目前在世界范围内,混凝土作为用途最广、 用量最大的一种的建筑材料,研究混凝土的特点和性能可以更方便的应用混凝土,充分发挥混凝土的优势。 要让混凝土更好地为人类服务与环境协调发展,进一步促进混凝土科技进步, 为不断探索发展途径和技术创新奠定基础,必须掌握混凝土的强度、 工作性、耐强度久性等各方面性能。 目前混凝土技术已进入高科技时代, 品种不断增加, 应用领域不断扩大，结构设计方法也在不断完善。然而规范是结构设计的技术文件，在结构设计方面起着重要的指导作用，反映着一个国家和地区技术和经济发展的水平。技术先进、安全适用、经济合理、经久耐用是制定结构设计规范的基本原则，世界各国均是如此。我国与美国和欧洲相比，有着不同的社会历史背景，所以混凝土结构设计方法和规范的发展也经历了不同的过程。
关键词：混凝土结构；设计方法；规范
Abstract
Now in the Worldwide, The most widely used and the largest amount of a building material of concrete that the study of the characteristics and properties can be more convenient application and play advantage .To make concrete better service to humanity and environmental development and further promote the progress of science and technology and explore technology innovation and development foundation. We must grasp the strength of concrete workability, strength, long, etc. Currently concrete technology has entered the high-tech era, varieties, application fields increased expands ceaselessly and the structural design method is being perfected. However standard is the technical documents. Structure design plays an important role in guiding and reflecting a national and regional technical and economic development level. Advanced technology, reasonable economy, safety, durability is to develop the basic principles of structure design codes, so the world is. China and the United States and Europe, compared with different social and historical background, so the concrete structure design method and the development of standard also has different processes.
Key Words：Concrete structure ；Design method ；Standard
一、国内混凝土结构设计方法的发展史
混凝土作为建筑材料始于1949年之前，是我国遭受帝国主义铁蹄践踏和外国列强蹂躏的悲惨时期，国家衰败，人民饥寒交迫。在这种条件下，不可能有专门的人员和机构从事混凝土结构设计理论和方法的研究，中国自己的研究成果属于空白。
1949年新中国成立，人民当家作主，国家百废待兴，全国范围内开展了大规模的基础建设活动。没有设计规范，就不能保证工程结构要求的使用功能和安全性，鉴于当时我国的实际情况，唯一可行的办法就是照抄国外的规范。计规范原建筑工程部20世纪60年代后期批准发布的《钢筋混凝土结构设计规范》(BJG 21—66)，就与前苏联规范HNTY 123 —55一模一样，只有个别术语的译名重新进行了定义和命名，没有预应力混凝土结构设计的内容。
我国于1971年开展了一轮全面制定和修订工程建设标准规范的活动，并于1974年颁布了一批各材料结构的设计规范，其中包括《钢筋混凝土结构设计规范》(TJ 10—74)。由于规范的编制是一个资料和研究成果长期积累的过程，受历史的影响，同时考虑规范的过渡，TJ10—74仍然是主要参照前苏联预应力混凝土结构设计规范（CH10-57）制定的，增加了预应力混凝土结构设计的内容，修改了过于陈旧的斜截面承载力设计理论与设计方法，但已开始吸收一些英美国家先进标准规范的内容，当发现两者差别较大时，仍以前苏联规范为准进行修改。此外，也依据我国自己的试验成果和设计经验增加了个别新内容。20世纪60年代中期到70年代中期也是我国文化大革命运动时期，包括规范的修订，各方面的发展都受到严重影响。
“文化大革命”结束迎来了改革开放，我国混凝土结构设计规范进入了跨越式发展阶段。中国建筑科学研究院建筑结构研究所《钢筋混凝土结构设计规范》管理组组织全国有关高等院校、科研、设计、施工单位，针对当时规范存在的问题和工程建设中存在的带有普遍意义的新技术、新材料、新结构问题，有计划地开展了三批钢筋混凝土结构设计规范课题的研究。对研究成果进行了分级鉴定和审议，出版了《钢筋混凝土结构研究报告选集》，一些研究成果同时发表在国内的相关刊物上。通过这三批课题的研究，获得了大量的试验数据和理论成果，为规范的修订提供了依据。《混凝土结构设计规范》(GBJ 10一89)于1989年颁布。修订主要体现在如下几个方面：
(1) 结构可靠度设计体系
美国、加拿大、英国、德国、澳大利亚等国家在这方面做了很多工作，经过大量的荷载调查、材料性能实测和理论研究，我国于1984年颁布了《建筑结构设计统一标准》(GBJ 68—84)。所以，修订组在《统一标准》规定的分项系数设计表达式的基础上，在荷载分项系数、荷载组合系数已由《建筑结构荷载规范》规定的前提下，根据《统一标准》对各类构件可靠指标的要求，首先对轴心受拉构件进行可靠度分析，确定钢材强度分项系数，然后对轴心受压构件按已知作可靠度分析，再确定混凝土强度分项系数。最后，在钢材强度分项系数和混凝土强度分项系数都确定的情况下，分析计算公式的不定性，确定构件承载力计算公式中的系数，从而建立了GBJ 10一89规范的可靠度设计体系。
(2) 正截面承载力计算
TJ 10一74规范的受弯和受压(包括大小偏心受压)承载力计算公式基本是根据对试验结果的分析建立的。对于复杂的情况(如腹部配筋、双向受弯、双向受压及任意截面)，则不能外推。GBJ 10一89规范通过引入平截面假定，并给出理想化的钢筋和混凝土的应力一应变曲线，对常遇的截面形状和配筋形式给出了简化的实用计算公式，给出了按平截面假定确定的受弯构件超筋界限和大、小偏心受压界限条件。引入平截面假定使钢筋混凝土构件正截面承载力的计算建立在科学的体系之上。
此外，GBJ 10一89规范以截面极限曲率为基础修改了TJ 10一74规范中长柱偏心距增大系数的计算方法；增加了考虑配置高强钢丝类的预应力混凝土受弯构件中，钢丝应力进入强化段后对正截面承载力提高作用的计算公式，从而可以节约钢材。
(3) 受剪承载力计算
TJ 10一74规范的受剪承载力计算只适用于无轴向力的情况，对于工程中实际存在的大量偏心受压、偏心受拉构件的受剪承载力则无法计算，而预应力混凝土构件中预应力对受剪承载力的有利作用也不能考虑。GBJ 10一89规范包括了轴向压力、轴向拉力、预应力作用下的受剪承载力计算，填补了这方面的空白。
(4) 受扭及弯剪扭承载力计算
GBJ 10一89规范以变角空间桁架的概念为基础，适当考虑混凝土的抗扭作用，建立了受扭承载力计算公式。TJ 10一74规范的受扭承载力计算只适用于钢筋混凝土矩形截面构件，GBJ 10— 89规范扩展到预应力混凝土构件、I形、T形截面构件，提出了I形、T形截面分块计算的原则和方法。
TJ 10一74规范只有纯扭构件承载力的计算方法，没有复杂受力情况下构件承载力的计算方法。对工程上经常遇到的受弯剪扭共同作用的构件，GBJ 10一89规范给出了考虑剪扭之间相关关系的计算方法。对剪扭构件的受剪承载力及受扭承载力分别引入承载力降低系数，以考虑扭矩使混凝土受剪承载力的降低，以及剪力使混凝土受扭承载力的降低。
(5) 冲切和局部受压
TJ 10一74规范冲切承载力的计算过于保守，GBJ 10 —89规范将冲切计算的系数调低约10％。增加了配置箍筋或弯起钢筋板的冲切承载力的计算方法。
对于局部受压，修改了混凝土底面积的计算方法。GBJ 10一89规范采用“同心对称”的原则，要求计算底面积与局压面积具有相同的重心位置且对称，因此，当构件处于边部或角部局部受压时，局部受压处的混凝土强度不再提高。
(6) 预应力混凝土
建立了预应力钢筋合力点处混凝土法向应力为零时预应力钢筋应力及相应合力 的概念，从而使预应力混凝土和钢筋混凝土结构计算协调起来。将预应力混凝土和钢筋混凝土结构的计算放在同一个公式中，增加了预应力混凝土构件受扭计算和裂缝宽度眼神的内容，改进了受剪计算和刚度验算方法。调整了预应力损失值，提高了高强钢丝的张拉控制应力允许值。在预应力混凝土构件的疲劳计算方面也作了较大修改。
(7) 正常使用极限状态
对于严格要求不出现裂缝的构件，给出了在荷载短期效应组合下不出现拉应力的验算公式；对一般要求不出现裂缝的构件，给出了在荷载长期效应组合下不出现拉应力、在短期效应组合下出现拉应力但不超过允许值的验算公式。
对预应力混凝土构件的受拉钢筋建立了“等效应力”的概念，等效应力与计算钢筋混凝土构件裂缝宽度时受拉钢筋的应力等效，即将预应力钢筋的等效应力代人钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算公式，即可计算预应力混凝土构件的裂缝宽度。
(8) 构件
对于柱的计算长度，除单层厂房外，TJ10—74规范实际上仅对无侧移框架作出了规定。GBJ10-89规范分无侧移、有侧移但有较少约束、有侧移且基本上无侧向约束三种情况分别规定了柱的计算长度。
TJ10—74规范对叠合构件的规定过于简单，不能满足设计需要，GBJ 10一89规范作了修订。在受弯承载力方面，根据叠合构件受拉钢筋应力超前现象，规定了控制条件，以防止受拉钢筋在使用阶段达到屈服强度；在受剪承载力方面，给出了叠合面受剪承载力公式，当配箍率低时，斜截面受剪控制箍筋用量，当配箍率高时，叠合面受剪控制箍筋用量；在正常使用极限状态方面，根据叠合构件分两个阶段受力的特点，给出了刚度和裂缝宽度计算公式。
TJ 10一74规范没有深梁设计的条文，而鉴于工业建筑、高层、地下建筑等结构中深梁的应用越来越广泛，GBJ 10一89规范根据大量的试验研究，提出了承载力的计算公式和构造措施。
GBJ 10—89规范从预埋件纯剪、纯弯、纯拉时的承载力出发，认为剪拉线性相关，弯拉线性相关，剪弯半线性相关，给出剪弯拉复合作用下的计算公式，考虑到压力的有利作用，相应给出剪弯压的计算公式。
(9)结构分析
增加了“结构分析”基本原则的内容，包括对荷载效应最不利组合的要求；结构整体效应分析及特殊受力部位局部分析的要求；计算简图的确定原则；结构分析基本条件(力学平衡、变形协调及材料本构关系)的要求等。提出了线弹性分析方法、考虑塑性内力重分布的分析方法、塑性极限分析方法、非线性分析方法及试验分析方法等混凝土结构的结构分析方法，并对各种方法的应用条件及计算原则作出了规定。同时，对结构分析的电算程序提出了要求。给出了混凝土在多轴(二轴、三轴)应力状态下的强度破坏准则及混凝土在受拉、受压状态下的本构(应力一应变)关系。
二、国外混凝土结构设计方法的发展史
⒈ 美国混凝土结构设计方法
在美国，与混凝土材料、混凝土结构设计及混凝土其它方面有关的发展都与美国混凝土协会（ACI）的活动有关，ACI的发展和壮大受美国建筑市场的推动。所以，美国混凝土结构设计方法的变革反映在ACI的一系列活动中。
1910年，对钢筋混凝土柱和无梁楼盖的设计受到关注。同年4月，《钢筋混凝土建筑规程》颁布。到1912年，NACU已经发布了14个标准，NACU的标准受到广泛的认可，为多个城市的建筑管理规定所采用。
在1912年的年会上，会员们提出了将NACU更改为更能体现其工作性质的名称的提议。经过近一年的酝酿，1913年2月NACU更改为美国混凝土协会(ACI)。之后协会的技术委员会数量增多，增加了钢筋混凝土公路桥、涵洞、钢筋混凝土烟囱、混凝土护墙工程沈钢筋吞吊全。同时ACI认可ASTM的标牌，1917年ACI采用了两个ASTM标准。协会还意识到迫切需要建立一个特别委员会来研究混凝土用钢筋的标准化、设计单位的标准化、竖向剪力的合理值、不同混凝土的优缺点和最为经济的设计方法等。
《钢筋混凝土建筑规范》是ACI与混凝土用钢协会共同努力的结果。两个先前相互独立的规范进行了协调，形成城市建筑设计的共同规范。与规范并行，Arthur R．Lord提供了一套完整的设计图表，包括了很大范围强度的混凝土。除柱外，当时强度为2000Psi（14Mpa）的混凝土应用很普遍。
20世纪30年代，也是设计形式不断发展的阶段。有两个委员会从事刚性框架设计、梁上双向板的设计、圆柱的设计、结构荷载与设计中的折减、建筑物的允许开洞、钢筋混凝土构件的变形及抗火标准方面的工作。刚性框架简化设计委员会的报告说明了用曲线进行设计的方法。Hardy Cross 提出的弯矩分配法被广大设计人员接受。当时ACI建筑规范已具有广泛的影响。到1931年，许多城市或组织完全或部分采纳了ACI建筑规范，或允许设计者按A0建筑规范设计。
1932年，ACI105委员会作了关于钢筋混凝土柱研究的第三次和第四次报告。1933年对钢筋混凝土柱的研究接近尾声，柱的研究不仅提供了新的信息，而且验证了先前建立的一般关系。委员会提出了螺旋箍筋柱、普通箍筋柱和纵向钢筋搭接的设计公式。
1934年ACI发表了几个重要报告，包括：①混凝土结构设计和建筑中避免体积变化的方法；；②梁上双向板的设计；③钢筋混凝土烟囱设计和施工规程。从建筑规范的应用考虑，对钢筋混凝土T形梁进行了大量试验。针对荷载试验、风荷载、受弯计算和弯矩系数、四边支撑板、剪切和斜拉及粘结和锚固，提出对1928年建筑规范进行修订的建议。螺旋箍筋柱的设计是以ACI105委员会的研究为基础的，对承重墙的设计也提出了改进的建议。
1940年ACI312委员会对素混凝土和钢筋混凝土拱的研究进展做了报道并提出了钢筋混凝土拱设计的建议规程，与当时的规程相比，有很大变化。给出了拱协基于极限状态强度公式的设计方法及关于轴向荷载和弯矩安全系数的新方法。
1946年，ACI315委员会与混凝土用钢协会共同编制了《钢筋混凝土结构细部标准实用手册》，成为规范编写人员、设计人员及学生的重要工具。在此之前，设计图纸非常不统一，常引起误解。1951年，该手册作为《ACI细部手册》成为正式标准。为与ASTM A305相协调，考虑到变形钢筋的优良锚固特性，1951年ACI对建筑规范和细部手册讲行了修订。同时，新的标准句括了喷射混凝土的内容。
1952年，ACI主办了极限荷载或极限强度设计的会议。会议讨论了有关的研究和基本概念，提出了设计实例，讨论了荷载系数。当时比利时、捷克斯洛伐克允许极限荷载设计更接近实际，与弹性方法相比，设计简便。
1953年钢筋混凝土烟囱委员会编制了混凝土烟囱设计与施工标准，取代了1936年的试行标准，包括荷载及这种荷载在混凝土和钢筋中产生的应力计算方法。标准还特别强调了混凝土拌和及浇注方面的要求，放线及辅助建筑物。由于混凝土砌块得到广泛应用，但缺乏统一的标准，1954年ACI33l委员会提出了这种结构的分析和设计方法，给出了施工指南。1956年，ACI318颁布了建筑规范的修订版，一个重要的变化是附录列入了极限状态设计方法。在抗剪方面，假定剪切破坏是由靠近反弯点处钢筋切断、由斜拉引起的，或因弯压能力不足、不断发展的裂缝导致的。对柱的设计也进行了修订和简化，增加了预制混凝土。
1967年ACI出版了几本重要的出版物，其中《极限状态设计手册》包括了梁、板和基础的设计，手册中的表、图和曲线简化了受剪、粘结、弯曲、变形及其他计算，节省了设计人员时间。
1969年，ACI颁布了两个关于现浇混凝土管的建议标准，一是管的设计、制作和检验，一是施工规定。
1969—1970年ACI的一个重要进展是ACI与CEB（欧洲混凝土协会）在钢筋混凝土和预应力混凝土设计符号方面取得一致。1970年建议的符号标准在1971年被采用。1971年，ACI319—71规范规定采用极限状态设计法进行设计，将容许应力法列为可选的方法。
1977年的ACI建筑规范的特点是便于阅读。为简化设计应用，1978年出版了柱按极限强度方法设计的手册，以及对手册的补充，包括钢筋混凝土板体系的设计和分析，ACI还出版了固定近海混凝土结构的设计和施工指南。
20世纪80年代，纤维混凝土的应用有了很大的发展。1988年ACI544委员会编写了钢纤维混凝土配合比设计、拌和、浇注及抹光的指南和设计分析。
1995年ACI318—95规范颁布。对预制混凝土作了较大的修改，主要是增加率结构整体性的规定。
2005年，ACI318—05规范颁布。调整了裂缝控制时受拉钢筋最大间距的计算公式；对于构件厚度或高度与有限宽度之比等于或大于3的情况，允许采用其它与试验结果符合的计算方法。
⒉ 欧洲混凝土结构设计方法
早在1975年，欧洲共同体委员会根据协议，就决定在土木建筑领域实施一个联合行动项目，建立一整套用于房屋建筑、土木工程结构和土木工程设计的标准，即欧洲规范。
20世纪80年代末和90年代，在欧洲标准技术委员会CEN／TC—250的组织和协调下，首先编制了一套欧洲试行规范ENV1991—ENV1999.两年后将邀请欧洲标准化委员会成员提交正式评论以决定为了进一步要进行的工作。在经过一段时间的使用后，通过修订和补充，将欧洲试行规范转变为正式规范，即欧洲规范。，其中于1978年由欧洲混凝土委员会出版的第一卷《各类构件和材料的通用统一规则》是该体系的统一指导原则。它即采用近代建立的概率极限计算法，又采用工程结构设计中惯用的表达式，是较为先进和合理的。
结构分析是计算结构内力和变形的方法和过程。由于混凝土结构不同于力学计算中的理想结构，如由钢筋与混凝土两种材料组成，混凝土开裂后刚度降低，构件的塑性性能会使结构内力发生应力重分布等，不能直接采用经典的力学方法，而是根据混凝土结构的特点进行修改。我国规范GB 50010--2002、美国规范ACI 318一05和欧洲规范EN1 992—1—1：2004均规定混凝土结构可按线弹性方法、考虑内力重分布的分析方法和塑性分析方法。另外对于不能按杆系分析的混凝土结构或构件，美国和欧洲规范还规定可按压杆—拉杆模型分析和计算，是国外混凝土结构设计方法的一个新发展。
对于混凝土结构和构件的二阶效应，我够规范只考虑有侧移的情况，美国和欧洲规范按无侧移和有侧移两种情况考虑。我过、美国和欧洲规范规定可直接通过考虑结构几何非线性效应的分析方法计算，也可在一阶分析的基础上，考虑弯矩增大系数近似计算。在弯矩增大系数法中，我过规范的计算方法比较简便，美国和欧洲规范的计算方法比较复杂，计算中与钢筋的面积有关。所以按美国和欧洲规范计算偏心受压构件的配筋时，要先鉴定钢筋面积，再验算承载力。
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