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作者：中元建筑一院結(jié)構(gòu)

2014年11月，在廣州召開的第二十三屆全國高層建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)交流會上，針對《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》（以下簡稱“技術(shù)要點”）中關(guān)于鋼筋混凝土受拉構(gòu)件配置型鋼的規(guī)定，兩位勘察設(shè)計大師方小丹和肖從真展開了熱烈的討論。如今時隔已近五年，重看這場“神仙打架”，仍有很多新的體會。

一些相關(guān)基礎(chǔ)知識：

1)強(qiáng)度等級C25~C80的混凝土，極限壓應(yīng)變?yōu)?3.0~3.3)×10^-3，極限拉應(yīng)變?yōu)?0.7~1.0)×10^-4?；炷亮芽p寬度達(dá)到規(guī)范限值的0.2~0.3mm時，鋼筋應(yīng)力約為150~200MPa（光面鋼筋）或200MPa~300MPa（螺紋鋼筋）,所以一般控制受拉構(gòu)件的鋼筋拉應(yīng)力不超過200MPa。

2)平均名義拉應(yīng)力，不考慮應(yīng)力沿截面的不均勻分布，也不考慮混凝土受拉開裂后剛度衰減和應(yīng)力重分布，名義上僅等于拉力除以構(gòu)件全截面面積的值，所以可以出現(xiàn)幾倍ftk的名義拉應(yīng)力。

3)小偏心受拉構(gòu)件的破壞特征：

當(dāng)拉力N的偏心距e0＜h/6 時（圖a），構(gòu)件全截面受拉，隨著拉力N的增大，拉應(yīng)力較大一側(cè)的混凝土先開裂，裂縫迅速向?qū)呚炌?，混凝土退出工作，拉力由縱筋A(yù)_s和A_s'（指遠(yuǎn)離拉力一側(cè)的縱筋，并非鋼筋受壓）共同承擔(dān)；

當(dāng)偏心距h/6＜e0＜h/2-as時 （圖b），截面一側(cè)受拉一側(cè)受壓，拉力增大時，受拉一側(cè)混凝土先開裂。由于N位于A_s和A_s^'之間，A_s一側(cè)的混凝土開裂后，隨著N值的增大，A_s^'一側(cè)的混凝土從受壓變成受拉，A_s^'也變成受拉鋼筋，裂縫沿全截面貫通，偏心拉力N由左右兩側(cè)的縱筋A(yù)_s和A_s^'共同承擔(dān)。

以上兩種情況中，隨著A_s和A_s^'先后屈服，截面發(fā)生破壞。

當(dāng)e0＞h/6時（圖c）為大偏心受拉，受拉區(qū)混凝土裂縫不會沿全截面貫通，直至破壞一直存在部分受壓區(qū)，此處不再贅述。

針對高層建筑底部鋼筋混凝土構(gòu)件可能存在的受拉問題，“技術(shù)要點”規(guī)定，“中震時出現(xiàn)小偏心受拉的混凝土構(gòu)件應(yīng)采用《高層混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)程》中規(guī)定的特一級構(gòu)造。中震時雙向水平地震下墻肢全截面由軸向力產(chǎn)生的平均名義拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時宜設(shè)置型鋼承擔(dān)拉力，且平均名義拉應(yīng)力不宜超過兩倍混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(可按彈性模量換算考慮型鋼和鋼板的作用)，全截面型鋼和鋼板的含鋼率超過2.5%時可按比例適當(dāng)放松”。

由于小偏心受拉和軸心受拉的混凝土構(gòu)件的破壞特征相似，都是混凝土率先全部開裂。編制組認(rèn)為此時承受拉剪復(fù)合作用的剪力墻破壞形式缺乏試驗數(shù)據(jù)，更傾向于抗剪破壞沿水平通縫發(fā)生（平行于水平鋼筋方向，類似于一級剪力墻沿水平施工縫抗剪驗算時，不考慮水平分布筋的作用），而非沿45°斜截面，規(guī)范的斜截面抗剪承載力計算公式已不適用。

所以“技術(shù)要點”規(guī)定的初衷都是控制受拉構(gòu)件裂縫開展（避免出現(xiàn)貫通裂縫），保證構(gòu)件在中大震拉剪、壓剪往復(fù)作用下具有足夠的承載能力。而控制水平裂縫開展的措施，即前面說的將鋼筋拉應(yīng)力控制在約200MPa。具體規(guī)定就是將小偏心受拉構(gòu)件的構(gòu)造措施提高，增加縱筋，減小裂縫。如果名義拉應(yīng)力超過ftk，構(gòu)件邊緣的實際拉應(yīng)力肯定比ftk更大，偏安全考慮直接增設(shè)型鋼承擔(dān)拉力。

含鋼率不超過2.5%時，名義拉應(yīng)力宜不超過2ftk ；含鋼率超過2.5%時，名義拉應(yīng)力可按比例適當(dāng)放松，這兩句話該如何理解和執(zhí)行？

假定剪力墻豎向分布筋配筋率按特一級取0.4%，含鋼率2.5%時：

不同混凝土強(qiáng)度等級下，對應(yīng)的鋼筋拉應(yīng)力數(shù)據(jù)見下表：

可見，含鋼率不超過2.5%，名義拉應(yīng)力不超過2ftk時，可控制鋼筋拉應(yīng)力均在200MPa以下。同樣，名義拉應(yīng)力適當(dāng)放松也是近似以σs=200MPa為標(biāo)準(zhǔn)。

以下驗證3f_tk，配筋率0.4%，含鋼率3.8%時：

針對“技術(shù)要點”的上述規(guī)定，方小丹對肖從真代表的編制組提出了一些質(zhì)疑，小編根據(jù)自己的理解整理如下（過濾掉了雙方實際一致，僅是表達(dá)方式不同的觀點）：

1.通過增大配筋，使混凝土受拉裂縫寬度和構(gòu)件抗剪承載力滿足規(guī)范要求，即使名義拉應(yīng)力超過ftk，也可以不配置型鋼。

2.全截面受拉開裂的砼構(gòu)件，只要裂縫寬度較小，剪力作用下的破壞方式，絕大部分依然是沿45°斜截面，仍然可以有較大的斜截面受剪承載力。

方大師現(xiàn)場舉例驗證第1條觀點：

舉例正確無誤，那是不是就意味著“技術(shù)要點”的規(guī)定有誤？

在認(rèn)真思考過兩位大師的觀點之后，小編認(rèn)為，兩者從目標(biāo)和實現(xiàn)手段上其實不存在矛盾，都是通過增大含鋼率，使混凝土受拉裂縫寬度小于規(guī)范限值。換句話說，如果設(shè)定相同的開裂目標(biāo)，即使不配置型鋼，也需要增設(shè)同樣強(qiáng)度當(dāng)量的縱向鋼筋。

異議在于出發(fā)點不同，“技術(shù)要點”用于指導(dǎo)設(shè)計，要包絡(luò)復(fù)雜情況、可操作性強(qiáng)，所以沒有要求按照拉應(yīng)力精確計算裂縫（肖大師原話“可以要求設(shè)計人給鋼筋應(yīng)力，但操作起來會比較麻煩”），而是簡化為只要名義拉應(yīng)力超過f_tk，就認(rèn)為混凝土開裂退出工作而要求配置型鋼（未考慮實際應(yīng)力的不均勻分布和裂縫實際開展情況，最被詬病之處），墻肢豎向分布筋一般按特一級最小配筋率0.40%考慮（實際可能少考慮了很多面積），以控制200MPa的型鋼拉應(yīng)力作為考察混凝土裂縫寬度的指標(biāo)（200MPa拉應(yīng)力對應(yīng)0.3mm裂縫的結(jié)論，本身就具有非常大的偏差）。

也許正是認(rèn)可以上簡化可能對設(shè)計結(jié)果有較大影響，所以此條配置型鋼的要求均為“宜”。具體操作時，如有條件對重點墻肢做如上驗算并滿足要求，應(yīng)該可以不必“機(jī)械”的配置受拉型鋼。

對于第2條內(nèi)容，兩位大師持不同觀點。如肖大師所言，全截面水平開裂的剪力墻，在拉剪復(fù)合作用下的破壞形式目前還缺乏試驗研究。但謹(jǐn)慎的小編在重新翻看多版本大學(xué)混凝土教材時，均發(fā)現(xiàn)有關(guān)于此項試驗的論述，摘抄部分內(nèi)容如下：

試驗表明，當(dāng)軸向拉力先作用于構(gòu)件上時，構(gòu)件將產(chǎn)生橫貫全截面的法向裂縫。再施加橫向荷載后，則在彎矩作用下，法向裂縫在受壓區(qū)將閉合而在受拉區(qū)進(jìn)一步開展，并在剪彎曲段出現(xiàn)斜裂縫。由于軸向拉力的作用，斜裂縫的寬度和傾角比受彎構(gòu)件要大一些，混凝土剪壓區(qū)高度明顯比受彎構(gòu)件小，有時甚至無剪壓區(qū)。因此軸向拉力時構(gòu)件的抗剪能力明顯降低，降低的幅度隨軸向拉力的增大而增加，但對箍筋的抗剪能力幾乎沒有影響。針對上述特點，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》提出了鋼筋混凝土偏心受拉構(gòu)件的斜截面受剪承載力計算方法（第6.3.22條）。

以上描述亦即方小丹大師在會上所表達(dá)的觀點。而肖總所說的尚待研究的試驗，當(dāng)時限于時間原因，二人并未繼續(xù)討論。

2018年4月和5月，肖總團(tuán)隊在《土木工程學(xué)報》發(fā)表了《鋼筋混凝土剪力墻拉剪性能試驗研究》和《鋼筋混凝土剪力墻拉剪承載力分析》兩篇文章，結(jié)論如下：(1)在拉剪共同作用下，剪力墻呈現(xiàn)出兩種破壞模式。軸拉力的相對大小是決定剪力墻破壞模式的關(guān)鍵因素，軸拉力相對較小時發(fā)生剪壓破壞，軸拉力相對較大時則發(fā)生滑移破壞。(2)軸拉力降低了剪力墻的抗剪承載能力。(3)截面縱筋的銷栓作用提高了剪力墻的抗拉剪承載力。

相比前述教材的試驗結(jié)論，本次做了基于“軸拉力相對較小/大”的補(bǔ)充和細(xì)化內(nèi)容，但并無顛覆性的結(jié)論。通過學(xué)習(xí)論文可知，“軸拉力相對較小/大”是指剪力與拉力的比值，兩種抗剪破壞模式的分界與平均名義拉應(yīng)力并無直接對應(yīng)關(guān)系，個人認(rèn)為還是無法作為控制平均名義拉應(yīng)力的直接理由。認(rèn)知淺薄，有待繼續(xù)學(xué)習(xí)。

現(xiàn)行《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》自2015年5月開始實施，上述討論的內(nèi)容未見相應(yīng)的調(diào)整。但無論最終結(jié)論如何，這樣級別的“神仙打架”充分體現(xiàn)了大師們科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和坦誠開明的論道精神，有機(jī)會學(xué)習(xí)領(lǐng)悟其中涵義，實屬行業(yè)從業(yè)人員之幸事。

    名義拉應(yīng)力到底怎么算呢？肖從真工作室給出了詳細(xì)計算方法：

墻肢受拉怎么辦？先驗算、再來看。對此，《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》(建質(zhì)[2015]67號)的第四章第十二條（四）款有明確要求。

具體是怎么規(guī)定的呢？列出來：

（四）確定所需的延性構(gòu)造等級。中震時出現(xiàn)小偏心受拉的混凝土構(gòu)件應(yīng)采用《高層混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)程》中規(guī)定的特一級構(gòu)造。中震時雙向水平地震下墻肢全截面由軸向力產(chǎn)生的平均名義拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時宜設(shè)置型鋼承擔(dān)拉力，且平均名義拉應(yīng)力不宜超過兩倍混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（可按彈性模量換算考慮型鋼和鋼板的作用），全截面型鋼和鋼板的含鋼率超過2.5%時可按比例適當(dāng)放松。

不過這個規(guī)定很多設(shè)計人員不明就里。今天小編就來說道說道這條規(guī)定。

敲黑板、劃重點，這180字的要求分為“紅、藍(lán)”兩句理解就可以啦。

怎么理解紅句呢？

其實紅句的意思就是首先要計算“平均名義拉應(yīng)力   ”，當(dāng)    時宜設(shè)置型鋼，并應(yīng)控制    就可以啦?？雌饋砗芎唵伟桑贿^括號里又說：可按彈性模量換算考慮型鋼和鋼板的作用，咋考慮呢？就是按下式考慮：

上式中 ， 、分別為混凝土、型鋼和(或)鋼板的截面面積； 、 分別為混凝土、型鋼和(或)鋼板的彈性模量；  就是中震時雙向水平地震下的墻肢軸拉力。

為什么要配置型鋼？因為配置型鋼可有效控制、并減小墻肢平均名義拉應(yīng)力，更有利于滿足    的要求，這個大家都做到啦。

再來看“藍(lán)句”:全截面型鋼和鋼板的含鋼率超過2.5%時可按比例適當(dāng)放松。

這句話的重點在于“按比例”，也就是要以2.5%含鋼率為基準(zhǔn)來考慮放松的比例。

比如，當(dāng)含鋼率為5.0%時，“平均名義拉應(yīng)力”可放松至   ，換算成通用形式就是：

  時，“平均名義拉應(yīng)力”宜滿足   。

注意，這里還有一個“適當(dāng)”，就是說可以稍微嚴(yán)格一些進(jìn)行控制。

為何以2.5%為準(zhǔn)，而不是以1.5%或3.5%為準(zhǔn)按比例放松呢？

這是因為，控制墻肢拉應(yīng)力水平的本意是避免墻肢受拉開裂嚴(yán)重后喪失了抗剪能力。而承受拉力的墻體正截面裂縫寬度是與鋼筋的應(yīng)力水平直接相關(guān)的。根據(jù)規(guī)范要求，混凝土構(gòu)件的裂縫寬度一般不超過0.3mm，此時鋼筋或型鋼的平均拉應(yīng)力   一般不超過200MPa；應(yīng)力200MPa對應(yīng)的是3%，其中鋼筋0.5%、型鋼2.5%，因此以2.5%含鋼率為準(zhǔn)。

為什么可以按比例適當(dāng)放松呢？因為  達(dá)到200MPa時鋼筋和(或)型鋼的應(yīng)變約為1000  ，此時混凝土已開裂，拉力基本由鋼筋和(或)型鋼承擔(dān)，而鋼筋和(或)型鋼所能承擔(dān)的拉力是與含鋼率呈一定比例的。

經(jīng)過這樣的分解、剖析，你知道怎么計算墻肢的平均名義拉應(yīng)力了吧。

勘察設(shè)計大師、規(guī)范主編

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