樊琨，趙敏

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

1 引言

美標作為世界主流標準之一，已應用在越來越多的國家。國內外現行主流鋼筋混凝土設計規(guī)范雖然都采用了分項系數設計方法，但在很多方面都存在差異，進而導致在相同工況下，用中美規(guī)范進行設計計算的結果存在差異。本文就中美規(guī)范對鋼筋混凝土梁設計的差異進行對比分析。

2 荷載組合

2.1 國標荷載組合

GB 50068—2018《建筑結構可靠性設計統(tǒng)一標準》[1]規(guī)定，在一般情況下，計算鋼筋混凝土框架結構的承載能力極限狀態(tài)，國標中的計算公式如式（1）所示。

當作用與作用效應按線性關系考慮時，基本組合的效應設計值按式（1）中最不利值計算：

式中，γGi為第i個永久作用的分項系數；SGik為第i個永久作用標準值的效應；γp為預應力作用的分項系數；Sp為預應力作用有關代表值的效應；γQ1為第1 個可變作用的分項系數；γL1為第1 個考慮結構設計使用年限的荷載調整系數；SQ1k為第1個可變作用標準值的效應；ψcj為第j個可變作用的組合值系數；γLj為第j個考慮結構設計使用年限的荷載調整系數；SQjk為第j個可變作用標準值的效應。

2.2 美標荷載組合

ACI 318—05Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary（美國房屋建筑混凝土結構規(guī)范及條文說明）（以下簡稱“美標”）[2]中的設計理念依然按照其指定的荷載大?。ň拖喈斢趪鴺酥械暮奢d標準值，但其值的大小有差異），同時乘以相應的分項系數，并考慮荷載組合（組合系數以及組合方式和國標存在差異）。按美標中規(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為風荷載，kN/m2；E為地震作用，kN。

3 設計表達式

3.1 國標設計表達式

GB 50010—2010《混凝土結構設計規(guī)范》（2015 年版）（以下簡稱“國標”）[3]規(guī)定的設計方法見式（2）：

式中，γ0為重要性系數；S為作用組合的效應設計值，kN·m；R為結構構件的抗力設計值，kN·m；fc、fy分別為混凝土、鋼筋的強度設計值，MPa；ak為幾何參數，mm。

3.2 美標設計表達式

美標中將各種材料的抗力標準值得出的“名義強度”與降低系數相乘進而得出設計強度。見式（3）：

式中，U為所需強度（荷載作用效應），kN·m；Sn為結構抗力的標準值，kN·m。

4 材料強度換算

美國材料與試驗協(xié)會ASTM 規(guī)定，選用直徑150 mm，高300 mm 圓柱體試件28 d 的抗壓強度，連續(xù)隨機3 組試件的平均值不小于設計取值才算符合要求，同時所有試件的試驗值大于設計強度的3.45 N/mm2，并且具有98%的保證率?？箟簭姸扔嬎阋娛剑?）：

式中，fc′為美標中的抗壓強度，N/mm2；fcu,k為混凝土標準試件的平均抗壓強度，N/mm2；δc為混凝土試件軸心抗壓強度變異系數。

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

針對中美規(guī)范中標準試件的差異，取美國混凝土規(guī)范標準試件與中國混凝土規(guī)范標準試件強度比值為1.25 計算。即：

據此可以建立中美規(guī)范不同強度等級下的強度對照表，見表1。

表1 中美規(guī)范混凝土級別強度對照表N/mm2

5 算例

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

經計算，國標中縱向受力鋼筋面積As=1 273mm2，美標縱向受力鋼筋面積A′s=1 486 mm2，(A′s-As)/As=(1 486-1 273)/ 1 273=16%，因此，按美標設計配筋，比按國標設計配筋多16%。

6 結語

基于上述分析可得以下結論：

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

2）同樣的荷載和同樣的材料采用中美規(guī)范進行混凝土梁設計時，縱向鋼筋配筋結果有16%的差異。