 3：计算方法分类比 计算方法的选 底部剪力法比较（ASCE：equivalentlateralforce 抗震措施比较 层间位移限值比较 一：规范的设计理念对 荷载组合的适用性及分承载力极限状态的荷载组中国规范和规范均对于承载能力极限状态应按荷载效应的基本组根据中国规范的要求并参考规范中的组合表达式形式在表1中给出中作用参与荷载组合时的荷载分项系数，当仅考虑水平向或竖向时取 时取为1.3和0.5本文为统一表达式形式将水平向和竖向的组合统一表示 荷载效应“E”并采用荷载分项系数1.3规范给出了两种基本荷载组合，分别为极限强度设计的荷载组合（Combiningfactorloadsusingstrengthdesign）（Combiningnominalloadsusingallowablestressdesign。这两种组合都可以用于和容许应力设计法（ASD，在表2中给出的基本荷载组合的表达式，其中D为恒荷载，LLr为屋顶活荷载，S为雪荷载，R为雨水荷载，W风荷载，E为荷载，F有明确压力及高度峰值的流体荷载，H为由土水或大量材料产生的压力，T为自应变荷载。表1.2.1- 中国规范的基本荷载组1.35（1.0）D+0.71.2（1.0）D+1.4(1.3)L+0.71.4(或SR)+0.61.4W；1.2（1.0）D+0.71.4(1.3)L+1.4W；1.2（1.0（D+0.5S+0.7L+L(包管道和设备)）+1.40.2W D+0.71.4(1.3)L+0.71.4(Lr或SR)+0.61.4W；1.35（1.0）D+0.61.4W；1.2（1.0（D+0.5S+0.7L+L(包管道和设备)）+1.3E+1.40.2W表1.2.1- 规范的基本荷载组或SD+H+FLr或S1.2D+1.6(Lr或S或R)+（LD+H+F+0.75(L+T)+0.75(LrS0.8W1.2D+0.71.6WL+0.5Lr或D+H+F+(W 0.7E)+0.75L+0.75（Lr或S0.6D+0.7E+H注：1）除车库与人群的公共场所以外，对所有住宅，当ASCE7-10：c)、d)、f)LH引起的结构作用对由W或E引起的结构作用起抵消效果时，Hg)h)0.0。土压力对由其他因素引起的结构作用提供抗力，不应包含于H中，但应包含于抗力设计中。1.2.2和发生后的两种不同设计状况。规范提出特殊情况的荷载组合（loadcombinationsforextraordinaryevents即对应中国的偶然组合）需要有适用的规范和标准或火灾、和冲击荷载。对于偶然设计状况，应采用偶然组合。规范仅在条1.0。正常使用极限状态的荷载组说明中给出了相应的组合形式表3列出了规范的正常使用极限状态的荷载3中未列出频遇值的组合。 规范的正常使用极限状态的荷载组D+L+0.7(Lr或SD+(0.3~0.8)L+0.40~0.5SD+0.7L+L(道和设备)+E+0.2W1.4荷载组合对方法类似的LRFD设计方法所以本文对比分析荷载的基本组合时不对用中国规范中考虑荷载的组合时，风荷载的组合值系数一般结构取0.0，0.2。其中风荷载起控制作用指风荷载和作用荷载规范则明确作用和风荷载可以不同时组合。下面具体对比规范组合中的荷载系数差别。的取值水因素确定。为了设计上的方便，GB50068将荷载分成永久荷载和载效应起控制的组合分别取1.2和1.35，永久荷载分项系数在永久荷载的效应对KNm21.3规范中未提出分项系数D的分项系数1.41.2。恒荷载（）0.9压力和水压力荷载（）的分项系数1.6。可变荷载（包括风荷载）的分项系数1.6。中国抗震规范给出了作用参与荷载组合时，其分项系数取为1.3。规范给出的荷载的“分项系数”为1.0，这是由于规范在计算作用时得到的荷载效应是“设计值”而非“标准值”，根据规范正常使用极限状态设计组合中荷载的系数0.7，反推可以得到其分项系数约为1.42。分项系数均小于规范。载系数考虑了相关的因素规范也当有两种或两种以上的可变荷载在结荷载组合的比较总本文简要介绍E710《建筑最小荷载规范》和中国B5000920125001201中国和规范的荷载组合都是以荷载与荷载效应有线性关系为前提的。中国和规范的组合形式基本相同，仅部分荷载系数有所差别。中国规范中可变荷载和荷载作用的“荷载分项系数”均小于规范。中国规范中考虑荷载的组合，其中风荷载的组合值系数，一般结构0.0，风荷载起控制作用的建筑采用0.2；而荷载规范则明确作用和载组合（Combiningfactorloadsusingstrengthdesign）以及容许强度设计的荷载design以风荷载为例对荷载进行比GB500092012《建筑结构荷载规范》定义的基本风压为“根据全10m10平均年最大风速ms)50w1地的基本风速v0，再按贝努利公式

1.6.1-现行ASCE7-10《MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures》定义的基本风速可以译为：“距地高10m，地面粗糙度为C(相当中国B类)，3s50年，飓风倾向的地区重现期500年。”设计风压p(相当中国wz)公式 pqGCq(GC)(lb/ft

N/

1.6.1-式中，q是速度压力(相当中国的zw0)G是压力系数(相当中国的s)Cp是阵风影响系数(相当中国的z)qi是速度压力(内部压力测定)Cpi是阵速度压力q q0.00256KK

pb/ft

1.6.1-式中，qz是高度z处的速度压力；Kz是速度压力系数(相当中国z)KdKzl是地形因素系数；V是基本风速(相当中国的v0)；I是重要性系数。w1202

国规范中速度压力不考虑速度压力系数Kz，重要性系数I等，则q0.00256V2，其中qpb/ft2，V的单位为mih，换算成与中10m50年。而不相同的部分是地面粗糙度、平均时比较风中国的荷载规范中，地面粗糙度可分为A、B、C、DABCD类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。基本风速定义中选用的地面粗糙度为B类。的荷载规范中，地面粗糙度可分为B、C、DB2600ft792)201500ft(457m)。CBDD5000ft1524m)20倍的建筑物高度以远处，两者取其大者。DBC类中顺风600ft(182m)20倍的建筑物高度以远处，两者取其大。与规范中的地面粗糙度类别进行了比较，可见表1。表1.6.2.1-1 ABCDDCBBASCE 2钢筋混凝土构成材料的比对混凝土的比cACI318-08f（specifiedccGB50010-2010ACI318规范中没有混凝土强度等级的概念，而是以“规定抗压强度”fc体试件抗压强度标准值150mm(6inch)、300mm（12inch）28d龄期用标准试验方法测得的具fS f'f 2.1.1-f'cf'f' f'f'2.33S f'cf'f' f'0.90f' GB50010-2010中立方体抗压强度标准值fcu,k和棱柱体抗压强度准值f

混凝土立方体抗压强度标准值是确定混凝土强度等级的依据。根据GB50010150mm95%保证率1.645倍的标准差可以得到。更好的反应混凝土结构构件中混凝土的实际抗压能力。GB50010-2010规定以150mm150mm300mm的棱柱体试件用标准试验方法测得的具有95%fck根据两国规范按GB50010-2010计算的立方体抗压强度标准值cACI318-08fc2.1.3-混凝土强C60f' GB50010偏于安全的用下式表示抗压强度标准值与立方体抗压强度标

2.1.3-式中1为棱柱体强度与立方体强度之比2为高强混凝土的折减系数的棱柱体抗压强度标准值f与按ACI318-08计算的规定抗压强度f'列 2.1.3-CCCCCCC棱柱体轴压标准值f101122223混凝土规定抗压强度fc111223332.1.3-

' fck

GB50010-2010，考虑到实际结构构件制作、养护和受力状况，实际构件0.88fck0.882.3-1。相应的按ACI318-08，标准值f'（规范中并无强度标准值说法，此处仅为便于规范混凝土强f 0.85fck c0.851.181.003 2.1.3- I318-08规定得到的圆柱体试件规定抗压强度与按500102010规定得到的棱柱体抗压强度标准值在使用基本一致。同样的，ACI规范中也没有“强度设计值”的概念。取而代之的是，对不Strength于不同受力状态的混凝土材料采用同一分项系数c1.4的规定明显不同。100mm100mm500mm的抗拉试验，另一个是与相同的圆柱体或立方体的劈裂试验由抗拉试验得到抗拉强度ft由劈裂试验得到劈裂抗强度fts。与中国不同的是没有抗拉试验，有一个抗折试验（Themodulusofruptureorflexuraltest）,由抗折试验得到抗折强度（Theflexuralstrengthormodulusofrupture）f

由劈裂试验（Thesplitcylindertest）抗拉强度(Thesplittingtensilestrength)fct由GB50010-2010规范给出的混凝土抗拉强度的标准值与立方体抗

0.880.395f055(11.645)04522

2.1.5-2式中，0.88和2.1.3-1(11.645)0452在实际取值中，承载能力状态下GB50010-2010取抗拉强度设计ft

2.1.5-ACI318-08Code在计算变形时，对正常密度的混凝土取(ACICodedefinesthemodulusofruptureforuseincalculatingdeflectionas)：fcfrfc

2.1.5-除此外，在平常的计算中取一个相对较小值（Alowervalueisusedforthestrengthfcfrfc

2.1.5-与我国混凝土规范采用原点切线模量不同，ACI318-08取应力为规定抗elasticityACI318-08在广泛实验数据的基础上，ACI318-082.1.5-fcEw1fc

（MPa 2.1.6- 3wc单位为kgmfcfcEc

（MPa 2.1.6-GB50010-2010认为正常密度混凝土的弹性模量（原点切线模量）Ec

2.2

（MPa 2.1.6-2.1.6-12.1.6-3计算的2.1.6-GB50010-2010ACI318-08ACI318-08GB50010-对钢筋力学性能的比规定屈服强度（specifiedyieldfyk含义相同，即标准试件满足一定保证率的钢筋强度ACI318-08300级、420级、520级三种，其规定屈服强度分别为300MPa、420MPa、520MPa。长期以来，工程界明显趋向于使用高性能材料。目前，420级的钢筋已成为受力的主导钢筋，300级主要作为辅助钢筋。另外，520级钢筋的应用也已经逐步开始增加。GB50010-2010规范推荐使用的钢筋有HPB300HRB335钢筋、HRB500钢筋，对应的屈服强度标准值分别为300MPa、335MPa400MPa、500MPaACI318-08中钢筋的号码与对应直径见下表：2.2.1-1码径与混凝土一样，ACI318-08规范中钢筋的“强度设计值”可以认为是钢筋GB50010-2010范认为对任何受力状态，取混凝土分项系数c1.4，钢筋分项系数

1.13混凝土设计方法的比 中国规GB50011-2010GB50011-2010GBJ11-89规范的三水准抗震设防目标和三水准的抗震设防目标是当低于本地区抗震设防烈度的多遇影响时,一般不受损坏或不需修理即可继续使用；当相当于本地区抗震设防烈度的影响时,可能损坏,经一般修理或不需修理仍可继续使用；当高于本地区抗震设防烈度的罕遇影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。这个抗震设防目标,简称“小震不坏、中震可修、大震不倒”。三水准的作用水平,按3个不同概率(或重现期)来区分多遇(小震)、设防烈度(基本烈度,中震)、罕遇(大震),50年的概率分别为63.2%、10%、2%～3%50年、475年、2475～1641年。根据统计分析,1.55度,1度左右。验算小震下的弹性变形,即取第一水准的动参数计算结构的弹性作用标准值和相应的作用效应,按分项系数设计表达式进行结构构件的截面抗震承载力验算，满足第一水准抗震设防目标的要求；第2阶段设计为大震下的、对于大多数结构,可只进行第1阶段设计,而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设防要求；对于有特殊要求的建筑时易倒塌的结构以及有明显薄弱层的不规则结构,1阶段设计外,还应进行结构薄弱部、GB50011-2010GB50011-2010规定,一般情况下,GB18306-2001《中国动参数区划图》的基本烈度(或与设计基本加速度值对应的烈度值。所谓“设计基本加速度值”是指50年设计基准期概率10%的参数进行抗震设防。GB50011-2001将抗震设防烈度值、设计基本加度值与中国动参数区划图的 动峰值加速度值,利用表1的对应关系予以联系和协调。表1中的设计基本 加速度的取值与《中国动参数区划图所规定的动峰值加速度相当,只是在0.0g与0.2g之间、0.2g与0.40g之间分别增加了0.15g0.30g的区域,这2个区分别与7度及8度地区相当工程界大多接受地面运动最大加速度的大小对结构反应起主要影响的观点,抗震规范中通常把烈度指标用系数k=/g(a地面运动峰值加速度,g为重力加速度)来表达。因此,表1中设计基本加速中g前的系数亦称为对应于抗震设防烈度的系数。表4.1.2-1抗震设防烈度与设计基本加速度值的对应关抗震设防6789加速度GB50011-2010根据建筑工程的实际情况,将动反应谱特征周期取名为“设计特征周期”,其取值根据“设计分组”确定。建筑工程的设计分为3组,对于Ⅱ类场地,1、2、30.35s、0.40s、0.45s。GB50011-2010在附录A中给出了县级及县级以上城心地区的抗震设防烈GB50011-2010GB50011-2010采用的抗震设计反应谱以影响系数曲线(即加速度反应谱)的形式给出。GB50011-2010规定,建筑结构的影响系数应根据烈度、场地类别、设计分组和结构自振周期以及阻尼比确定。GB50011-2010给出的水平影响系数是取阻尼比为0.05,利用动力系β和系数k确定的。按,其k值相当于抗震设防烈度(基本烈度)所对应k1/32阶段进行结构弹塑性变形验算时采用罕遇烈度,其k值相当于抗震设防烈度(基本烈度)所对应k1.5～2.0倍(烈度越高,k值越小)GB50011-2010各设计阶段的max值GB50011-2010关于建筑抗震设防分类和设防标准GB50011-2001直接了GB50223-2008GB50223-2008规定,建筑6～8度设防区应按设防烈度提高一度计算作用和采取抗震构造措施,当为9度时应作专门研究；乙类建筑应按设防震构造措施可适当降低要求(6度时不再降低)。GB50011-2001规定,钢筋混凝土结构抗震设计时,在确定了建筑抗震设防类四级,以便采取相应的抗震计算标准和抗震构造措施。对于抗震等级为一、二、三级的结构构件,当求得了最不利内力组合值以后,尚不能直接用这一内力组合值进行截面抗震承载力验算,还必须按强柱弱粱强剪弱弯强节点强底层柱的设计原则,对所求得的内力组合值进行适当调整(需乘以内力增大系数)以后,才能进行截面抗震承载力验算。规。和不倒塌的要求规范在2000年以前的《统筑规范》UBC系列中,一直是以50年概率10%的地面运动作为设计在2000年以后《国际建筑规范》IBC系列中，则是以50年概2%定义的最大考虑地震MCE(umConsideredEarthquake)进行的动区划,并以最大考虑地震的2/3作为设计(大体上相当于50年概率为10%的)规范虽然没有明确的分层次抗震设防目标，它以单一水准下的“大震”(50年概率为2%的)作为代表,2/3的系数将其折减为接近于“中震”的设计(50年概率为10%),再选择结构的不同延性等级来满足其抵抗各种水准的要求,即在总体上仍然体现了分层次设防的原则。。ASCE/SEI7-10ASCE/SEI7-10给出的设计加速度反应谱与中国规范给出的抗震设计反应谱形式上相近,但规范给出的抗震设计反应谱还考虑了场地影响系数Fa、Fv对谱形的影响。计算设计加速度反应谱时,有关参数的取值(如周0.2s、1.0s处B类场地重现期为2500年(大致相当于50年概率为2%)的设防加速度值Ss、S1等参数),可从ASCE/SEI7-10给出的各地的动区划(加速度等值线图)中查到。由ASCE/SEI7-10给出的各地的动区划图是50年 概率为2%(重现期为2500年)的确定的,故ASCE/SEI7-10规 加速度时,考虑场地影响系数后的设防加速度值还应考虑2/3的 加速度考虑2/3的折减系数以后, 就接近于50年 概率为10%的(相当于我国规范的“中震”)。由于规范直接用设计进行抗震承载力和变形验算,而在设计地震作用下结构已进入非弹性工作阶段,因此,ASCE/SEI7-10还规定,在计算作用时还应考虑力降低系数R来折减弹性作用,即考虑结构的弹塑性变形与我国规范类似,规范同样需要确定结构的抗震设计级别(SeismicDesignCategory，SDC以便采取相应的抗震设防标准和和抗震构造措施。ASCE/SEI7-10规定,抗震设计时,首先应根据建筑物的使用功能将其分为I～IV4种建筑用途组别(OccupancyCategory),然后按建筑用途组别、建设场地的设计加速度来确定结构的抗震设计级别,分为A、B、C、D、E、F共6级。ACI318-08规定,A级结构可不进行抗震设计,B级和C级结构需要部分满足该规范的抗震设计规定,而D、E、F级结构需要全部满足该规范的抗震设计规定。总结通过比较，在抗震的设计理念上大致有以下几个方面的不同不倒”三水准设防目标。而规范没有明确的分层次抗震设防目标，它以单一水准下的“大震”(50年概率为2%的)作为代表,在进行实际抗震设计时用2/3的系数将其折减为接近于“中震”的设计(50年概率为10%),再选择结构的不同延性等级来满足其抵抗各种水准的要求。效应的组合来验算结构构件的承载能力以及结构的弹性变形而规范直接用设计（相当于我国的中震）进行抗震承载力和变形验算,在设计作用下ASCE/SEI7-10给出的设计加速度反应谱与中国规范给出的抗震设计反应谱形式上相近,但规范给出的抗震设计反应谱还考虑了场地影响系数Fa、Fv对谱形的影响。此外，抗震反应谱是基于“大震”划分，计算设计地震加速度时,2/3的折减系数,将其折减为接近于“中震”的设计加速度。ASCE/SEI7-10还规定,在计算作用时还应考虑力降低系数R来折减弹性作用,即考虑结构的弹塑性变形能在抗震设防类别和级别上基本相似规范同样需要确定结构的抗震设计级别,以便采取相应的抗震设防标准和和抗震构造措施。ASCE/SEI7-10规定,抗震设计时,I～IV4种建筑用途组别,然后按建筑用途组别、建设场地的设计加速度来确定结构的抗震设计级别。所不同的是规范划分更细一些，结构的抗震设计级别划分为A、B、C、D、E、F6级。基于性能的结构抗震设计是根据建筑物的重要性和用途确定其性能目ComparisonsbetweenACIandChineseinFlexure,Shearand Name:YULei(于雷 StudentFlexureDesignBasicThebasicassumptionsthatlieunderysisproceduresarethesame,whichare:1.Planesectionsremainplaneafterbending;Thestrainsinthereinforcementandconcretearethesameatthesamelevel(perfectlybonded);Computethestressesinconcreteandreinforcementbyemployingsomesimplifiedmodels(usuallyConcretetensilestrengthareSomeenvironmentaleffectsliketemperatureandtimeareomitted;umusablestrainattheumcompressionfiberisdeterminantfactorinfixingsectionalflexuralButtherearesomedifferencesinthesebasicassumptionsbetweenACIandChinesecodes,theyare:InACIcode,theumusablestrainatextremeconcretecompressionfiberisassumedas0.003,whereasinChinesecode,itisassumedtobe0.0033,whichisgreaterthanACIprovision.InGB50010-2010,theultimatetensilestrainofthelongitudinalreinforcementislimitingto0.01,whichis5timestheyieldingstrain,whileACIcodedidn’temphasizethispoint.ButACIdofocusonthisissuebecausetheysuggestthatthetensilestrainoflongitudinalreinforcementatnominalflexuralstrengthconditionsshouldbegreaterthan0.004(whichis2timesyieldingstrain).twocodeprovisionscanhelpustomakebetteruseofthereinforcementproperty,especiallytheductilityofsteel.Asaresultofthis,wecanminimizetheamountofmaterialweuse.InACIcode,anequivalentrectangularconcretestressdistributionisdefinedasfollows:C=1fc’b1c,inwhich1and1aredeterminedbyfollowingfc’4000psi(28Mpa),then1=0.854000psifc’8000psi,then1=0.85-0.05(fc’-4000)/1000;8000psifc’,then1=0.65.fc’8000psi,then 1=0.97-0.01518000psifc’,thenWhereasinChinesecodeGB50010-2010,1and1dependonthecementtypewechoose,thatis,Cementtype:C50or 1=0.80andCementtype:C80or 1=0.74andIfcementtypeisbetweenC50and C80,wecandeterminebothvaluesusinglinearinterpolation.ThedifferencesherearisefromtwoInACIcode,weusefc’(cylinderstrength)tocomputethesectionalcapacity,incontrast,weusefc(designvalueofconcreteaxialcompressivestrength)ChinaandUShavedifferenteconomicalstateswhichresultindifferenttolerantlevelofsafety,andthissafetyleveliscloselyassociatedwiththeamountofsteelweuseinourdesign.Inaddition,boththemanufactureandfabricationqualityvaryinbothcountries,sowemusttakeintoaccountallthesefactors.However,thesimplificationmodelsofthestressblockinbothcodesarebasedonthesametheory.TheoryofsectionalTheysisofnominalstrengthisbasedonthreeconditionsinbothcodes,thefirstisthesectionalequilibriumcondition,then,thesecondisthestressandstrainrelationshipforbothmaterials(constitutivelaw),thelastoneisthedeformationcompatibility,whichbridgestheabovetwoconditionsSectionalequilibriumInthiscondition,wehaveforceequilibriumandequilibriumofmoment,thatisF=0andM=0ConstitutiveWehavestressandstrainrelationsforbothconcreteandsteel,whicharec=Eccands=Ess.DeformationDeformationcompatibilityistheconditionthatrelatesthestrainofbothmaterialswiththecorrespondingdisplacement,sowehave:c=y;s=(h0-Besides,theysisproceduresinbothcodesareallbasedontheabovethreeconditions,nevertheless,therewillbesomeslightdifferencesinspecificdesignforbothcodes.DesignmethodandStructuralDetaileddesignTheprocedureswefollowtodesignaspecificbeaminflexurearethesameforbothACIandChinesecodes,andI’llshowitlaterintheexamplequestionsindetail,hereIpresentageneralideaofthedifferencesforbothdesignprocedures:WedirectlycalculatethedepthofcompressionzonewiththehelpofthequadraticequationwithoneunknowninChinesecode,whereasinACIcode,weneglecttheeffectoftheequivalentcompressionzonedepthinfixingtheamountofsteelweuse,thenaccordingtothesteelamountweemploy,wecaneasilydeterminethedepthofcompressionzonefortheconcrete.Forbothcodes,weneedtoverifythatthesectionalmomentisalwaysgreaterthanappliedone.Thecodeprovisionsaboutumandminimumamountofsteelareslightlydifferent,butwecanfindthatACIcodeismoreconservativethanChinesecodeinthisrespect.LaterI’llpresentitinthesamplequestionanditsanswer.InChinesecode,weusebtoindicatewhetherthesectionisnormalreinforced(orunder-reinforced),balancedorover-reinforced,butwemustbearinmindthatbimpliesthattheequivalentconcretestrainreachestheultimatecompressivestrainsothattheremustbesomepartofconcretegoingbeyondthisstrainlevel.Soweadoptnbtoestimatethe umcompressivestrainoftheconcrete.Asitisshowninthefollowingpicture.Incontrast,weusethestrainofthesteeltoindicatewhethertheconcreteiscrushingornotwhenthesteelisyieldinginACIcode.tofthesteeliscontrollingthedesign,justasshownbelow.StructuralSpacinglimitsforreinforcementneedsspecialattentiontobepaid,InACIcode,provisionsareasfollows,Theminimumspacingbetweentwoparallelbarsinasinglelayershallnotbelessthandb(diameterofthebendingbars)or1inch(25mm);Whentheparallelbarsareplacedintwoormorelayers,thecleardistancebetweentwolayersshouldn’tbelessthan1inch(25mm).ThisissimilarinChinesecode,provisionsthatapplytobeamsareasInlowerpartofthesection,theminimumspacingbetweentwoparallelbarsinasinglelayershallnotbelessthand(diameteroflongitudinalrebar)or25mmwhileinupperpartofthesection,theminimumspacingbetweentwoparallelbarsinasinglelayershallnotbelessthan1.5d(diameteroflongitudinalrebar)or40mm.Whentheparallelbarsareplacedintwoormorelayers,thecleardistancebetweentwolayersshouldn’tbelessthan25mmord.Fromtheaboveprovisions,wecanfindthatdeterminationofspacinglimitsisbasedonthebendingbars’diameterdb.Thisalsoappliestoconcretecoverinsimilarway,soconcretecoverisdeterminednotonlybyboththefire durabilityrequirements,butalsobythespecificsteelbarsweuse.ThisprincipleappliestobothACIcodeandChinesecode,butthespecificdetailsarenotdiscussedSamplequestionandQuestion:A3.6-m-longsimply-supportedbeamsupportsitsowndeadloadplusanadditionaluniformservice(unfactored)deadloadof7.3kN/mandapointloadof18kNatitsmiddlepoint.Thebeamismadefromnormal-weight27.6Mpaconcreteandhasb=250mm,d=400mm.PleasedesignthisbeambyusingboththeACImethodandChinesecodemethod.AlsocheckAsmax,AsminusingbothACIandChinesecodes.Pleasenote:fy=400Mpa;Concretedensity=2400kg/m3.Answer:Beforeweinitiatethecalculation,weneedtofirstlyenvironmentalcondition,durabilityandfire requirement.ReferringtoChinesecode,wecanassumethatthissimplysupportedbeamisintheconditionofTypeI,whichimpliesthatthebeamisnotexposedtofreezing-and-thawingcycles(EnvironmentalconditionofClassF0inACIcode).d=h0.ChineseWeassumethatsafetylevelisLevelII,sotheratioThebeamismadefromnormal-weight27.6Mpaconcrete,soaccordingtoChinesecode,wecanchoosetypeC60cement,fcofwhichis27.5Mpa.Asaresultofthis,1=0.98;1=0.78(byinterpolation).SincethebeamisintheenvironmentalconditionoftypeI,wecanobtainfromtheChinesecodethatconcretecoveris30mm.Basedonthis,wecansetthedistancebetweentherebar’sneutralaxisandlowerboundofthebeamas=40mm.Thus,effectiveheighth0=h-Fromtheaboveequation,wecanreachthattheoverallheightish=h0+as=440,whichistheassumedonedependinguponwhichtypeofsteelbarwechoose.Fromcode,wegetpartialsafetyfactorofloadis1.2fordeadloadand1.4forimposedloadsincebothofthemareadverse.DesignMd=1.2(7.3+240.250.44)3.62/8+1.4183.6/4=42.5SinceMd1fcbx(h0-x/2),plugintothevaluesweget,wecanreachtheequationof42.5106=0.9827.5250x(400-Sowecanfindx= =16mmFromtheforceequilibrium,steelbarareaAs=1fcbx/fy=0.9827.5250Fromthereinforcingsteelareachart,wecanchoose412,whoseareais452mm2>269.5mm2,soit’ssatisfactory.Sotheoverallheightofthebeamh=h0+Basedontheabovecalculations,wecangettheexactheightofzonex=fyAs/1fcb=400452/(0.9827.5Sotherelativeheightofcompressionzoneis=x/b=1/(1+0.002/0.0033)=0.78/1.61=0.49,whichisequivalenttoAsmax=0.494000.9827.5250/400=3301mm2 b,sothebeamisnotover-reinforced.MomentMu=1fcbx(h0-x/2)=0.9827.525026.8(400-26.8/2)=69.8SoMu=69.8kN.m>Md=42.5Themomentismin=max(0.45ft/fy,Since0.452.04/400==0.23%,Asmin=minbh=0.23%250436=251mm2As>Asmin,sothesteelareaissatisfactory.Concretecover30mm>disWecanplacethesteelbarsinasinglelayer,thenthecleardistancebetweentwoadjacentbarsisSn=(250-124- 2)/3=47.3mm>25mmorSoitsatisfiesplacingACISincefc’=27.6 8000psi,wecanfindthatThepartialsafetyfactorofloadforACIcodeis1.2fordeadloadand1.6forimposedloadsincebothofthemareadverse.DesignMd=1.2(7.3+240.250.44)3.62/8+1.6183.6/4=45.3SinceMd 1fc’b1c(d-1c/2),plugintothevaluesweget,wecanreachtheequationof45.3106=0.8527.62501c(400-1cSowecanfind1c==20mm,Fromtheforceequilibrium,steelbarAs=1fcbx/fy=0.8527.6250Wecanuse41/2inchdiameterrebartoresistthetensileforce.SothecorrespondingAs=491mm2Basedontheabovecalculations,wecan1c=fyAs/1fcb=400491/(0.8527.6250)=33.5mmWecancheckwhethertensionsteelisyielding:s=(d-c)/ccu=(400-33.5)/33.5Thereforethesteelisyielding.NominalmomentMn=fyAs(d-1c/2)=400491(400-33.5/2)=75.3Sinces=0.033>0.005,thesectionistension-SothesectionmomentMu=Mn=0.975.3=67.8kN.mMu>Md=45.3Themomentissatisfactory.AccordingtoACIcode,Asmin=1.31bd/400=0.33%250As>Asmin,sothesteelareaisAstocheckAsmax,wesets=(d-c)/ccu=0.004,soc=171mm.Asmax=1fc’bx/fy=0.8527.6250141/400=2514mm2, Asmax,soit’sTheprocedureswefollowtodesignthebeamsectionbasedonbothChineseandACIcodeisthesame.Theconcretewechooseisalso40mm,whichissatisfactoryinACIcode.Weplacethesteelbarsinasinglelayer,thenthecleardistancebetweentwoadjacentbarsisSn=(250-12.54- 2)/3=40mm>25mmorSoitsatisfiesplacinglimitsinACIComparisonbetweenChineseandACIcodeinflexureTheprocedureswefollowtodesignthebeamsectionbasedonbothChineseandACIcodeisthesame,butaccordingtoChinesecode,weneedtocheckb,whichimplieswhetherthebeamisover-reinforcedornot.WhereasinACIweneedtocheckwhetherthetensionsteelisyielding:s>0.002.Bothofthemarebasedonthesametheory.BecausedifferentcustomsbetweenChinaandAmerican,wechoosedifferentsizeoftensionsteelwhichresultsindifferentsteelareasoftwodesigns.ButifwesetAs(steelarea)inACIdesignequalstotheoneinChinesedesign,wecansolveoutthatMu=62.4kN.minACIdesign,whichissmallerthantheresultinChinesedesign.SoACIdesignismoreconservativecomparedwithChinesedesigninthisrespect.ThepartialsafetyfactorsofloadaredifferentbetweenACI(1.2fordeadloadand1.6forimposedload)andChinesecode(1.2fordeadloadand1.4forimposedload),sotheACIcodeismoreconservative.AstocheckingofAsmax,Chinesecodeusesbtoindicatewhetherthesectionisover-reinforcedornot, cu/(cu+s),inwhich1=0.74-0.8;WhereasinACIcode,weuses=0.004toindicatewhetherthesectionisover-reinforcedornot.AsmaxobtainedfromChinesecodeisgreaterthanthatobtainedfromACIcode.butconcreteisabrittlematerialandweneedtomakesurethatthesectionisinductilefailure,asaresultofthis,ACIcodeismoreconservative.AstocheckingofAsmin,Chinesecodeusesh(overallheight)todefinetheratioofreinforcementwhereasACIcodeusesd(effectiveheight)todefinetheratioreinforcement,sinced0.9h,soChinesecodeismoreconservativeinthisrespect.However,ACIcodeismoreconservativeasawholewhichcanbeverifiedasfollows,InChinesecode,Asmin/(bh)=min=max(0.45ft/fy,InACIcode,Asmin=0.25(fc’)0.5bInthissamplequestion,0.45ft/fy>0.2%,sowecanrewritetheabovetwoequationsintoAsmin1=0.45ft/fyb Asmin2=0.25(fc’)0.5b Asweallknow,d0.9hinusualcasesandft=(fc’)0.5k(k=0.25-InChinesecode,LetustakeC60asanexampleft=2.04;fc=27.5,sowecangetk=0.39.WecancheckothertypeofcementlikeC55soastofindit’svalidated.Asaresult,Asmin1/Asmin2=0.450.39/(0.250.9)=0.78Wecanobservethefactthatevenwechoosek=0.5.thenAsmin1/Asmin2=1,soifk0.5,Asmin1Asmin2.SoACIcodeismoreconservativeasawhole.Fromtheabovecomparisons,wecansaythatACIcodeismorethanChineseThebasicassumptionsareslightlydistinguished(almosttheThetheoryofsectionalysisisalwaysbasedonthreeconditions:a.sectionalequilibrium;b.constitutiverelationships;c.deformationcompatibility.ThestructuraldetailingforbothcodesarealmosttheThedetaileddesignproceduresarethesame,butthedesignmethodsforbothcodeshavethreedifferences,theyare:AstocheckingofAsmax,Chinesecodeusesbtoindicatewhetherthesectionisover-reinforced,WhereasinACIcode,weuses=0.004toindicatewhetherthesectionisover-reinforcedornot.(detailsseenabove)AstocheckingofAsmin,ACIcodeismoreconservativethanChinesecodeasawhole.(detailsseenabove)InChinesecode,weusebtoindicatewhetherthesectionisnormalreinforced(orunder-reinforced),balancedorover-Incontrast,weusethestrainofthesteeltoindicatewhethertheconcreteiscrushingornotwhenthesteelisyieldinginACIcode.tofthesteeliscontrollingthedesign,justasshownbelow.Note:Ididn’tincludedeepbeams’designanddoubly-reinforcedbeams’designinthisflexurepartbecauseIwanttofocusonthefundamentalphilosophyandmethodsandcomparetheseprimarydistinctionsbetweenChineseandACIcode.it’salimitinthispart.WhenIstarttocomputesamplequestioninshearpart,Inoticethatthereisprobleminmysolvingprocessofflexure,whichisImistaketheservicedeadloadasdeadload,inopposetoliveload,whichisthecorrectanswer,soIneedtomodifyallthe esdependingonthis.ShearDesignTrussDesignmethodandstructuralSamplequestionandQuestion:A3.6-m-longsimply-supportedbeamsupportsitsowndeadloadplusanadditionaluniformservice(unfactored)deadloadof7.3kN/mandapointloadof18kNatitsmiddlepoint.Thebeamismadefromnormal-weight27.6Mpaconcreteandhasb=250mm,h=440mm.PleasedesigntheshearreinforcementofthisbeambyusingboththeACImethodandChinesecodemethod.Pleasenote:theyieldstrengthofflexuralbarsis400Mpaandthatofstirrupsis300Mpa;Concretedensity=2400Answer:DesignsbasedontwocodesareasDesignbasedonChineseBecausethereexistsapointload,weneedtodeterminewhetherthedesigniscontrolledbythispointload.wDu=1.2(240.250.44)=3.17wLu=1.47.3=10.22PLu=1.418=25.2kN;(workingatmid-Ifthebeamisfull-loaded,theresultingshearactionatbothsupportsisVsd=(+wLu)3.6/2+PLu/2=36.7kN(inwhichPLuandwLucontributestoonly(wLu+PLu)/2/36.7=0.84>0.75,it’scontrolledbypointFromtheabovecalculations,wecanfind umshearforceatsupportsVsd=36.7kN; umshearforceatmid-spanVmd=17.15kN;DesignbasedonACIWecandeterminethedesignvaluesofloadactionasfollows,wDu=1.2(240.250.44)=3.17kN/m;wLu=1.67.3=11.68PLu=1.618=28.8kN;(workingatmid-Fromtheabovecalculations,wecanfind umshearforceatsupportsVsd=41.13kN; umshearforceatmid-spanComparisonsbetweenChineseandACI 1、柱的设计理念和一般构造要求对1、截面比控制在，此处l0为柱的计算长度，b、h、d分别为柱的其中带两个或联锁螺旋的受压构件其有效横截面的外部40mm减的有效面积g，g不小于总面积的一半。但这一规定不适用于系数较高的地区。2、纵向钢12mm5%50mm300mm600mm不小于10mm的纵向构造钢筋，并相应设置复合箍筋或拉筋；圆柱中纵向钢筋86于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力钢筋以及受压柱中各边的纵向受力钢筋，其中距不宜大于300mm。为使纵向受力钢筋起到提高受压构件截面承载力300P，335Pa0.6400Pa的钢筋为0.55%500Pa0.5%0.2%规范非组合的受压构件的纵向钢筋的面积Ast，应不小于0.01Ag 不大于0.08Ag。受压构件中纵向钢筋的最小数量，在矩形或圆形箍筋中应是不小于通过下式得到的值 国规范考虑了钢筋和混凝土强度等级的不同对最小配筋率的影响而规范直8把%作为实践最大配筋值。3、箍d/46mmd400mm应大于15d，d为纵向钢筋的最小直径；柱及其它受压构件中的周边箍筋应做成封闭式；对圆柱中的箍筋，搭接长度不应小于规定的锚固长度，且末端应1355d，d为箍筋直径；当柱截面短边尺寸大于400mm且各边纵向钢筋多于3根时，或当柱截面短边尺寸不大于400mm4根时，应设置复合箍筋；柱中全部纵向受力钢筋的配筋率大于3%时，箍筋直径不应小于8mm，间距不应大于10d，且不应大200mm13510d，d为纵向受力钢筋的最小直径；在配有螺旋式或焊接环式箍筋的柱中，如在正截面受压承载力计算中考虑间接钢筋的作用时，箍筋间距不应大于80mm及dcor/5，且不宜小于40mm，dcor为按箍筋内表面确定的截面直径。于25mm。螺旋筋的锚固可由螺旋单元的两端螺旋钢筋或钢丝多加1.5圈来构3210号;36.43.57者钢筋束时横向钢筋箍至少为13号.对于等效面积的变形钢筋和焊接钢筋的横向钢筋箍也应满足要求。钢筋箍的竖向间距应不超过16倍的纵筋直径，48倍的改变处应设横向支撑，这个横向支撑是由角度不超过135度的钢筋箍提供，150mm。当纵筋沿圆的周边放置时，可对比规范关于箍筋间距的规定可以看出纵筋配筋率较小时两国规范相1、普通（1）钢筋混凝土受压构件，当配置的箍筋符合《混凝土结构设计规范》9.3式中，Nϕ为钢筋混凝土构件的稳定系数，对于受压短柱，取值为1；为混凝土抗压强度设计值；A当纵向钢筋配筋率大于3%时，公式中的A应改用A-代替（2）规规范10.3.6规定普通箍筋柱设计抗压强度最大值计算公式式中，为轴向压力设计值，为混凝土圆柱体抗压强度标准值，结构抗力折减系数。