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4.4　构件设计

4.4.1　本条规定了混凝土构件的承载力计算、验算要求。

4.4.2　本条规定了混凝土结构构件正截面承载力计算的原则要求及简化计算时的基本假定。

　　混凝土构件正截面承载力简化计算时，本条第3款混凝土的应力-应变本构关系可按下列规定确定：

　　当 εc≤ε0 时

　　σs＝fc[1—（1—εc/ε0）n]　　　　　（1）

　　　n＝2—（fcu,k—50）/60　　　　 （2）

ε0＝0.002＋0.5（fcu,k—50）×10-5　　（3）

　　当 ε0＜εc≤εcu 时

　　　　　　　　　σs＝fc　　　　　　　（4）

ε0＝0.0033—（fcu,k—50）×10-5　　　　（5）

式中：εc——混凝土的压应变；
　　　σc——与混凝土压应变 εc 对应的混凝土压应力；

　　　fc——混凝土轴心抗压强度设计值；

　　　ε0——混凝土压应力达到 fc 时的混凝土压应变，当计算值小于 0.002 时取为 0.002；

　　 εcu——正截面的混凝土极限压应变，当处于非均匀受压且按公式（5）计算的值大于 0.0033 时取为 0.0033；当截面处于轴心受压时取为 ε0；

　 fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值；

　　　 n——系数，当计算的 n 值大于 2.0 时取为 2.0。

4.4.3　本条针对大体积或复杂截面形状混凝土构件按应力方法进行承载力设计提出要求，与本规范第 4.1.3 条规定相呼应。

4.4.4　本条是本规范第 2.0.9 条的量化规定，具体规定了主要混凝土结构构件最小截面尺寸的要求，以提供结构抵御风险的基本能力。

4.4.5　本条规定了混凝土结构中普通钢筋、预应力筋的锚固基本要求以及普通钢筋锚固长度的要求，其中第 1 款规定了确定受拉钢筋锚固长度应考虑的主要因素。

4.4.6　本条是对静力设计的钢筋混凝土构件纵向普通钢筋最小配筋率的基本要求，抗震设计时尚应符合本规范的相关规定。本条规定与现行标准的强制性条文总体上相当，部分指标有适当提高；与欧盟、美国相关标准的规定大体相当，部分指标有一定的提高，且对于受压构件的最小配筋率区分了不同强度等级钢筋，给出不同规定。

　　与国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010－2010（2015 年版）第 8.5.1 条相比，本条第2款增加了柱支承板（即一般所称板柱结构或无梁楼盖的楼板）不能降低最小配筋率要求的规定。

　　本条规定中，偏心受拉构件的受压钢筋，应按受压构件一侧纵向钢筋考虑；受压构件的全部纵向钢筋和一侧纵向钢筋的配筋率以及轴心受拉构件和小偏心受拉构件一侧受拉钢筋的配筋率应按全截面面积计算；受弯构件、大偏心受拉构件一侧受拉钢筋的配筋率应按全截面面积扣除受压翼缘面积后的截面面积计算；当钢筋沿构件截面周边布置时，“一侧纵向钢筋”系指沿受力方向两个对边中的一边布置的纵向钢筋。

　　本条第 3 款是对卧置于地基上的混凝土板纵向受拉钢筋的最小配筋率要求，考虑到受力特点等因素，其值可适当降低，但不应小于 0.15％。

4.4.7　本条根据试验研究和设计经验，并参考国外有关规范的规定，按不同结构体系和不同抗震等级规定了房屋建筑混凝土结构中剪力墙（抗震墙）构件最小配筋率及构造要求。为了防止混凝土剪力墙在受弯裂缝出现后立即达到极限受弯承载力，配置的竖向分布钢筋必须满足最小配筋率要求。同时，为了防止斜裂缝出现后发生脆性的剪拉破坏，规定了水平分布钢筋的最小配筋率。

　　框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、筒体结构中的剪力墙是承担水平风荷载或水平地震作用的主要受力构件，必须保证其安全可靠。同时为了提高混凝土开裂后的性能和保证施工质量，各排分布钢筋之间应设置拉筋，拉筋的直径不应小于 6mm，间距不应大于 600mm。

　　部分框支剪力墙结构中，剪力墙底部加强部位是指房屋高度 1/10 以及地下室顶板至转换层以上两层高度二者的较大值。

4.4.8　本条规定了混凝土框架梁设计的基本要求。

　　由于梁端区域能通过采取相对简单的抗震构造措施而具有相对较高的延性，故常采用“强柱弱梁”措施引导框架中的塑性铰首先在梁端形成。设计框架梁时，控制梁端截面混凝土受压区高度（主要是控制负弯矩下截面下部的混凝土受压区高度）的目的是控制梁端塑性校区具有较大的塑性转动能力，以保证框架梁端截面具有足够的曲率延性。根据国内的试验结果和参考国外经验，当相对受压区高度控制在 0.25～0.35 时，梁的位移延性可达到 4.0～3.0。在确定混凝土受压区高度时，可把截面内的受压钢筋计算在内。

　　框架梁纵向受拉钢筋最小配筋率的取值上统一采用双控方案，即一方面规定具体数值，另一方面使用与混凝土抗拉强度设计值和钢筋抗拉强度设计值相关的特征值参数进行控制。

　　本条还给出了梁端箍筋加密区内底部纵向钢筋和顶部纵向钢筋的面积比最小取值。通过这一规定对底部纵向钢筋的最低用量进行控制，一方面是考虑到地震作用的随机性，在按计算梁端不出现正弯矩或出现较小正弯矩的情况下，有可能在较强地震下出现偏大的正弯矩，故需在底部正弯矩受拉钢筋用量上给予一定储备，以免下部钢筋过早屈服甚至拉断。另一方面，提高梁端底部纵向钢筋的数量，也有助于改善梁端塑性皎区在负弯矩作用下的延性性能。对于预应力混凝土，梁端截面的底部纵向普通钢筋和顶部纵向受力钢筋截面面积的比值也应符合本条规定，计算顶部纵向受力钢筋截面面积时，应将预应力筋按抗拉强度设计值换算为普通钢筋截面面积。

　　框架梁的抗震设计除应满足计算要求外，梁端塑性皎区箍筋的构造要求极其重要，它是保证该塑性校区延性能力的基本构造措施。本规范对梁端箍筋加密区长度、箍筋最大间距、箍筋最小直径作出规定，其目的是从构造上对框架梁塑性校区的受压混凝土提供约束，并约束纵向受压钢筋，防止受压钢筋在保护层混凝土剥落后过早压屈，继而受压区混凝土被压溃。

4.4.9　本条提出框架柱（含框支柱在内的转换柱）纵向普通钢筋及加密区箍筋的最低配筋构造要求。本条是对现行标准强制性条文内容的融合和部分修改，个别指标有所提高，总体上与现行标准有关规定相当；与国际上有关规范的相关规定大体相当，因抗震设计体系不同，个别情况有所提高（比如纯框架结构的纵向钢筋最小配筋率）或降低（比如低抗震等级柱的构造要求）。

　　框架柱纵向钢筋最小配筋率是抗震设计中的一项较重要的构造措施。其主要作用是：考虑到实际地震作用在大小及作用方式上的随机性，经计算确定的配筋数量仍可能在结构中造成某些估计不到的薄弱构件或薄弱截面；通过对纵向钢筋最小配筋率的规定，可以对这些薄弱部位进行补救，以提高结构整体地震反应能力的可靠性；可保证柱截面开裂后抗弯刚度不致削弱过多；另外，最小配筋率还可以使设防烈度不高地区一部分框架柱的抗弯能力在“强柱弱梁”措施基础上有进一步提高，这也相当于对“强柱弱梁”措施的某种补充。

4.4.10　本条规定了混凝土转换梁（含框支梁）的基本配筋构造要求。转换梁包括部分框支剪力墙的框支梁以及梁上托柱的框架梁，是带转换层结构中应用最为广泛的转换结构构件。结构分析和试验结果表明，转换梁受力复杂且十分重要，因此对其纵向钢筋、梁端加密区箍筋的最小构造配筋提出了比一般框架梁更高的要求。

　　本条第 3 款针对偏心受拉的转换梁（一般为框支梁）顶面纵向钢筋及腰筋的配置提出了更高的要求。研究表明，偏心受拉的转换梁，截面受拉区域较大，甚至全截面受拉，因此除了按结构分析配置钢筋外，加强梁跨中区段顶面纵向钢筋以及两侧面腰筋的最低构造配筋要求是非常必要的。

4.4.11　本条提出了混凝土转换柱（含框支柱）的最低配筋构造要求。转换柱包括部分框支剪力墙结构中的框支柱和框架-核心筒、框架-剪力墙等结构体系中支承托柱转换梁的框架柱，是带转换层结构的重要构件，受力性能与普通框架柱大致相同，但受力大，破坏后果严重。

4.4.12　本条规定了带加强层高层建筑关键部位的最低构造设计要求。带加强层的高层建筑结构，加强层刚度和承载力较大，与其上下相邻楼层相比有突变，加强层相邻楼层往往成为抗震薄弱层；与加强层水平伸臂结构相连接部位的核心筒剪力墙以及外围框架柱受力大且集中。因此，为了提高加强层及其相邻楼层与加强层水平伸臂结构相连接的核心筒墙体以及外围框架柱的抗震承载力和延性，本条规定应对此部位结构构件的抗震等级提高一级采用（已经为特一级时允许不再提高）；框架柱箍筋应全柱段加密，轴压比从严控制；剪力墙应设置约束边缘构件。

4.4.13　本条规定了房屋建筑错层结构关键部位的最低构造设计要求。错层结构属于竖向布置不规则结构，错层部位的竖向抗侧力构件受力复杂，容易形成多处应力集中部位。框架结构错层更为不利，容易形成长短柱沿竖向交替出现的不规则体系。因此，规定抗震设计时错层处柱的抗震等级应提高一级采用（已经为特一级时允许不再提高），截面高度不应过小，箍筋应全柱段加密配置，以提高其抗震承载力和延性。

4.4.14　本条规定了房屋建筑连体结构关键部位的最低构造设计要求。

　　房屋建筑的连体结构一般是指除裙楼以外，两个或两个以上塔楼之间带有连接体的结构形式。研究表明，连体结构自振振型较为复杂，前几个振型与单体建筑有明显不同，除顺向振型外，还出现反向振型；连体结构抗扭转性能较差，扭转振型丰富，当第一扭转频率与场地卓越频率接近时，容易引起较大的扭转反应，易造成结构破坏。因此，连体结构的连接体及与连接体相连的结构构件受力复杂，易形成薄弱部位，抗震设计时必须予以加强，以提高其抗震承载力和延性。