中国与美国规范混凝土基础设计对比
中美欧混凝土结构设计规范对比研究
第50卷增刊建筑结构Vol.50 S2中美欧混凝土结构设计规范对比研究叶子健（北京建筑大学土木与交通工程学院，北京100044）［摘要］研究对比中美欧混凝土结构设计规范异同点，有助于解决涉外工程结构分析中产生沟通不到位的问题，为进一步扩大我国建筑行业对外交流奠定基础。
主要从混凝土结构基本设计特点、强度等级、二阶效应、结构构造以及抗震设计等各方面对中美欧混凝土设计规范相关内容的异同进行了阐述，得到了相关结论。
［关键词］设计特点；混凝土强度；二阶效应；结构构造；抗震设计中图分类号：TU470 文献标识码：A 文章编号：1002-848X(2020)S2-0512-07Comparative study on concrete structure design specification betweenChina, American and European CodesYE Zijian(School of Civil and Transportation Engineering, Beijing University ofCivil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China)Abstract: The study coMPares the similarities and differences of concrete structure design codes in China, American and Europe, which is helpful to solve the problem of insufficient communication in the analysis of foreign-related engineering structure, and lays a foundation for further expanding the foreign exchange of China's construction industry.The similarities and differences of the basic design characteristics, concrete strength grade, second-order effect, structural structure and seismic design and other aspects of China, American and Europe concrete design code were introduced，and the related conclusion was obtained.Keywords: design features; concrete strength; second order effect; structural construction; seismic design0 引言随着“一带一路”国家战略的实施，我国土木工程建设单位所承接的境外工程项目日益增多，同时国外设计公司也逐渐进入国内市场。
中、美、日混凝土结构设计规范构件承载力比较高等混凝土大作业
中、美、日混凝土结构设计规范构件承载力的分析比较一、概述结合《高等混凝土》所学内容，针对有腹筋的钢筋混凝土构件，比较中国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）、美国《Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary》（ACI 318-11）、日本《Standard Specifications for Concrete Structure- 2007 Design》（JGC15）中有关混凝土构件受弯和受压承载力、受剪承载力、受扭承载力计算方法的异同。
充分利用公式、表格、图形、文字、算例等具体介绍三种规范的差异。
文中的设计专用术语主要依据中国《混凝土结构设计规范》，对美日混凝土结构设计规范中翻译不确定的地方，仍然保留原规范（美日规范）中的术语。
二、设计表达式1）中国规范我国规范，采用基于概率理论的分项系数设计方法，以分项系数的形式表达，其表达式为：式中：为作用效应的分项系数；为作用效应的标准值；为结构抗力分项系数；为结构抗力标准值;为混凝土轴心抗压强度标准值；为钢筋抗拉强度标准值；为混凝土材料分项系数，取；为钢筋材料分项系数，取；为钢筋截面面积；为截面宽度和截面有效高度。
2）美国规范美国规范采用的是基于概率理论的荷载-抗力系数的设计方法，其表达式为：式中：为荷载效应设计值；为结构抗力标准值，由材料强度标准值计算确定；为结构抗力折减系数，对于3）日本规范日本规范采用的是考虑结构安全因子的设计方法，其表达式为:式中为构件的设计荷载效应，为结构影响系数，为构件抗力设计值。
中国规范中的/与美国规范中的以及日本规范中的在概念上是一致的。
但我国规范将抗力分项系数分解为混凝土材料分项系数和钢筋材料分项系数 ,并根据基于概率理论的可靠度方法得到分项系数 =1.4 和=1.1。
美国规范的结构抗力折减系数也是基于概率理论的可靠度方法得到,只是将结构构件抗力作为一个整体来考虑,其取值因构件受力特性及荷载形式而异,主要考虑以下四个因素:(1) 材料强度和结构构件尺寸的离散性;(2) 结构抗力的设计计算表达式的不准确性;(3) 构件的延性需求与所需可靠度要求的差异;(4) 构件在结构中的重要性。
土建结构设计中美标准差异分析
土建结构设计中美标准差异分析1.引言土建行业的设计规范是进行土建结构设计的重要技术文件，不仅反映了一个国家和地区的技术经济发展水平，更在结构设计方面起着重要的配置与指导作用。
欧美国家对混凝土结构及耐久性的设计标准制订起步比较早，并保持着较快的更新速度，如美标平均三年就要更新一次。
我国的设计标准则更新稍慢一点，且与美国标准有不少的差异点。
近年来我国在国际上承担的工程项目越来越多，很多国家都要求用美国的标准设计，因此熟悉并掌握美国的标准对我国的设计人员意义極其重大。
本文就中美两国设计标准的突出差异点以混凝土结构设计规范和构件在受力设计计算的差异性为突破口，对两国标准的异同进行了初步分析与探讨。
2. 结构设计规范的差异性2.1 设计原则我国的混凝土结构设计规范[Code for Design of Concrete Structure]（GB50010一2010）和美国房屋建筑混凝土结构规范（ACI 318-05）及条文说明之间存在有很大的差异。
我国规范通常采用以概率统计为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，并采用分项系数的设计表达式进行设计。
而美国规范则是以可靠度理论为基础的，所采用的设计表达式并没有分项系数。
从一定程度上来说，美国的混凝土结构设计所采用的可靠度表达方式虽与我国的规范有一定的相似之处，但在设计荷载和材料强度的取值标准上以及可靠度的表达方式上与我国规范有着不容忽视的区别[1]。
2.2 恒载取值美国的ACI 318-05规范中的恒载是指那些在结构使用期限内，大小不变和位置相对固定的荷载，即我国规范中的永久荷载。
通常恒载的主要部分是结构自重，可根据构件的设计形状、尺寸和材料重度进行精确计算。
对于楼盖填充物、楼板面层和顶棚抹灰等一般计入恒载，且还要考虑管道和灯具的悬吊荷载。
2.3 活载取值关于活载的取值范围和荷载组合系数，我国的土建设计荷载标准与美国的都存在有较大的差异。
我国的活载取值及组合系数都是建立在大量的调查和实测基础上，经过概率统计及对结构安全度采用近似概率法进行分析后得出来的，是建立在一定的安全度上的[2]。
中国和美国现行混凝土结构设计规范的差异比较
中国和美国现行混凝土结构设计规范的差异比较中国混凝土结构设计规范[cod e for d esign of concrete structure](GB 50010-2002)和美国房屋建筑混凝土结构规范（ACI 318-05）及条文说明（ACI 318R-05）[Building Cod e Requirements for Structural Concrete(ACI 318-05) and Commentary(ACI 318R-05)]之间存在比较大的差异。
我国规范采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计。
而美国规范是以可靠度理论为基础，采用的设计表达式也没有分项系数。
从整体上说美国的结构混凝土设计所用的可靠度表达方式与我国规范有一定的相似之处，但在设计用荷载和设计用材料强度的取值水准上以及可靠度的表达方式上与我国规范有不可忽视的区别。
1．我国工程界习惯于以一个整体结构单元来区分结构类别。
例如在混凝土结构这个总概念下包含了素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。
但美国学术界和工程界考虑到一个整体结构中可能某些构件或部件采用钢筋混凝土，另一些构件或部件则可能使用素混凝土或预应力混凝土，也可能使用钢结构。
因此，他们近20余年来使用了“起结构作用的混凝土”（Structural Concrete）这样一个概念。
本译文为了简便译为“结构混凝土”。
根据这本规范第2.2节的定义，结构混凝土是素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土的集成。
这样，就可以不受一个整体结构的限制，而把结构混凝土或其包括的素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土作为说明结构某一部分采用的构成形式的专业术语来使用。
2．从整体上说美国的结构混凝土设计所用的可靠度表达方式与我国规范有一定的相似之处，但在设计用荷载和设计用材料强度的取值水准上以及可靠度的表达方式上与我国规范有不可忽视的区别。
中美房屋建筑混凝土规范的受弯承载力设计可靠度比较
中美房屋建筑混凝土规范的受弯承载力设计可靠度比较【摘要】本文按照中国规范和美国规范对某常见单向梁屋盖的中间跨梁使用同种材料分别进行了设计。
设计中采用的荷载和材料强度值都根据对应规范从同一取得。
设计完成后对主梁和次梁的跨中和支座截面受弯承载力的可靠度采用验算点法进行了对比。
结论是美国规范下设计受弯设计的安全指标比中国规范下的高0.5至1，同时其失效概率低两个数量级。
【关键词】可靠度；规范；弯矩；承载力1. 概论对于相同的结构设计要求，不同的规范规定下会得到不同的设计，因此比较不同规范的设计可靠性就显得十分重要。
在各种不同的截面形式和受力形式中，中国与美国规范对钢筋混凝土受弯截面承载力的规定比较相似。
所以，有必要将两种规范受弯设计的可靠度进行对比。
因此，本文提出一个典型的设计算例，并采用中美两套不同的规范系统对其进行了设计。
中国的规范包括《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）[1]，《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）[2]和《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[3]；美国规范包括《房屋建筑及其他结构最小设计规范》（ASCE7-10）[4]和《房屋建筑混凝土结构规范》（ACI318-11）[5]。
在对比设计中，所用材料应该相同，但由于两种规范对材料强度标准值的规定不同，应定义一种材料强度的概率分布，并根据规范的规定，依据概率分布取得相应的材料标准值。
同样地，应定义一种荷载的概率分布，并根据规范规定取得标准值。
在获得了设计截面之后，可以构建出功能函数：其中：R为荷载，S为承载力，考虑为随机变量的函数；D为恒荷载，L为活荷载，为钢筋的屈服强度，为混凝土的抗压强度，这些值都考虑为随机变量。
代入不同规范下的设计截面数据和随机变量分布后，则可以通过可靠度理论求出该功能函数的可靠指标β和失效概率Pf。
本文中采用的方法为验算点法[6]。
2. 中美规范规定的对比中国规范中现行的可靠度设计方法被称为“极限状态设计法”。
中美混凝土抗震设计规范对比
中美混凝土抗震设计规范对比1概述近来我国在国际上承担的工程项目越来越多，很多国家和地区都要求采用美国规范设计，因此有必要学习美国规范，并了解美国规范与我国规范间的差异。
本文对比了中美两国规范中关于荷载组合、抗震设计基本原则（主要对比抗震设防目标和水准、建筑设计和建筑结构的规则性这两方面的内容）、抗震设计方法这三方面的内容。
对比的规范介绍如下：1、ASCE/SEI 7-10：是按概率极限状态设计原则和结构可靠度理论编制的，统一了美国各种结构设计规范的基本设计原则和荷载取值标准(包括地震作用的取值标准)及荷载效应的组合原则和计算公式、荷载分项系数及组合系数的取值规定等，类似于我国的荷载规范，并包括了类似于我国抗震规范中的抗震设防标准、地震动参数及地震作用的取值标准等内容。
2、UBC 97：Uniform Building Code, UBC——《统一建筑规范》是美国第一个带有建筑抗震内容的规范，第一版于1927年出版，由“国际建筑官员协会”（International Conference of Building Officials，即ICBO）出版发行，主要用于美国西部各州，是被广泛采用的规范之一。
3、IBC-2003：IBC规范第一版于2000年颁布，每三年修订一次，自此, 其他3本通用规范便不再更新, IBC 规范逐渐成为了美国全国唯一的通用建筑规范。
IBC规范的颁布与实施，取代了UBC、SBC和NBC等规范，从而使美国的新建建筑规范达到了统一。
在抗震设计方面，IBC大多引用了ASCE 7-10的内容。
可以把IBC视为一个规范门户，由它通向各个专门规范。
4、《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）：《建筑抗震设计规范》是中华人民共和国国家标准，由中华人民共和国住房和城乡建设部主编。
按该规范进行抗震设计的建筑，其基本的抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。
中美混凝土规范比较
Na2O+0.658K2O<0.6% <0.1%（BS EN197-1）
相同 严于英国
原材料与测试标准-水泥
物理性能
项目 细度 中国规范 比表面积≥300m2/kg或80微米筛 余≤10.0%或45微米筛余≤30.0% P.I＆P.II：初凝时间≤45min； 终凝时间≤390min 普通水泥：初凝时间≤45min； 终凝时间≤600min P.I：蒸压膨胀﹤0.80% 其他：蒸压膨胀﹤0.50% 必须通过饼状试件的煮沸试验 美国规范 比表面积 ≥280m2/kg 初凝时间 ≥45min；终凝 时间≤375min 蒸压膨胀 ﹤0.80% 严于美国 规范 备注 略高于美 国
美国桥梁规范
对混凝土材料耐久性要求
• 防护涂层。采用钢筋（预应力钢束、锚具） 表面树脂或镀锌涂层，防止锈蚀。 • 后张法预应力钢筋注浆保护。
中国桥规主筋保护层厚度（mm）
美国桥规主筋保护层厚度
二、混凝土材料规范比较
原材料与测试标准
• • • • 水泥 细骨料（砂） 粗骨料（石） 水
原材料与测试标准-水泥
混凝土的弹性模量（Ec，MPa）
混凝土剪切模量（Gc=0.4Ec）和泊松比（ νc =0.2 ） 收缩和徐变：取值依据CEB-FIP Model Code （1990） 热膨胀系数：混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土取值10×10-6/˚C
中国桥梁规范
对混凝土材料耐久性要求
环境类别与混凝土的基本要求
Eurocode part
EN1992 – Eurocode 2: Design of concrete structures
EN1992-1-1: Common rules for buildings and civil engineering structures
中国与美国混凝土规范配筋量对比计算
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庄晓亭， 等： 中国与美国混凝土规范配筋量对比计算
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突出对比的过程。
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" 中美两国混凝土规范简述
本文算例涉及的中国混凝土规范主要是现行规 ， 它是在 范即 《混凝土结构设计规范》 F ( 5 0 0 / 0 3 . 0 0 . 原规范 《混凝土结构设计规范》 F ( Y / 0 3 @ 6 的基础上 修订而成。本文算例将分别用新旧规范计算进行比 较。用于计算的美国规范采用目前应用普遍的美国 混凝土协会规范 B 。因为中美两国在混凝 K I / @ 3 0 . 土、 钢材的品种、 强度取值、 构造措施、 单位制式、 荷 载取值等存在较大的差异， 进行计算比较有很大的 困难。我们以相同条件混凝土梁， 以中国的钢筋混 凝土材料进行计算， 然后以同等条件移入美国规范， 用配筋量的大小进行直观比较。本文仅考虑截面的 抗弯配筋， 暂不考虑抗剪和构造条件， 可见计算不是 非常精确和符合工程实际， 主要目的是要简化计算，
四川建筑科学研究
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,satisfied
(2)According American code.
,satisfied
2.3.Basic calculation
A Chinese and American code, the basic combination value of net reaction force of foundation floor corresponding to the basic combination of load effect isadopted.Foundationdesign, the Chinese standard mainly includes the shear, scouring and bending design, and the American Standard mainly includes the shear and bending design, in which the shear calculation includes two aspects: one way and two-waydirections.
Thickness of protective layer :75 mm, Average bulk density of foundation and soil: 20 kN/m3,Characteristic value of foundation bearing capacity: 400 kPa; embedded depth of foundation: 5.00m, Force elevation: -0.500m;
Design according to Chinese standard C35 concrete, (prismatic strength), HRB335, reinforcing bar,
According to the American manual C35 concrete, (cylinder strength), reinforcing bar, .
Calculation example
Concrete foundation design comparison between Chinese and American codes
1.Basic design parameters
In this comparison calculation, a large equipment foundation of a foreign project was selected as the design object. In order to make the comparison result more intuitive, a unified regulation was made:
Standardloadcombination:
Basic load combination:
According to the above combination principle of load and the standard value of force given in table 1, the standard value and design value when considering seismic action combination are respectively; , , and , , ;the standard value and design value when considering wind load combination are respectively; , , and , , .
(2)Americanstandard load combination.
Due to the specification relevant foundation calculation, combination condition, the earthquake is not to adjust the bearing capacity of foundation and component, so this example based calculation, only the maximum combination.According to“Theminimum design load code”,the following load combination is adopted.
2.Basic calculation example
2.1.Load combination
(1)China standard load combination.
As the earthquake action participates in the combination, the carrying capacity of the foundation must be adjusted according to the specifications. Therefore, this example uses the Chinese code to calculate the load combination and distinguishes them based on whether there is an earthquake or not, “Loading Codes for Building Structures” and “Codes for Seismic Design of Buildings”. The required load combinations are as follows:
(2)There are differences in the test method, the guarantee rate and the design value of concrete strength between China and the United States. When designed according to the standard of China, the strength design value of steel and concrete is used. The yield strength is used in the design and calculation of the steel bar according to the American manual, and the experimental value of the concrete is adopted.
Standard load combination:
,
Basic load combination:
;
According to the above combination principle of load and the standard value of force given in table 1, the standard value and design value when considering seismic action combination are respectively; , , and , , , .In the calculation, the larger value of the two groups of combinations is taken; , , and , , .
(1)AccordingChinese code.
Consideringearthquakeload combination
,satisfied
,
,satisfied
Where, A is area of base, is soilweigh
Considering wind load combination
(3)The same foundation size and characteristic value of foundation bearing capacity are adopted.
(4) The specific parameters are as follows: according to the estimation, the basic size is shown in figure 1 (unit mm).
2.3.1According Chinese codes:
(1)Considering earthquake load combination
(a)Net plate reaction design value:
(b)Basic shearing resistance checking:
,satisfied
(1)Both the Chinese and US standard calculation examples use the same upper load standard value, and consider only the horizontal load in the Y direction, but the load combination uses their respective coefficients.
(2)Considering wind load combination
(a)Net plate reaction design value:
king:
,satisfied
(c)Basic punching check:
, satisfied
The various forces on the basis are shown in table 1.
Table1Force standard
D, dead load
(kN)
L, live load