SAFE中文版设计手册.pdf

《SAFE中文版设计手册.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SAFE中文版设计手册.pdf（27页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、 1. 一般规定一般规定 第第 1 页页 SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 SAFE 中文版设计部分主要包含钢筋混凝土板设计、钢筋混凝土梁设计、预应力钢筋 混凝土板设计、预应力混凝土梁设计。对钢筋混凝土梁、SAFE 进行抗弯、抗剪、抗扭设 计。设计中只对主方向进行。梁的设计可以考虑轴力影响。梁的设计沿梁长度方向在每个 测站设计。对钢筋混凝土板 SAFE 进行抗弯设计、抗剪设计、冲切校核。对预应力钢筋混 凝土梁或板，除进行强度设计外还进行应力校核。 SAFE 中文版主要依据的设计规范包括规范 GB50009, GB50010, GB50011, JGJ92, JGJ140。钢筋混凝土构件设

2、计所依据的规范建筑结构可靠度设计统一标准 GB500682001，建筑结构荷载规范GB50009，建筑抗震设计规范 GB50011-2001， 混凝土结构设计规范GB50010-2002，无粘结预应力混凝土结构技术规程JGJ92, 预应力混凝土结构抗震设计规程 JGJ140。 1. 一般规定一般规定 1.1 极限状态设计表达式 结构构件承载力应按下列公式验算： 无地震作用组合 RS 0 有地震作用组合 RE RS/ 0 = 结构重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限为 100 年及 以上的结构构件，不应小于 1.1；对安全等级为二级或设计使用 年限为 50 年的结构构件，不应小于 1.0

3、S = 作用效应组合的设计值 R = 构件承载力设计值 1.2 结构构件抗震设计的一般规定 有地震作用组合时，计算时轴力、弯距、剪力设计值(N、M、V)采用考虑地震作用组合 的轴向压力设计、弯矩设计值、剪力设计值，并进行增大及调整后的数值, 同时要考虑抗震 SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 第第 2 页页 2. 荷载组合荷载组合 承载力调整系数 RE。抗震设计时，钢筋混凝土构件的承载力抗震调整系数 RE 对梁/板受弯 取 0.75，对受剪取 0.85。 1.3 材料 混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度标准值 fck、ftk 按混凝土规范 4.1.3 条采用。混凝土轴心 抗压、轴心抗拉强度设计值

4、 fc、ft 按混凝土规范 4.1.4 条采用。混凝土受压或受拉的弹性模 量 Ec 按混凝土规范 4.1.5条采用。普通钢筋的抗拉强度设计值 fy 及抗压强度设计值 fy 应按 混凝土规范 4.2.3-1 条采用。当构件中配有不同种类的钢筋时，每种钢筋应采用各自的强度 设计值。钢筋弹性模量 Es应按混凝土规范 4.2.4 条采用。预应力钢筋强度标准值和设计值 按混凝土规范 4.2.2、4.2.3 条采用，弹性模量按 4.2.4 条采用。 2. 荷载组合荷载组合 进行强度设计时、对包含恒载(D), 活载 (L), 风荷载 (W), 地震荷载 (E)，考虑下列荷载 组合。(GB50009 3.2)

5、。 对竖向地震荷载需要用户自定义荷载组合。 1.35D + 0.98L 1.2D + 1.4L 1.0D + 1.4L 1.2D 1.4W 1.0D 1.4W 1.2D + 1.4L 1.40.6W 1.0D + 1.4L 1.40.6W 1.2D + 1.40.7L 1.4W 1.0D + 1.40.7L 1.4W 1.2(D+ 0.5L) 1.3Eh 1.0(D+ 0.5L) 1.3Eh 1.2(D+ 0.5L) 1.40.2W 1.3Eh 1.0(D+ 0.5 L) 1.40.2W 1.3Eh SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 3. 梁抗弯设计梁抗弯设计 第第 3 页页 3. 梁抗

6、弯设计梁抗弯设计 基本假定：截面应变保持平面、不考虑混凝土的抗拉强度、混凝土与钢筋的应力应变 关系按混凝土规范 GB50010 第 7.1.2 条采用。设计程序基于简化的矩形应力区。当施加的 弯矩超过最大弯矩承载力时，计算受压筋面积，并假定由受压筋和附加受拉筋来承担附加 弯矩。 矩形截面梁设计矩形截面梁设计 图图1矩形截面梁设计矩形截面梁设计 在设计负弯矩或正弯矩 M（即梁的顶端和底端配筋设计）作用下，受压区高度用 x 表 示 (见图 1)， bf M hhx c 2 2 00 矩形应力区高度不得超过 bh0即最大受压区高度 xmax的限值，相对界限受压区高度 b 应按下列公式计算： SAFE

7、 中文版设计手册中文版设计手册 第第 4 页页 3. 梁抗弯设计梁抗弯设计 cus y b E f 1 1 (GB50010-7.1.4-2) 矩形受压区的最大允许高度 xmax根据下式计算： max1max cx 矩形应力图的应力值取为混凝土轴心抗压强度设计值乘以系数 1。当混凝土强度等级 不超过 C50，1取为 1.0；当混凝土强度等级为 C80 时，1应为 0.94. 其间按线性内插法确 定。 矩形应力图的受压区高度 x 可取等于按截面应变保持平面的假定所确定的中和轴高度 乘以系数1。当混凝土强度等级不超过 C50 时，1取为 0.8；当混凝土强度等级为 C80时， 1取为 0.74.

8、其间按线性内插法确定。参见 GB50010-2002，7.1.3 条。 受拉钢筋 M 为正时配筋在梁底、M 为负时配筋在梁顶。 当 x xmax 时受拉钢筋面积: 2/ 0 xhf M A y s 当 x xmax, 时需配受压钢筋: 由混凝土承受的压力为: max1 bxfC c 由混凝土压力块与受拉钢筋抵抗的弯矩: 2/ max0 xhCMc 由受压钢筋承担的弯矩为: cs MMM 所需受压钢筋面积: SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 3. 梁抗弯设计梁抗弯设计 第第 5 页页 ss s s ahf M A 0 , 这里 y s css f c ac Ef max max max 平

9、衡混凝土受压区所需受拉钢筋面积: 2/ max0 1 ahf M A y c s 平衡受压钢筋所需受拉钢筋面积: sy s s ahf M A 0 2 总的受拉钢筋面积 21sss AAA 当计入受压钢筋时，如果不满足 x2a )( ssy s aahf M A T型截面梁设计型截面梁设计 在设计 T 型截面梁时，如果翼缘受压，即弯矩为正，简化的应力区如图 2 所示。如果 弯矩为负，翼缘受拉，则翼缘部分被忽略。 翼缘位于受拉区 设计修正负弯矩 M 时（即设计顶部钢筋），钢筋面积计算同不使用翼缘截面梁情 况。 SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 第第 6 页页 3. 梁抗弯设计梁抗弯设计 图

10、图 2 T形截面梁设计形截面梁设计 翼缘位于受压区 如果 M 0，受压区高度根据下列公式计算： fcb f M hhx 1 2 00 2 受压区高度不得超过 bh0即最大受压区高度 xmax的限值，相对界限受压区高度 b应 按下列公式计算： cus y b E f 1 1 (GB50010-7.1.4-1) 如果 x hf ，则 As的计算与前文所定义的矩形截面梁的设计完全相同。但该情况下梁的 宽度应该取为 bf。如果 x xmax，则需要布置受压钢筋。 如果 x hf ，则 As的计算分为两部分。第一部分用于平衡翼缘压力 Cf ，第二部分用于 平衡腹板压力 Cw ，如图 2-2 所示，Cf根

11、据下式确定： max1 ,minxhbbfC fwfcf SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 3. 梁抗弯设计梁抗弯设计 第第 7 页页 因此，As1=Cf / fy，并且翼缘承受的弯矩 M 根据下式确定： 2 ,min max 0 xh hCM f ff 因此，腹板将承受的平衡弯矩 M 为： fw MMM 腹板为矩形截面，宽 bw高 h0，则受压区设计高度计算式为： wc w bf M hhx 1 2 001 2 如果 x1 xmax ,则受拉筋面积根据下式计算： 2/ 10 2 xhf M A y w s , 及 21sss AAA 此处的受拉筋将布置于翼缘截面梁底部。 如果 x1 x

12、max，则需布置受压筋，受压筋面积计算如下： 腹板混凝土的压力由下式确定： max1 xbfC wc 因此混凝土腹板和受拉筋承受的弯矩为： )2/( max0 xhCMc 由拉压钢筋承受的弯矩： cws MMM 因此，受压钢筋面积计算如下： SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 第第 8 页页 3. 梁抗弯设计梁抗弯设计 ss s s ahf M A 0 , 其中 y s css f c ac Ef max max max 腹板混凝土中用于平衡压力的受拉钢筋面积： )2/( max0 2 xhf M A y c s 用于平衡受压钢筋的受拉钢筋面积： sy s s ahf M A 0 3 受拉

13、钢筋总面积 As = As1 + As2 + As3, 受压钢筋总面积为 As。As将布置于梁底部，As 将布置于梁顶部。 构造要求构造要求 梁截面中的最小受弯拉配筋面积应符合下述条件： AAs min 式中 A 为横截面面积。注意对于翼缘位于受压区的 T 形截面为扣除翼缘外伸部分面积。 最小配筋比率 min根据下述确定： 对于不含地震工况的组合，min=max(0.002,0.0045ft/fy) 对于含有地震工况的组合，应满足 GB50010 表 11.3.6-1 中规定的数值。 对于抗震设计，受压区高度应满足： 特一级，一级抗震 x0.25h0 二、三级抗震 x0.35h0 SAFE 中

14、文版设计手册中文版设计手册 4. 梁抗剪设计梁抗剪设计 第第 9 页页 对于抗震设计，受拉筋面积不大于腹板总面积的 2.5%，如下： 带翼缘的梁 矩形梁 db bd A w s 025. 0 025. 0 对于抗震设计，梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，一级不应小于 0.5； 二、三级抗震等级不应小于 0.3。 4. 梁抗剪设计梁抗剪设计 在沿梁长度方向上每个输出站处，对每种荷载组合进行梁截面抗剪设计。对于梁主轴 方向的抗剪，在某种荷载组合下某根梁的某输出站的抗剪设计，按以下步骤： 确定剪力设计值 V； 确定混凝土的受剪承载力设计值 Vc； 确定平衡承载力所需的受剪钢筋。 抗剪设计中

15、SAFE 只考虑均布荷载的情况。混凝土的抗剪承载力 Vc, 1) 不含地震工况的组合： 0 7 . 0bhfV tc (GB50010 7.5.4-2) 2) 含有地震工况的组合： 0 42. 0bhfV tc (GB50010 11.3.4-1) 抗剪箍筋抗剪箍筋 对于矩形、T 形截面的受弯构件，其受剪截面应符合下列条件： 1) 若组合中无地震工况，应满足规范 GB50010 7.5.1 条的规定。 2) 若组合中有地震工况，应满足规范 GB50011 6.2.9 条的规定。 确定抗剪箍筋： SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 第第 10 页页 4. 梁抗剪设计梁抗剪设计 已知 V, V

16、c, and Vmax，受剪箍筋计算如下： 若 VVc + 0.07N 0 s Av (GB50010 7.6.2) 若 VcV-0.07N Vmax 对于均布荷载 0 25. 1 07. 0 hf NVV s A yv cv (GB50010 7.5.4-2) 对于集中荷载 0 07. 0 hf NVV s A yv cv (GB50010 7.5.4-2) 若 V - 0.07N Vmax，配筋失效。 构造要求：构造要求： 非抗震 yvtsv ff/24. 0 (GB50010 10.2.10) 特一级、一级抗震等级 yvtsv ff /30. 0 (GB50010 11.3.9-1) 二

17、级抗震等级 yvtsv ff /28. 0 (GB50010 11.3.9-2) 三、四级抗震等级 yvtsv ff /26. 0 (GB50010 11.3.9-3) SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 5. 梁抗扭设计梁抗扭设计 第第 11 页页 式中 sv =箍筋的配筋率，sv =Asv/(bs), s为箍筋间距。 程序将给出由各种荷载组合计算所得的 Av /s 最大值，以及控制剪力和相关荷载组合。 5. 梁抗扭设计梁抗扭设计 程序在沿梁长度方向上的每个输出站进行每种荷载组合下的抗扭设计。抗扭设计所需 的纵筋和箍筋按以下步骤计算： 确定抗扭设计值 T； 确定截面属性； 确定界限受扭承

18、载力； 确定所需受扭钢筋。 梁截面抗扭设计中，梁上各测站处每种荷载组合下的扭矩由结构重要性系数 0乘以相 应于不同荷载工况下的扭矩及荷载组合系数得到。不考虑地震作用下的扭矩作用。在超静 定结构中，由于裂缝上内力重分布将引起构件内扭矩重分布。可根据规范降低抗扭设计值 T。 确定截面特性确定截面特性 抗扭设计中将计算截面属性 Wtw 和 Wtf。对于 T 形和倒 T 形截面，截面被划分为腹板部 分和翼缘部分。分别对这两部分进行抗扭设计，同时计算纵筋用量。箍筋只对腹板部分设 计配置。 矩形截面、T 形和倒 T 形截面的受扭塑性抵抗矩按规范 GB50010 7.6.3 条的规定 计算。 截面抗扭限值截

19、面抗扭限值 校核受扭截面的受扭承载力与受剪承载力。在弯矩、剪力和扭矩共同作用下，hw/b6 的矩形、T 形或倒 T 形截面构件，其截面应符合规范 GB50010 7.6.1 条的规定。 在弯矩、剪力、扭矩共同作用下的构件，当符合下列公式的要求时： SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 第第 12 页页 5. 梁抗扭设计梁抗扭设计 0 t t0 07. 07 . 0 bh N f W T bh V (GB50010 7.6.2-2) 可不进行构件受剪扭承载力计算，仅需根据规范按构造要求配置纵筋和箍筋。 矩形截面纯扭构件的受扭承载力应符合下列规定： 受剪承载力 0 sv yv0tt 25 . 1

20、 5 . 17 . 0h s A fbhfV （GB50010 7.6.13-1） 受扭承载力 s AA fWfT cor1st yvttt 2 . 135 . 0 （GB50010 7.6.13-2） cor1styv sty uAf sAf l 0 t t 5 . 01 5 . 1 Tbh VW 对钢筋混凝土纯扭构件，其 值应符合 0.6 1.7 的要求，当 1.7 时，取 =1.7。 1) 如果 0t 35. 0bhfV 或 ) 1(875. 0 0t bhfV，分别进行抗弯和抗扭设计； 2) 如果 tt 175. 0WfT 或 tth 175. 0WfT，分别进行抗弯和抗剪设计。 确定

21、抗扭配筋确定抗扭配筋 如果抗扭设计值 T 小于初始界限值 Tcr，忽略扭曲是安全的。此情况下，程序将提示不 需受扭配筋。但如果 T 大于 Tcr，则认为扭矩承载力由闭合的箍筋和纵筋提供。 SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 5. 梁抗扭设计梁抗扭设计 第第 13 页页 cb2 h s d Closed Stirrup in Rectangular Beam Closed Stirrup in T-Beam Section ch2 h b ch2 w b Closed Stirrup in Rectangular Beam Closed Stirrup in T-Beam Section c

22、h2 ch2 f h f b hh b c c cc c c b2c w b2c w b cb2 h s d Closed Stirrup in Rectangular Beam Closed Stirrup in T-Beam Section ch2 h b ch2 w b Closed Stirrup in Rectangular Beam Closed Stirrup in T-Beam Section ch2 ch2 f h f b hh b c c cc c c b2c w b2c w b 图图 3闭合箍筋和抗扭设计截面尺寸闭合箍筋和抗扭设计截面尺寸 如果 T Tcr ，单位间距所需

23、的闭合箍筋面积， Ast1 /s，按下式计算： coryv tttst Af WfT s A 2 . 1 35 . 0 1 所需纵筋面积按下式计算： y cor st styv l f u s A Af A 1 1 梁内受扭纵向钢筋的配筋率应满足： y t l f f Vb T 6 . 0 t (GB50010 10.2.5) 当 T/(Vb)2.0 时，取 T/(Vb)=2.0 tl = 受扭纵向钢筋的配筋率 tl = Astl/(bh) 箍筋的配筋率应满足（GB50010 10.2.12）： yvtsv ff /28. 0 SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 第第 14 页页 6. 板

24、设计板设计 6. 板设计板设计 与传统设计方法类似，SAFE 设计板时需要在两个相互垂直的方向上定义板带。板带位 置通常取决于板的支撑位置。更多关于设计板带的信息可查阅主要功能和术语手册。 SAFE 板设计以板带为基础。用于板单元设计的弯矩为节点弯矩，是楼板单元的刚度矩 阵与单元节点位移矢量的乘积。这些弯矩值与外荷载始终是静力平衡的，与有限元网格划 分的精细程度无关。 板带配筋设计在沿板带长度方向的特定位置进行。这些特定位置与单元边界有关。在 单元边界的两侧将计算控制配筋。各荷载组合下板的抗弯设计按照以下步骤进行： 确定每条板带的设计弯矩； 设计板带抗弯配筋。 每种荷载组合下重复进行上述两步骤

25、的操作。最后得到每条设计板带中顶部和底部的 最大配筋，及相应的控制荷载组合。 对于每一种荷载组合，程序将计算板带中每个单元的节点弯矩，对节点弯矩求和得到 板带弯矩。 已知弯矩，每块板设计板带的配筋计算与前文所述的矩形截面梁（或肋形板中的带翼 缘梁）的设计相同。有些情况下，设计板带中的某个设计截面，沿板带的宽度方向可能会 有两种或更多的楼板属性，此时，程序将自动使用从属各个属性宽度内的弯矩分别设计相 应的配筋，汇总各从属宽度设计所得的钢筋量可以得到设计板带在该截面整个宽度上的钢 筋总量。当结构包括柱顶托板时即采用该方法。当板有开洞时，楼板宽度随之调整。 7. 预应力混凝土设计预应力混凝土设计 S

26、AFE 预应力混凝土设计针对后张法进行设计。 设计分强度、应力、挠度校核。应力 设计分施工阶段校核、正常使用阶段校核、及短期/长期挠度计算。关于应力校核部分请参 见SAFE 主要功能和术语手册、本手册只介绍强度校核部分。 设计基于用户指定的荷载组合。程序提供了一系列默认的荷载组合，这些默认组合可 以满足大多数建筑结构的设计需求。 SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 7. 预应力混凝土设计预应力混凝土设计 第第 15 页页 荷载组合荷载组合 设计荷载组合是用于结构设计所需要的各荷载工况的组合。对于中国规范，如果结构 承受恒荷载（D）、活荷载（L）、样式活荷载（PL）、风荷载（W）和地震荷载（

27、E）， 并考虑风荷载和地震荷载是双向的，需要考虑下列荷载组合(荷载规范、抗震规范)。 梁和板的抗剪设计和冲切验算所需要的强度设计组合需要采用综合内力（预应力效应 和次效应）。抗弯设计只需超静定的二次内力（次效应）。SAFE 在进行抗弯设计时，自动 形成包括次效应工况组合。 1.35D + 0.98L + 1.0(或 1.2)H 1.2D + 1.4L + 1.0(或 1.2) H 1.0D + 1.4L + 1.0(或 1.2) H 1.2D 1.4W + 1.0(或 1.2) H 1.0D 1.4W + 1.0(或 1.2) H 1.2D + 1.4L 1.40.6W + 1.0(或 1.2

28、) H 1.0D + 1.4L 1.40.6W + 1.0(或 1.2) H 1.2D + 1.40.7L 1.4W + 1.0(或 1.2) H 1.0D + 1.40.7L 1.4W + 1.0(或 1.2) H 1.2(D+ 0.5L) 1.3Eh + 1.0(或 1.2) H 1.0(D+ 0.5L) 1.3Eh + 1.0(或 1.2) H 1.2(D+ 0.5L) 1.40.2W 1.3Eh + 1.0(或 1.2) H 1.0(D+ 0.5 L) 1.40.2W 1.3Eh + 1.0(或 1.2) H 在 SAFE 中，当使用中国 2002 版规范时，这些组合也是默认的设计荷载

29、组合。当需单 独考虑屋顶活荷载，或有其他类型荷载时，用户可适当定义其他荷载组合。 抗弯设计过程抗弯设计过程 在抗弯设计过程中，程序计算受拉和受压配筋。当设计弯矩超过单筋截面的最大弯矩 承载力时，将配置受压钢筋。用户可以通过增加有效高度、宽度和混凝土强度来避免配置 受压配筋。 SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 第第 16 页页 7. 预应力混凝土设计预应力混凝土设计 设计过程基于简化的矩形应力区，如图 4、5（中国规范 GB50010）所示。此外，假定 受拉控制时钢筋的净拉应变不应小于 0.0033（中国规范 GB50010）。当施加的弯矩超过该 设计情况下的弯矩承载力时，需计算受压配筋，

30、并假定受压钢筋和附加受拉钢筋承担附加 弯矩。 矩形截面矩形截面 SAFE 首先判断仅由预应力钢筋提供的抗弯承载力是否足够。在计算承载力时，假定 As = 0，按如下方式确定弯矩承载力 Mn0 图图 4矩形截面梁设计矩形截面梁设计 基于受压区高度不应超过 bh0的限值来计算受压区的最大高度 xmax，相对受压区高度 b根据规范 GB50010 7.1.4 确定。当确定 b时，若采用多种配筋或预应力筋，使用计算的最 小值。所需的 p0取决于纵向受拉配筋值，对于低松弛钢绞线基于经验使用假定值。在受拉 控制截面中规定 xbh0。 SAFE 使用力的平衡方程即 C = T 确定中性轴高度 x,。中性轴高

31、度确定后，对于有粘结 钢束，基于应变兼容性计算后张预应力筋中的应力 p；对于无粘结钢束，使用规范方程计 算后张预应力筋中的应力 p。 SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 7. 预应力混凝土设计预应力混凝土设计 第第 17 页页 根据无粘接预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004 5.1.11 ，对采用钢绞线作无粘接预 应力筋的受弯构件，在进行正截面承载力计算时，无粘接预应力筋的应力设计值 pu宜按下 列公式计算： ppepu (JGJ92 5.1.11-1) )5 . 545. 0)(335240( 0 0 l h p (JGJ92 5.1.11-2) pc syppe bhf Af

32、A 0 (JGJ92 5.1.11-3) 此时，应力设计值 pu尚应符合下列条件： pypupe f (JGJ92 5.1.11-4) 式中 pe 扣除全部预应力损失后，无粘接预应力筋中的有效预应力 (N/mm2) p无粘接预应力筋中的应力增量 (N/mm2) 0综合配筋指标,不宜大于 0.4 l0受弯构件计算跨度 h受弯构件截面高度 hp无粘接预应力筋合力点至截面受压区边缘的距离。 对翼缘位于受压区的 T 形、I 形截面受弯构件，当受压区高度大于翼缘高度时，综合配 筋指标 可按下式计算： pc ffcsyppe bhf hbbfAfA 0 )( 此处 hf为 T 形、I 形截面受压区的翼缘高

33、度；bf为 T 形、I 形截面受压区的翼缘计算 宽度，应按现行国家标准混凝土设计规范 （GB50010） 有关规定执行。 SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 第第 18 页页 7. 预应力混凝土设计预应力混凝土设计 基于计算的 fp，重新计算中性轴高度，并更新 fp。该迭代过程收敛后，矩形受压 区高度按下式确定： cx 1 如果 x bh0 (GB50010)，截面弯矩承载力仅由预应力筋提供，并按下式计算： )2/( 0 xhfAM pppn 如果 xbh0，设计失效。 如果 MMn0，SAFE 计算弯矩承载力及满足平衡条件所需的 As。认为边缘受拉控 制情况为平衡条件。在这种情况下假定中

34、性轴高度 c 等于 cmax。然后根据力的平 衡方程（即 C = T）计算预应力筋中的应力 fp和所需受拉钢筋面积 As。 max1 bxfC c bal s bal s bal pp fAfAT bal s bal ppc bal s f fAbxf A max1 受拉钢筋确定后，配置预应力筋的截面承载力和受拉配筋面积按下式计算： )2/()2/( maxmax xhfAxhfAM s bal s bal sp bal pp bal n 此时，假定有粘结受拉筋屈服，在多数情况下确实如此。如果有粘结受拉筋不屈 服，钢筋中的应力 fs按理想弹塑性应力-应变关系计算。然后用钢筋应力值 fs替代 前

35、面四个方程中的 fy。该情况不涉及确定中性轴高度 c 的迭代。 情况情况 1: 不需要配普通钢筋不需要配普通钢筋 当 MMnbal时，需要配置受压钢筋。在此状况下 SAFE 假定中性轴高度 c 等于 cmax。fp 和 fs达到各自平衡时的 fpbal 和 fsbal值。受压钢筋面积 As按下面确定： 由受拉钢筋和受压钢筋承担的弯矩是： bal ns MMM 所需的受压钢筋面积为： )( 01scs s s ahff M A 式中 y s css f c ac Ef max max max 用于平衡受压钢筋的受拉钢筋面积为： )( ssy scom s ahf M A 因此，总的配筋面积是，A

36、s = Asbal+Ascom，总受压钢筋是 As，若 M 为正值，As置 于底部，As置于顶部，若 M 为负值，则相反。 T型截面型截面 翼缘位于受拉区翼缘位于受拉区 在弯矩 M 作用下进行设计（即设计顶部钢筋）时，钢筋面积的计算同前文所述的 矩形截面，即不使用翼缘截面梁数据。 SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 第第 20 页页 7. 预应力混凝土设计预应力混凝土设计 翼缘位于受压区翼缘位于受压区 SAFE 首先判断仅由预应力钢筋提供的抗弯承载力是否足够。在计算承载力时， 假定 As = 0，按如下方式确定弯矩承载力 Mu0： 受压区高度最大值 cmax，基于相对受压区高度的限值来计算

37、： 0max hx b 1 max max x c 因此，在受拉控制截面中限定 c cmax： 其中1按 GB50010 7.1.3 条的相关规定计算。 SAFE 使用力的平衡方程即 C = T 确定中性轴高度 x,。中性轴高度确定后，对于有 粘结钢束，基于应变兼容性计算后张预应力筋中的应力 fp；对于无粘结钢束，使 用规范方程计算后张预应力筋中的应力 fp。基于计算后的 fp，重新计算中性轴高 度，然后更新 fp。反复进行上面的过程至收敛，矩形受压区高度按下式确定： cx 1 图图 5 T形截面梁设计形截面梁设计 如果 c cmax，仅由预应力钢筋产生的的弯矩承载力按下式计算： )2/( 0

38、 xhfAM pppn SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 7. 预应力混凝土设计预应力混凝土设计 第第 21 页页 如果 c cmax，设计失效。 如果 MMn0，SAFE 计算弯矩承载力及满足平衡条件所需的 As。认为边缘受拉控 制情况为平衡条件。在这种情况下假定中性轴高度 c 等于 cmax。然后根据力的平 衡方程（即 C = T）计算预应力筋中的应力 fp和所需受拉钢筋面积 As。 如果 x hf，As的计算和前面矩形梁设计中定义的一致。但是梁的宽度取 bf。如果 aamax需要配置受压钢筋。 如果 x hf，As的计算如下： comp ccA fC 1 式中 Accom为受压区混

39、凝土面积， )( maxfwff com c hxbhbA max com cffwf Ab hbah bal s bal s bal pp fAfAT balbalbal pspsss TA fAf bal s bal pp com cc bal s f fAAf A 1 bal s bal psps com cc bal s f fAAf A 85. 0 此时，假定有粘结受拉筋屈服，在多数情况下确实如此。如果有粘结受拉筋不屈 服，钢筋中的应力 fs按理想弹塑性应力-应变关系计算。然后用钢筋应力值 fs替代 前面四个方程中的 fy。该情况不涉及确定中性轴高度 c 的迭代。 情况情况 1: 不

40、需配普通钢筋不需配普通钢筋 当 MMnbal时，需要配置受压钢筋。在此状况下 SAFE 假定中性轴高度 c 等于 cmax。fp 和 fs达到各自平衡时的 fpbal 和 fsbal值。受压钢筋面积 As的计算方法与前述 矩形截面的计算方法一样，不再赘述。 梁最小配筋率梁最小配筋率 梁截面的抗弯受拉钢筋的最小配筋面积需满足： AAs min 式中， A 是截面面积。 最小配筋率 min按以下确定： 对于不含地震工况的组合，min=max(0.002, 0.0045ft/fy) 对于含有地震工况的组合，要满足规范 GB50010 表 11.3.6-1 的规定。 对于抗震设计，受压区高度需满足 特

41、一级，一级 0 25. 0hx 二、三级 0 35. 0hx 对于抗震设计，纵向受拉钢筋的配筋率不应大于 2.5%： 带翼缘的梁 矩形梁 025. 0 025. 0 db bd A w s 对于抗震设计，梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，一级不应小于 0.5，二、三级不应小于 0.3。 板构造要求板构造要求 板中各方向的抗弯受拉钢筋的最小配筋面积为： bhAs0015. 0 min, SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 7. 预应力混凝土设计预应力混凝土设计 第第 23 页页 对于无粘结预应力楼板， JGJ92 提出了如下要求： 单向 PT 板，非预应力纵向受力钢筋的最小截面面积：

42、 bhAs0025. 0 min, 梁中受拉区的非预应力纵向受力钢筋的最小截面面积： bhAs003. 0 min, 双向板 在柱边的负弯矩区，每一方向上非预应力纵向受力钢筋的最小截面面积： hlAs0075. 0 min, 式中 l = 沿板带方向的板跨。 在跨中的正弯矩区，每个方向上的非预应力纵向受力钢筋的最小截面面积： hlAs0025. 0 min, 对于抗震设计，需要满足规范 JGJ140-2004 的相关要求。 在柱支承区域的 PT 板带，按下式计算的预应力强度比 不宜大于 0.75： 75. 0 ssypppy pppy hAfhAf hAf (JGJ140-3.2.8) 对于无

43、粘结平板， 75 . 0 ssypppu pppu hAfhA hA (JGJ140-3.2.8) SAFE 在进行抗弯设计时校核以上内容，数值来自于选择中国规范 2002 时设定的 设计首选项。 在柱支承区域的平板板带，相对受压区高度应符合以下要求： 特一级、一级 0 25 . 0 hx (JGJ140 4.2.2-1) SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 第第 24 页页 8. 板的抗冲切设计板的抗冲切设计 二、三级 0 25 . 0 hx (JGJ140 4.2.2-2) SAFE 在进行设计时校核以上要求，数值可以在设计首选项中进行修改。 非预应力受拉钢筋和受压钢筋的比值应满足下列

44、要求 一级 )1/(5 . 0/ ss AA (JGJ4.2.4-1) 二级 )1/(3 . 0/ ss AA (JGJ4.2.4-2) SAFE 根据设计首选项中的设置校核该要求。 非预应力受拉钢筋最大值： bhAs025. 0 max, (JGJ140 5.1.4) 数值可以在设计首选项中修改。 8. 板的抗冲切设计板的抗冲切设计 冲切抗剪验算的计算方法在主要功能和术语手册的“板的冲剪校核”一节有详细 的说明。这里只阐述规范相关的具体条目。 冲切截面冲切截面 冲剪验算在距离支承面位置 d/2 的临界截面处进行(混凝土规范 GB50010)。对于矩形柱 和集中荷载，临界截面是一个周边平行于柱

45、边或点荷载的矩形区域。柱的位置（即中柱、 边柱、角柱）和冲切周长可以通过冲切校核覆盖项来修改。 SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 8. 板的抗冲切设计板的抗冲切设计 第第 25 页页 图图 6 板受冲切承载力计算板受冲切承载力计算 不平衡弯矩不平衡弯矩 由弯曲传递的不平衡弯矩根据混凝土规范附录 G 的方法对角柱、中柱、边柱的情况分 别进行计算 。 混凝土抗冲切承载力混凝土抗冲切承载力 混凝土截面的受冲切承载力应满足： 0 7 . 0hufF mthl (GB50010 7.7.1-1) 当不满足上述要求时，受冲切截面应符合以下条件： 0 05. 1hufF mtl (GB50010 7.

46、7.3-1) SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 第第 26 页页 8. 板的抗冲切设计板的抗冲切设计 承载力比承载力比 已知冲切剪力和沿两轴方向偏心受剪传递的不平衡弯矩，可计算假定沿临界截面周长 线性变化的剪应力。SAFE 将输出冲剪能力比值，即剪应力最大值与混凝土受冲切承载力剪 应力的比值。如果该比值大于 1.0，需要配置抗冲剪钢筋。 型钢剪力架型钢剪力架 螺栓是一种新型的抗冲切钢筋，在节点中有很好的锚固性能，可使锚杆截面上的应力 达到屈服强度，并有效地限制了剪切斜裂缝的扩展，能有效的改善板的延性，并且施工较 方便。SAFE 能够修改抗剪方式覆盖项来进行抗剪锚栓的校核。 配置型钢剪力架

47、板的冲切承载力应符合下列要求： 0, 2 . 1hufF mteql （JGJ92 5.3.8-7） 图图 7工字钢及槽钢剪力架工字钢及槽钢剪力架 SAFE 中文版设计手册中文版设计手册 参考文献参考文献 第第 27 页页 参考文献参考文献 1 混凝土结构设计规范 （GB50010-2002） 2 建筑结构荷载规范 （GB50009-2001） 3 建筑结构抗震规范 （GB50010-2001） 4 无粘接预应力混凝土结构技术规范 （JGJ 92-2004） 5 预应力混凝土结构抗震设计规程 （JGJ140-2004） 6 预应力钢筋混凝土结构设计 林同炎 1981 7 混凝土结构 （第四版），东南大学 同济大学 天津大学合编 2008 8 钢筋混凝土结构设计，宋玉普、王清湘 2004 9 后张预应力混凝土设计