混凝土结构设计规范

天津大学王铁成康谷贻 《混凝土结构设计》GB50010-2010《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 主要修订内容介绍ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity2/342目录一、修订概况二、术语与符号三、基本设计规定四、混凝土结构的材料五、结构分析六、承载能力极限状态计算七、正常使用极限状态验算八、构造规定九、结构构件的基本规定十、预应力混凝土结构构件十一、混凝土结构构件抗震设计《混凝土结构设计规范》GB50010-2010ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity3/342 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 一、修订概况1.修订的背景和原则 1.1.修订过程 2007年2月成立修订组，2007年2月～2008年7月资料收集整理 分析及补充试验，完成了规范修订初稿（第一稿）。2008年12月 完成了规范征求意见稿初稿（第二稿）。2008年12月在北京召开 修订组第三次工作会议，会议对征求意见初稿进行了讨论，形成 了修改意见。2009年7月20日完成规范修订征求意见稿（第三 稿），修订组发送征求意见稿280份，在全国范围内广泛征求意 见，并在“国家工程建设标准化信息网”上予以公示，至2009年9月 10日共收到5个施工单位、8个研究院所、16所高校，27个设计院 共计56个单位近200余名技术人员的1500条反馈意见。修订组于 2009年11月完成反馈意见汇处理，并对规范征求意见稿进行了修 改，形成了规范送审稿初稿（第四稿）。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity4/342 在征求意见的同时，修订组组织有关单位完成了新版规范软件的编制工作，各家设计单位布置了试设计任务。试设计于09年12月完成。 2009年11月在北京召开修订组第四次工作会议，讨论了规范送审稿初稿。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，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。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity5/342 1.2修订原则 规范的修订总原则为“补充、完善、提高、不作大的改动”。 按照上述原则，补充了既有结构改造设计与结构防连续倒塌的原则等内容，将规范从以构件设计为主适当扩展到整体结构的设计要求；贯彻落实“四节一环保”、节能减排与可持续发展的基本国策。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity6/342 淘汰低强材料，采用高强高性能材料，提高资源的利用效率； 保证建筑结构的防灾能力，适当提高安全储备； 扩展结构分析的内容； 加强构造与连接的措施，提高结构的整体稳固性； 完善了耐久性设计内容，适当提高结构设计耐久性，适应可持续发展的要求； 补充、完善构件截面设计的有关内容； 参考国外有关先进标准，进一步与国际接轨； 与相关规范合理分工和协调工作。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity7/342ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity8/3421.3主要修订技术 1.补充了“结构方案”和“结构抗倒塌”的设计原则， 增强结构的整体稳固性，提高混凝土结构抗偶然作用 的能力； 2.增加了既有结构改造设计的原则的规定； 3.修改了钢筋混凝土和预应力混凝土构件正常使用极限 状态设计裂缝宽度、挠度验算的有关规定； 4.增加了楼盖舒适度的设计要求，控制楼盖结构的竖向 自振频率。 5.修订了环境等级划分，完善了耐久性设计（环境类 别、建材质量、构造措施、维护管理等的定性要 求）。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity9/3426.淘汰了235MPa级低强钢筋，增加500MPa级高强钢筋，并明确将 400MPa级钢筋作为主力钢筋，提倡应用500MPa级钢筋，逐步淘汰 335MPa级钢筋；提出钢筋延性（最大力下总伸长率）的要求；7.与国外规范一致，方便钢筋密集构件施工，提出了并筋（钢筋 束）的配筋方式、等效直径的概念及设计方法。8.对结构侧移的二阶效应（效应），提出有限元分析方法及增大系 数的简化考虑方法；9.完善了钢筋、混凝土的应力-应变本构关系以及混凝土多轴强度准 则的有关内容，适应混凝土结构非线性分析的要求；10.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，调整了斜截面受剪承载力计算公式中箍筋抗力项的系 数，适当增加斜截面受剪承载力的安全储备；ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity10/34211.修改了钢筋混凝土框架柱双向受剪承载力计算方 法，采用椭圆规律为基础的表达方式，并与单向受 剪衔接；12.补充了拉、弯、剪、扭复合受力钢筋混凝土矩形截 面框架柱设计计算的相关规定；13.修改了受冲切承载力计算公式；14.调整裂缝宽度计算中的钢筋应力计算方法以及受 弯、偏心受压构件受力特征系数取值，裂缝宽度计 算略有放松。15.适当调整了钢筋保护层厚度规定，明确结构最外层 钢筋计算钢筋的混凝土保护层厚度，一般环境下保 护层厚度略有增加，恶劣环境下增加幅度较大；ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity11/34216.修改了钢筋锚固长度的有关规定，提出了不同情况 下钢筋锚固长度的修正系数以及端板锚固等机械锚 固方式和要求。17.调整了混凝土结构构件纵向受力钢筋最小配筋率的 要求。400MPa级钢筋比现行规范适当有所提高， 500MPa级钢筋的最小配筋率与现行规范400MPa级钢 筋相当，适当提高了安全储备。18.补充了装配式混凝土结构的设计原则以及装配式楼 板、梁、柱、墙的有关构造要求。19.补充了双向受剪钢筋混凝土框架柱的抗震设计相关 规定。20.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。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity12/34221.调整了混凝土柱的最小截面尺寸要求和最小配筋率 规定，适当提高了安全度。22.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。23.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。24.增加了冲切及板柱节点抗震设计的相关规定。25.补充了预应力混凝土构件抗震设计的相关要求。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity13/3421.4强制性条文 以本规范2002年版为基础，对强制性条文进行了调整，第3.1.7条、第4.1.3条、第4.1.4条、第4.2.2条、第4.2.3条、第8.2.1条、第8.5.1条、第10.1.1条、第11.1.3条、第11.2.3条、第11.3.1条、第11.3.6条、第11.4.12条、第11.7.15条和第3.2.2条共15条列为强制性条文。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity14/3421.5试设计分析 （1）试设计原则 1.选择多种结构形式由多个设计单位进行试设计，使 结果具有代表性。 2.试设计项目选各自己经完成的既有结构工程，使其 具有实际工程背景。 3.反映相关标准的修订及变化，荷载效应的计算按最 新版本进行。 4.统一提供原有设计程序及按“征求意见稿”编制的 新程序计算，以便进行对比。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity15/3425.严格按提供程序计算，不考虑设计习惯及技术措 施，以客观反应规范修订的变化。6.考虑发展趋势，采用高强材料(500MPa级钢筋等)， 并进行材料用量的比较。7.报告要求介绍工程的基本参数及按构件(板、梁、 柱、墙等)计算结果的详细比较。8.报告要求对试设计结果的对比及变化原因提出意 见，供规范修订参考。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity16/342 （2）试设计的工程 新《混凝土结构设计规范》2009年7月开始进行试设计。试设计由中国建筑科学研究院结构所提供设计软件，7个单位对7种结构形式的10个工程进行设计及分析、对比。 中国建筑设计研究院：剪力墙结构（高层住宅） 北京市建筑设计研究院：框架-筒体结构（办公楼） 华东建筑设计研究院：框架-剪力墙结构（办公楼） 中国建筑西南设计院：框架结构（办公楼） 中国航空工业规划设计研究院：框架-剪力墙结构（多层厂房）、排架结构（单层厂房） 南京市建筑设计研究院：板柱结构 郑州大学综合设计研究院：框架结构(教学楼)、框架-剪力墙结构（商住楼）、剪力墙结构（商住楼）。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity17/342（3）试设计 1.修订规范与原规范比较，混凝土用量无明显变化，在钢筋等级 不变情况下，钢筋用量稍有波动，但基本持平。 2.受弯构件（梁）因计算公式修改，裂缝宽度控制大幅度减少 （10～40%），受力纵筋用量明显减少，可达10%左右。 3.受弯构件的箍筋因抗剪承载力计算公式修改，用钢量增加。加 上由于保护层厚度加大对垂直截面承载力的影响（约1～ 4%），故配筋量能够基本保持不变。 4.用300MPa级钢筋取代235MPa级钢筋；用400、500MPa级钢筋取 代335MPa级钢筋，可以明显减少钢筋用量，对于不同情况差异 较大，平均可减少用钢量约15%左右。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity18/3425.对于荷载及内力很大，由承载力确定配筋的情况（例 如梁），由于适当放松了裂缝控制的制约，应用高强 钢筋的效果明显，省钢可达10～20%。6.抗震柱中箍筋体积配箍率改以抗拉强度计算后，采用 高强箍筋的效果也很明显，省钢可达20%以上，但应 解决高强箍筋弯折加工等工艺问题。7.高强钢筋带来锚固、搭接长度等问题，通过采用机械 锚固、机械连接等手段解决，并未明显引起用钢量增 加，但还应加强浆锚等新施工工艺、技术的开发应 用。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity19/3428.对于荷载、内力不大，由最小配筋率确定截面配筋 的情况，采用更高强的500MPa钢筋效果并不明显。 因此中高强的400MPa级钢筋可能成为未来的主力钢 筋。9.板柱结构在限制高度24m的情况下，采取必要的措施 后，可以满足抗震的基本要求。在钢筋等级不变的 情况下用钢量增加10～15%，但采用高强钢筋后， 可以持平或减少。这种结构形式作为车库、商场、 仓储等结构有一定的优势。10.综上所述，修订规范的工程适用性较好。在适当提 高安全储备、抗灾能力、耐久性能的情况下，通过 技术进步和采用高强材料等措施，有效地落实了节 材、减耗、环保的目标。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity20/342 1.6审查意见 《规范》（送审稿）较全面反映了我国近年来混凝土结构研究与应用技术的进步与发展，主要在以下方面对原规范做了重要的修订和改进： 1）不再列入235MPa级钢筋，纳入500MPa级钢筋，并以400MPa级钢筋作为主力钢筋，缩小了335MPa级钢筋的应用范围，提高了材料的利用效率，将促进能源资源节约、减少排放。 2）增加了结构方案设计、既有结构设计及防连续倒塌设计原则等内容，加强了构造措施，提高了结构的整体性、稳固性和抵御灾害的能力。 3）改善了耐久性设计内容，适当增加了混凝土保护层厚度，提高了混凝土结构的耐久性。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity21/342 4）修改了梁斜截面受剪承载力计算公式，完善了复杂受力结构构件的承载力设计方法。 5）补充了无粘结预应力混凝土结构的有关设计内容，修改了预应力损失、构造等方面的内容。 6）抗震设计方面，调整了构件的抗震等级和有关内力调整要求，补充了混凝土构件双向受剪的设计方法，板柱节点设计方法及预应力混凝土抗震设计规定。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity22/342 《规范》反映了混凝土结构设计的最新成果，适用性强，无重大遗留问题。《规范》技术指标科学合理，符合国家技术政策，能够满足工程建设需要，总体上达到了国际先进水平。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity23/342（2）现浇混凝土结构cast-in-situconcretestructure在现场原位支模并整体浇注而形成的混凝土结构。（3）结构缝structuraljoint为实现结构功能而主动设置用以分割混凝土结构或构件的间隔。（4）混凝土保护层concretecover构件中钢筋外缘至构件表面的混凝土层，简称保护层。 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 二、术语与符号2.1术语 规范给出22个专用术语。增加以下术语：（1）无粘结预应力混凝土结构unbondedprestressedconcretestructure配置有带有涂料层和外包层的预应力钢筋，与混凝土之间能够永久产生滑动的后张法预应力混凝土结构。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity24/342 2.2符号 新规范基本上沿用02规范的符号，增加了以下符号： （1）δgt：钢筋在最大拉力下的总伸长率，即现行国家标准《钢筋混凝土结构用热轧带肋钢筋》GB1499标准中Agt。用于控制受力钢筋的延性（极限应变εsu）。 （2）Φ：钢筋直径符号（不表示钢筋牌号）。 （3）HRB500：强度级别为500N/mm2的普通热轧带肋钢筋。 （4）HRB400E：强度级别为400N/mm2的抗震热轧带肋钢筋。 （5）HRBF500：强度级别为400N/mm2的细晶粒热轧带肋钢筋。 （6）RRB400：强度级别为400N/mm2的余热处理带肋钢筋。 （7）ηns、ηs：偏心受压构件的二阶效应，其效应的增大系数（偏心距、弯矩等），对构件(p−δ)由“ηns”表示；对结构(P−Δ)由“ηs”表示。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity25/342 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 三、基本设计规定 3.1一般规定1.混凝土结构设计的内容（3.1.1新增条文）：（1）结构方案设计，包括结构选型、传力途径和构件布置；（2）作用及作用效应分析；（3）结构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。 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。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity26/3422.结构设计极限状态分为两类——承载能力极限状态和 正常使用极限状态（3.1.3） a.承载力极限状态中，为结构安全计，增加了结构 防连续倒塌的内容。 b.正常使用极限状态中为提高使用质量，增加了舒 适度的要求。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity27/342 4.结构上作用效应的原则(3.1.4)（1）直接作用、地震作用、直接承受吊车荷载的构件及预制构件，现浇构件均沿用原02规范的规定；（2）新规范增加了非荷载间接作用包括温度变化、混凝土收缩、徐变、强迫位移、环境引起材料性能退化等造成的影响。设计时应根据有关标准、工程特点及具体情况分析作用效应，采用经验性的构造措施进行定性设计；（3）对于爆炸、撞击、罕遇自然灾害等偶然作用及非常特殊作用，应根据有关标准或由实际条件和要求确定。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity28/342 关于混凝土结构的安全等级，增加了可根据实际情况调整构件的安全等级；对关键传力部位和重要的构件适当提高安全等级，以提高构件重要性系数等方法确定结构的安全；对可更换的构件及次要构件，可降低其重要性系数。（3.1.5）ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity29/342 3.2结构方案（3.2.1-3.2.4新增条文） 强调结构方案对建筑安全有决定性的影响。提出了在方案阶段应考虑的结构选型与构件布置的基本原则；拓展了结构缝的概念。新规范补充的结构方案：（3.2.1-3.2.4新增条文） （1）混凝土结构设计方案应遵循的原则。 （2）混凝土结构中结构缝的设计原则。 “结构缝”的作用:主要是为控制不利因素的影响位置，消除混凝土收缩、温度变化、基础不均匀沉降、刚度突变、应力集中、结构防震、防连续倒塌等不利影响。“结构缝”除永久缝外还有临时缝，如施工接槎、后浇带、控制缝等。宜减少结构缝的数量，并应采取措施减小设缝带来的不利影响。 （3）结构构件连接应遵循的原则：应保证连接节点的性能不低于被连接构件；与其他材料构件的连接应保证可靠传力；连接节点尚应考虑被连接构件的变形相容。 （4）结构方案尚需考虑抗震、防灾、耐久、节材、降耗、环保等要求。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity30/342 3.3承载能力极限状态计算 新增内容。完善了承载力极限状态设计的内容，提出了采用应力设计或其他形式表达作用效应的混凝土结构构件。 （1）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的设计表达式（3.3.2条） γ0Sd≤Rd Sd=S(⋅))Rd=R(ak,fc,fs,ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity31/342（2）当用应力的形式表达时，结构构件应采用下列承载能力极限状态的设计表达式（3.3.3条） γ0Sd≤Rd Sd=S() Rd=R(aK,fm,γm,γRd……) aK——结构构件的几何参数标准值根据结构实际承载力 状态确定； fm——材料的强度特征值； γm——材料的性能分项系数； γRd——结构构件的抗力模型不确定性分项系数。 上述表达式能适应多轴强度计算、应力设计、既有结构设计以及结构防连续倒塌设计等情况。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity32/342 公式中的结构效应函数S()对按有限元方法分析的结构应以应力的形式表达，对间接作用、既有结构、防连续倒塌设计，则应根据具体情况确定。 公式中的承载力函数R()则需以更广义的材料强度特征值fm、材料性能分项系数γm、抗力模型不确定性分项系数 γRd及反映倒塌状态的几何参数aK表达。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity33/3423.4正常使用极限状态验算1.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： a.对需要控制变形的构件，应进行变形验算； b.对使用上限制出现裂缝的构件，应进行混凝土拉 应力验算； c.对允许出现裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验 算； d.对有舒适度要求的楼盖结构，应进行竖向自振频 率验算（新增内容）。 S≤CProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity34/3422.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： a.住宅和公寓不宜低于5Hz； b.办公楼和旅馆不宜低于4Hz； c.大跨度公共建筑不宜3Hz； d.工业建筑及有特殊要求的建筑应根据使用功能提出要求。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity35/3423.受弯构件的挠度限值与02规范相同，仅作了以下变 动（3.4.3） （1）钢筋混凝土受弯构件的挠度计算改为仅考虑荷载 效应的准永久组合并考虑荷载长期作用的影响进行计 算；预应力混凝土受弯构件考虑荷载效应的标准组合， 并考虑荷载长期作用的影响进行计算。 （2）在受弯构件的挠度限值表的注3中，增加了对预应 力混凝土构件，可减去预应力所产生的反拱值；注4中 提出起拱和反拱修正的限制，不宜超过构件在相应荷载 组合作用下的计算挠度值，防止引起不良影响。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity36/3424.02规范对受力裂缝的控制偏严，新规范 适当放松（3.4.4） 结构构件的受力裂缝宽度及混凝土拉应力限值钢筋混凝土结构预应力混凝土结构耐久性环 境类别裂缝控制等级wlim(mm)荷载组 合裂缝控制等级wlim(mm)或拉 应力限值荷载组合一0.30(0.40)0.2标准二a二b三级二级 0.10拉应力不大于 ftk拉应力不大于 ftk 标准准永久 标准三a、三b三级0.20准永久一级无拉应力标准ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity37/342注：1表中的规定适用于采用热轧钢筋的钢筋混凝土构件和采用预 应力钢丝、钢绞线和精轧螺纹钢筋的预应力混凝土构件；当采 用其他类别的钢丝或钢筋时，其裂缝控制要求可按专门标准确 定； 2对处于年平均相对湿度小于60％地区一级环境下的钢筋混凝 土受弯构件，其最大裂缝宽度限值可采用括号内的数值； 3在一类环境下，对钢筋混凝土屋架、托架及需作疲劳验算的 吊车梁，其最大裂缝宽度限值应取为0.20mm；对钢筋混凝土屋 面梁和托梁，其最大裂缝宽度限值应取为0.30mm； 4在一类环境下，对预应力混凝土屋架、托架及双向板体系， 应按二级裂缝控制等级进行验算；对预应力混凝土屋面梁、托 梁、单向板，按表中二a级环境的要求进行验算； 5需作疲劳验算的预应力混凝土吊车梁，应按一级裂缝控制等 级进行验算； 6混凝土保护层厚度较大的构件，可根据实践经验对表中最大 裂缝限值适当放宽。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity38/342 5.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： σck−σpc≤0（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： σck−σpc≤ftk（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，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。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity39/342 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： σcq−σpc≤ftk wmax≤wlim 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。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity40/342（1）一级裂缝控制等级与02规范相同，未作修订，仍 要求按荷载效应标准组合时，构件受拉边缘混凝土不 应产生拉应力。（2）二级裂缝控制等级适当放松，只控制按荷载效应 标准组合计算时，构件边缘混凝土的拉应力不应大于 混凝土抗拉强度标准值，删去02规范中荷载按准永久 组合时不产生拉应力的要求。（3）三级裂缝控制等级参照国家标准及欧州规范，新 规范选用荷载的准永久组合进行裂缝宽度的验算。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity41/342 对预应力混凝土构件，考虑到耐久性的影响，对其裂缝控制要求更严，因此仍保持02规范的规定，按荷载效应的标准组合计算裂缝宽度；对二a环境类别下的预应力构件尚应按荷载效应的准永久组合计算，控制拉应力不大于混凝土的抗拉强度标准值。 注6规定了允许对厚保护层构件适当放宽裂缝宽度限值，主要是考虑厚保护层时较大的表面裂缝宽度尚不致明显影响构件的耐久性。（3.4.5） 新规范增加了对大跨度混凝土楼盖结构，宜进行竖向自振频率的验算（3.4.6）。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity42/342 3.5耐久性设计1.新规范规定，耐久性设计按正常使用极限状态控 制，耐久性问题表现为钢筋混凝土构件表面锈渍或 锈胀裂缝；预应力筋开始锈蚀；结构表面混凝土出 现酥裂、粉化等。它可能引起构件承载力破坏，甚 至结构倒塌。（3.1.3）2.目前结构耐久性设计只能采用经验方法解决。根据调 研及我国国情，新规范规定了混凝土使用环境类别 的7条基本内容（3.5.2）。设计者可根据实际条件选 择。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity43/342混凝土结构耐久性设计的环境类别（规范表3.5.2）环境类别条件二三abab一四五 室内干燥环境；永久的无侵蚀性静水浸没环境室内潮湿环境；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直接接触的环境；寒冷和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土直接接触的环境；干湿交替环境；水位频繁变动区环境；严寒和寒冷地区的露天环境；寒冷和寒冷地区冰冻线以上与无侵蚀性的水或土直接接触的环境；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 盐渍土环境；受除冰盐作用环境；海岸环境 海洋环境 受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity44/342注：1.室内潮湿环境是指经常暴露在湿度大于75%的环境；2.严寒和寒冷地区的划分应符合现行国家标准《民用建筑热工设计 规范》JGJ24的有关规定；3.海岸环境为距海岸线100m以内；室内潮湿环境为距海岸线100m以 外、300m以内，但应考虑主导风向及结构所处迎风、背风部位 等因素的影响；4.受除冰盐影响环境为受到除冰盐盐雾影响的环境；受除冰盐作 用环境指被除冰盐溶液溅射的环境以及使用除冰盐地区的洗车 房、停车楼等建筑。 混凝土结构耐久性影响因素之二是设计使用年限，使用年限的 主要内因是材料抵抗性能退化的能力，本规范对设计使用年限 为50年的混凝土结构材料作出了规定（3.5.3）。（kg/m）ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity45/342混凝土结构材料的耐久性基本要求，（规范表3.5.3）环境类别最大水胶比最低强度等 级最大氯离子含 量%最大碱含量 3一不限制a0.60C200.300.55C250.20ba 0.50（0.55） 0.45（0.50）C30（C25）0.15C35（C30）0.15二三b0.40C400.103.0 注：1．预应力构件混凝土中的氯离子含量不得超过0.06％，最低混凝土强度等级应按表中规定提 高两个等级； 2．素混凝土构件的水胶比及最低强度等级的要求可适当放松； 3．有可靠的工程经验时，二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级； 4．处于严寒和寒冷地区二b、三a类环境中的的混凝土应使用引气剂，并可采用括号中的有关参数； 5．当使用非碱活性骨料时，对混凝土中的碱含量可不作限制。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity46/3423.主要控制混凝土的水胶比、强度等级、氯离子含量和含碱量的数量。与02规范相比有以下变化：（1）取消了对最小水泥用量的限制，主要由于近年来胶凝材料及配合比设计的变化，不确定性大，故不再加以限制。（2）采用引气剂的混凝土，抗冻性能提高显著，因此冻融环境中的混凝土可适当降低要求（见规范表3.5.3中括号内数字）。（3）混凝土中碱含量的计算方法，可参见协会标准《混凝土碱含量限值标准》CECS53∶93。 （4）氯离子引起的钢筋电化学腐蚀是混凝土结构最严重的耐久性问题。新规范对氯离子含量的限制比02规范更严、更细。为满足氯离子含量限制的要求，应限制使用含功能性氯化物的外加剂。 针对恶劣环境下采取的保护性措施（3.5.6）。 对服役期建筑维护管理方面的要求（3.5.7）。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity47/342 3.6防连续倒塌设计原则 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。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity48/342 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。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity49/3421.新规范增加了重要结构防连续倒塌设计的要求，目的 是为在各种灾害（罕遇自然灾害及爆炸、撞击、火灾 等人为袭击）的偶然作用下，结构能保持必要的整体 稳固，不发生连续倒塌，提高结构的防灾性能，确保 生命安全。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity50/3422.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）增强重要构件及关键传力部位、疏散通道及避难空间结构的 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 周边构件可靠地锚固；（6）通过设置结构缝，控制可能发生连续倒塌的范围。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity51/342汶川地震倒塌破坏ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity52/342 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。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity53/342 3.防连续倒塌的设计原则（3.6.1）（1）混凝土结构防连续倒塌设计目标是针对特定的偶然作用发生 时或发生后，结构体系仅局部垮塌，依靠剩余结构承载而不发 生更大范围的破坏或连续倒塌。（不包括地质灾害、爆炸等不 可抗拒的作用）。（2）一般结构仅须满足防连续倒塌的概念要求。如： a.加强楼梯、避难室、底部边墙、角柱等重要部位 b.在关键要害区设置缓冲装置（防撞墙、裙房等）或泄能通道 （开敞布置或轻质墙体、轻质屋盖等）。 c.布置分割缝，控制房屋连续倒塌的范围。 d.增加关键部位的冗余约束及备用传力途径（斜杆、拉杆 等）。 上述措施仅能定性的增强结构防连续倒塌的性能。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity54/3424.安全等级为一级的重要结构及由政府或业主确定的必 须增强抗灾能力的结构，其防连续倒塌设计需采用定量 的设计方法。（3.6.2）ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity55/3425.定量设计方法、规范提出三种方法： （1）局部加强法：对可能遭受偶然作用发生局部破坏的关键受力部位，提高设计的安全储备，当单个竖向构件倒塌后剩余结构的失效面积不超过楼面的15%，可采用非线性动力分析方法进行计算。 （2）拉结构件法：考虑失去支承改变结构计算简图的条件下，利用水平构件的加强筋及相邻构件的拉结抗力，在缺失支承、跨度变化的条件下，按梁、悬索、悬臂及拉杆等新受力构件继续承受荷载，保持结构的整体稳定。 （3）拆除构件法：按一定规则拆除主要受力构件，验算结构体系剩余部分的承载能力。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity56/3426.给出了混凝土结构防连续倒塌设计中的有关设计参 数，（荷载效应、动力系数、材料强度、强化脆性 等）的取值原则（3.6.3）。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity57/342 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 四、混凝土结构的材料 4.1一般规定 规范提出的混凝土的强度等级是最低要求，是下限值。 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。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity58/342 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。 规范不适用于如山砂混凝土及高炉矿渣混凝土，其应符合专门标准的规定。 取消了02规范，当采用蒸气养护时，养护温度超过60℃时，计算需要的混凝土强度设计值应提高20%的规定。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity59/3424.2钢筋1.热轧钢筋的品种及牌号 普通钢筋强度标准值 牌号 HPB300 HRB335HRBF335符号 φ F公称直径d（mm） 6～22 6～50屈服强度标准值 2 fyk（N/mm） 300 335极限强度标准值 2 fsyk（N/mm） 420 455HRB400HRBF400RRB400RR6～50400540 HRB500HRBF500F6～50500630ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity60/3422.钢筋的强度设计值和伸长率 2 牌号 HPB300 HRB335、HRBF335HRB400、HRBF400、RRB400 HRB500、HRBF500抗拉强度设计值fy 270 300 360435（抗剪抗扭抗冲切 承载力计算360）抗压强度设计值fy 270 300 360 435ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity61/342 500MPa级高强钢筋的应用研究可参考： 《热轧带肋高强钢筋在混凝土结构中应用技术导则》RISN-TG007-2009，住房和城乡建设部标准定额研究所编，中国建筑工业出版社，2010ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity62/342普通钢筋及预应力筋在最大力下的总伸长率限值 普通钢筋 钢筋 品种δ（%） gtHPB300 10.0HRB335、HRBF335、HRB400、HRBF400、HRB500、HRBF500 7.5预应力筋 3.5 注：有较高抗震性能要求的普通热轧带肋钢筋HRB400E、HRBF400E、HRB500E、HRBF500E等，δgt不小于9.0%。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity63/3423.给出了普通钢筋及预应力钢筋的强度标准值及最大力 下的总伸长率。 钢筋断后伸长率 δ=⋅100% l0 只能反映钢筋断口颈缩区域残余变形的大小；不同标 l0 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。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity64/3424.鉴于钢筋及预应力钢筋对结构安全的重要性，参考国际标准列入钢筋最大力下（延性）总伸长率δgt（极限应变——均匀伸长率），即钢筋标准中的Agt，以提高混凝土结构的变形性能和抗震性能。（4.2.2）L−L0σbProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity65/342δgt=( +L0Es)⋅100%钢筋拉伸及其应力应变曲线 最大力下的总伸长率（均匀伸长率）如下式：应力(MPa)应力/MPa应力(MPa)ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity66/3420.150.200.250.300.000.050.100300600应变0.120.160.240.280.080.000.040.200200 150100300500 450400600 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010钢筋拉伸应力-应变全曲线 750 700应变0.000.010.020.030.040.050.060.07400MPa级钢筋应力-应变曲线（d=10mm）500MPa级钢筋应力-应变曲线（d=8mm） 750 600 450 300 150 0 应变500MPa级钢筋应力-应变曲线（d=10mm）σ(MPa)σ(MPa)ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity67/342 500MPa级钢筋应力应变曲线 普通钢筋的标准强度取屈服强度值，考虑结构抗倒塌中钢筋断裂对结构安全的影响，给出了钢筋抗拉强度标准值。 预应力钢筋没有明显的屈服强度，取抗拉强度为预应力筋的标准强度。条件屈服强度为抗拉强度的0.85。 钢铰线增加了强度级别为1960MPa和大值径21.6mm的品种，补充了预应力螺纹钢筋及中强钢丝的有关设计参数。删除了不常用的预应力筋的强度等级和直径。100 07006005004003002000200400600800ε(×10-4)100 07006005004003002000100200300400ε(×10-4)d=25mmd=8mmProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity68/3425.给出了普通钢筋及预应力钢筋的强度设计值（4.2.3）6.延性较好的热轧钢筋γs=1.10；新投产的高强500MPa级钢筋 γs=1.15；延性稍差的预应力筋γs=1.2；由于构件中混凝土受到箍筋的约束，实际极限应变加大，受压钢筋可达到较高强度，因此钢筋抗压强度设计值fy′取与抗拉强度设计值相同。 根据正常使用极限状态限制斜裂缝宽度开展的要求，取受剪、受扭、受冲切箍筋的设计强度fyv不大于360MPa。 预应力钢丝、钢铰线强度等级繁多，表中未列的强度等级可按比例换算。 无粘结预应力钢筋不考虑抗压强度，预应力筋配筋位置偏离受力区较远时，其强度设计值应进行折减。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity69/342 7.新增内容：为解决钢筋密集使设计、施工困难，参考国内外标准，经试验研究提出了利用截面积相等的原则计算并筋等效直径的方法。并给出钢筋最大直径为28mm及以下并筋数不宜超过3根；直径32mm钢筋并筋数宜2根；直径36mm及以上的钢筋不宜采用并筋。一般二根并筋，可在纵向或横向并列，三根并筋可排成品字形。（4.2.6）ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity70/342 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010五、结构分析 内容比02规范作了较大变动，丰富了分析模型、 弹性分析、弹塑性分析、塑性极限分析等内容，增加 了间接作用分析一节。反映了我国混凝土结构设计的 现状，工程经验和试验研究等方面的进展，也参考了 国外标准的相关内容。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity71/342 结构分析的基本要求 结构设计要保证建筑物的安全使用，对结构分析的基本要求是：依据设定的结构方案和布置、确定合理的计算模型和分析方法、采用可能的不利荷载（作用）状况、通过分析运算，提交准确可靠的结构作用效应。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity72/342 5.1一般原则1.混凝土结构应进行整体分析，必要时对结构中的重要部位、形状突变部位及内力与变形有异常变化的部分如较大孔洞周围、节点及其附近区域、支座和集中荷载附近等应另作详细分析。（5.1.1） 现浇混凝土在施工阶段，检修阶段和使用阶段，预制构件在制作运输和安装阶段等应进行其可能不利作用效应组合的分析。2.对重要结构，应考虑偶然作用带来的影响，进行结构防连续倒塌分析。（5.1.2）3.结构分析模型应符合实际工作状况和受力条件，结构分析的结果应由相应的构造措施予以保证。如固端和刚节点的承受弯矩能力和对变形的限制；塑性铰的充分转动能力；适筋截面的配筋率和压区相对高度的限制等。（5.1.3）4.结构分析方法应符合三类基本方程，即力学平衡方程必须满足，变形协调（几何）条件应在不同程度上予以确定和本构（物理）关系需合理地选用。（5.1.4）ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity73/342 5.2五类结构分析方法（5.1.5）1.弹性分析方法 弹性分析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。 结构内力的弹性分析和截面承载力的极限状态设计相结合，实用上简易可行。按此设计的结构，其承载力一般偏于安全。少数结构因混凝土开裂部分的刚度减小而发生内力重分布，可能影响其它部分的开裂和变形状况。 杆系结构中构件的截面刚度按匀质的混凝土全截面计时，可考虑简化，即不计钢筋的换算面积，不扣除预应力筋孔道的面积；不同受力状态杆件的截面刚度，宜考虑混凝土开裂、徐变等因素的影响，予以折减。（5.3.2）ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity74/342附：对二阶效应的解释ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity75/342 《混凝土结构设计规范》GB50010-20101.二阶效应 结构中的二阶效应是：作用在结构上的重力荷载 或构件中的轴压力在变形后的结构或构件中引起 的附加内力（如弯矩）和附加变形（如结构侧 移、构件挠曲）。在结构分析中也称为“几何非线 性”。ProfessorTiechengWangandGuyiKangTianjinUniversity76/342P2.二阶效应的分类 建筑结构的二阶效应包括重力二阶效应（−Δ效 应）和受压构件的挠曲二阶效P应−δ（效应）两部 分。 P−Δ 1）结构侧移二阶效应（效应） 对于有侧移结构的偏心受压杆件，若杆件的长细比较 大时，在轴力作用下，由于杆件自身侧移的影响，通 常会增大杆件端部截面的弯矩，即产生效应。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”。ProfessorTiechengWangandGuyiKa