新混凝土规范应用.ppt
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1、混凝土结构设计规范(GB50010-2010)应用分析2011年8月,设计人员关注内容:1、与旧规范的区别2、设计中应用注意问题3、设计总说明修改内容4、规范修订对钢筋含量影响5、结构计算分析参数影响,3.1.1混凝土结构设计应包括下列内容: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。为满足建筑方案并从根本上保证结构安全,设计规范的内容从以构件(或截面)设计为主扩展到整个结构体系,本次修订加强了有关“结构设计”的要求。强调结构设计应考虑结
2、构方案、内力分析、截面设计、连接构造要求、耐久性、特殊工程的施工可行性及性能设计等。结构设计安全层次:1、结构方案;2、作用及分析;3、构件计算及验算;4、构件连接及构造;重要性依次递减。,新增内容,3.1.3混凝土结构的极限状态设计应包括:1 承载能力极限状态:结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形,或结构的连续倒塌;2 正常使用极限状态:结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。为结构安全计,本次修订在承载能力极限状态中增加了结构防连续倒塌的内容;为提高使用质量,正常使用极限状态中增加了舒适度的要求。,3.1.5 混凝土结构的安全等级和设计使用年限应符合
3、现行国家标准工程结构可靠性设计统一标准GB 50153 的规定。混凝土结构中各类结构构件的安全等级,宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件的安全等级,可根据其重要程度适当调整。对于结构中重要构件和关键传力部位,宜适当提高其安全等级。重要构件:楼梯间构件,避难室,框支柱、梁,负荷范围较大的柱,角柱等。关键传力部位:防撞墙,斜撑,泄能通道。,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
4、加冗余约束或有多条传力途径。结构方案对安全有着决定性的影响。在与建筑方案协调的条件下,结构体型(高度比、长度比)应适当,传力途径和构件布置应保证结构的整体稳固性。本条从各个角度提出在方案阶段应考虑的结构选型与构件布置的基本原则。,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。,为改善混凝土结构受力,设计中往往要设缝将结构分割为若干相对独立的单元。本条提出了“结构缝”的概念,不同类型结构缝是为消除下列不利因素
5、的影响: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。除永久性的缝以外,还应考虑临时性的缝:施工接槎、后浇带、控制缝等。,横线以上为新增的表达方式。,Rd 为新增系数。,3.4.1 混凝土结构构件应根据其使用功能及外观要求,进行正常使用极限状态的验算。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验算。,3.4.3 钢筋混凝土受弯构件的最大挠度应按荷载效应的准
6、永久组合,预应力混凝土受弯构件的最大挠度应按荷载的标准组合,并均应考虑荷载长期作用的影响进行计算,其计算值不应超过表 3.4.3规定的挠度限值。表 3.4.3受弯构件的挠度限值,3.4.5 结构构件应根据结构类型、裂缝控制等级和本规范第 3.5.2条规定的环境类别,按表 3.4.5的规定选用不同的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值 wlim及混凝土拉应力控制要求进行验算表 3.4.5 结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限值,3.4.6 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
7、 3Hz;4 工业建筑及有特殊要求的建筑应根据使用功能提出要求。考虑第9.1节、9.2节中已有对板、梁跨厚比的控制,一般结构及跨度不大的楼盖可以不作舒适度验算。,新增条文。,3.5.1混凝土结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计,耐久性设计包括下列内容:1 确定结构所处的环境类别;2 提出对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 不同环境条件下耐久性技术措施;5 提出结构使用阶段检测与维护的要求。注:对临时性的混凝土结构,可不考虑混凝土的耐久性要求。,新增条文。,3.5.2 混凝土结构的环境类别划分应符合表 3.5.2的要求。表 3.5.2混凝土结构的环境
8、类别,注:1 室内潮湿环境是指构件表面经常处于结露或湿润状态的 环境;2 严寒和寒冷地区的划分应符合国家现行标准民用建筑热工设计规范GB 50176的有关规定;3 海岸环境和海风环境宜根据当地情况,考虑主导风向及结构所处迎风、背风部位等因素的影响,由调查研究和工程经验确定;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。环境对混凝土结构耐久性的影响分为:正常环境、干湿交替、冻融循环、氯盐腐蚀四种。,3.5.3 设计使用年限为 50年的混凝土结构,其混凝土材料宜符合表 3.5.3的规定。表 3.5.3 结构混凝土材
9、料的耐久性基本要求,3.5.4 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
10、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。,3.5.8 混凝土结构在设计使用年限内尚应遵守下列规定:1 建立定期检测、维修制度;2 设计中的可更换混凝土构件应按规定更换;3 构件表面的防护层,应按规定维护或更换;4 结构出现可见的耐久性缺陷时,应及时进行检测处理。设计应对服役期房屋建筑的使用提出要求:应按规定的功能正常使用,并经常维修,定期检测,这是保证混凝土结构耐久性及应有功能的必要条件。,新增条文。(已写入总说明),3.6.1混凝土结构的防连续倒塌设计宜符合下列要求: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
11、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,布置备用的传力途径;4 增强疏散通道、避难空间等重要构件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,并与周边构件可靠地锚固;6 设置结构缝,控制可能发生连续倒塌的范围。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。如加强楼梯、避难室、底层边墙、角柱等重要部位;在关键要害区域设置缓冲装置(防撞墙、裙房等)或泄能通道(开敞布置或轻质墙体、屋盖等);布置分格缝以控制房屋连续倒塌的范围;增加关键部位的冗余约束及备用传力途径(斜撑、拉杆等)。本条给出了结构防连续倒塌设计的基
12、本原则,以定性设计的方法增强结构的防连续倒塌性能。冗余度/鲁棒性(robustness),实例:新疆乌鲁木齐住宅煤气爆炸,三层承重结构损毁严重,靠构造柱、上部整体悬臂作用、内纵墙支承。2011年4月,3.6.2 结构的防连续倒塌设计可采用下列方法:(定量方法)1 局部加强法:提高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受力安全储备,也可直接考虑偶然作用进行设计;2 拉结构件法:在结构局部竖向构件失效的条件下,可根据具体情况分别按梁-拉结模型、悬索-拉结模型和悬臂-拉结模型进行承载力验算,维持结构的整体稳固性(robustness鲁棒性)3 拆除构件法:按一定规则拆除结构主要受力构件,
13、验算结构体系中的剩余部分的极限承载力,也可采用倒塌全过程分析进行设计。防连续倒塌设计分析时:混凝土采用标准强度,钢筋采用极限强度。,4.1.2 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。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。,4.2.1 混凝土结构的钢筋应按下列规定选用:1 纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500 钢筋,也可采用HRB335、HR
14、BF335、HPB300、RRB400 钢筋;2 梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、RB500、HRBF400、HRBF500 钢筋,3 箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500 钢筋,也可采用HRB335、HRBF335 钢筋;4 预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。4.2.3用作受剪、受扭、受冲切承载力计算时,设计强度不大于360MPa;但用作为箍筋约束混凝土时不限。,4.2.4 普通钢筋及预应力筋在最大力下的总伸长率 应不小于表4.2.4 的规定的数值。,新增条文,4.2.7构件中的钢筋可采用并筋的配置形式。直径28mm 及
15、以下的钢筋并筋数量不应超过3 根;直径32mm 的钢筋并筋数量宜为2根;直径36mm 及以上的钢筋不应采用并筋。并筋应按单根等效钢筋进行计算,等效钢筋的等效直径应按截面面积相等的原则换算确定。新增条文:受力钢筋并筋(钢筋束)的概念 一般二并筋可在纵或横向并列,而三并筋宜作品字形布置。并筋可视为计算截面积相等的单根等效钢筋,相同直径的二并筋等效直径为1.41d;三并筋等效直径为1.73d。并筋等效直径的概念可用于本规范中钢筋间距、保护层厚度、裂缝宽度验算、钢筋锚固长度、搭接接头面积百分率及搭接长度等的计算中。,4.2.8 当进行钢筋代换时,除应符合设计要求的构件承载力、最大力下的总伸长率、裂缝宽
16、度验算以及抗震规定以外,尚应满足最小配筋率、钢筋间距、保护层厚度、钢筋锚固长度、接头面积百分率及搭接长度等构造要求。新增条文,抗震设计规范中属于强文,5.1.3 结构分析的模型应符合下列要求:1 结构分析采用的计算简图、几何尺寸、计算参数、边界条件以及结构材料性能指标等应符合实际情况,并应有相应的构造措施;2 结构上可能的作用的取值与组合、初始应力和变形状况等,应符合结构的实际状况;3 结构分析中所采用的各种近似假定和简化,应有理论、试验依据或经工程实践验证;计算结果的精度应符合工程设计的要求。,5.1.4 结构分析应符合下列要求:1 满足力学平衡条件;2 在不同程度上符合变形协调条件,包括节
17、点和边界的约束条件;3 采用合理的材料本构关系或构件单元的受力-变形关系。结构分析方法均应符合三类基本方程,即力学平衡方程,变形协调(几何)条件和本构(物理)关系。其中平衡条件必须满足;变形协调条件应在不同程度上予以满足;本构关系(本构关系详附录C)则需合理的选用。,5.1.5 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;(02规范是线弹性分析方法)2 塑性内力重分布分析方法;3 弹塑性分析方法;(新增)4 塑性极限分析方法;5 试验分析方法。,5.2.2 杆系结构的计算简图宜按下列方法确定:1 梁、柱等一维构件的轴线宜取为控制截面几何中心的连线,墙、板
18、等二维构件的中轴面宜取为控制截面中心线组成的平面或曲面。2 现浇结构和装配整体式结构的梁柱节点、柱与基础连接处等可作为刚接;非整体浇筑的次梁两端及板跨两端可近似作为铰接。3 梁、柱等杆件的计算跨度或计算高度可按其两端支承长度的中心距或净距确定,并应根据支承节点的连接刚度或支承反力的位置加以修正;4 梁、柱等杆件间连接部分的刚度远大于杆件中间截面的刚度时,在计算模型中可作为刚域处理。,5.2.3 进行结构整体分析时,对于现浇结构或装配整体式结构,可假定楼盖在其自身平面内为无限刚性。当楼盖开有较大孔或其局部会产生明显的平面内变形时,在结构分析中应考虑其影响。一般的建筑结构的楼层大多数为现浇钢筋混凝
19、土楼板或有现浇面层的预制装配式楼板,可近似假定楼板在其自身平面内为无限刚性,以减少结构的自由度数,简化结构分析。实践证明,采用刚性楼板假定对大多数建筑结构进行分析,其分析精度都能够满足工程设计的需要。若因结构布置的变化导致楼板面内刚度削弱或不均匀时,结构分析应考虑楼板面内变形的影响。根据楼面结构的具体情况,楼板面内变形可按全楼、部分楼层或部分区域考虑。,5.2.4 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 bf 可按表5.2.4 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
20、确定,注:1 表中b 为梁的腹板厚度;2 肋形梁在梁跨内设有间距小于纵肋间距的横肋时,可不考虑表中情况3 的规定;3 加腋的T 形、I 形和倒L 形截面,当受压区加腋的高度hhhf且加腋的长度bh 3hh时,其翼缘计算宽度可按表中情况3 的规定分别增加2bh(T 形、I 形截面)和bh(倒L 形截面);4 独立梁受压区的翼缘板在荷载作用下经验算沿纵肋方向可能产生裂缝时,其计算宽度应取腹板宽度b。,现浇楼面和装配整体式楼面的楼板作为梁的有效翼缘,与梁一起形成T形截面,提高了楼面板的刚度,结构分析时应予以考虑。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T
21、形截面方式考虑楼板的刚度贡献,相对比较合理。,5.2.5 当地基与结构的相互作用对结构的内力和变形有显著影响时,结构分析中宜考虑地基与结构相互作用的影响。5.3.4 当结构的二阶效应可能使作用效应显著增大时,在结构分析中应考虑二阶效应的不利影响。混凝土结构的重力二阶效应可采用有限元分析方法计算也可采用本规范附录B 的简化方法。当采用有限元分析方法时,宜考虑混凝土构件开裂对构件刚度降低的影响。建筑结构的二阶效应包括重力二阶效应(P效应)和受压构件的挠曲效应(P效应)两部分。重力二阶效应计算属于结构整体层面的问题,一般在结构整体分析中考虑。受压构件的挠曲效应计算属于构件层面的问题,一般在构件设计时
22、考虑。,5.4.1 混凝土连续梁和连续单向板,可采用塑性内力重分布方法进行分析。重力荷载作用下的框架、框架-剪力墙结构中的现浇梁以及双向板等,经弹性分析求得内力后,可对支座或节点弯矩进行适度调幅,并确定相应的跨中弯矩。5.4.2 按考虑塑性内力重分布分析方法设计的结构和构件,选用符合规定的钢筋,并应满足正常使用极限状态的要求且采取有效的构造措施。对于直接承受动力荷载的构件,以及要求不出现裂缝或处于三a、三b 类环境情况下的结构,不应采用考虑塑性内力重分布的分析方法。,02规范这里为“宜”,5.4.3 钢筋混凝土梁支座或节点边缘截面的负弯矩调幅幅度不宜大于25%;弯矩调整后的梁端截面相对受压区高
23、度不应超过0.35(保证塑性),且不宜小于0.10。钢筋混凝土板的负弯矩调幅幅度不宜大于20%。,5.5.2 混凝土结构的弹塑性分析,可根据实际情况采用静力或动力分析方法。结构的基本构件计算模型宜按下列原则确定:1 梁、柱等杆系构件可简化为一维单元,宜采用纤维束模型或塑性铰模型;2 墙、板等构件可简化为二维单元,宜采用膜单元、板单元或壳单元;3 复杂的混凝土结构、大体积结构、结构的节点或局部区域需作精细分析时,宜采用三维块体单元。5.6.1 对不承受多次重复荷载作用的混凝土结构,当有足够的塑性变形能力时,可采用塑性极限理论的分析方法进行结构的承载力计算,同时应满足正常使用的要求。,新增条,5.
24、6.2 整体结构的塑性极限分析计算应符合下列规定:1 对可预测结构破坏机制的情况,结构的极限承载力可根据设定的结构塑性屈服机制,采用塑性极限理论进行分析;2 对难于预测结构破坏机制的情况,结构的极限承载力可采用静力或动力弹塑性分析方法确定;3 对直接承受偶然作用的结构构件或部位,应根据偶然作用的动力特征考虑其动力效应的影响。塑性铰线法应根据以下假定进行计算:1 板被塑性铰线分成若干板块,形成几何可变体系;2 配筋合理时,通过塑性铰线的钢筋均达到屈服,且塑性铰线可在保持屈服弯矩的条件下产生很大的转角变形;3 塑性铰线之间的板块处于弹性阶段,与塑性铰线上的塑性变形相比很小,故板块可视为刚体。,条带
25、法可根据板面荷载的合理传递分布假定,将双向板简化为两个方向的单向板进行计算。对于开洞口的双向板,应在洞口周边考虑加强板带,并据此给出板面荷载的传递分布。对于不考虑竖向不均匀变形影响的双向板发生板的破坏机构,可采用下述近似方法进行分析。承受竖向均布荷载的双向矩形板(图5.6.2),板塑性铰线上的总极限弯矩值应满足下式要求:,图5.6.2 不考虑竖向不均匀变形影响的矩形双向板塑性铰线分布,两个方向跨中截面单位长度极限弯矩的比值可取为(5.6.2-2)两个方向支座截面与跨中截面单位长度极限弯矩的比值:,可取1.5-2.5。(一般取1.61.8)双向板有简支边或者部分极限弯矩已知时,式(5.6.2-1
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