夏绪勇，陈晓明，徐有邻（中国建筑科学研究院北京100013）
订对设计软件高度重视在修订过程中修订组与PKPM设计软件改版紧密结合并通过试设计，全面反映了修订 [摘要]利用程序计算和绘图已经成为结构设计的主要形式新版《混凝土结构设计规范）（CB50010-2010}修条文在软件中的落实本文从内力分析、构件设计、注意事项、程序检验4个方面，详细介绍了新版PKPM的修改内容与软件的实现供设计人员参考.
[关键词]钢筋混凝土：规范：PKPM;配筋设计
Introduction of revision of Code for design of concrete structures part X:Concrete reinforcement structure design software
Xia Xuyong Chen Xiaoming Xu Youlin( China Academy of Building Research Beijing 100013 China)
Abstraet: Software has bee the main fom of the civil engineering design. The design software is paid more attention toin the revisi of Gode r desig f cee srtzes ( GB 50010-2010) . Code preparati ps lely itegrated theimplementtion of PKPM design software. By way of trial design the revisin of the code was fally refeeted in theimplementation and modifcatioms of the new vesicm PKPM software were intrdoced uhich can pewvide reference for implementation of PKPM softare. From foee amalysis member design notes tets and several ther aspects thedesigners.
Keywords: reinforerment concrete; code; PKPM; reinforeement design
做到的是对“工程”负责而不只是对“规范”负责.
0前言
自20世纪末以来结构设计的方式有了很大的的繁重劳动提高了设计的速度和效率这是技术进 变化-运用计算机分析和作图大大减轻了设计人员步的结果.但计算机的应用是一柄双刃剑，除上述好处以外同时也产生了一些负面影响：结构设计本是复杂的、创造性的脑力劳动-原期望从低级重 复性的计算和绘图工作中解脱出来以后，设计人员可以进行更高级、更复杂的思维活动以提高设计的质量.但实际效果并不尽如人意，设计变成了简单的机械性操作.没有清晰的力学概念和必要的结构常识照样可以利用软件设计施工图-这种由“计 算机傻瓜”未经慎重思考而完成的设计，由于缺乏设计过程和计算书，如未经审核把关而直接用于工程很不可靠.
鉴于利用软件已经成为设计的主要形式，实际的形式加以落实-因此《混凝土结构设计规范》 混凝土结构的设计大多是通过设计人员以软件应用对设计程序提出了明确的要求，规范第5.1.6条规定：“采用的计算软件应经考核和验证其技术 条件应符合本规范和国家现行有关标准要求，应对分析结果进行判断和校核在确认其合理、有效后方可用于工程设计.“本次规范修订为落实上述规定，采取了以下措施.
1新规范的程序修订
（1）规范修订组吸收软件工程部人员参与规范修订全过程了解规范修改和增补内容的酝酿、讨论、修改、完善、落实-做到有关编程人员能够充分理解规范修订的技术背景.
规范不是指南和手册，并不解决具体的工程问题而只介绍设计的概念、原理及基本原则，设计是 创造性的思维活动，设计者应对规范的技术背景有深刻理解并能灵活应用，才能根据实际情况落实规范的要求.如果死抠规范条文，僵化机械地斤斤计较于枝节问题就难以做好设计.设计者应该真正
序并经7个单位对6种类型结构的10个典型工程 （2）在规范审查前，以送审稿为基础已编制程
适用性较好能够反映规范修订的原则和意图.
进行了试设计.结果表明：按修订规范编制的程序应）和构件自身挠曲的局部二阶效应（P-6效应）两种情况分别考虑
规范逐条对比列表表达了的改动内容及相应方法通过计算偏心距增大系数放大偏心距= （3）在规范最终定稿（出版清样）以后，对新旧程序修改的措施并交规范主编审核认可.对抗震、高规等相关规范，也采取了同样的措施.
原规范对于混凝土柱的二阶效应采用的是.n（ee.）来考虑轴压二阶效应的影响.这是将整体二阶效应与局部二阶效应一并考虑的近似方法.
（P效应）和构件曲引起的局部二阶效应（P-6 新规范明确将结构侧移引起的整体二阶效应效应）分别考虑.P4效应在规范第5章结构整体分析时考虑可以采用有限元方法或放大系数方法（附录B）：P-6效应在规范第6章构件承载力配筋法，该方法的基本思路与美国ACI318-08规范所用 计算时考虑.新规范的P-效应采用了C方方法相同计算挠曲构件中部产生二阶效应后的控制截面的弯矩设计值，但对排架结构柱的二阶效应按新规范附录第B.0.4条计算，仍保留了原规范的计算方式.
件.不仅要求准确反映规范修订的变化，同时也要 （4）根据上述对比和复核，修改、完善设计软求能够反映新规范“概念设计”的特点尽可能给设计人员以自主考虑和选择的机会.
（5）利用正式的设计软件，重新对试设计的10个算例进行再次设计.并通过比较设计结果，对所 有异常结果和存疑问题进行深入分析，确认程序的最终形式-
（6）在尽量完善修订规范设计程序的最终版本以后正式开始出版发行设计软件，即目前推广应用的 10版PKPM软件-
PKPM软件对于整体二阶效应（P-效应）采用了有限元计算的方式将考虑与否作为一个选项在设计参数中提供（图1）.局部二阶效应（P-8效应）则采用了新规范的C方法.对于排架结构柱，项提供在设计参数中（图1）. 按规范附录第B.0.4条考虑二阶效应，作为一个选
2构件设计中的修订问题
2.1材料和强度
本次规范修订倡导采用“高强度、高性能”材料在保证结构安全度的同时，提高材料的利用效率，以减少资源、能源的消耗达到“低碳”的目的.
新规范对混凝土材料采用的强度等级及指标取值有以下几点修改：1）C15级的低强混凝土仅限用于素混凝土结构：2）钢筋混凝土构件的强度不应低于C20;3）采用强度级别400MPa及以上的钢筋时， 混凝土强度等级不应低于C25；4）删除了原规范中关于受压小尺寸构件（截面的长边或直径小于300mm）混凝土的强度设计值应乘以0.8的规定.
钢筋材料新增了强度等级为500MPa的高强钢筋：规定梁、柱纵向受力钢筋的强度不低于400MPa 筋：用300MPa级光圆钢筋取代235MPa级光圆钢钢筋强度取值修改有：1）删除了原规范中“轴心受拉和小偏拉构件，当钢筋强度大于300MPa，按300MPa取值“的规定：2）计算柱及剪力墙约束边缘构件体积配箍率时，箍筋强度设计值不受360MPa 限制按实际钢筋强度取值.
图1受压构件二阶效应考虑设计参数
2.3斜截面受剪承载力计算
统一了箍筋受剪承载力系数；2）原规范承受均布荷 新规范斜截面受剪承载力的计算修改如下：1）载的普通梁箍筋对抗剪承载力的贡献为1.25fAh/s新规范统一为fAh/s.对于这类梁按新规范计算箍筋计算面积将增加，但按构造配筋时箍筋面积无变化；3）增加了轴拉作用下的受剪扭承载 力计算，完善了拉、弯、剪、扭共同作用下复合抗力的计算.
PKPM软件中增加了500MPa的高强钢筋-为兼顾过渡期或既有结构的设计在增加300MPa级光圆钢筋的同时，保留了235MPa级光圆钢筋.按 条文说明的规定235MPa级光圆钢筋的强度指标按原规范取值-
PKPM软件对普通楼面梁都按承受均布荷载作参考国外规范并在研究的基础上受压构件的用的梁进行斜截面抗剪计算斜截面承载力计算公式的修改会影响到箱筋面积.对于存在轴力的梁，
2.2受压构件的二阶效应
二阶效应分为结构侧移的整体二阶效应（P-效
2.4受冲切承载力计算
新规范受冲切承载力计算降低了多余的安全储备：1）混凝土板受冲切承载力计算公式中有效预压应力对承载力的贡献由原规范的0.15au_h调整为0.25a7_h：2）配置筋或弯起钢筋受冲 切截面限制条件由原规范的F≤1.05fmu_h.调整为F≤1.2fu_h.;3）配置箍筋或弯起钢筋受冲切承载力计算公式中混凝土承载力的贡献由原规范的0. 35f u_h.调整为 0. 5f _h.-
2.5裂缝宽度验算
新规范对裂缝宽度的计算作了较大的放松，公式与原规范相同，但是对荷载作用与计算参数作了两项改动：1）对于三级裂缝控制等级的钢筋混凝土构件最大裂缝宽度按荷载准永久组合（原规范为2）对于受弯或偏心受压的钢筋混凝土构件及预应力混凝土构件构件受力特征系数α.分别由原规范的2.1修改为1.9;1.7修改为1.5.
这两项修改对于钢筋混凝土构件的裂缝宽度计算结果明显减小减小幅度约30%.
2.6受弯构件度验算
相应于裂缝宽度的验算，挠度验算修改如下：1)对于钢筋混凝土构件挠度计算按荷载准永久组合计算（原规范为标准组合）：2）修改了准永久组合 条件下长期刚度的计算公式.
根据上面的修改内容新规范较原规范度计算结果减小减小幅度约10%-20%.
PKPM软件的施工图程序可以对楼板和梁根据据裂缝控制宽度反算需要配置钢筋的数量. 实配钢筋完成裂缝和挠度的计算校核，而且可以根
2.7框架柱的最小配筋率
新规范中柱纵向受力钢筋的最小构造配筋有所提高：1）非抗震情况下，采用400MPa钢筋时柱全0.55%；2）抗震情况下对于不同抗震等级情况下， 截面最小配筋百分率由原规范的0.50%调整到用400MPa钢筋时柱全截面最小配筋百分率较原规范增加0.05%；3）对于框架结构中的边柱、中柱，还须再增加0.10%.也就是说对于框架结构中的 框架柱柱全截面最小配筋百分率较原规范最大可能增加 0.15%.
2.8框架梁支座最大配筋率与受压区高度
框架梁端受拉钢筋的最大配筋率有所放松，由原规范的强条“不应”大于2.5%调整为“不宜”大
2.9连梁构造配筋率
2.10剪力墙边缘构件配筋
算；如果为轴压力则偏安全地忽略轴压力的影响.钢筋的配筋率不小于受拉钢筋的一半时，最大纵向 受拉配筋率可以放宽到2.75%.
框架梁支座受压区高度要求：抗震情况下一级不大于0.25h.，二、三级不大于0.35h.新规范第5.4.3条新增了对于非抗震情况下调幅梁最大受压区高度不大于0.35h.的要求.
PKPM软件是通过增加受压钢筋来控制受压区高度的，是否通过采用配置受压钢筋来控制受压区高度软件中提供了一个选择参数（图2）.当选择计入受压钢筋时如果计算出的受压钢筋面积达到受拉钢筋50%以上软件自动调整最大纵向受拉配 筋率放宽到2.75%.
图2框架梁端计入受压钢筋参数
连梁的构造配筋率在原规范中没有单独规定，一般设计都按框架梁的要求来控制最小、最大构造配筋-新混凝土规范、新高规都对连梁的最小、最大 构造配筋进行了单独的规定.
对连梁抗震情况下纵向受拉钢筋的最小、最大配筋率要求，薪规范与新高规的规定略有不同，PKPM软件目前是按照新高规来执行的.
新规范对剪力墙边缘构件配筋设计的要求有较多修改影响较大的有以下几项：1）约束边缘构件增加了对三级抗震底部加强区的要求；2）边缘构件的配箍特征值、长度根据轴压比大小作不同要求：轴 压比较小时，体积配箍率有可能减小到原来的60%边缘构件的长度也有大幅减小：3）构造要求的最小约束边缘构件长度有所减小，从原规范的（450mm1.5B）较大值调整为（400mm1.0B）的较大值.
新规范11.7.17条或新抗规第6.4.5条规定，一 在重力荷载代表值作用下轴压比较小时，根据二、三级底部加强区可以只设置构造边缘构件.是否按此执行在PKPM软件中提供了设计参数的选择(图3).
图3剪力墙边缘构件设置参数
结构分析与设计内力的修订问题
下面讨论影响结构整体分析结果与构件设计内力相关的几个问题
3.1梁刚度放大系数
楼板对梁刚度的影响，可以通过梁刚度放大系数反映.传统一般都是全楼指定一个统一的中梁刚度放大系数与边梁刚度放大系数而实际上楼板对 梁刚度的影响与楼板的厚度、梁的截面尺寸等因素有关.新规范第5.2.4条规定“刚度增大系数应根据梁有效翼缘尺寸与梁截面尺寸的相对比例确定”.如图4中两个不同截面尺寸的梁在相同的楼板布置下考虑楼板影响梁刚度增大系数为考虑有 效翼缘宽度的T形截面惯性矩与矩形截面惯性矩的比值
图4混凝土梁有效翼缘尺寸示意
上述两个梁的刚度放大系数分别为：
350mm×800mm梁： _ 2.532 × 105.153 ×10* = 1. 98
PKPM软件通过参数来选定梁刚度放大系数的计算方式（图5）可以选择按新规范自动计算取值， 也可采用统一的指定一个刚度放大系数，当选择“梁刚度放大系数按2010规范取值”时，PKPM软件自动按照新规范表5.2.4计算每根梁的等效翼缘宽度与刚度放大系数，梁刚度放大系数的不同取值确定的结构整体刚度会影响结构的周期、地震作用的 大小和梁柱的弯矩分配，对结构的整体分析结果有较大的影响.
图5梁刚度放大系数选择参数
对某框架工程，中梁的刚度放大系数分别采用1.02.0和按新规范计算3种情况下的结构前3阶周期和某一框架梁端的控制弯矩、配筋的比较结果列于表1.
刚度放大系数 第1附 0.828 1 1.0 0.725 9 2.0 新规范计算 0.720 3周期/ 第2附 0.674 3 0. 737 0 0.655 5 0.595 6 0.659 8某巢铺 M/kNm 第3阶 686 126- 0. 590 9 981A /mm² 2 767 4 057 4 268
3.2设计内力调整
新规范对于抗震情况下的强柱弱梁、强剪弱弯框架柱，内力调整系数有20%-30%的大幅提高 的内力调整系数有较大的修改，尤其是框架结构的（表2）其中一级按超配系数1.15列出数值.
框架结构框架柱内力调整系数比较 表2
抗震 强柱弱梁固端弯矩强剪弱弯节点核心区一级 等级 02版10版02版10版02版10版02版10版 1.4 1.7 1. 51.7 1. 41. 51.35 1.5二级 三级 1.2 1.1 1.5 1.3 1.2 1.1 1.5 1.3 1.1 1.2 1.3 1.2 1.2 1.0 1.3 1.2四级 1.01.21.01.21.01.1
当构件按地震作用控制设计时，内力调整系数的变化对构件的设计内力与配筋结果有着直接的影响：当配筋为构造要求控制时内力调整对配筋设计结果没有直接影响
3.3一级抗震剪力墙底部加强区设计内力
对于一级抗震剪力墙底部加强区剪力墙配筋计算采用的设计弯矩原规范规定的为墙肢底截面，也矩取±0.00位置墙底截面弯矩：新规范改为按各层 就是底部加强区其他各层的墙体配筋采用的设计弯各自的底截面弯矩进行剪力墙的配筋设计，这样，对于一级抗震的底部加强区除±0.00位置楼层外的其他底部加强区楼层，剪力墙正截面计算配筋会有较大幅度的减小.
4 新旧规范软件计算比较的注意事项
采用新版本的10版PKPM软件与原规范版PKPM软件进行相同工程条件计算对比时，需要注意下述问题
4.1采用相同的梁刚度放大系数计算
原规范版本梁刚度放大系数中梁、边梁全楼分别采用统一的一个值，而采用10版PKPM打开旧工程数据时，程序会自动选择“梁刚度放大系数按2010规范取值”采用新规范分别计算每个梁的等 效翼缘宽度与刚度放大系数.为了保证结构刚度一致，需要去掉该选项采用与原规范一致的中梁刚度放大系数-
4.2连梁刚度折减系数新旧规范要求不一样
原规范对于的荷载工况计算都采用了连梁
刚度折减系数，而新规范只对地震作用分析考虑连对，10个实例对于结构体系和构件形状尺寸的合理梁刚度折减，恒、活、风荷载作用不考虑连梁刚度折确定、混凝土强度和钢筋品牌的优化选择以及对设减.为保证对比分析时新旧规范版本软件计算采用计方案的自主选择等都作了充分考虑，因此设计实 的连梁刚度相同，可以在新旧规范版本软件计算参数中把连梁刚度折减系数都取1.0（图6）.
例具有设计样板示范的作用-
这一轮正式设计的结果与试设计相差不大，主要结论如下：
度的条件下，混凝土用量无明显变化，用钢量有波 （1）修订规范与原规范比较在适当提高安全动，与采用钢筋的品牌与强度有关.
图6连梁刚度折减系数
（2）修订规范增加配筋的因素有：箍筋抗剪承载力计算修改降低：保护层厚度加大引起有效高度减小：高强钢筋带来锚固、搭接长度增加：最小配筋 率调整增大；抗震构造措施加严.
4.3排除计算长度系数不同带来的柱配筋差异
在原规范中规定，当水平荷载作用产生的弯矩占总弯矩的75%以上时需要按原规范第7.3.11-3条确定计算长度系数.原规范版PMPM软件中提供了执行这一条的参数选项（图7），当执行这一条 时部分工程可能确定出来的柱的计算长度系数较大，导致配筋较大，新规范把这一条取消了，为了保证新旧规范版本软件计算对比时计算长度系数相7.3.11-3条确定计算长度系数. 同采用原规范版软件计算时，选择不要考虑第
（3）修订规范减少配筋的因素有：正常使用极限状态改用准永久荷载组合：裂缝宽度计算值减小；柱的约束箍筋体积配率以抗拉强度计算；采用机械锚固、机械连接等缩短长度-
（4）应合理选择混凝土结构的主力配筋为400，500MPa级钢筋及各种预应力筋；300MPa级作辅助配筋.同时发展钢筋机械锚固、各类接头形式以及专业加工配送推进建筑产业化进程.
同情况用钢量减少差异较大：荷载、内力很大且由承 （5）采用高强高性能钢筋取代低强钢筋后，不载力确定配筋时效果明显：荷载、内力不大而由构造配筋的情况效果不明显.
图7原规范版软件混凝土柱计算长度选项
4.4排除保护层厚度意义不同带来的差异
工程适用性较好，在适当提高安全储备、抗灾能力 （6）综上所述，修订规范版PKPM设计软件的和耐久性的情况下通过技术进步和采用高强钢筋，总用钢量稍有下降，有效地落实了节材、减耗、环保的目标.
在原规范中定义的保护层厚度为纵向受力钢筋的保护层厚度导算梁、柱有效截面高度h等于截面 的保护层厚度原规范版本PKPM软件中根据输入高度减保护层厚度，再减12.5mm，其中12.5mm为主受力钢筋直径的一半，新规范为最外层钢筋的保护层厚度对于梁柱构件来说通常是箍筋，也就是保 护层厚度为箍筋外皮到构件表面的距离.10版PKPM软件在计算有效截面高度时按链筋直径为10mm计算h.等于截面高度减保护层厚度，减去10mm再减去12.5mm.这样在新旧版本软件中如果设定相同的保护层厚度新版本软件中计算出的 有效截面高度较原规范版本的小10mm，为了保证有效截面高度相同，在进行相同条件新旧版软件对比时可以在新版软件计算时设定的保护层厚度取旧版保护层厚度减10mm.
规范修订的培训和设计软件-工程算例的讲解，宣贯 目前国家标准管理组和软件工程部正通过对规范的修订技术背景，并引导设计人员正确利用设计软件进行工程设计，
6结语
凝土结构理论将不断发展，设计规范也不可能尽善 随着结构材料、安全抗灾、工程需求的变化，混尽美而将通过科研试验和工程实践继续修订.从来规范修订只解决在一定条件下的合理稳妥和相对安全.由规范引起的某些不足在所难免反映在设 计软件上也不可能合理地解决的工程问题，但是设计软件必须能够正确反映规范修订的意图：因此正确、深入理解规范修订的技术背景才是最重要
5 新版程序的检验
根据设计规范的要求，计算软件应经考核和验证国家标准管理组和软件工程部用正式版本的设计软件重新对试设计的10个工程实例再度设计并的，结构设计程序的编制应紧密依靠规范修订和规进行校核检验，再设计目的不是与原设计作简单比
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