新编《混凝土结构设计规范》学习讲座

新编《混凝土结构设计规范》GB50010-2002简介周朝阳（教授，博导，一级注册结构师）（中南大学建筑工程系主任、教授委员会委员、学位评审委员会委员、学术委员会委员、全国混凝土结构技术委员会委员、建筑物鉴定与加固改造技术委员会委员、国际桥梁与结构工程学会高级会员）2003年9月第一部分概况一、修订过程新规范修订历时4年多（1997-2001）召开了全体修订组会议7次大型专题研讨会15次小型研讨会40次协调会8次可靠度讨论会4次经历：初稿→征求意见稿（共征求116个单位，征得意见1089条）→送审稿→试设计→2000年11月召开全国审查会→对审查意见进行专题讨论→形成第二次送审稿→反馈意见426条→形成报批稿（部分成员参加）新规范共11章454条7个附录其中强制性条文17条,占3.7%主编单位——中国建筑科学研究院参编单位——17个成员——27人（另有5人列席）二、修订原则（2J03/1p3）国内统一国际接轨补充完善安全高强国内协调统一修订时，我国有5本混凝土结构设计规范房建：GBJ10-89（国标）铁路：TB10002·3-99（00.2.1实施）公路：JTJ023-85水工：SL/T191-96港工：JTJ267-98面临工程市场化，必须打破部门垄断，与此相适应，高校脱离行业管理，教学改革成立大的土木工程专业；要求混凝土结构设计规范尽可能走向统一（需要较长的过程）。与国际接轨市场化还意味着经济国际化、全球化，面临加入WTO，要求规范尽可能与国际接轨。补充完善这是长期的需要，随着认识的深入而逐渐进步。本次修订时：新增加的内容约占15%，有重大修订的1/3，保持或基本保持的1/2。安全高强这是最基本的要求，但随着经济的发展可适当提高可靠度水平。四、试设计（2J03/1p4）对常用5种类型共8个工程进行了试设计对比1、单按新荷载规范住宅、办公室楼面活载厨房、厕所、食堂楼面活载风、雪荷载当永久荷载为主时2m/kN5.10.2年一遇30→2.0kN/m2→2.5→50年一遇组合中γG=1.35民用板梁——用钢量+7～8%工业楼板——用钢量+6%40.1,20.1QG原2、按新荷载规范及新混凝土结构规范总用钢量+10%受弯构件梁、板配筋增加明显；受压构件柱、墙配筋增加不明显，因为其配筋主要取决于构造要求而不是计算结果。试设计时未计入为控制温度-收缩间接裂缝而增加的构造钢筋，否则总用钢量增加可达到+15%或更多材料成本上浮可控制在5%左右——措施：采用高强材料，尤其是强度价格比较高的Ⅲ级钢筋（HRB400）及高强度低松弛钢丝、钢绞线做主导受力钢筋，并适当提高混凝土强度等级。应该了解：钢筋Ⅲ级比Ⅰ级强度提高70%，价格仅提高17%，约4：1；混凝土从C15到C50，强度价格提高率之比相当（各地有差异）。例如箍筋受剪承载力设计值现1.5下降至1.25。若箍筋仍用Ⅱ级，强度从310下降至300，箍筋用量即费用增加24%；若箍筋改用Ⅲ级，强度从310上升至360，箍筋用量增加3.3%，费用增加11%；若箍筋原来用Ⅰ级，现在改用细直径Ⅲ级，强度从210上升至360，箍筋用量及费用均不增反降。因此，除非构造配筋，钢筋原来用Ⅱ级，尽可能改用Ⅲ级；原来用Ⅰ级，尽可能改用Ⅲ级或Ⅱ级；尽可能用提高混凝土强度等级来满足截面尺寸限制条件。这样对控制造价有利。同时应该加强对正常使用极限状态的验算。005.107.0hsAfbhfVsvyvc原规范五、强制性条文强制性规范750本15万条《建设工程质量管理条例》（国务院279号令）《工程建设标准强制性条文》（2001年3月）新规范强制性条文——17条P10未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构用途和使用环境1p10建筑结构的三个安全等级（根据破坏后果的严重程度）1p16、19砼和钢筋的材料强度标准值及设计值4p28预应力作为荷载效应考虑时的分项系数1p113保护层厚度1p119最小配筋率1p162、163锚筋、吊环2p165、166、169、172、178、193抗震6今后趋势——建筑法规、规范技术性条文、企业标准第二部分新规范主要修订内容简介（分若干问题介绍）一、材料及强度(第4章)（一）混凝土1、混凝土强度等级fcuk取消C7.5、C10增加C65、C70、C75、C80从C15到C80以5N/mm2为级差共分为14个强度等级。2、强度标准值（保证率不低于95%）fckfc平均=α1fcu平均fck=0.88α1α2fcuk0.88—构件与试件强度比值α1—试件摩阻力影响系数≤C50α1=0.76（原规范）C80α1=0.82α2—脆性影响系数≤C50α2=1.0（原规范）C80α2=0.87ftk55.0__)(395.0cutff4505505506451139506451164511395064511..cuk.cukt_tk).(f.).().(f.).(ff45.055.02)645.11(395.088.0cuktkff3、强度设计值目的：适当提高混凝土结构的安全度并逐步与国际混凝土结构安全度接近（RC构件特别是受压构件的安全度比国外偏低较多）。)35.1(40.1cc原规范cckcffctktff（二）钢筋原规范中钢筋品种存在的问题：（1）强度偏低（比国外低一个强度等级，用量增加导致费用提高、施工困难、工作量加大）（2）细钢筋—热轧的长期缺乏规模生产，自行冷加工的质量不稳定。需求有上升趋势。（3）Ⅲ级钢推广慢（4）预应力钢筋用冷拉钢筋—延性差新规范（1）钢筋混凝土用1990年代以来，冶金部门利用我国的钒资源优势，生产出质量高价格低的Hotrolled,Ribbed,Bar热轧钢筋HRB400新Ⅲ级—主导HRB335Ⅱ—辅助HRB235Ⅰ—辅助RRB400余热处理钢筋fyk—与冶标一致，分400、335、235三档，相应地fy=360、300、210：sykyff10.1sR（2）预应力混凝土用钢丝光面Plain—后张法钢筋束螺旋肋Helix—先张法刻痕Indented—（三面刻痕）钢绞线Strand1×31×7热处理钢筋HeatTreatedφpφHφIφSφHT预应力筋的强度标准值fptk是具有95%保证率的抗拉强度值，有1570、1670、…、1860等5种规格。其设计值取条件屈服点除以分项系数：设计值提高了约4%，是考虑到冶金系统采用了国际标准，质量提高sppyf2.0,强度设计值20.1s2.0,pb8.0b85.0→新规范表中不同直径与不同fptk配套。现在据说对所有直径，5种fptk都有。新规范未列入冷加工钢筋（质量不稳定，其它品种有供应）。贰、耐久性设计(3.4)耐久性能是混凝土结构应满足的基本性能之一,与混凝土结构的安全性和适用性有着密切的关系。《混凝土结构设计规范》GBJ10-89中关于耐久性能的设计规定是隐含在相关条款之中的。随着对耐久性问题重视程度的提高,新修订的《混凝土结构设计规范》GB50010中增加了耐久性设计的专门规定。为了便于有关技术人员了解混凝土结构的耐久性问题和理解耐久性设计的规定,介绍下面三个问题:(1)混凝土结构的耐久性问题;(2)延长混凝土结构使用年限的措施;(3)混凝土结构耐久性设计方法及相应规定一、混凝土结构的耐久性问题混凝土结构的耐久性问题可分成钢材问题和混凝土问题两大类。钢材问题主要指钢筋的锈蚀,此外还有钢筋的氢脆、应力腐蚀、疲劳、低温脆断等问题;混凝土问题可分成:碱骨料反应和环境作用问题,环境作用可分成化学物质侵蚀、冻融损伤、机械物理损伤等。1.钢筋的锈蚀问题钢筋锈蚀是混凝土结构最常见和量最大的耐久性问题。新成型混凝土的孔隙溶液中含有氢氧化钙,pH值较高,呈碱性。在这种情况下,钢筋表面可形成钝化膜,钢筋处于钝化状态。钝化膜对钢筋起到保护作用,处于钝化状态的钢筋不会锈蚀。当钝化膜遭到破坏时,钢筋则具备锈蚀的条件。在下列三种情况下钢筋表面的钝化膜可遭到破坏:混凝土碳化(中性化)、混凝土遭受氯污染和环境中缺氧。二氧化碳、二氧化硫等气体及其他酸性物质可通过混凝土的孔隙进入混凝土的内部,与混凝土孔隙溶液中的氢氧化钙发生化学反应,使溶液的pH值降低,钢筋出现脱钝现象。如果有足够的氧和水,钢筋就可以锈蚀。钢筋锈蚀产物的体积膨胀,将保护层混凝土胀裂,继而剥落。氯污染可分成内掺型和外侵型。内掺型是指混凝土成型时使用了含氯的原材料,如海砂、海水或含氯的外加剂等。外侵型是指环境中的氯离子通过构件表面侵入到硬化的混凝土内部,达到钢筋表面。外侵型氯污染常见于使用含氯原材料的工业环境、海洋环境、盐渍土与含氯地下水的环境和使用化冰盐的环境等。游离的氯离子使钢筋表面的钝化膜破坏,使钢筋具备了锈蚀条件。有资料表明:钝化膜保持完好需要相当于0.2~0.3.mA/m2的氧流量。如果氧流量低于此值,钝化膜厚度会逐步减小直至完全消失,导致钢筋非常缓慢地锈蚀。此种情况常见于水中或土中的混凝土构件。除了上述几种情况外,杂散电流会加速钢筋的锈蚀速度。因为钢筋的锈蚀过程本身就是一个电化学过程,在杂散电流的影响下,钢筋的电位发生变化,钢筋锈蚀速度加快。电线杆、绝缘不好的与直流或交流电有接触的构件上可看到这种现象。2.钢筋的其他问题除了锈蚀问题外,钢筋还有氢脆、低温冷脆、应力腐蚀和疲劳等问题。氢脆是指氢原子进入钢筋的内部,使钢筋局部产生较高的内应力,产生脆断。这种破坏现象常见于使用铝制套管的预应力钢材的施工阶段。在水泥水化过程中,与铝制品会产生一定量的氢,氢原子进入钢筋的内部的可能性增大,加上预应力钢材张拉应力较高,有可能产生氢脆破坏。但是混凝土完全硬化后,进入钢材内部的氢原子会被逐渐地释放出来,使钢材产生氢脆破坏的可能性降低。低温冷脆是钢结构常见的问题。北方室外的钢结构,如桥梁、钢储仓等,有出现低温冷脆破坏的事例。钢筋混凝土结构也会出现低温冷脆的问题,主要出现在钢筋搭接不合理和出现应力集中的部位。应力腐蚀破坏是钢材在高应力状态下的腐蚀断裂破坏。应力会使钢材中的电位产生变化,加上环境的作用使腐蚀速度加快,特别是腐蚀达到一定程度,由于钢材处于高应力状态而产生脆断。钢材的疲劳破坏也属于耐久性问题,由于以往研究得相对较多,这里不再介绍。3.混凝土的冻融破坏关于混凝土冻融破坏的机理有多种理论,有珂林斯(A.R.Colilins)于1944年提出的水的离析成层理论,鲍尔斯于1945年提出的冰压力和溶液迁移压力理论和随后与海尔姆斯提出的渗透压力理论,瑞典学者1975年提出的临界饱水理论以及我国吴中伟院士提出的孔结构理论。迄今为止,国内外尚未得到统一的结论。总的来说,在环境温度下降和升高的作用下,混凝土孔隙中的溶液冻结与融化会使混凝土产生冻融破坏。这种破坏是混凝土微观结构损伤的逐渐积累造成的宏观破坏。破坏的前期是混凝土强度降低,弹性模量降低,接着是混凝土由表及里的剥落。我国部分地区室外混凝土结构存在冻融损伤问题,北方问题更为明显,特别是与环境水接触较多的结构和构件问题相对严重,如电厂的通风冷却塔、水厂的水池、建筑物外露的阳台、水工结构、港工结构等。当混凝土孔隙溶液中含有一定量的氯离子时,混凝土的冻融破坏加剧。一般称之为盐冻。海港工程、使用化冰盐的混凝土高速公路、城市立交桥和停车场等均有这类问题。4.化学物质的侵蚀化学物质的侵蚀是混凝土结构耐久性中最为复杂的问题。复杂的原因是在于化学物质的种类多,随机性强,对混凝土的作用效应不易准确确定。但归纳起来,化学物质的侵蚀可分成酸侵蚀、碱侵蚀和硫酸盐侵蚀三大类。酸性物质对混凝土中的水泥水化物有侵蚀作用,使其中的氢氧化钙变成可溶性的钙盐,使混凝土丧失强度。典型的酸性物质侵蚀的损伤特征为:混凝土呈黄色,水泥水化物剥落,粗骨料外露或剥落。工业污染、酸雨、酸性地下水及酸性土壤等均可对混凝土构成酸侵蚀。固体的碱对混凝土的侵蚀作用较小,而熔融状的碱或碱的浓溶液对水