中欧规范蒸压加气混凝土板设计对比研究_张国伟.pdf

204Industrial Construction Vol.53，No.2，2023工业建筑2023 年第 53 卷第 2 期工程技术标准中欧规范蒸压加气混凝土板设计对比研究*张国伟1冯杨1秦昌安1卢清刚2刘华2(1北京建筑大学，工程结构与新材料北京市高等学校工程研究中心，北京100044;2北京市建筑设计研究院有限公司，北京100045)摘要:蒸压加气混凝土板作为一种轻质高强、保温隔热的构件，被广泛应用于多高层建筑围护结构中，研究此类板材的受力性能能够有效确保其结构的安全性。通过正截面承载力、斜截面承载力、抗弯刚度以及开裂荷载四个方面对中欧蒸压加气混凝土规范进行对比分析，结果表明:按照中国规范 JGJ/T 172020 的正截面承载力和斜截面承载力设计值与试验值相比，其误差比欧洲标准 EN 12602 2016 低，斜截面承载力主要与混凝土自身强度有关;正常使用极限状态下，中国规范中挠度和开裂荷载设计值存在 1.52 倍的安全储备，而欧洲标准考虑了钢筋的黏结性能、蒸压加气混凝土蠕变和收缩的影响，其理论值与试验值比值分别在0.711.02 和 0.781.06 之间，拟合度较高，可作为该板材结构设计的依据。关键词:蒸压加气混凝土板;承载力;挠度;开裂荷载;结构设计DOI:10.13204/jgyjzG22041004Comparative Study on Autoclaved Aerated Concrete Slab Design in Chineseand European CodesZHANG Guowei1FENG Yang1QIN Changan1LU Qinggang2LIU Hua2(1Beijing Higher Institution Engineering esearch Center of Civil Engineering Structure and enewable Material，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044，China;2Beijing Institute of Architectural Design，Beijing 100045，China)Abstract:As a kind of lightweight and high-strength member，autoclaved aerated concrete slabs have been widelyused in multi-high-level building envelope structures，and the mechanical properties of such slabs can effectivelyensure the structure safety The codes of autoclaved aerated concrete in China and Europe were comparatively analyzedfrom the four aspects of the positive section bearing capacity，oblique cross-section bearing capacity，and the crackedload The results showed that compared with the experimental values，the design valves of the bearing capacity ofnormal sechen and obliqhe section in JGJ/T 172020 had smaller error than those in EN 12602 2016，and theoblique section bearing capacity was mainly related to the strength of the concrete;under the limit state of normaluse，the deflection and crack load has a safety reserve of 1.5 to 2 times the design value The EN 12602 2016considered the bonding properties of steel bars，autoclaved aerated concrete creep and contraction，and this kind oftheoretical value ratio and test value ratio between 0.71 to 1.02 and 0.78 to 1.06，respectively，the degree of fitcould be used as a basis for structureKeywords:autoclaved aerated concrete slab;bearing capacity;deflection;cracking load;structural design*市属高校基本科研业务项目(X20063);“十三五“国家重点研发计划(2016YFC0701903)。第一作者:张国伟，男，1979 年出生，博士，教授。通信作者:秦昌安，男，1992 年出生，博士，实验师，qina1992 126com。收稿日期:20220410蒸压加气混凝土作为一种新型墙体材料，是当前比较理想的节能材料之一，且此类墙板被广泛应用于多高层建筑围护结构中。针对蒸压加气混凝土板的设计，国内外学者进行了大量的理论研究。基于配筋加气混凝土板系统研究，过镇海提出了承载力的计算公式1。在不同厚度的蒸压加气混凝土板试验下，王越按照 JGJ/T 172008 蒸压加气混凝土建筑应用技术规程 进行计算，发现开裂荷载和刚度公式均有较中欧规范蒸压加气混凝土板设计对比研究 张国伟，等205大的安全储备2。陈博珊对比分析了中国、欧洲和美国规范中的蒸压加气混凝土板抗剪承载力理论计算的区别3。采用混凝土理论的“”法，国外学者Gunkler 对加气混凝土板进行了挠度验算，得到了此方法的适用性 4;Ttl 等提出了加气混凝土抗拉强度与抗弯强度的换算关系，为欧洲标准提供了理论依据 5。目前，我国加气混凝土板依据 JGJ/T 172020蒸压加气混凝土制品应用技术标准6 进行设计，该规范仅给出了正截面抗弯承载力和斜截面抗剪承载力的计算公式，但没有明确开裂荷载的计算方法。欧洲标准 EN 1260220167 蒸压加气混凝土预制增强构件于 2016 年开始强制施行，此标准针对配筋加气混凝土预制构件的设计、构件以及材料的性能做了详细说明。通过整理国内现有文献试验数据23，814，对比分析上述两种规范计算方法的优缺点，得出中国规范 JGJ/T 172020 蒸压气混凝土极限承载力公式适用性较强，正常使用状态下的结构设计存在 1.52 倍的安全储备;挠度和开裂荷载按照欧洲标准 EN126022016 计算吻合度更好，研究成果以期为蒸压加气混凝土板的设计提供参考。1蒸压加气混凝土板设计方法1.1正截面抗弯承载力确定1)JGJ/T 172020 中正截面承载力 M1计算公式由式(1)表示，配筋蒸压加气混凝土板开裂后，忽略蒸压加气混凝土的抗拉作用，以及受压侧钢筋对抗弯承载力的贡献。M1 1fcbx h0 x2()(1a)fcbx=fyAs(1b)式中:fc为蒸压加气混凝土抗压强度;b 为截面宽度;h0为截面有效高度;x 为受压区高度;As为受拉区钢筋面积;1为应力图形等效参数，考虑到蒸压加气混凝土自身强度低与钢筋线膨胀系数不一致以及拼装、运输过程中易损伤等因素，取值 0.75。2)在 EN 126022016 中，蒸压加气混凝土本构关系采用双折线模型，如图 1 所示，应力应变曲线表达式7 如下:c=fckcc0()0 c 0fckc0 c cu(2)式中:为分项安全系数，取0.85;fck为抗压强度标准值;c为材料分项系数，塑性破坏为 1.44，脆性破坏为 1.73，极限状态取值为 1.0;cu为极限压应变;0为峰值应变;c为蒸压加气混凝土压应变。1理想曲线;2设计曲线。图 1受压应力应变曲线6 Fig1elations between compression stress and strain6 如图 2 所示，欧洲标准描述了蒸压加气混凝土截面极限状态下应变变化的规律，涵盖了正截面所有可能的受力状态，轴心受压(拉)、偏心受压(拉)和纯弯。区域，中和轴下移，截面从轴心受拉向小偏心受拉状态过渡，下侧钢筋达到极限拉应变，拉力全部由受拉钢筋承担;区域，中和轴进入截面内，下侧钢筋保持极限拉应变，受压区混凝土边缘应力减小，截面进入大偏心受拉，或受压状态;区域，受压区边缘混凝土保持极限压应变，受拉钢筋拉应变经过屈服应变减小到零，截面由大偏心受压过渡到小偏心受压状态;区域，受拉钢筋进入受压区，中和轴下降到 1/3 h;区域，混凝土上边缘应变减小，下边缘应变增大，当全截面应变都达到0.002 时，截面处于受压极限状态。图 2极限状态下应变分布6 Fig2Strain distribution in limit state6 选取应变分布区域进行正截面承载力计算，计算简图如图 3 所示。受压区混凝土合力 C 的计算式为:C=xn0fckcc0()bdy=0.43fcbtc0nh0(3)式中:xn为受压区高度;为分项安全系数，取值为0.85;y 为任一纤维至中和轴截面距离;n为相对受压区高度;h0为截面有效高度;b 为截面宽度;tc为206工业建筑2023 年第 53 卷第 2 期图 3正截面承载力计算简图6 Fig3Calculation diagram of normal section bearing capacity6 截面受压区边缘加气混凝土的压应变。合力到受压区边缘的距离ycx1，xn的计算式为:yc=nh00.85fcbxn0c0ydy085fcbxn0c0dy=13nh0(4)正截面抗弯承载力由截面平衡条件可得:M2=0.64fcbxnh0 xn/3()(5)1.2斜截面抗剪承载力确定根据现有研究3，蒸压加气混凝土板在集中荷载作用下发生的是弯剪破坏。因此，必须验算试件的抗剪承载力是否满足要求。国内外蒸压加气混凝土板的配筋形式不同，我国蒸压加气混凝土板没有配置箍筋和弯起钢筋，板材的抗剪承载力主要由混凝土自身强度以及纵向钢筋承担。1)JGJ/T 172020 配筋蒸压加气混凝土板抗剪承载力计算公式为:V1=0.45ftbh0(6)式中:ft为钢筋抗拉强度标准值;b 为截面宽度;h0为截面有效高度。2)欧洲标准 EN 12602 2016 蒸压加气混凝土板的配筋如图 4 所示，在进行斜截面抗剪承载力计算时，需要考虑抗剪钢筋的贡献，建议公式7 见式(7)。1受压区;2撑杆;3剪切钢筋;4受拉区;5箍筋。图 4欧洲规范蒸压加气混凝土板配筋7 Fig4European specification for reinforcement of autoclavedaerated concrete slabs7 V2=VA+VWVA=maxd1 0.83d1 000()(1+2401)bwd0.5fctk 0.05cbwd(7)式中:d为基本抗剪强度，取0.063f0.5ck/c;fctk0.05为抗拉强度 5%分位数特征值，取 01fck;c为脆性破坏材料分项系数，取1.73;d 为截面有效高度;1为受拉钢筋配筋率;Vw为箍筋和弯起钢筋的抗剪承载力。由于我国蒸压加气混凝土板未配置箍筋和弯起钢筋，忽略式(7)中箍筋和弯起钢筋贡献的承载力，仅计算 VA部分。1.3短期挠度确定受弯构件的挠度主要与板材的刚度有关，J