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1、混凝土结构设计规范GB50010-2010修订简介,郑州大学土木工程学院 郑州大学综合设计研究院 刘立新 2011年6月,一.修订的背景和原则混凝土结构是我国工程建设中应用最广泛的结构形式之一，据不完全统计，目前我国钢材年产量已达5亿吨，每年混凝土用量已达到25亿m3，混凝土结构钢筋用量接近1亿吨，连续多年居世界第一。但我国混凝土结构目前所应用的钢筋和混凝土强度比西方发达国家普遍要低1-2个等级。我国工程建设中低强钢材、低等级水泥以及低等级混凝土比例过大，消费结构不合理，消耗了过多的资源和能源，不利于可持续发展。高强钢筋和高性能混凝土应用于各类工程建设，带来的不仅仅是强度的提高，更重要的是降低
2、钢材、水泥、砂、石的消费量，节约资源和能源，提高了结构的耐久性。如我国能将这些主要建筑材料提高12个强度等级，其节约资源和能源、宏观经济效益将是十分明显的。,中国-世界(除中国),2006年中国粗钢产量突破4亿吨(4.2102亿吨),2006年世界粗钢产量12.442亿吨,中国建筑钢结构及用钢消费现状,中国钢材消费特点：建筑用钢比例高。2005年中国建筑用钢消费1.73亿吨，占钢材消费50.5%。,中国建筑用钢中：城镇房屋用钢占建筑用钢76%。其中城镇住宅2005年消费6090万吨，占建筑用钢35%。,建筑用钢,房屋建筑,土木工程,城镇住宅,农村房屋,城镇非住宅房屋,适当提高安全储备，保证结构
3、安全；适当提高抗禦灾害的能力，落实以人为本的原则（汶川地震及其他自然或人为灾害的教训）；完善耐久性设计（延长建筑物使用年限），采用高强高性能材料，提高材料利用效率（节约资源），保障可持续发展的需要；加强与相关规范的合理分工及协调，反映最新科研成果和工程经验，参考国际标准，促进建筑技术的进步及产业化进程。2007年1月成立修订组，2008年3月资料收集整理分析及补充试验，2008年4月形成规范初稿，2008年8月完成规范讨论稿，2009年6月进行修订问题研究，2009年7月完成规范征求意见稿，2009年10月完成规范试设计，2009年11月完成规范送审稿，2009年12月规范审查，2010年6月
4、规范报批。2010年8月18日住房和城乡建设部发布公告，国家标准混凝土结构设计规范GB50010-2010，自2011年7月1日起实施。,二.规范修订的主要技术要点补充了“结构方案”和“结构抗倒塌”的设计原则（使规范逐步从构件规定向结构整体规定过渡）；增加了既有结构改造设计的原则的规定（配合既有建筑的改造利用的需要）；修改了钢筋混凝土和预应力混凝土构件正常使用极限状态设计的有关规定（裂缝宽度、挠度验算）；增加了楼盖舒适度的设计要求（对大跨度混凝土楼盖结构应进行竖向自振频率验算）；修改了环境等级划分，完善了耐久性设计要求（包括环境类别、材料质量、保护层厚度、技术措施、防护措施、维护要求等）；6.
5、新增500MPa级高强钢筋（HRB500级、HRBF500级），淘汰HP235MPa级低强钢筋（非预应力钢筋以400和500级钢筋为主，光面钢筋为HPB300级，将逐步取消HRB335级）；,提出了并筋（钢筋束）的配筋方式（方便钢筋密集构件施工，并与国外规范一致）；对结构侧移的二阶效应（P-效应），提出有限元分析方法及增大系数的简化考虑方法；统一了一般受弯构件与集中荷载作用下的梁的斜截面受剪承载力计算公式（腹筋作用项）；补充了拉、弯、剪、扭复合受力钢筋混凝土矩形截面框架柱设计的相关规定；修改了受冲切承载力计算公式；适当调整了钢筋的保护层厚度规定（保护层厚度从最外层钢筋(箍筋)算起，与耐久性规范
6、协调并适当简化）；12.修改了钢筋锚固长度的有关规定（规定了基本锚固长度lab、受拉锚固长度la和锚固长度修正系数za，增加了机械锚固的内容）；,13.调整了混凝土结构构件纵向受力钢筋最小配筋率要求（最小配筋率与钢筋强度等级相联系，对采用400和500MPa级钢筋的板类受弯构件最小配筋率适当减少，有利于推广高强钢筋）；14.补充了双向受剪钢筋混凝土柱的抗震设计相关规定；15.调整了混凝土柱轴压比限值，增加了四级抗震等级的轴压比要求；补充筒体及剪力墙洞口连梁的受弯承载力及小跨高比连 梁、特殊配筋连梁的设计规定；修改了剪力墙边缘构件的有关设计要求，增加了三级抗震等级剪力墙的相关规定；18.增加了冲
7、切及板柱节点抗震设计的相关规定；补充了预应力混凝土构件抗震设计的相关要求。,三.有关章节修订的主要内容（一）基本设计规定3.1 一般规定1.完善混凝土结构设计的内容：（1）结构方案设计，包括结构选型、构件布置和传力途径；（2）作用及作用效应分析（结构分析）；（3）结构的极限状态设计（构件截面配筋计算或验算）；（4）结构及构件的构造、连接措施；（5）对耐久性及施工的要求；（6）满足特殊要求结构的专门性能设计。在以构件为主的基础上扩展到考虑结构体系的设计。,2.承载能力极限状态设计中增加了结构防连续倒塌的内容；在正常使用极限状态设计中增加了楼盖舒适度的要求。3.增加了对间接作用的规定。包括温度变化
8、、混凝土收缩与徐变、强迫位移、环境引起的劣化等造成的影响。应根据有关标准、工程特点及具体情况确是。除有特别要求外，通常仍采用经验性的构造措施进行设计。4.混凝土结构的安全等级和设计使用年限补充可以根据实际情况调整构件的安全等级。对破坏引起严重后果的重要构件和关键传力部位，宜适当提高安全等级、加大构件重要性系数；对一般结构中的次要构件及可更换构件，可根据具体情况适当降低其重要性系数。,5.设计应明确结构的用途，在设计使用年限内未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境。改变用途和使用环境（如超载使用、增加开洞、改变使用功能、使用环境恶化等）的情况均会影响其安全及使用年限。任何对结构的改
9、变（无论是在建结构或既有结构）均须经设计许可或技术鉴定，以保证结构在设计使用年限内的安全。,3.2 结构方案灾害调查和事故分析表明：结构方案对建筑物的安全有着决定性的影响。在与建筑方案协调时应考虑结构体型（高宽比、长宽比）适当；传力途径和构件布置能够保证结构的整体稳固性；避免因局部破坏引发结构连续倒塌。提出在方案阶段应考虑加强结构整体稳固性的设计原则（共5条）。结构设计时可通过设置结构缝将结构分割为若干相对独立的单元。结构缝包括伸缝、缩缝、沉降缝、防震缝、构造缝、防连续倒塌的分割缝等。不同类型的结构缝是为消除下列不利因素的影响：混凝土收缩、温度变化引起的胀缩变形；基础不均匀沉降；刚度及质量突变
10、；局部应力集中；结构防震；防止连续倒塌等。,3.3承载能力极限状态计算（增加防连续倒塌设计）对持久设计状况、暂短设计状况和地震设计状况，当用内力的形式表达时，结构构件应采用下列承载能力极限状态设计表达式：gRd结构构件的抗力模型不定性系数：对静力设计，一般结构构件取1.0，重要结构构件或不确定性较大的结构构件根据具体情况取大于1.0的数值；对抗震设计，采用承载力抗震调整系数gRE代替gRd；,结构的设计状况 设计状况是代表一定时段内实际情况的一组设计条件，设计应做到在该组条件下结构不超越有关的极限状态。工程结构可靠性设计统一标准GB50153-2008规定工程结构设计时应区分下列设计状况：（1
11、）持久设计状况。是指在结构使用过程中一定出现，且持续期很长的设计状况，其持续期一般与设计使用年限为同一数量级。持久设计状况适用于结构使用时的正常情况。（2）短暂设计状况。是指在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比，其持续期很短的设计状况。短暂设计状况适用于结构出现的临时情况，包括结构施工和维修时的情况等。,（3）偶然设计状况。是指在结构使用过程中出现概率较小，且持续期很短的设计状况。偶然设计状况适用于结构出现的异常情况，包括结构遭受火灾、爆炸、撞击时的情况等。（4）地震设计状况。是指结构遭受地震时的设计状况。地震设计状况适用于结构遭受地震时的情况，在抗震设防地区必须考虑地震设
12、计状况。工程结构可靠性设计统一标准规定，对工程结构的上述四种设计状况均应进行承载能力极限状态设计，对持久设计状况尚应进行正常使用极限状态设计，对短暂设计状况和地震设计状况可根据需要进行正常使用极限状态设计，对偶然设计状况可不进行正常使用极限状态设计。,3.4 正常使用极限状态验算 混凝土结构构件正常使用极限状态的验算应包括下列内容：（1）对需要控制变形的构件，应进行变形验算；（2）对使用上限制出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力 验算；（3）对允许出现裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验算；（4）对有舒适度要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率的 验算。S-正常使用极限状态的荷载组合效应值（分别按荷载的
13、准 永久组合、标准组合、准永久组合并考虑长期作用的影 响或标准组合并考虑长期作用的影响计算）。,经调研及与国外规范对比，原规范对受力裂缝的控制相对偏严，可适当放松。一级保持不变；二级适当放松，仅控制拉应力不超过混凝土的抗拉强度标准值，删除了原规范中按荷载准永久组合计算构件边缘混凝土不宜产生拉应力的要求。对钢筋混凝土结构用荷载的准永久组合并考虑长期作用的影响进行裂缝宽度与挠度验算（限值未变）。对大跨度混凝土楼盖结构应进行竖向自振频率验算，其自振频率宜符合下列要求：（1）住宅和公寓不宜低于5Hz；（2）办公楼和旅馆不宜低于4Hz；（3）大跨度公共建筑不宜低于3Hz；工业建筑及有特殊要求的建筑应根据
14、使用功能提出要求。一般楼盖的竖向自振频率可采用简化方法计算。,3.5 耐久性设计（1）确定结构所处的环境类别；（2）提出混凝土材料的耐久性基本要求；（3）确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度；（4）不同环境条件下的耐久性技术措施；（5）提出结构使用阶段的检测与维护要求。对临时性的混凝土结构，可不考虑混凝土的耐久性要求。耐久性极限状态表现为：钢筋混凝土构件表面出现锈胀裂缝；预应力筋开始锈蚀；结构表面混凝土出现可见的耐久性损伤（酥裂、粉化等）。材料劣化进一步发展还可能引起构件承载力问题，甚至发生结构破坏。影响混凝土结构材料性能劣化的因素复杂，其规律不确定性大，一般建筑结构的耐久性只能采用经验性的定性方
15、法解决。,混凝土结构的环境类别（比原规范细化）,干湿交替主要指室内潮湿、室外露天、地下水浸润、水位变动的环境。由于水和氧的反复作用，容易引起钢筋锈蚀和混凝土材料劣化。非严寒和非寒冷地区与严寒和寒冷地区的区别主要在于无冰冻。关于严寒和寒冷地区的定义，民用建筑热工设计规范GB 50176-93规定如下：严寒地区：最冷月平均温度低于或等于-10，日平均温度低于或等于5的天数不少于145天的地区；寒冷地区：最冷月平均温度高于-10、低于或等于0，日平均温度低于或等于5的天数不少于90天且少于145天的地区。也可根据建筑气象参数标准提供的参数确定所属气候区域。三类环境主要是指近海、盐渍土及使用除冰盐的环
16、境。滨海室外环境、盐渍土地区的地下结构、北方城市冬季依靠喷洒盐水消除冰雪而对立交桥、周边结构及停车楼，都可能造成钢筋腐蚀的影响。四类和五类环境的详细划分和耐久性设计方法不再列入本规范，它们由有关的标准规范解决。,对下列混凝土结构及构件，尚应采取加强耐久性的相应措施：（1）预应力混凝土结构中的预应力筋应根据具体情况采取表面防护、管道灌浆、加大混凝土保护层厚度等措施，外露的锚固端应采取封锚和混凝土表面处理等有效措施；（2）有抗渗要求的混凝土结构，混凝土的抗渗等级应符合 有关标准的要求；（3）严寒及寒冷地区的潮湿环境中，结构混凝土应满足抗冻要求，混凝土抗冻等级应符合有关标准的要求；（4）处于二、三类
17、环境中的悬臂构件宜采用悬臂梁-板的结构形式，或在其上表面增设防护层；（5）处于二、三环境中的结构构件，其表面的预埋件、吊钩、连接件等金属部件应采取可靠的防锈措施；（6）处在三类环境中的混凝土结构构件，可采用阻锈剂、环氧树脂涂层钢筋或其他具有耐腐蚀性能的钢筋、采取阴极保护措施或采用可更换的构件等措施。,影响耐久性的主要因素是：混凝土的水胶比、强度等级、氯离子含量和碱含量。近年来水泥中多加入不同的掺合料，有效胶凝材料含量不确定性较大，故配合比设计的水灰比难以反映有效成分的影响。本次修订改用胶凝材料总量作水胶比及各种含量的控制，原规范中的“水灰比”改成“水胶比”，并删去了对于“最小水泥用量”的限制。
18、,结构混凝土材料的耐久性基本要求（设计使用年限为50年）,3.6 防连续倒塌设计原则 混凝土结构宜按下列要求进行防连续倒塌的概念设计：（1）采取减小偶然作用效应的措施；（2）采取使重要构件及关键传力部位避免直接遭受偶然作用的措施；（3）在结构容易遭受偶然作用影响的区域增加冗余约束，布置备用传力途径；（4）增强疏散通道、避难空间等重要结构构件及关键传力部位的承载力和变形性能；（5）配置贯通水平、竖向构件的钢筋，采取有效的连接措施并与周边构件可靠锚固；（6）通过设置结构缝，控制可能发生连续倒塌的范围。,混凝土结构防连续倒塌是提高结构综合抗灾能力的重要内容。在特定类型的偶然作用发生时或发生后，当结构
19、体系发生局部垮塌时，依靠剩余结构体系仍能继续承载，避免发生与作用不相匹配的大范围破坏或连续倒塌。无法抗拒的地质灾害及人为破坏作用，不包括在防连续倒塌设计的范围内。结构防连续倒塌设计的涉及面广，目前研究尚不充分，规范仅提出了设计的基本原则和概念设计的要求。结构防连续倒塌设计的难度和代价很大，一般结构只须进行防连续倒塌的概念设计。规范给出了结构防连续倒塌概念设计的基本原则，以定性设计的方法增强结构的整体稳固性，控制发生连续倒塌和大范围破坏。当结构发生局部破坏时，如不引发大范围倒塌，即认为结构具有整体稳定性。结构的延性、荷载传力途径的多重性以及结构体系的超静定性，均能加强结构的整体稳定性。,2001
20、年石家庄连环爆炸案,2003年衡阳大火,2003年章丘燃气爆炸,地震,撞击,重要结构的防连续倒塌设计可采用下列方法：（1）拉结构件法：在结构局部竖向构件失效的条件下，按梁拉结模型、悬索拉结模型和悬臂拉结模型进行极限承载力计算，维持结构的整体稳固性。（2）局部加强法：对可能遭受偶然作用而发生局部破坏的竖向重要构件和关键传力部位，可提高结构的安全储备；也可直接考虑偶然作用进行结构设计。（3）去除构件法：按一定规则去除结构的主要受力构件，采用考虑相应的作用和材料抗力，验算剩余结构体系的极限承载力；也可采用受力-倒塌全过程分析，进行防倒塌设计。,当偶然事件产生特大荷载时，按荷载效应的偶然组合进行设计以
21、保持结构体系完整无缺，往往经济代价太高，有时甚至不现实。此时，可采用允许局部爆炸或撞击引起结构发生局部破坏，在某个竖向构件失效后，使影响范围仅限于局部。按新的结构简图采用梁、悬索、悬臂的拉结模型继续承载受力，使整个结构不发生连续倒塌的原则进行设计，从而避免结构的连续倒塌或整体垮塌。,（a）梁-拉结模型（b）悬索-拉结模型（c）悬臂-拉结模型拉结构件法中剩余结构体系的抗倒塌模型,梁机制跨越,悬链线机制跨越,悬挑作用,3.7 既有结构设计的原则 既有结构延长使用年限、安全复核、改变用途、改建、扩建或加固修复等，应对其进行评定、验算或重新设计时应符合下列原则：应按现行国家标准工程结构可靠性设计统一标
22、准GB 50153的原则要求，进行安全性、适用性、耐久性及抗灾害能力的评定。（1）应根据评定结果、使用要求和后续使用年限确定既有 结构的设计方案。（2）对既有结构进行改变用途或延长使用年限（安全复核）时，承载能力极限状态的验算时，宜符合本规范的规定。（3）对既有结构进行改建、扩建或加固改造而重新设计时，承载能力极限状态的计算应符合本规范和相关标准的规定。（4）既有结构的正常使用极限状态验算及构造要求宜符合本规范的规定。,（5）必要时可对使用功能作相应的调整，提出限制使用（如控制荷载或根据使用年限对荷载适当折减）的要求。鉴于我国传统结构设计安全度偏低以及结构耐久性不足的历史背景，有大量的既有结构
23、面临评定、验算、加固等问题。验算宜符合本规范的规定，强调“宜”是可以根据具体情况作适当调整，如控制使用荷载和功能，减短使用年限等。因为充分利用既有建筑符合可持续发展的国策。当对既有结构进行改建、扩建或加固修复时，须进行重新设计。为保证安全，承载能力极限状态计算“应”按本规范要求进行，但对正常使用状态验算及构造措施仅作“宜”符合本规范的要求。同样可根据具体情况作适当调整，尽量减少重新设计的经济代价。无论是复核验算和重新设计，均应考虑检测、评定的结果确定设计参数。,既有结构的设计应符合下列规定：（1）应优化结构方案、提高结构的整体稳固性（避免承载力及刚度突变）；（2）荷载可按现行荷载规范的规定确定
24、，也可按使用功能和后续使用年限作适当的调整；应根据检测、评定的结果确定既有结构的设计参数；（3）结构既有部分混凝土、钢筋的强度设计值应根据强度的实测值确定；当材料的性能符合原设计的要求时，可按原设计的规定取值；结构后加部分的材料性能应按本规范第4章的规定确定；（4）设计时应考虑既有结构构件实际的几何尺寸、截面配筋、连接构造和已有缺陷的影响；当符合原设计的要求时，可按原设计的规定取值；,（5）设计时应考虑既有结构的承载历史及施工状态的影响（既有结构与后加部分可按二阶段成形的叠合构件进行设计）；既有结构与后加部分之间应采取可靠的连接构造措施。避免只考虑局部处理的片面做法，本规范强调既有结构加强整体
25、稳固性的原则，适用的范围更为广泛和系统。应避免由于仅对局部进行加固引起结构承载力或刚度的突变。设计应考虑既有结构的现状，通过检测分析确定既有部分的材料强度和几何参数，并尽量利用原设计的规定值。结构后加部分则完全按本规范的规定取值。应注意新旧材料结构间的可靠连接，并反映既有结构的承载历史以及施工支撑卸载状态对内力分配的影响。,（二）材料性能4.1 混凝土 混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体试件，在28d或设计规定龄期以标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值。素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；钢筋混凝
26、土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用强度级别400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。,由于粉煤灰等矿物掺合料在水泥及混凝土中的大量应用，以及近年混凝土工程发展的实际情况，确定混凝土立方体抗压强度标准值的试验龄期可由设计根据具体情况适当延长（如60d或90d等）。为提高材料的利用效率，工程中应用的混凝土强度等级宜适当提高。C15级的低强混凝土仅限用于素混凝土结构，配筋混凝土结构的混凝土强度等级也稍有提高。本次修订删除原规范中的注，本规范不适用于如山
27、砂混凝土及高炉矿渣混凝土，其应符合专门标准的规定。增加了进行混凝土间接作用计算所需的基本热工参数。包括线膨胀系数、导热系数和比热容，数据引自水工混凝土结构设计规范DL/T 5057的规定，并作了适当简化。,4.2 钢筋增加500MPa级的热轧带肋钢筋，推广400MPa、500MPa级钢筋，限制335MPa级钢筋，用300MPa级光圆钢筋取代235MPa级光圆钢筋。在过渡期及对既有结构进行设计时，235MPa级设计值按原规范取值。（1）热轧钢筋的品种及牌号（不再标出化学成分）,普通钢筋强度标准值,（2）钢筋的强度设计值和伸长率,2.热轧钢筋强度设计值,普通钢筋强度设计值（N/mm2）,抗拉强度设
28、计值,抗压强度设计值,普通钢筋及预应力筋在最大力下的总伸长率限值,注：有较高抗震性能要求的普通热轧带肋钢筋 HRB400E、HRBF400E、HRB500E、HRBF500E等，gt不小于9.0%。,长期以来，我国热轧带肋钢筋的品种主要是添加钒、钛等合金元素的普通低合金钢，由于钢筋用量巨大，近年来已造成钒、钛等低合金资源资紧张，价格眀显上涨，对热轧钢筋的生产和应用带来不利影响。细晶粒热轧带肋钢筋是我国冶金行业研究开发的新型热轧钢筋，这种钢筋生产过程中不需要添加或只需添加很少的钒、钛等合金元素，而是在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺轧制成的带肋钢筋，其金相组织主要是铁素体加珠光体，晶粒度不粗于9级
29、。细晶粒热轧带肋钢筋的外形与普通低合金热轧带肋钢筋相同，其强度和延性完全满足混凝土结构对钢筋性能的要求。用细晶粒热轧带肋钢筋代替我国目前大量使用的普通低合金热轧钢筋可节约国家宝贵的钒、钛等合金元素资源，降低碳当量和钢筋的价格，社会效益和经济效益均十分显著。,附：钢筋牌号的鉴别方法,产品规格为18,生产厂厂标,“4”代表HRB400,带肋钢筋表面的标志,(a)普通热轧钢筋（HRB)(b)细晶粒热轧钢筋（HRBF）(C)余热处理钢筋（RRB）钢筋品牌的判断,根据金相组织观感的不同，判断钢筋的品牌,（3）钢筋最大力下的总伸率（均匀伸长率）钢筋断后伸长率 只能反映钢筋断口颈缩区域残余变形的大小；不同标
30、距长度l0得到的结果不一致；忽略了钢筋的弹性变形，不能反映钢筋受力时的总体变形能力；容易产生人为误差。最大力下的总伸长率（均匀伸长率）dgt（Agt）,500MPa级钢筋外形及拉伸试验,d=25mm 500MPa钢筋 d=8mm 500MPa钢筋,500MPa级钢筋试点工程并筋,（三）结构分析（第5章）在所有的情况下均应对结构的整体进行分析。结构中的重要部位、形状突变部位以及内力和变形有异常变化的部分(例如较大孔洞周围、节点及其附近、支座和集中荷载附近等)，必要时应另作更详细的局部分析。结构分析时，应根据结构类型、材料性能和受力特点等选择下列分析方法：（1）弹性分析方法；（2）塑性内力重分布分
31、析方法；（3）弹塑性分析方法；（4）塑性极限分析方法；（5）试验分析方法。,结构分析所采用的计算软件应经考核和验证，其技术条件应符合本规范和国家现行有关标准的要求。应对分析结果进行判断和校核，在确认其合理、有效后方可应用于工程设计。弹性分析方法是最基本和最成熟的结构分析方法，也是其它分析方法的基础和特例。它适用于分析一般结构。大部分混凝土结构的设计均基于此法。考虑塑性内力重分布的分析方法可用于超静定混凝土结构设计。具有充分发挥结构潜力，节约材料，简化设计和方便施工等优点。但应注意到，抗弯能力调低部位的变形和裂缝可能相应增大。弹塑性分析方法可进行结构受力全过程分析，但这种分析方法比较复杂，计算工
32、作量大，主要用于重要、复杂结构工程的分析和罕遇地震作用下的结构分析。,塑性极限分析方法主要用于周边有梁或墙支承的双向板设计。结构或其部分的体形不规则和受力状态复杂，又无恰当的简化分析方法时，可采用试验分析的方法。例如剪力墙及其孔洞周围，框架和桁架的主要节点，构件的疲劳，受力状态复杂的水坝等。对现浇楼盖和装配整体式楼盖，宜考虑楼板作为翼缘对梁刚度和承载力的影响。梁受压区有效翼缘计算宽度可按下表所列情况中的最小值取用；也可采用梁刚度增大系数法近似考虑，刚度增大系数应根据梁有效翼缘尺寸与梁截面尺寸的相对比例确定。当采用梁刚度放大系数法时，应考虑各梁截面尺寸大小 的差异，以及各楼层楼板厚度的差异。采用
33、T形截面通过计算考虑楼板的刚度贡献，相对比较合理。,受弯构件受压区有效翼缘计算宽度,间接作用分析（1）当混凝土的收缩、徐变以及温度变化等间接作用在结构中产生的作用效应可能危及结构的安全或正常使用时，宜进行间接作用分析，并应采取相应的构造措施和施工措施。（2）混凝土结构进行间接作用分析，可采用弹塑性分析方法；也可考虑裂缝和徐变对构件刚度的影响，按弹性分析方法近似计算。大体积混凝土结构、超长混凝土结构等约束积累较大的超静定结构，在间接作用下的裂缝问题比较突出，宜对结构进行间接作用效应分析。对于允许出现裂缝的钢筋混凝土结构构件，应考虑裂缝的开展使构件刚度降低的影响，以减少作用效应计算的失真。间接作用
34、效应分析可采用弹塑性分析方法，也可采用简化的弹性分析方法，但计算时应考虑混凝土的徐变及混凝土的开裂引起的应力松弛和重分布。,（四）承载力计算（第6章）1.斜截面受剪承载力acv截面混凝土受剪承载力系数，对于一般受弯构件取acv=0.7；对集中荷载作用下（包括作用有多种荷载，其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力的75%以上的情况）的独立梁，取acv=1.75/1+l。集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75%左右时，如果分别按两种情况进行计算结果，其配箍率却有着很大的差异。采用新规范后配箍有所增加。,2.受冲切承载力计算02版规范的受冲切承载力计算公式，形式简
35、单，计算方便，但与国外规范进行对比，在多数情况下略显保守，且考虑因素不够全面。根据不配置箍筋或弯起钢筋的钢筋混凝土板的试验资料的分析，参考国内外有关规范，本次修保留了02版规范的公式形式，仅将公式中的系数0.15提高到0.25。10版规范：02版规范：,3.受压构件混凝土结构与杆件中的二阶效应 结构侧移二阶效应（P-D 效应）由重力在产生了侧移的结构中形成的整体二阶效应，也称“重力二阶效应”（由结构分析解决）。,结构侧移二阶效应,杆件挠曲二阶效应(p-d 效应)由轴压力在杆件自身挠曲后引起的局部二阶效应。通常效应起控制作用仅在少数偏压构件中形成，反弯点不在柱高范围内的较细长偏心压杆则有可能属于
36、这类情况。,杆件挠曲二阶效应,弯矩作用平面内截面对称的偏心受压构件，当同一主轴方向的杆端弯矩比M1/M2不大于0.9且设计轴压比不大于0.9时，若构件的长细比满足下式要求时，可不考虑轴向压力在该方向挠曲杆件中产生的附加弯矩影响；否则应按截面的两个主轴方向分别考虑轴向压力在挠曲杆件中产生的附加弯矩影响。M1、M2分别为偏心受压构件两端截面按结构分析确定的对同一主轴的组合弯矩设计值，绝对值较大端为M2，绝对值较小端为M1，当构件按单曲率弯曲时，取正值，否则取负值 l c构件的计算长度，可近似取偏心受压构件相应主轴方向上下支撑点之间的距离；i偏心方向的截面回转半径。,轴向压力在挠曲杆件中产生的二阶效
37、应（效应）是偏压杆件中由轴向压力在产生了挠曲变形的杆件内引起的曲率和弯矩增量。在例如结构中常见的反弯点位于柱高中部的偏压构件中，这种二阶效应虽能增大构件除两端区域外各截面的曲率和弯矩，但增大后的弯矩通常不可能超过柱两端控制截面的弯矩。因此，在这种情况下，效应不会对杆件截面的偏心受压承载能力产生不利影响。但是，在反弯点不在杆件高度范围内（即沿杆件长度均为同号弯矩）的较细长且轴压比偏大的偏压构件中，经效应增大后的杆件中部弯矩有可能超过柱端控制截面的弯矩。此时，就必须在截面设计中考虑效应的附加影响。因后一种情况在工程中较少出现，为了不对各个偏压构件逐一进行验算，本条给出了可以不考虑效应的条件。,考虑
38、轴向压力在挠曲杆件中产生的二阶效应后控制截面弯矩设计值应按下列公式计算：Cm构件端截面偏心距调节系数，当小于0.7时取0.7；hns弯矩增大系数；N 与弯矩设计值M2相应的轴向压力设计值；,（五）正常使用极限状态计算（第7章）1.裂缝控制验算 钢筋混凝土和预应力混凝土构件，应按规定进行受拉边缘应力或正截面裂缝宽度验算：（1）一级裂缝控制等级构件，在荷载标准组合下，受拉边缘应力应符合下列规定：（2）二级裂缝控制等级构件，在荷载标准组合下，受拉边缘应力应符合下列规定（适当放松）：取消02版规范：,（3）三级裂缝控制等级时，钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度可按荷载准永久组合并考虑长期作用影响的效应计算，
39、预应力混凝土构件的最大裂缝宽度可按荷载标准组合并考虑长期作用影响的效应计算。最大裂缝宽度应符合下列规定：对环境类别为二a类的预应力混凝土构件，在荷载准永久组合下，受拉边缘应力尚应符合下列规定：按概率统计的观点，符合拉应力控制公式情况下，并不意味着构件绝对不会出现裂缝；同样，符合裂缝宽度控制公式的情况下，构件由荷载作用而产生的最大裂缝宽度大于最大裂缝限值大致会有5%的可能性。,结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限值（mm）,矩形、T形、倒T形和I形截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件及预应力混凝土轴心受拉和受弯构件中，按荷载标准组合或准永久组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度可按下列公式
40、计算：,（1）采用荷载标准组合时（2）采用荷载准永久组合时,构件受力特征系数,2.受弯构件挠度验算,最大裂缝宽度分析,（六）构造要求（第8章）1.最外层钢筋混凝土保护层厚度,混凝土保护层的最小厚度c（mm）,注：1.混凝土强度等级不大于C25时，表中保护层厚度数值应增加5mm；2.钢筋混凝土基础宜设置混凝土垫层，其受力钢筋的混凝土保护层厚度应从垫层顶面算起，且不应小于40mm。,当有充分依据并采取下列有效措施时，可适当减小混凝土保护层的厚度（1）构件表面有可靠的防护层；（2）采用工厂化生产的预制构件；（3）在混凝土中掺加阻锈剂或采用阴极保护处理等防锈措施；（4）当对地下室墙体采取可靠的建筑防水
41、做法或防腐措施时，与土壤接触一侧钢筋的保护层厚度可适当减少，但不应小于25mm 当梁、柱、墙中纵向受力钢筋的保护层厚度大于50mm时，宜对保护层采取有效的构造措施。可在保护层内配置防裂、防剥落的焊接钢筋网片，网片钢筋的保护层厚度不应小于25mm，并应采取有效的绝缘、定位措施。,2.钢筋的锚固（1）基本锚固长度 普通钢筋预应力筋lab受拉钢筋的基本锚固长度；ft-混凝土轴心抗拉强度设计值，当混凝土强度等级高于C60时，按C60取值；a-锚固钢筋的外形系数。,（2）受拉钢筋的锚固长度la受拉钢筋的锚固长度；za锚固长度修正系数，按下面规定取用，当多于一项时，可以连乘计算。经修正的锚固长度不应小于基
42、本锚固长度的0.6倍且不小于200mm。当带肋钢筋的公称直径大于25mm时取1.10；对环氧涂层钢筋取1.25；施工过程中易受扰动的钢筋取1.10；锚固区保护层厚度为3d时修正系数可取0.80，保护层厚度为5d时修正系数可取0.70，中间按内插取值；当纵向受拉普通钢筋末端采用钢筋弯钩或机械锚固措施时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度（投影长度）可取为基本锚固长度lab的0.6倍。,钢筋弯钩和机械锚固的形式和技术要求,注：1.锚板或锚头的承压净面积应不小于锚固钢筋计算截面积的4倍；2.螺栓锚头产品的规格、尺寸应满足螺纹连接的要求，并应符合 相关标准的要求；3.螺栓锚头和焊接锚板的间距不大于3d时
43、，宜考虑群锚效应对锚固的不利影响；4.截面角部的弯钩和一侧贴焊锚筋的布筋方向宜向内偏置。,采用钢筋端头套端头加套筒、端头弯钩、端头一侧焊短钢筋、端头二侧焊短钢筋以及端头焊锚板(锚板面积为钢筋截面面积4倍左右)五种机械锚固方式。混凝土立方体强度fcu=42.779.7N/mm2，钢筋直径12mm、16mm和25mm，相对锚固长度la/d=1025，相对保护层厚度c/d=13.7，部分试件配有横向箍筋，配筋率rsv=0.43%0.88%。,机械锚固形式,试件和试验装置示意图,试验现象和破坏形态,混凝土劈裂破坏,(1)端头套筒,(2)端头弯钩,(3)一侧焊短筋,(4)二侧焊短筋,(5)端头焊锚板,3
44、.纵向受力钢筋的最小配筋率,纵向受力钢筋的最小配筋百分率min(%),注：1.受压构件全部纵向钢筋最小配筋百分率，当采用C60及 以上强度等级的混凝土时，应按表中规定增加0.10；2.板类受弯构件（不包括悬臂板）的受拉钢筋，当采用强度级别400N/mm2、500 N/mm2的钢筋时，其最小配筋百分率应允许采用0.15和45f t/fv中的较大值。,受压构件最小配筋率（混凝土规范）,受压构件最小配筋率（抗震规范）,（一）办公楼（框架结构）1工程概况 某学校办公楼，地上五层，层高3.9米，建筑总高度19.950米，建筑面积4800m2。全现浇钢筋混凝土框架，钢筋混凝土柱下独立基础，天然地基，基础形
45、式为柱下条形基础。2规范修订对设计条件的影响（1）地震作用效应；原规范设计抗震设防烈度8度（河南汤阴），设计基本地震加速度值0.20g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别II类；抗震设防类别为标准设防类，抗震等级为二级。新规范设计抗震设防烈度仍为8度，设计基本地震加速度值仍为0.20g，抗震设防类别及抗震等级也未变，但设计地震分组改为第二组，地震作用效应有所增大。,四.工程试设计及钢筋用量比较,表1 新老规范柱端弯矩增大系数对比,表2 框架柱基本抗震构造措施变化对比,3.设计工况及结构分析结果,工况：按02版规范计算，程序为2010年08月版本，梁、柱主筋HRB400级，梁、柱箍筋HPB235
46、级钢筋，楼板采用HRB400级钢筋，混凝土均为C30。工况：按修订规范送审稿计算，梁、柱主筋HRB400级，梁、柱箍筋HRB400级钢筋，楼板采用HRB400级钢筋，混凝土均为C30。,表3 楼板计算结果比较,表4 框架梁计算比较,表5 框架柱计算比较,（二）住宅楼（剪力墙结构）1.工程概况 郑州某住宅楼，地下一层，地上三十二层，室内外高差0.45m，建筑总高度为96.450米；本工程为全现浇钢筋混凝土剪力墙结构。2规范修订对设计条件的影响（1）地震作用效应原规范设计抗震设防烈度7度（河南郑州），设计基本地震加速度值0.15g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别II类；抗震设防类别为标准设防类
47、，抗震等级为二级。新规范设计抗震设防烈度仍为7度，设计基本地震加速度值仍为0.10g，抗震类别及抗震等级也未变，但设计地震分组改为第二组，地震作用效应有所增大。,（2）抗震构造 剪力墙结构中的抗震墙竖向和横向分布钢筋的直径，均不 宜大于墙厚的1/10且不应小于8mm；竖向钢筋直径不宜小于10mm。“抗规”6.4.5条第1款，修改了转角墙和翼墙的构造边缘构件范围，增加了非加强部位构造边缘构件最小配筋率要求。“抗规”6.4.5条第2款，约束边缘构件的设置要求由一、二级扩大到三级；约束边缘构件的大小及其配箍特征值根据墙肢轴压比的大小确定。一级抗震墙约束边缘构件的纵筋配筋率1.2%改为1.2%和816
48、双控，比原高规的1.2%和616双控有所增加，二级抗震墙约束边缘构件的纵筋配筋率1.0%改为1.0%和616双控，比原高规的1.0%和614双控有所增加，三级抗震墙约束边缘构件的纵筋配筋率1.0%和614双控，原规范不设约束边缘构件，取消了原规范一、二级连梁的交叉构造钢筋。,表6 楼板计算结果比较,表7 框架梁计算比较,剪力墙（C30混凝土）：墙身分布钢筋较原规范增加25%，约束边缘构件纵筋配筋较原规范增加5%，构造边缘构件纵筋配筋同原规范相同，洞口连梁配筋较原规范增加5%。,抗震设计时，剪力墙底部加强部位的高度可取底部两层和墙体总高度的 1/10 二者的较大值。,（3）算结果比较,（三）办公
49、楼（框架剪力墙）1.工程概况 郑州某办公楼，地下一层，地上二十二层，总高度为76.0米，全现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构。2规范修订对设计条件的影响（1）地震作用效应原设计抗震设防烈度7度，设计地震分组为第一组，建筑场地类别类，框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为二级。新程序地震作用效应与原规范相同。（2）抗震构造框架抗震墙结构中的抗震墙的竖向和横向分布钢筋，配筋率均不应小于0.25%，钢筋直径不宜小于10mm，间距不宜大于300mm，并应双排布置，双排分布钢筋间应设置拉筋，高规修订同抗规一致。,表8 新老规范柱端弯矩增大系数对比,表9 框架柱基本抗震构造措施变化对比,3.计算结果比较表10 楼
50、板计算结果比较(HRB400，C30，楼板裂缝计算准永久值系数0.5）,表11 框架梁计算比较,柱（C30混凝土）：纵筋增大15%。由于箍筋强度等级提高计算值减小40%,但由于构造要求，箍筋减小不多。剪力墙（C30混凝土）：墙身分布钢筋较原规范增加25%，约束边缘构件纵筋配筋较原规范增加5%，构造边缘构件纵筋配筋同原规范相同，洞口连梁配筋较原规范增加5%。,试设计结果总体评价：（1）楼板钢筋略有减少（采用高强钢筋、裂缝计算、修改）；（2）梁的纵筋略有减少，箍筋增加，总用钢量大体持平；（3）框架梁支座、柱及剪力墙用钢量增加（抗震规范修改）。,五.新规范教材及手册混凝土结构原理刘立新 叶燕华 主编
