《混凝土结构设计规范》GB50010-2010修订简介(2011

《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1~2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世界主要产钢国粗钢产量变化4俄罗斯,706453美国,984801中国,4187822日本,1162195韩国,484370500001000001500002000002500003000003500004000004500001997199819992000200120022003200420052006千吨6德国9意大利4俄罗斯8乌克兰3美国10巴西1中国7印度2日本5韩国●适当提高安全储备，保证结构安全；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1.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）；2.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）；3.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）；4.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）；5.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.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）；7.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）；8.对结构侧移的二阶效应（P-Δ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）；9.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；10.修改了受冲切承载力计算公式；11.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；16.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；17.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.增加了冲切及板柱节点抗震设计的相关规定；19.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、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；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；0SRgcskRd,,,/RRffag●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）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）。CS●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法解决。●混凝土结构的环境类别（比原规范细化）环境类别条件一室内干燥环境；无侵蚀性静水浸没环境二a室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境；非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；严寒和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境二b干湿交替环境；水位频繁变动环境；严寒和寒冷地区的露天环境；严寒和寒冷地区冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境三a严寒和寒冷地区冬季水位变动区环境；受除冰盐影响环境；海风环境三b盐渍土环境；受除冰盐作用环境；海岸环境四海水环境五受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境◆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》GB50176-93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境。