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1《混凝土结构设计规范》GB50010-2011修订背景、修订原则主要修订内容梁兴文西安建筑科技大学2修订背景3修订背景我国的工程规范每10年修订一次，《混凝土结构设计规范》到了应该修订的时候。从规范颁布使用到现在，应用中发现了一些问题，有待研究解决。GB50010-2002颁布后，开展了第六批规范课题的研究，为修订规范做准备★解决高强钢筋引起正常使用状态问题（裂缝、变形等）的试验研究★混凝土结构耐久性的调研分析4修订背景★既有混凝土结构的再设计问题★结构分析方法(弹塑性损伤本构模型、结构计算模型等)★间接作用（温差、收缩等）效应及裂缝控制★钢筋综合抗力（强度、延性等）及对结构破坏的影响★各种配筋构造（并筋、锚固、连接、最小配筋率等）的试验研究★偶然作用下结构抗灾性能（如抗连续倒塌结构的整体稳定性）研究5修订原则6总原则：补充、完善、提高、不做大的改动适当增加结构的安全储备以及抗火性能，注重结构的整体性从以构件计算为主扩展到结构体系的设计，强调概念设计的重要性逐渐淘汰低强度材料，推广应用高强高性能材料，提高资源利用效率完善耐久性设计内容，补充既有结构设计的原则拓展结构分析内容，补充、完善构件截面计算及连接构造措施的有关内容与国际接轨，实现与相关标准及土木工程其他专业规范的分工、协调7修订概况2007年2月8日第一次全体工作会议（北京）成立修订组，分工。2008年8月25~30日第二次全体工作会议（成都）讨论《征求意见初稿》，对各部分提出修订意见2008年11月8~9日第三次全体工作会议（北京）讨论初稿，形成《征求意见稿》◆2009年11月29日~12月2日第四次全体工作会议（北京）：讨论修改《送审稿》初稿，形成《送审稿》◆2009年12月25~26日召开了《送审稿》审查会，并通过审查◆2010年5月形成《报批稿》8章节组成1~3总则；术语、符号；基本计算规定4材料5结构分析6承载能力极限状态计算7正常使用极限状态验算8构造规定9结构构件的基本规定10预应力混凝土结构构件（一般规定，损失值计算，构造规定）11混凝土结构构件抗震设计附录A~K（10个）91增加结构方案设计内容—思路、原则■思路：完善规范的完整性，从以构件计算为主适当扩展到整体结构的设计，补充“结构方案”设计内容（3.2节）■结构体系设计的基本原则从宏观上满足使用功能，控制结构的整体安全性;结构方案尚应考虑：建筑、抗震、耐久、抗灾、节材等其他方面的要求10主要修订内容111增加结构方案设计内容—设计方案3.2.1混凝土结构的设计方案应符合下列要求：1选用合理的结构体系、构件型式和布置；2结构的平、立面布置宜规则，各部分的质量和刚度宜均匀、连续；3结构传力途径应简捷、明确，竖向构件宜连续贯通、对齐；4宜采用超静定结构，重要构件和关键传力部位应增加冗余约束或有多条传力途径。5宜减小偶然作用的影响范围，避免发生因局部破坏引起的结构连续倒塌。12(b)LBmax(e)LL(a)lbblBBL(d)BmaxbblBBmaxBmax(c)lb13+iKi+1iKK+++K层剪力层间侧移层iii=KiuiViVuii+1K0.7KKKiii3i0.8132KiiK++i1KaK+2+i3bc(a)(b)(c)(d)HB1H1BB1BB1HHa1BBa1B14【说明】灾害调查和事故分析表明：结构方案对建筑物的安全性有着决定性的影响。●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应能够保证结构的整体稳固性；●应避免因局部破坏引发结构连续倒塌。本条提出了在方案阶段应考虑加强结构整体稳固性的设计原则。151增加结构方案设计内容—结构缝3.2.2混凝土结构中结构缝的设计应符合下列要求：1应根据结构受力特点及建筑尺度、形状、使用功能，合理确定结构缝的位置和构造形式；2宜控制结构缝的数量，并应采取有效措施减少设缝的不利影响；3可根据需要设置施工阶段的临时性结构缝（施工后浇带）。16【说明】结构设计时通过设置结构缝将结构分割为若干相对独立的单元。结构缝包括伸缩缝、沉降缝、防震缝、构造缝、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；局部应力集中；结构防震；防止连续倒塌等。除永久性的结构缝以外，还应考虑设置施工槎、后浇带、控制缝等临时性缝以消除某些暂时性的不利影响。结构缝的设置应考虑对建筑功能（如装修观感、止水防渗、保温隔声等）、结构传力（如结构布置、构件传力）、构造做法和施工可行性等造成的影响。应遵循“一缝多能”的设计原则，采取有效的构造措施。171增加结构方案设计内容—连接3.2.3结构构件的连接应符合下列要求：1连接部位的承载力应保证被连接构件之间的传力性能；2当混凝土构件与其他材料构件连接时，应采取可靠的连接措施；3应考虑构件变形对连接节点及相邻结构或构件造成的影响。【说明】构件之间连接构造设计的原则●保证连接节点处被连接构件之间的传力性能符合设计要求；●保证不同材料（混凝土、钢、砌体等）间的融合，选择可靠的连接方式以保证可靠传力；●连接节点尚应考虑被连接构件之间变形的影响以及相容条件，以避免、减少不利影响。183.2.4混凝土结构设计应符合下列要求：1满足不同环境条件下的结构耐久性要求；2节省材料、方便施工、降低能耗与保护环境。【说明】本条提出了结构方案设计阶段应综合考虑的其他问题方案设计：基本原则；结构缝设置原则；连接原则；其他问题192防连续倒塌设计原则—基本思想(1)结构连续性倒塌控制与设计的基本思想★突发事件是难以预测的,其发生的概率小但危险大,且事件发生的可能性正逐渐增加,减小结构遭受突发事件的影响值得学者与设计人员广泛关注和慎重考虑;★加强局部构件或连接对减小结构遭受突发事件的影响是有益的,但更重要的是提高结构整体抵抗连续性倒塌的能力,从而减少或避免结构因初始的局部破坏引发连续性的倒塌,而一般情况下要求结构在突发事件下不发生局部破坏是不可取的;202防连续倒塌设计原则—基本思想★提高结构抵抗连续性倒塌的能力应着眼于结构的整体性能或者说鲁棒性,即最低强度、冗余特性和延性等能力特征,一般可通过拉结力设计、备用荷载路径分析及良好的构造要求等方法实现;★不同结构体系的整体抵抗连续性倒塌能力各异,应分别考察各类结构体系发生连续性倒塌的机理和能力特征。[鲁棒性(Robustness)是系统控制理论中的重要术语,指系统抵抗外部环境干扰和内部不确定性因素影响而能保持稳定工作的能力]212防连续倒塌设计原则—基本思想构件与连接的最低强度结构在初始局部破坏后为达到新的稳定平衡而发生内力重分布,可能导致框架梁的弯矩反向,甚至在极限状态下形成悬链线效应。这种内力需求在通常的结构设计当中是不予考虑的,而一旦出现这种内力需求,构件或连接往往因为强度过低而发生破坏,从而导致连续性破坏的扩展甚至倒塌。为此,有必要保证构件和连接在不同受力状态下的最低强度,使得结构各部分能在极限状态下“抱成一团”。保证构件和连接的最低强度,以往的研究是通过拉结力设计来实现的,但对不同的结构体系,最低强度或承载力的要求一般各有侧重。如钢筋混凝土框架和剪力墙结构宜着重加强底部纵向受力钢筋的布置并要求恰当的纵筋搭接构造;钢框架宜充分保证梁柱连接的抗弯与抗拉强度;大跨空间结构则应保证受拉构件具备适当的受压承载力。222防连续倒塌设计原则—基本思想结构的冗余特性结构冗余特性是指结构在初始的局部破坏下改变原有的传力路径,并达到新的稳定平衡状态的能力特征。充分的结构冗余特性允许结构“跨越”初始的局部破坏而不向外扩展,从而避免连续性破坏或倒塌的发生。结构的冗余特性首先取决于结构体系的类型。比如,无支撑框架主要取决于梁柱连接的刚度、楼层数和跨数;有支撑框架主要取决于支撑的数量和分布,以及适量的刚性梁柱连接构成的双重防御机制。232防连续倒塌设计原则—基本思想构件与连接的变形能力与延性特征构件或连接的良好延性能力可显著耗散能量,因此是减少结构发生连续性破坏的重要能力特征。局部构件在承载力不过多丧失的情况下,其塑性大变形将允许内力传递逐步转移到其他构件上,从而实现内部冗余特性的充分发挥。适当的延性对提高结构的整体承载力具有显著的影响。必要的延性是充分发挥结构内部冗余潜力的重要条件。延性的概念并不能完全脱离强度概念而作简单的评价。当构件或连接的强度过低时,延性能力并不能避免发生局部断裂或严重破坏的可能.242防连续倒塌设计原则—基本思想■基本思想结构构件必须具备足够的整体连续性、冗余承载力和耗能能力（包括延性），能够将初始局部破坏区域的荷载有效地传递到能够承担这些冗余荷载的周边结构上，从而提高整体结构系统的稳定性。252防连续倒塌设计原则—设计方法(2)结构抵抗连续性倒塌的主要设计方法事件控制：要求突发事件在发生前即予以阻止,或通过设置防栅栏将爆炸等危险源隔离在建筑之外,是结构设计以外的一类措施间接设计：指不直接体现突发事件的具体影响,而采用拉结力法进行结构设计,以提高结构的最低强度、冗余特性和延性能力。直接设计：分为备用荷载路径分析和特殊抗力设计,前者通过假定主要承重构件的初始失效来研究或评价结构的冗余性能及抵抗连续性倒塌的能力,后者则是对主要承重构件进行防爆或防撞设计,避免在突发事件下发生局部破坏。262防连续倒塌设计原则—设计方法拉结力设计法拉结力设计即要求构件和连接满足最低的抗拉强度要求,且各相连构件形成的传力路径必须是直线的和连续的。4方面要求:内部拉结力：主要由梁或楼板承担,可根据发挥梁悬链线效应或楼板薄膜效应的要求确定;周边拉结力：主要由周边大梁承担,可用以锚固内部拉结的大梁或楼板;悬挂拉力：对边柱或边墙的水平拉结力,除满足内部拉结力要求外,还应承受一定的悬挂拉力;竖向拉结力：由上下连续贯通的柱子承担,要求能够承受与其轴压力相等的拉力。272防连续倒塌设计原则—设计方法图282防连续倒塌设计原则—设计方法备用荷载路径分析备用荷载路径分析是将初始的失效构件“删除”,分析结构在原有荷载作用下发生内力重分布,并向新的稳定平衡状态逐步趋近的方法。其中,构件单元的“删除”是指让相应的构件退出计算,但不影响相连构件之间的连接。292防连续倒塌设计原则—设计方法关于结构抗震设计的利用抗震设计中提出的结构冗余特性和连接延性能力等要求,对提高结构的抵抗连续性倒塌能力是有益的。在尚未建立合适的抗倒塌设计方法时,采用有关抗震设计的方法是有效的。两者差别:地震作用主要是水平向的,而连续性倒塌时结构主要承受竖向的恒载和部分活载;结构抗震时抗侧力构件是主要的,楼板通常按刚性楼板假定考虑,而倒塌分析中应考虑楼板的准确建模和薄膜效应机制;地震作用下构件反复受力而出现严重的强度与刚度退化,延性较差,倒塌设计时不必对这类参数作过多的折减。结构抗震设计方法的有益作用并不能使它可以取代抗倒塌设计,而应立足于结构连续性倒塌控制的自身特点,建立合适的评价方法和设计体系。302防连续倒塌设计原则—设计方法结构设计策略与加固措施抗倒塌设计应当结合结构的力学特点提出明晰的设计策略,并采取合理有效的加强措施：●合理设计楼层的平面布置,适当减小墙体和柱子的间距,以增强结构的整体性并减小墙体遭受局部破坏的影响;●结构平、立面设计规则,力求构件内力传递连续而直接,并加强端部的锚固措施;●增设楼板非跨度方向的受力主筋,一旦楼板在跨度方向失去支承可以改变跨度方向继续承担荷载,同时保证主梁或承重墙体可以承担楼板从非跨度方向传递的荷载;●在框架顶层或中部楼层处增设跨间支撑,形成帽桁架或腰桁架的传力机制;31L核心筒铰接连杆L'核心筒伸臂322防连续倒塌设计原则—设计方法结构设计策略与加固措施●在主梁下方采用钢索加固,当楼层大变形破坏时发挥钢索的悬链线效应;●改进钢框架梁柱连接的构造,采用CFRP碳纤维布等加固关键构件以有效抵抗局部破坏;●采用钢骨混凝土柱、钢管混凝土柱等形式的构件,开发高温抗火性能优良的新型结构用钢及其型材。332防连续倒