水工砼结构设计规范说明.docx

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水工砼结构设计规范说明

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中华人民共和国行业标准

水工混凝土结构设计规范

／α１９１－９６

条　文　说　明

目　　次

１　总则（３）………………………………………………………………………………………………

３　材料（３）………………………………………………………………………………………………

３．１　混凝土（３）……………………………………………………………………………………

３．２　钢筋（６）………………………………………………………………………………………

４　基本设计规定（７）……………………………………………………………………………………

４．１　一般规定（７）…………………………………………………………………………………

４．２　承载能力极限状态计算规定（８）……………………………………………………………

４．３　正常使用极限状态验算规定（１０）……………………………………………………………

４．４　结构耐久性要求（１１）…………………………………………………………………………

５　素混凝土结构构件承载能力极限状态计算（１６）……………………………………………………

５．１　一般规定（１６）…………………………………………………………………………………

５．２　受压构件（１６）…………………………………………………………………………………

５．４　局部受压（１６）…………………………………………………………………………………

６　钢筋混凝土结构构件承载能力极限状态计算（１６）…………………………………………………

６．１　正截面承载力计算的一般规定（１６）…………………………………………………………

６．２　正截面受弯承载力计算（１８）…………………………………………………………………

６．３　正截面受压承载力计算（１８）…………………………………………………………………

６．４　正截面受拉承载力计算（２０）…………………………………………………………………

６．５　斜截面承载力计算（２１）………………………………………………………………………

６．６　受扭承载力计算（２３）…………………………………………………………………………

６．７　受冲切承载力计算（２５）………………………………………………………………………

６．８　局部受压承载力计算（２５）……………………………………………………………………

７　钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算（２５）………………………………………………………

７．１　正截面抗裂验算（２５）…………………………………………………………………………

７．２　正截面裂缝宽度验算（２６）……………………………………………………………………

７．３　受弯构件挠度验算（２７）………………………………………………………………………

８　预应力混凝土结构构件计算（２７）……………………………………………………………………

８．１　计算规定（２７）…………………………………………………………………………………

８．２　正截面承载力计算的一般规定（２８）…………………………………………………………

８．３　正截面受弯承载力计算（２９）…………………………………………………………………

８．５　斜截面承载力计算（２９）………………………………………………………………………

８．６　抗裂验算（３０）…………………………………………………………………………………

８．７　裂缝宽度验算（３０）……………………………………………………………………………

８．８　受弯构件挠度验算（３０）………………………………………………………………………

９　一般构造规定（３１）……………………………………………………………………………………

９．１　永久缝和临时缝（３１）…………………………………………………………………………

９．２　混凝土保护层（３１）……………………………………………………………………………

９．３　钢筋的锚固（３１）………………………………………………………………………………

９．４　钢筋的接头（３２）………………………………………………………………………………

９．５　最小配筋率（３３）………………………………………………………………………………

９．６　预制构件的接头、吊环与预埋件（３４）………………………………………………………

１０　结构构件的设计构造规定（３５）……………………………………………………………………

１０．１　板（３５）………………………………………………………………………………………

１０．２　梁（３５）………………………………………………………………………………………

１０．３　柱（３６）………………………………………………………………………………………

１０．４　墙（３６）………………………………………………………………………………………

１０．５　叠合式受弯构件（３６）………………………………………………………………………

１０．６　深受弯构件（３８）……………………………………………………………………………

１０．７　立柱独立牛腿（４１）…………………………………………………………………………

１０．８　壁式连续牛腿（４１）…………………………………………………………………………

１０．９　弧形闸门支座（４２）…………………………………………………………………………

１１　温度作用设计原则（４２）……………………………………………………………………………

１１．１　一般规定（４２）………………………………………………………………………………

１１．２　大体积混凝土在温度作用下的裂缝控制（４３）……………………………………………

１１．３　考虑温度作用的钢筋混凝土框架计算（４４）………………………………………………

１２　钢筋混凝土构件抗震设计（４５）……………………………………………………………………

１２．１　一般规定（４５）………………………………………………………………………………

１２．２　框架梁（４６）…………………………………………………………………………………

１２．３　框架柱（４８）…………………………………………………………………………………

１２．４　铰接排架柱（４８）……………………………………………………………………………

１２．５　桥跨结构（４９）………………………………………………………………………………

附录Π　截面抵抗矩的塑性系数γ

犿

值（４９）……………………………………………………………

附录Ρ　钢筋混凝土双向受弯构件正截面受弯承载力近似计算方法（４９）…………………………

附录Σ　钢筋混凝土矩形截面小偏心受压构件配筋计算的简化方法（５０）…………………………

附录Τ　对称配筋矩形截面双向偏心受压构件正截面承载力近似计算方法（５０）…………………

附录Υ　混凝土的热学指标与应力松弛系数（５１）……………………………………………………

附录Φ　非杆件体系钢筋混凝土结构的配筋计算原则（５３）…………………………………………

／α１９１－９６：

《水工混凝土结构设计规范》条文说明

１　总　则

１．０１～１．０３　本规范系根据国家标准《水利水电工程结构可靠度设计统一标准（ΥΟ５０１９９－９４）》（简

称《水工统标》）的规定，对《水工钢筋混凝土结构设计规范（ΡΨ２０－７８》（简称原规范）的设计基本

原则进行了修改，并依据科学研究和工程实践增补有关内容后，编制而成。

其适用范围扩大到预应

力混凝土结构和地震区的结构，其它与原规范相同。

但不适用于混凝土坝的设计，也不适用于碾压

混凝土结构。

当结构的受力情况、材料性能等基本条件与本规范的编制依据有出入时，则需要根据具体情

况，通过专门试验或分析加以解决。

１．０．４　本规范的施行，必须与按《水工统标》制订、修订的水工建筑物荷载设计规范等各种水工建

筑物设计标准、规范配套使用，不得与未按《水工统标》制订、修订的各种水工建筑物设计标准、规范

混用。

３　材　料

３．１　混凝土

３．１．２　按照国际标准（Χ３８９３）的规定，且为了与其它规范相协调，将原规范混凝土标号的名称改

为混凝土强度等级。

在确定混凝土强度等级时作了两点重大修改：

（１）混凝土试件标准尺寸，由边长２００犿犿的立方体改为边长１５０犿犿的立方体；

（２）混凝土强度等级的确定原则由原规范规定的强度总体分布的平均值减去１．２７倍标准差（保

证率９０％），改为强度总体分布的平均值减去１．６４５倍标准差（保证率９５％）。

用公式表示，即：

τ

π狌，ω

＝μ

τπ狌，１５

－１．６４５σ

τπ狌

＝μ

τπ狌，１５

（１－１．６４５δ

τπ狌

）（３．１．２－１）

式中τ

π狌，ω

———

混凝土立方体抗压强度标准值，即混凝土强度等级值（／犿犿

２

）；

μ

τπ狌，１５

———混凝土立方体（边长１５０犿犿）抗压强度总体分布的平均值；

σ

τπ狌

———混凝土立方体抗压强度的标准差；

δ

τπ狌

———混凝土立方体抗压强度的变异系数。

　　混凝土强度等级由立方体抗压强度标准值确定，立方体抗压强度标准值是本规范混凝土其他

力学指标的基本代表值。

（原规范的混凝土标号）与Π（本规范的混凝土强度等级）之间的换算关系为：

Π＝

１－１．６４５δ

τπ狌，１５

０．９５（１－１．２７δ

τπ狌，１５

）

（０．１）（３．１．２－２）

　　式中０．９５为试件尺寸由２００犿犿立方体改为１５０犿犿立方体的尺寸效应影响系数；０．１为计量

单位换算系数。

由此可出与Π的换算关系如表３．１．２所列：

３／α１９１－９６：

《水工混凝土结构设计规范》条文说明

表３．１．２　与Π换算表

原规范混凝土标号，ωυ／π犿２１００１５０２００２５０３００３５０４００

混凝土立方体抗压强度变异系数，δ

τπ狌

０．２３０．２００．１８０．１６０．１４０．１２０．１０

本规范混凝土强度等级Π，（计算值）９．２４１４．２０１９．２１２４．３３２９．５６３４．８９４０．２８

本规范混凝土强度等级Π，（取用值）Π９Π１４Π１９Π２４Π２９．５Π３５Π４０

注：

表中混凝土立方体抗压强度的变异系数是取用全国２８个大中型水利水电工程合格水平的混凝土立方体抗压强度的调

查统计分析的结果。

３．１．３　混凝土强度标准值

（１）混凝土轴心抗压强度标准值

根据国内１２０组棱柱体抗压强度与边长２００犿犿立方体抗压强度的对比试验，并考虑试件尺寸

效应影响，两者平均值的关系为：

μ

τ狆狉χ

＝０．８×０．９５μ

τπ狌，１５

＝０．７６μ

τπ狌，１５

（３．１．３－１）

　　考虑到结构中混凝土强度与试件混凝土强度之间的差异，根据以往经验，并结合试验数据分

析，同时参考国内外有关规范的规定，对试件强度进行修正，修正系数取为０．８６７，则结构中混凝土

轴心抗压强度与１５０犿犿立方体抗压强度的关系为：

μ

τπ

＝０．８６７×０．７６μ

τπ狌，１５

＝０．６６μ

τπ狌，１５

（３．１．３－２）

　　根据混凝土强度标准值的取值原则，并假定δ

τπ

＝δ

τπ狌

（δ

τπ

为混凝土轴心抗压强度的变异系

数），则得结构中混凝土轴心抗压强度标准值为：

τ

π狌

＝μ

τπ

（１－１．６４５δ

τπ

）

＝０．６６μ

τπ狌，１５

（１－１．６４５δ

τπ

）＝０．６６τ

π狌，ω

（３．１．３－３）

　　（２）混凝土轴心抗拉强度标准值

根据国内７２组轴心抗拉试件强度与边长２００犿犿立方体抗压强度的对比试验，并考虑尺寸效

应影响，两者平均值的关系为：

μ

τ狋，狊狆

＝０．５８（０．９５μ

τπ狌，１５

）

２／３

＝０．５６μ

２／３

τπ狌，１５

（ωυτ／π犿

２

）（３．１．３－４）

　　同样，考虑到结构中混凝土强度与试件混凝土强度的差异，取修正系数为０．８６７，同时将计算

单位由ωυτ／π犿

２

改为／犿犿

２

，则结构中混凝土轴心抗拉强度与１５０犿犿立方体抗压强度的关系为：

μ

τ狋

＝０．８６７×０．５６μ

２／３

τπ狌，１５

×０．１

１／３

＝０．２２５μ

２／３

τπ狌，１５

（／犿犿

２

）（３．１．３－５）

　　在假定轴心抗拉强度的变异系数δ

τ狋

＝δ

τπ狌

条件下，则结构中混凝土轴心抗拉强度标准值为：

τ

狋ω

＝μ

τ狋

（１－１．６４５δ

τ狋

）＝０．２２５μ

２／３

τπ狌，１５

（１－１．６４５δ

τ狋

）

＝０．２２５τ

２／３

π狌，ω

（１－１．６４５δ

τπ狌

）

１／３

（／犿犿

２

）（３．１．３－６）

　　考虑到较高强度等级的混凝土的脆性破坏特征显著和实践经验不足，对Π４５～Π６０级混凝土，

按上式计算后再分别乘以０．９７５～０．９的折减系数。

对轴心抗压强度也同样考虑了该项折减系数。

需要说明的是，由于水工混凝土的强度变异系数与国标《混凝土结构设计规范（ΥΟΨ１０－８９）》

（简称ΥΟΨ１０－８９规范）有所不同，同时本规范将考虑结构中混凝土强度与试件混凝土强度差异的

修正系数取为０．８６７，较ΥΟΨ１０－８９规范所取修正系数０．８８低１．５％，因而本规范混凝土强度标准

值的计算值与ΥΟΨ１０－８９规范中的相应值有所不同，但两者十分接近，为了便于实际应用和规范

间的协调，本规范混凝土强度标准值在取整时决定取与ΥΟΨ１０－８９规范相同的指标。

（３）取消弯曲抗压强度指标

４／α１９１－９６：

《水工混凝土结构设计规范》条文说明

原规范在受弯构件和偏心受压构件的正截面强度计算中，受压区混凝土极限强度取为混凝土

弯曲抗压强度

δ

（现ΥΟΨ１０－８９规范采用新符号为τ

π犿

）。



δ

并不是混凝土真正的力学指标，而仅

仅是在计算受弯构件或偏心受压构件承载力时，对于非均匀受压混凝土应力图形换算为矩形应力

图形时，人为地引入的一个指标。

原规范的

δ

取值原则是沿用前苏联３０年代的资料，明显偏高，同

时引入这一指标后，给编心受压构件计算带来很多麻烦，小偏心受压和轴心受压构件的正截面承载

力计算公式也不相衔接。

事实上，弯曲抗压强度τ

π犿

与轴心抗压强度τπ的比值并非定值，而是随着

构件相对受压区高度的变化而变化的，当相对受压区高度较小时，τ

π犿

／τ

π

就比较大，反之较小。

原规

范在相对受压区高度接近界限时，承载力计算值偏大，偏于不安全。

国际上所有国家的混凝土结构

设计规范都没有采用弯曲抗压强度τ

π犿

而是直接采用混凝土轴心抗压强度τ

π

，连提出弯曲抗压强

度的前苏联，在８０年代也已取消不用。

我国公路混凝土桥设计规范、铁路混凝土桥设计规范也都

没有采用弯曲抗压强度这个指标。

经过对受弯构件和大偏心受压构件分别采用τ

π犿

及τ

π

计算，发现混凝土抗压强度的取值对受弯

构件和大偏心受压构件的极限承载力并无多大影响。

因此，本规范决定取消混凝土的弯曲抗压强度

这一指标，而直接用轴心抗压强度计算受弯构件和偏心受压构件的承载力，以求与国际规范接轨。

将τ

π犿

改为τ

π

后，经过材料用量对比计算，受弯、大偏心受压构件的用钢量增加不多，大都在５

％以内。

小偏心受压构件在界限附近（ησ

０

／φ

０

＝０．３，ξ＝０．７）用钢量有所增加，克服了原规范在界

限附近区段计算值高于试验值（偏于不安全）的缺点。

（４）混凝土强度随龄期而增长

混凝土结构构件设计中，一般不利用混凝土抗压强度随龄期增长的后期强度。

某些大体积的

水工建筑物也会遇到混凝土浇筑后要经过较长时间才开始承受荷载的情况。

因此，本规范规定经

论证后允许采用不同龄期的混凝土抗压强度进行设计。

在附录Ξ中列出了不同龄期混凝土抗压

强度的比值，可供设计人员在缺乏试验资料时参考。

粉煤灰硅酸盐水泥混凝土的不同龄期的抗压

强度，可按火山灰质硅酸盐水泥混凝土采用。

对于混凝土不同龄期的抗拉强度，其影响因素较多，故不应利用其后期抗拉强度。

３．１．４　混凝土强度设计值

根据《水工统标》的规定，材料强度设计值可取为强度总体分布的平均值减去Ω

犿１

倍标准差。

关

于Ω

犿１

的取值，理论上取为某一固定值最为合理。

但考虑到与相关规范的协调，本规范混凝土强度

设计值决定取与ΥΟΨ１０－８９规范相同的指标，也即取同样的混凝土材料性能分项系数γ

π

。

这时

对于Π１０～Π４０级混凝土，由于变异系数δ

τπ狌

不同，γ

π

＝１．３３～１．３８，相应的Ω

犿１

＝２．３０～３．８３，相

应的保证率为９８．９３％～９９．９９％，详见表３．１．４。

表３．１．４　混凝土强度标准值、设计值（／犿犿

２

）及分项系数

强度等级Π１０Π１５Π２０Π２５Π３０Π３５Π４０

μ

τπ狌

１６．０９２２．３５２８．４１３３．９３３８．９７４３．６１４７．８８

δ

τπ狌

０．２３０．２００．１８０．１６０．１４０．１２０．１０

标准值

τ

πω

６．７１０．０１３．５１７．０２０．０２３．５２７．０

τ

狋ω

０．９０１．２０１．５０１．７５２．００２．２５２．４５

设计值

τ

π

５．０７．５１０．０１２．５１５．０１７．５１９．５

τ

狋

０．６５０．９０１．１０１．３０１．５０１．６５１．８０

Ω

犿１

２．３０２．４６２．５９２．７６２．９８３．２７３．８３

保证率（％）９８．９３９９．３１９９．５２９９．７１９９．８６９９．９５９９．９９

γ

π

１．３４１．３３１．３５１．３６１．３３１．３４１．３８

５／α１９１－９６：

《水工混凝土结构设计规范》条文说明

３．１．７　混凝土受压弹性模量，仍沿用原规范的关系式，仅考虑了试件尺寸和计量单位的换算，本规

范采用的关系式为：

Σ

π

＝

１０

５

２．２＋

３４．７

τ

π狌

（３．１．７）

　　本规范表３．１．７中的弹性模量系按上式求得的，式中τ

π狌

以混凝土强度等级值（／犿犿

２

）代入，即

可求得与立方体抗压强度标准值相对应的弹性模量。

根据国内的试验资料，混凝土受拉弹性模量的试验值与受压弹性模量的数值很接近，本规范对

二者取用相同的数值。

３．２　钢筋

３．２．２　钢筋强度标准值的确定

（１）钢筋的强度标准值仍沿用原规范及ΥΟΨ１０－８９规范的规定，即：

１）对有明显物理流限的热轧钢筋，采用国家标准规定的屈服点作为标准值，国标规定的屈服点

即钢筋出厂检验的废品限值；

表３．２．２

　钢筋所属的

国家标准代号表

项次钢筋种类标准代号

１热轧钢筋

ΥΟ１４９９－９１

ΥΟ１３０１３－９１

ΥΟ１３０１４－９１

２热处理钢筋ΥΟ４４６３－８４

３碳素钢丝ΥΟ５２２３－９５

４刻痕钢丝ΥΟ５２２３－９５

５钢绞线

ΥΟ５２２４－８５

ΥΟ５２２４－９５

６冷轧带肋钢筋ΥΟ１３７８８－９２

２）对无明显物理流限的碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞

线、热处理钢筋及冷轧带肋钢筋，为与国家标准的出厂

检验强度一致起见，采用国标规定的极限抗拉强度作

为标准值。

但应指出，在构件承载力设计时，本规范取

用０．８σ

ο

（σ

ο

为国家标准规定的极限抗拉强度）作为设

计上取用的条件屈服点。

３）对冷拉钢筋，取屈服点作为标准值。

本规范正文３．２．２中的表３．２．２－１和表３．２．２－２

中的钢筋强度标准值系按本条文说明表３．２．２中所列

国家标准采用的。

（２）钢筋种类———本规范在原规范已有钢筋种类

的基础上，新增了下述几种类型的钢筋和钢丝：

①冷拉

Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋；②热处理钢筋；③碳素钢丝；④刻痕钢丝；⑤钢绞线；⑥冷轧带肋钢筋。

冷轧带肋

钢筋是采用普通低碳钢或低碳合金钢热轧圆盘条为母材，经冷轧减径后在其表面形成具有三面（或

二面）月牙纹横肋的钢筋。

上述新增钢筋种类主要用作预应力钢筋。

（３）钢号修改：

１）５号钢因产量很少，故不再列入；

２）国标《预应力混凝土用钢丝》（ΥΟ５２２３－９５）将钢丝分为“冷拉钢丝”、“消除应力钢丝”及“刻

痕钢丝”三种，本规范采用的“碳素钢丝”系指国标中的“消除应力钢丝”；

３）冷拔低碳钢丝由于性能较脆，且粘结力差，故不再列入，其品种可用冷轧带肋钢筋代替。

（４）冷拉钢筋强度的标准值系按“控制应力方法冷拉钢筋”的条件确定的，故当采用控制应力方

法冷拉钢筋时，冷拉控制应力取强度标准值，即冷拉Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋强度的标准值分别取４５０

（４３０），５００，７３０／犿犿

２

，当采用控制应变（冷拉率）方法冷拉钢筋时，冷拉控制应力应取强度标准值

６／α１９１－９６：

《水工混凝土结构设计规范》条文说明

加３０／犿犿

２

，即４８０（４６０），５３０，７６０／犿犿

２

，并按此应力确定相应的冷拉率。

（５）５５０级钢筋宜用作钢筋混凝土结构构件中的受力主筋、架立筋、箍筋和构造钢筋。

可采

用绑扎、焊接骨架或焊接网片的型式。

６５０和８００级钢筋宜用作预应力混凝土结构构件的受

力主筋。

（６）考虑到ΥΟ５２２４－９５中规定原标准ΥΟ５２２４－８５可延长三年使用，故本规范将ΥΟ５２２４－８５

中的钢绞线品种同时列出，以方便使用。

３．２．３　钢筋强度设计值的确定

（１）受拉钢筋的强度设计值

受拉钢筋强度设计值的取值原则与混凝土强度设计值的取值原则类似，仍以一定的保证率为

定义，即

τ

狔

＝μ

τ狔

－Ω

犿１

σ

τ狔

＝μ

τ狔

（１－Ω

犿１

δ

τ狔

）（３．２．３）

　　本规范将钢筋强度设计值取与ΥΟΨ１０－８９规范相同的指标。

对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级钢筋，可求得其

Ω

犿１

值分别为２．７５、３．８、３．６，相应的保证率分别为９９．７０％、９９．９９％、９９．９８％。

若将保证率用分项系数的形式表达时，可求得各类钢筋的材料分项系数γ

狊

如表３．２．３所示。

对于５５０级冷轧带肋钢筋抗拉强度设计值的取值，还考虑了正常使用状态下的裂缝宽度的

影响。

根据此类钢筋调直后强度稍有降低的试验结果，调直后的