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混凝土结构设计规范GB50010-2010


《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
主要修订内容介绍
东南大学 张志强

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

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

一、修订概况
1.1 修订原则
1、适当增加结构的安全储备以及抗灾性能,注重结构的整体稳固 性。 2、规范从以截面配筋计算为主扩展到结构体系的设计,强调概念 设计的重要性。 3、淘汰低强材料采用高强材料,提高资源利用效率,落实“四节 一环保”。 4、贯彻可持续发展的基本国策,完善耐久性设计,补充既有结构 设计的原则。 5、拓展结构分析的内容,系统提出各种分析方法,包括间接作用 分析的原则。

6、补充、完善构件斜截面受剪、冲切、拉弯剪扭复合受力等 的 承载力计算。 7、修改、完善正常使用状态验算,调整裂缝宽度及挠度计算, 增加舒适度要求。 8、改进钢筋保护层、锚固、连接、最小配筋率及各类构件连 接 构造措施的有关内容。 9、补充、完善并集中表达预应力构件设计的有关内容,包括 无 粘结预应力。 10、加强与抗震规范的协调,补充、完善结构抗震的有关内容。 11、进一步与国际接轨,实现与相关标准及土木工程其它专业 规范的合理分工、协调。

1.2 主要修订技术要点
1.补充了“结构方案”和“结构抗倒塌”的设计原则; 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 状态设计的有关规定; 4.增加了楼盖舒适度的设计要求; 5.修订了环境等级划分,完善了耐久性设计;适当调整 了钢筋保护层厚度;

6.淘汰了235MPa级低强钢筋,增加500MPa级高强钢筋; 7. 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;

11.修改了钢筋混凝土框架柱双向受剪承载力计算方 法; 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.修改了钢筋锚固长度的有关规定; 15.调整了混凝土结构构件纵向受力钢筋最小配筋率的 要求; 16.补充了双向受剪钢筋混凝土框架柱的抗震设计相关 规定。

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17.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。 18.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。 19.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。 20.补充了预应力混凝土构件抗震设计的相关要求。 21.增加了冲切及板柱节点抗震设计的相关规定。

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1.3 试设计分析
1) 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)。

(2)试设计总结 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。

5.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。

8.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。

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二、术语与符号
2.1 术语
规范给出22个专用术语。

(1)结构缝 structural joint 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。 (2)混凝土保护层 concrete cover 构件中钢筋外缘至构件表面的混凝土层,简称保护层。

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》GB 1499 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 -?) 由“ηs ”表示。

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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。

2.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。

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。

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)

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3.2 结构方案(3.2.1-3.2.4新增条文)
(1)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 宜采取减小偶然作用影响的措施;
强调结构方案的重要性,其决定了结构体系的合理与否,对建筑物 的安全有着决定性的影响。但其没有计算,只能以概念设计落实。因此 方案阶段应考虑加强结构整体稳定性的设计原则,在与建筑方案协调时 应考虑结构体型(高度比、长度比)适当。

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。 结构缝的类型: 伸缩缝:减小混凝土收缩、温度变化引起的胀—缩变形的不利影响; 沉降缝:减小基础不均匀沉降的不利影响; 防震缝:防止地震时相邻结构互相撞击破坏; 构造缝:防止结构局部应力集中的不利影响; 体形缝:避免结构刚度及质量突变引起的不利影响; 分割缝:防止结构连续倒塌,控制倒塌范围; 临时缝(施工接槎和后浇带等):消除某些暂时性(早期收缩)的不 利影响; 控制缝:预留薄弱截面,利用混凝土收缩在指定部位按需的形式开裂, 并预先采取措施,消除设缝的不利影响。

3.2.3 结构构件连接应符合下列要求: 1 连接部位的承载力不应小于被连接构件的承载力,并应保证被连接构 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。 3.2.4 混凝土结构设计应符合节省材料、方便施工、降低能耗与保护环境 的要求。

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)
γ0S≤R R=R(fc, fs, ak, … …) / γRd (3.3.2-1) (3.3.2-2)

γRd——结构构件的抗力模型不确定性分项系数

2 对二维、三维混凝土结构构件,当按弹性或弹塑性方法分析并以 应力的形式表达时,可将混凝土应力按区域等代成内力设计值,按 3.3.2条进行计算;也可直接采用多轴强度准则进行设计验算。 (3.3.3条)

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。

3.3.4 (新增)偶然作用下承载力极限状态设计时的计算规定。 作用效应设计值S按偶然组合计算 结构重要性系数γ0取不小于1.0的数值 材料强度取标准值 3.3.5(新增)既有结构承载力极限状态设计时的计算规定

3.4 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 ≤C

2. 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。

3. 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。

4. 02规范对受力裂缝的控制偏严,新规范 适当放松(3.4.4)

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:

(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:

(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。

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:

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。 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)

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。

一类环境中,设计年限为100年的混凝土结构的耐久性 要求(3.5.5) 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)。

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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。

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。

1. 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。

2. 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。

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。

4. 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)

5. 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。

6. 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)。

3.7.3既有结构的设计规定:
1、优化结构方案,提高整体稳固性,避免质量、刚度及承 载力的突变; 2、荷载作用按现行规范,也可根据使用功能和后续年限适 当调整; 3、既有部分根据实测确定设计参数(材料性能、几何尺寸、 已有缺陷等);也可根据情况按原规范确定; 4、后加部分材料性能按现行规范取值,并考虑既有部分承 载历史及施工状态影响加以折减; 5、结构总体按二阶段成形叠合结构设计,两部分间应采取 可靠连接构造措施,以保证整体受力。

3.7 既有结构设计原则
3.7.1既有结构的设计包含的范围:延长使用年限、改变
用途、改建、扩建、加固修复。 3.7.2既有结构的设计原则: 1、根据统一标准(安全、适用、耐久及抗灾)要求,通过 规范GB50153进行检测评定; 2、从结构的整体稳固性的角度确定结构方案,避免单纯构 件加固的局限性; 3、改扩建、加固改造的承载力应符合现行规范的要求;复 核、改用途、延长年限宜符合现行规范的要求; 4、使用状态、构造要求宜符合现行规范;必要时可采用调 整功能、限制使用等手段满足相应的要求。

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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。 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 钢筋
1.热轧钢筋的品种及牌号

2.钢筋的强度设计值和伸长率

3. 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

只能反映钢筋断口颈缩区域残余变形的大小;不同标 距长度l0得到的结果不一致;忽略了钢筋的弹性变形, 不能反映钢筋受力时的总体变形能力;容易产生人为 误差。

4. 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)

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:

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。

5. 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

γ s = 1.15 ;延性稍差的预应力筋 γ s = 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 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 f yv 不大于 360MPa。 无粘结预应力筋不考虑抗压强度。

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)

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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。

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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。

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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)

附:对二阶效应的解释

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1. 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”。

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2. 二阶效应的分类
建筑结构的二阶效应包括重力二阶效应( P-?效应) 和受压构件的挠曲二阶效应( P-δ效应)两部分。

1)结构侧移二阶效应( P-?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”。

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Professor Tiecheng Wang and Guyi Kang

Tianjin University

2)杆件挠曲二阶效应( P-δ效应) 由轴压力在杆身自身挠曲后引起的局部二阶效应。 通常 P-δ效应起控制作用的情况仅在少数偏压构 件中出现。例如反弯点不在层高范围内较细长的偏

压杆则可能属于这种情况。

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杆件挠曲二阶效应

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3. 框架结构二阶效应的基本规律

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? 除底层柱以外, P-δ不增大其它各层柱上、下端竖向荷载一阶 弯矩,反而略有减小作用图(a)(A) ? P-?效应增大所有柱端水平荷载弯矩图(b),每一层的效应对该

层层间位移的增大程度与该层每一柱端弯矩的增大程度是相同的,但 竖向荷载弯矩不被 P-?效应增大。 ? P-δ效应减少梁端竖向荷载弯矩, P-?效应增大梁端水平荷载
弯矩图(a)(b) ? 当框架产生水平位移时,柱除产生 P-?效应外,它相对于自己 的轴线也产生了挠曲,所以轴压力在柱自身挠曲变形中也将形成 P-δ效应,但通常不起控制作用。 ? 如果框架杆件在无侧移状况下过于细长,在柱高度范围内被 P-δ效应增大了的弯矩有可能大于柱端一阶弯矩,从而形成对框架 柱截面设计起控制作用图(B)。
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4. 在二阶效应计算中需注意的主要问题
1.

P-?效应只增大引起结构侧移荷载产生的一阶弯矩 M s ,不增大不引起结
ns 。

构侧移荷载产生的一阶弯矩 M

M = M ns +ηs M s *
(见附录 B. B.0.1 条)

ηs —— P-?效应弯矩增大系数 P-?效应增大的比例应相同(层效应)。

2.框架结构同层各柱柱端的 M s 被

3.进行内力分析时,必须考虑钢筋混凝土结构构件材料的非弹性特点,否则附 加弯矩(二阶弯矩)可能小 40~60%(不能用弹性刚度,若用弹性刚度则?, f 值小)。 * 原规范不加区别,全部放大 M = ηs (M

ns

+ M s)

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5. P-?效应的分析方法(5.3.4条)

1) 有限元分析方法,宜考虑混凝土构件开裂对构件刚 度降低的影响( 否则,二阶弯矩可能低估 40~60%),亦可称作:考虑折减构件刚度的弹性二 阶分析方法。 我国02规范7.3.12条称作:考虑二阶效应的弹性 分析方法。美国(ACI318-05)(10.13.4 条)称作 二阶弹性分析方法

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构件刚度折减系数

规范
02规范 新规范附录B


0.4 0.4


0.6 0.6

剪力墙,筒体
0.45(0.7) 0.45(0.7)

美国
欧洲

0.35
0.5

0.7
0.5

0.35(0.7)
0.5

()内为不开裂时的值。新规范5.3.4条未明确刚 度折减系数取值,使用程序时应予以关注为妥。

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2) 附录 B 的简化方法:
近似计算偏压构件结构侧移的二阶效应的增大系数法。 a. 近似:相对于有限元分析方法而言。 b. 计算 P-?效应,不涉及 P-δ效应。 c. 增大系数法: 层增大系数法——框架结构; 整体增大系数法——剪力墙结构,框—剪结构,筒体结构。 增大系数法:我国高规 JGJ3-2002 第 5.4 条,已经采用。 第 5.4.3 条给出了内力(弯矩)位移放大系数的计算公式。

6. 增大系数法( P-?效应)
严格地讲,考虑 P-?效应和 P-δ效应进行结构分析时,应考虑材料的非线 性、裂缝、构件的曲率、层间位移、荷载的持续作用、混凝土的收缩、徐变等因 素,目前这种分析尚存在困难,因此一般采用简化分析方法。 1) . 层增大系数法( P-?效应) B.0.1 条:

M = M ns + ηs M s
? = ηs ? i
M ns ——不引起结构侧移荷载产生的一阶弹性分析的构件端弯矩;

M s ——引起结构侧移荷载产生的一阶弹性分析的构件端弯矩。

ηs ——P-△效应增大系数; ? i——一阶弹性分析的层间位移。
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8. 排架结构—仍采用02规范

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框架结构中,楼层各柱的ηs 可按下列公式计算:

式中:

D — 所计算楼层的侧向刚度。在计算结构构件弯矩增大系数与计算结构位移
增大系数时,应按本规范第 B.0.5 条规定取用结构构件刚度,并用相应 的结构刚度进行计算;

N j —计算楼层第 j 列柱轴力设计值; H 0 —计算楼层的层高。

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剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构中的?s 可按下列公式计算:

排架结构中的?s 可按下列公式计算:

当采用上述公式计算各结构构件中的弯矩增大系数ηs 时,宜对构件的 弹性抗弯刚度 Ec J d 乘以折减系数:对梁,取 0.4;对柱,取 0.6;对剪力墙 及核心筒壁,取 0.45;当计算各结构中的位移增大系数ηs时,可不对刚度 进行折减。

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新规范对重力二阶效应计算( P -Δ)放在结构整体分析中 考虑,提出了有限元法和增大系数两种方法。(5.3.4)

混凝土结构由侧移产生的重力二阶效应( P -Δ效应)可采 用有限元分析方法计算,也可采用新规范附录 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。严格地讲,考虑 P -Δ效应和 p -效应进行结构 分析时,应考虑材料的非线性、裂缝、构件的曲率、层间位移、 荷载的持续作用、混凝土的收缩、徐变等因素,目前这种分析 尚存在困难,因此一般采用简化分析方法。

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2. 考虑塑性内力重分布的分析方法

设计超静定混凝土结构,具有充分发挥结构潜力,节 约材料,简化设计和方便施工等优点。但应注意到,结构 的变形和裂缝可能相应增大。 超静定结构在出现弹塑性铰后会发生内力重力分布, 为节约村料,可利用该特点进行构件之间的内力调幅。本 规范规定重力荷载作用下的框架、框剪结构中的现浇梁及 双向板等,可对支座节点弯矩进行调幅。(5.4.1)

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对直接承受动力荷载的构件及要求不出现裂缝或环境 类别为三a、三b等情况下的结构,由于塑性铰的出现,构 件变形和裂缝宽度较大,所以不应考虑塑性内力重分布的 分析方法。 对一般结构考虑采用内力重分布方法分析时,应满足 正常使用极限状态的要求(限制裂缝),并采取有效构造 措施。(5.4.2) 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度不应超过 0.35,且不宜小于0.10;板的负弯矩调幅幅度不宜大于 20%。(5.4.3)

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3. 弹塑性分析方法
以钢筋混凝土的实际力学性能为依据,引入相应的本 构关系后,可进行结构受力全过程的分析,而且可以较 好地解决各种体形和受力复杂结构的分析问题。但这种 分析方法比较复杂,计算工作量大,各种非线性本构关 系尚不够完善和统一,至今应用范围仍然有限。主要用 于重要、复杂结构工程的分析和罕遇地震作用下的结构 分析。

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重要或受力复杂的结构,宜对结构进行整体或局部 的弹塑性验算。进行弹塑性分析时,首先应预先设定构 件各部分尺寸和材料性能指标。应根据实际情况采用不 同的离散尺度,确定相应的本构关系(如应力 — 应变 关系、弯矩 — 曲率关系、内力 — 变形关系等)。 确定钢筋和混凝土的材料特征值及本构关系时,宜 事先进行试验分析确定,也可采用附录C提供的材料强 度、本构模型或强度准则。新规范附录C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,满足了混凝土结构非线性分析的需要。 (5.5.1)

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结构构件的计算模型及离散尺度按以下原则确定(5.5.2)
(1)梁、柱等杆系,一个方向的正应力明显大于其 余两个正交方向的应力,可简化为一维单元。 (2)墙、板等构件两个方向的正应力明显大于另一 方向的应力,可简化为二维单元。 (3)复杂的混凝土结构,大体积结构,结构的节点 或局部需作精细分析时,三个方向正应力无显著差异, 应按三维单元考虑。 某些变形较大的构件或节点需进行局部精确分析 时,宜考虑钢筋混凝土间的粘结本构关系(规范附录 C)(5.5.3)。

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4. 塑性极限分析方法又称塑性分析法或极限平衡法 此法主要用于周边有梁或墙支承的双向板设计。工 程设计和施工实践经验证明,按此法进行计算和构造设 计简便易行。可以保证结构的安全。 对于超静定结构,结构中的某一个截面(或某几个 截面)达到屈服,整个结构可能并没有达到其最大承载 力,外荷载还可以继续增加。先达到屈服截面的塑性变 形会随之不断增大,并且不断有其他截面陆续达到屈 服。直至有足够数量的截面达到屈服,使结构体系即将 形成几何可变机构,结构才达到最大承载力。 (5.6.1)

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因此,利用超静定结构的这一受力特征,可采用塑 性极限分析方法来计算超静定结构的最大承载力,并以 达到最大承载力时的状态,作为整个超静定结构的承载 能力极限状态。这样既可以使超静定结构的内力分析更 接近实际内力状态,也可以充分发挥超静定结构的承载 潜力,使设计更经济合理。

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但是,超静定结构达到承载力极限状态(最大承载 力)时,结构中较早达到屈服的截面已处于塑性变形阶 段,即已形成塑性铰,这些截面实际上已具有一定程度 的损伤。如果塑性铰具有足够的变形能力,则这种损伤 对于一次加载情况的最大承载力影响不大。但是对于重 复荷载作用,由于屈服截面在塑性阶段重复加载作用下 的低周疲劳效应,会使塑性铰的承载力降低,从而使整 个结构不能达到静力荷载作用下的最大承载力。 为安全计,建议塑性极限分析方法不得用于承受多 次重复荷载作用的混凝土结构。

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塑性铰线法应根据以下假定进行计算(5.6.2): (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可采用塑性铰线法或条带法等 塑性极限分析法进行承载能力极限状态的分析与设计。

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5. 试验分析方法
对体型复杂或受力状况特殊的结构或其部分,可采 用试验方法对结构的材料性能、本构关系、作用效应等 进行实测或模拟,为结构分析或确定设计参数提供依 据。

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6. 间接作用效应分析 大体积混凝土结构,超长混 凝土结构在收缩、徐变、温度等间接作用下裂缝问题比 较明显,宜进行间接作用效应分析。对允许出现裂缝的 构件,应考虑裂缝开展使构件刚度降低的影响。其分析 方法可采用弹塑性分析法或采用考虑裂缝开展刚度降低 后的刚度,按弹性分析方法近似进行计算。 (5.7.1)、(5.7.2)

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5.3 分析模型
杆系结构宜按空间体系进行分析,并考虑杆件弯 曲、轴向、剪切和扭转变形对结构内力的影响。可按下 述规定进行简化。 体形规则的空间杆系结构,可按柱列或墙轴线分解 为不同方向的平面结构进行分析,但应考虑平面结构的 空间协调;杆件的轴向、剪切和扭转变形对结构内力分 析影响不大时,可给出计算简图的确定方法;在整体分 析中楼板假定在自身平面内无限刚性及当楼板产生明显 的平面内变形时,应在整体分析中予以考虑;对现浇楼 板和装配整体式楼板宜考虑楼板作为翼缘对梁刚度和承 载力的影响。(5.2.2~5.2.4)

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《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

六、承载能力极限状态计算
6.1 一般规定
混凝土结构的承载能力极限状态,是指对应于结构 或构件达到最大承载力或不适合继续承载的变形的极限 状态。混凝土结构构件或构件截面承受作用效应并达到 其极限状态的能力,称为承载力或抗力。在设计结构构 件时,应根据其属于那种性质的破坏极限状态,选用相 应的承载力函数。

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6.2 正截面承载力计算
1. 受压构件的挠曲二阶效应( p - 效应) 2. Cm —ηns 方法( p - 效应) 各类混凝土结构中的偏心受压构件在确定偏心受压构 件的内力设计值(M、N、V、T 等)时,均应遵守规范第 5.3.4 条规定,考虑二阶效应( p -?效应)的影响。 对于有侧移和无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,由于杆件自身挠曲变形的影响, 通常会增大杆件中间区段截面的弯矩,即产生 p - 效应。

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对于有侧移和无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,由于杆件自身挠曲变形的影响, 通常会增大杆件中间区段截面的弯矩,即产生 P - 效应。 只要杆件发生单曲率弯曲且两端的弯矩值比较接近时, 就可能出现杆件中间区段截面考虑 P - 效应后的弯矩值超 过杆端弯矩的情况,从而使杆件中间区段的截面成为设计的 控制截面;或者即使杆件发生双曲率弯曲,但如果杆件中的 轴压比较大,也有可能发生考虑附加弯矩后的杆件中间区段 截面的弯矩值超过杆端弯矩的情况。

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根据国外相关文献资料、规范以及近期国内对不同 杆端弯矩比、不同轴压比和不同长细比的杆件进行计算 验证表明,当柱端弯矩比不大于0.9且轴压比不大于0.9 时,若杆件的长细比满足要求,则考虑杆件自身挠曲后 中间区段截面的弯矩值通常不会超过杆端弯矩,即可以 不考虑该方向杆件自身挠曲产生的附加弯矩影响。

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杆件端弯矩设计值通常指不利组合的弯矩设计值,考虑 P ? 效应 ? 的方法采用的是 “轴力表达式”,为沿用我国工程设计习惯,新规范
将?ns 转换为理论上完全等效的“曲率表达式”。Cm 系数计算公式是在 经典弹性解析解的基础上,考虑了钢筋混凝土柱非弹性性质的影响, 并根据国内外的系列试验数据,经拟合调整后得出的。 本条的构件端弯矩设计值通常指不利组合的弯矩设计值;对一、 二、三级抗震等级的混凝土构件,此值已经考虑了规范第十一章规定 的“强柱弱梁”及其他有关调整。 提出考虑 p - 效应的方法与美国 ACI 318-08 规范基本相同。美 国规范在计算ηns 时采用的是“轴力表达式”,为沿用我国工程设计习 惯,改将ηns转换为理论上完全等效的“曲率表达式”。(6.2.4)

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弯矩作用内截面对称的偏心受压构件,当同一主轴方向的杆端弯矩 比 M1 不大于 0.9 且设计轴压比不大于 0.9 时,构件的长细比满足广义 M2 的界限条件公式的要求,可不考虑该方向构件自身挠曲产生的附加弯矩 影响。

式中

M1 、M 2 —分别为偏心受压构件两端截面按结构分析确定的对同 一主轴的弯矩设计值;绝对值较大端为 M 2 ,绝对值 较小端为 M1 ,当构件按单曲率弯曲时, M1 / M 2 为 正,否则为负; l0 —构件的计算长度,此处可近似取偏心受压构件相应主轴方向 两支撑点之间的距离; i —偏心方向的截面回转半径。

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此外,在弯矩增大系数?ns 计算公式中,取消了构件不同长细比 对截面曲率的修正系数 ζ2 。 ζ 2 原本是考虑当杆件长细比较大时,在 最大弯矩截面的曲率未到达极限曲率时杆件可能发生失稳破坏而对 截面极限曲率采取折减的处理方法。但从结果看,当长细比较大时, 杆件的挠曲变形将更大,本应考虑可能出现更大的附加弯矩,或者说 考虑更大的弯矩增大系数ηns 来抵御可能发生的失稳破坏。而原计算 公式中杆件的长细比越长,修正系数 ζ 2 却降低了ηns ,因此取消了公 式中的 ζ 2 。 考虑二阶效应排架结构的计算方法基本维持 02 版规范不变。

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6.3 斜截面承载力计算
1. 02 版规范,矩形、T 形和 I 形截面的一般受弯构件,斜截面受 剪承载力按下式计算: Asv V ≤ Vcs = 0.7 f t bh0 + 1.25 f yv h0 s 集中荷载作用下的独立梁(包括作用多种荷载,且其中集中 荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的 75%以 上的情况),斜截面受剪承载力按下式计算: 1.75 Asv V ≤ Vcs = f t bh 0 + f yv h0 λ+ 1.0 s

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02规范受剪承载力计算公式及其问题 两个计算公式计算结果的差异 集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的 75%左右时,如果分别按两种情况进行计算结果,其配箍率却有着 很大的差异。

集中载荷计算公式与均布载荷计算公式的配箍率比较
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用 m 表示集中载荷对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力 值的75%左右时,两种不同计算模式引起的配箍率差异,则

式中: ( ρsv )1 ——按均布载荷作用进行计算所得的配箍率; (ρ sv ) 2 ——按集中载荷作用进行计算所得的配箍率。 根据设计剪力大小的不同,同时考虑最小配筋率和截面尺寸要求,计 算可得到 m 的取值范围为下图中的阴影部分。

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配箍率差异的取值范围

由上图可以看出,复杂荷载作用下,用两种计算公式 引起的最大配箍差异为134%。《混凝土结构设计规范》 对多种复杂载荷作用下的斜截面受剪承载力计算公式采 用了一刀切的办法处理,造成了配箍的不连续问题。

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02版规范的受剪承载力设计公式分为集中荷载和均 布荷载两种情况,较国外多数国家的规范烦琐,且两个 公式在临界集中荷载为主附近计算值不协调,甚至差异 过大。因此,建立一个统一的受剪承载力计算公式是规 范修订和发展的趋势。

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考虑到我国的国情和规范的设计习惯,且过去的规范的受剪承 载力设计公式分两种情况用于设计也是可行的,此次修订实质上仍 保留了受剪承载力计算的两种形式,只是在原有受弯构件两个斜截 面承载力计算公式的基础上进行了改进,混凝土项系数不变,仅对 均布荷载公式的箍筋项系数进行适当调整,由1.25改为1.0。通过 对55个均布荷载作用下有腹筋简支梁构件试验的数据进行分析(试 验数据来自原冶金建筑研究总院、同济大学、天津大学、重庆大 学、原哈尔滨建筑大学、R.B.L.Smith等),结果表明,此次修订 公式的可靠度有一定程度的提高,但与国外主要规范相比依然处于 较低水平。采用本次修订公式进行设计时,箍筋用钢量比02版规范 计算值可能增加约25%。箍筋项系数由1.25改为1.0,也是为将来统 一一个受剪承载力计算公式建立基础。

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《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

各国规范受剪承载力设计公式的比较

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各国规范公式的比较

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新规范公式是在02规范的一般受弯构件斜截面承载 力计算公式的基础上进行改进,混凝土项系数不变, 仅对箍筋项系数进行适当折减。取均布荷载作用下试 验数据,新规范公式与各国规范公式的对比如下图所 示。 由图可以看出:均布荷载作用下,受剪承载力建议 公式较我国现有均布荷载下的设计公式偏于安全,公 式的可靠度有一定程度地提高。同时,与国外各国受 剪承载力计算公式相比,新规范公式的可靠度还是低 于其他国家规范的设计公式。

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新规范公式的可靠性分析

根据国内外55根均布荷载作用下有腹筋简支梁试验 数据,通过可靠度计算,新规范公式及美国规范公式的 可靠度指标分别为4.35、4.52与5.37,满足大于《建筑结 构可靠度统一标准》中脆性破坏可靠度指标3.7的要求。 新规范公式的可靠度比我国02规范公式可靠度略有 提高。

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框架梁

考虑地震作用组合的框架梁,其斜截面的受剪承载力 (作相应修改)应符合下列规定:

对集中荷载作用为主的框架梁,仍按 02 规范的规定。

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框架柱和剪力墙

对框架柱和剪力墙,考虑到计算公式中用剪跨比 来表述是适宜的,与02规范公式相同。

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试验研究表明,预应力对构件的受剪承载力起有利 作用,主要因为预压应力能阻滞斜裂缝的出现和开展, 增加了混凝土剪压区高度,从而提高了混凝土剪压区所 承担的剪力。

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根据试验分析,预应力混凝土梁受剪承载力的提高主要与 预加力的大小及其作用点的位置有关。试验表明,预加力对梁 受剪承载力的提高作用应给予限制。因此,预应力混凝土梁受 剪承载力的计算,可在非预应力梁计算公式的基础上,加上一 项施加预应力所提高的受剪承载力设计值 0.05Npo,且当 Npo 超过 0.3 fc A0 时,只取 0.3 fc A0 ,以达到限制的目的。 同时,它仅用于预应力混凝土简支梁,且只有当 Npo 对梁产 生的弯矩与外弯矩相反才能予以考虑。对于预应力混凝土连续 梁,尚未作深入研究;对允许出现裂缝的预应力混凝土简支梁, 考虑到构件达到承载力时,预应力可能消失,在没有充分试验 依据之前,暂不考虑预应力对截面抗剪的有利作用。

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3. 双向受剪承载力
修改了双向受剪承载力计算方法,采用椭圆规律为基础的表达式, 并与单向受剪衔接。 试验表明,矩形截面钢筋混凝土柱在斜向水平作用下的抗剪性能 与在单向水平荷载作用下的受剪性能存在着明显的差别。根据国外的 有关研究资料以及国内配置周边箍筋的斜向受剪试件的试验结果,分 析表明,构件的受剪承载力大致服从椭圆规律:

采用以椭圆规律的受剪承载力方程式为基础,并与单向偏心受压 构件受剪的截面要求相衔接的表达式(6.3.16)。

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在进行斜向抗剪强度设计时,如果仅仅在两个主轴 方向分别按正向抗剪进行设计,则过高地估计了受剪承 载力,斜方向上的剪力会超过斜方向上的抗剪强度,是 不安全的。为了保证在斜方向有足够的抗剪强度,设计 计算时,需要在两个方向上进行超强设计,即增大两个 正方向上的剪力设计值,或减小两个正方向上的抗剪强 度,以保证设计安全。

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超强设计的概念
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超强系数法
在进行斜向抗剪强度设计时,对二个主轴方向同时承 受水平剪力作用的钢筋混凝土矩形或方形截面柱,如果仅 仅在二个主轴方向分别按正向抗剪进行设计,则会带来斜 方向的剪力超过斜方向上的抗剪强度,设计不安全的问 题。为了保证在斜方向有足够的抗剪强度,设计计算时,

需要在两个正方向上进行超强设计,即增大两个正方向上
的剪力设计值,或减小两个正方向上的抗剪强度和,以保 证设计安全。

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最小体积用钢量法

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双向受剪承载力计算 双向受剪承载力计算
按照02规范,双向受剪钢筋混凝土框架结构的
柱斜截面受剪承载力计算公式为:

可用于复核问题
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设计时可近似取

Vux = 1 Vuy

双向受剪承载力计算公式可简化为:

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双向受剪承载力计算公式可简化为:

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02规范对双向受剪计算采用的“超强系数法”是对总的受剪承载 力进行折减(即对荷载增强),新规范仍采用与02规范相同的双向 受剪承载力计算方法

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附:关于双向受剪承载力的讨论
02版规范对双向受剪计算采用的“超强系数法”是对总的受剪承 载力,这种折减方法有不合理之处,简单按照正向受剪承载力公式 计算双向受剪承载力偏于不安全,主要原因是由于在设计时重复考 虑了混凝土的抗剪作用,即全部混凝土截面用于抵抗X方向剪力, 又全部用于抵抗Y 方向剪力,因而过高的估计了混凝土的抗剪作 用。

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混凝土的斜向受剪承载力进行分解后,在 X、Y 方 向对混凝土项是两项相关,而对在 X、Y 方向的箍筋项 是互不影响的。基于以上考虑,在双向受剪承载力计算 公式中,仅对混凝土项折减,而不对箍筋项折减。

考虑到计算方法的简洁,以及混凝土项两向相关的 影响,双向受剪承载力计算仍采用椭圆的模式。为了简 化计算,对剪力设计值 V 的作用方向与 x 轴的夹角θ在 0? ~10? 80? 和 ~90? 时,可按单向受剪计算。

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对无腹筋混凝土框架柱的试验表明,偏于安全地可用圆方程
表示矩形截面无腹筋混凝土框架柱双向 受剪承载力的相关关系。混凝土项的斜截面受剪承载力设计值 Vux' ,c 、Vux' ,c 可按下列公式计算:

混凝土在不同角度受剪的情况下,在两主轴方向提供的受剪 承载力随加载角度的变化而变化,且两个方向的受剪承载力相关。
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双向受剪承载力计算公式的推导

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从上式可以看出,混凝土既在 X 向全部用来抵抗 X 向剪力, 又在 Y 向全部用来抵抗 Y 向剪力,重复计算了混凝土在两个主 轴方向上的受剪承载力,过高的估计了混凝土的抗剪作用,因

此按照Vx ≤ Vux 、Vy ≤ Vuy 进行设计是不安全的。为了设计安全,
应当对混凝土的受剪承载力进行折减;由于每个主轴方向上的 箍筋都可以用来抵抗相应方向上的剪力,其抗力不必折减。 02 规范采用的“超强系数法”对抗力全部进行了折减,在 理论上存在不完善之处。

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无腹筋混凝土框架柱双向受剪承载力分析
天津大学进行了无腹筋混凝土框架柱的试验研究, 试验结果如下表所示。
无腹筋混凝土框架柱斜向受剪试验值与计算值的比较

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从表中可以看出,无腹筋混凝土框架柱承受斜向水 平荷载,将斜向水平荷载正交分解后分别按X向和Y向 进行抗剪设计是偏于安全的。 我国《混凝土结构设计规范》中的受弯构件斜截面 受剪承载力计算公式的第一项(混凝土项)是试验值的 偏下限,设计安全度较大,保守估计了混凝土的受剪承 载力,混凝土项的受剪承载力计算值偏小。计算公式的 第二项(箍筋项)中也有一部分是混凝土提供的抗剪能 力。

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从原理上,有腹筋混凝土框架柱承受斜向水平荷载,将斜向水平 荷载正交分解后,按 X 向和 Y 向受剪进行设计偏于不安全的原因是重 复计算了混凝土的受剪承载力,为了设计安全,应对混凝土的抗剪能 力进行折减。 为了计算公式的简单统一,概念清晰,设计偏于安全,仅对混凝 土项受剪承载力进行折减,提出双向受剪承载力计算公式。 以 Vy ,c Vx ,c 为 X 轴,以 为 Y 轴,矩形截面无腹筋混凝土框架柱 X Vux ,c Vuy ,c

Vx ,c Vy ,c 的分布如 轴、Y 轴方向剪力分量和受剪承载力设计值的比值 、 Vux ,c Vuy ,c 图所示。

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无腹筋混凝土框架柱双向受剪承载力相关关系 框架柱 Z0-W Z15-W Z45-W Z75-W Z90-W
V? , c / kN Vx ,c / kN Vy ,c / kN Vux ,c / kN Vuy ,c / kN

Vx ,c
Vux ,c

Vy ,c Vuy ,c

140.00
134.80 107.00 90.80

140.00
130.21 75.66 23.50

0.00
34.89 75.66 87.71

64.88
63.18 63.54 61.91

0.00
39.57 39.49 38.54

2.16 2.06 1.19

0.00 0.88 1.92 2.28 2.31

0.38
0.00

92.50

0.00

92.50

0.00

39.99

无腹筋混凝土框架柱双向受剪承载力相关关系

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分析矩形截面无腹筋混凝土框架柱双向受剪承载力的相关关系。

其中Vx ,c = Vθ,c cos θ 、Vy ,c = V θ,c sin θ是矩形截面无腹筋混凝土框架柱试
验实测斜向剪力V θ,c 在 X、Y 轴方向的分量:Vux,c 、Vuy ,c 是矩形截面无 腹筋混凝土框架柱 X、Y 轴方向受剪承载力的设计值,按上式计算。

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X、Y 方向的修正后混凝土项的斜截面受剪承载力设计值 可按下列公式计算:

混凝土在不同角度受剪的情况下在两主轴方向提供的受剪承载 力随加载角度的变化而变化,且两个方向的受剪承载力相关。

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有腹筋混凝土框架柱双向受剪承载力计算
考虑轴力对双向受剪时两向受剪承载力的有利贡献,偏于安全地,对轴 力 N 在 X、Y 方向分别乘以 cosθ 、sin θ 进行分配作为对 X、Y 向受剪承载力 的贡献。 基于上述分析,对矩形截面有腹筋混凝土框架柱双向受剪承载力,仅对 混凝土项和轴力项在 X、Y 方向分别乘以 cos θ 、sin θ 进行折减。矩形截面有 腹筋混凝土框架柱双向受剪承载力计算公式按下式计算:

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截面限制条件可按下式计算

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有腹筋混凝土框架柱双向受剪承载力分析
单调荷载

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往复荷载
考虑地震作用时,矩形截面有腹筋混凝土框架柱双向受剪承载 力按下式计算:

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受剪承载力计算值与试验值的比较(往复荷载)

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4. 附录 G 深受弯构件
深受弯构件的概念 跨高比 l0 / h ≤ 2 的简 支单 跨 梁 和 l0 / h ≤ 2.5 的多 跨连 续 梁 称为 深 梁, l0 / h ≥5 的梁称为浅梁,在二者之间的梁习惯称为短梁。《规范》将跨高比 l0 / h < 5 的简支梁和连续梁统称为深受弯构件。 钢筋混凝土深梁在工业与民用建筑及特种结构中应用较广,如高层建筑的 转换层梁、双肢柱肩梁﹑框支剪力墙结构的底层大梁﹑地下室墙壁和墙式基础 梁﹑各类储仓或水池的侧壁等基本上都具有深梁的特点。

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02规范深受弯构件斜截面受剪承载力计算公式由混凝土项Vc 、竖向 分布钢筋项Vsv 和水平分布钢筋项Vsh 组成,其形式为

02规范浅梁的计算公式

02规范深受弯构件受剪承载力计算公式 l0 / h < 5 的简支单跨梁和多跨连续梁宜按深受弯构件进行设计。

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深受弯构件受剪承载力的截面限制条件

当l0 / h < 2.0 时,取 l0 / h = 2.0 计算; 当 4 < hw / b < 6 时, 按线性内插法取用。深受弯构件考虑了起桁架作用的竖向分布 钢筋,也考虑了跨高比 l0 / h < 2 时起拱作用的水平分布钢筋。

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集中荷载作用为主的深受弯构件受剪承载力与 l0 / h 和λ有关,这样,在跨高比 2.0 < l0 / h < 5.0 的范围,应 用集中荷载作用下斜截面受剪承载力设计计算公式,会 有剪跨比相同,不同的跨高比配箍筋显著不同的问题。
对 λ的上限 λ sup 和下限 λ inf ,采用直线插入法取值。

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与 l0 / h 相关的λ值的适用范围

《混凝土结构设计规范》取λ的上、下限值为:

当λ的值大于上限值时取上限值,当λ的值小于下限值时取下限值。
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新规范深受弯构件受剪承载力计算公式

均布荷载作用下,斜截面受剪承载力设计计算公式

集中荷载作用下,斜截面受剪承载力设计计算公式

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6.4 扭曲截面承载力计算

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为简化计算,不考虑轴向拉力的影响与考虑轴向拉力影响 的 βt 计算公式比较, β t 计算值略有降低,(1.5 - βt ) 值略有提高, 从而当轴拉力 N 较小时,受扭钢筋用量略有增大,受剪箍筋用 量略有减小,但箍筋总用量无显著差别。当轴拉力较大, N > 1.75 ft A 时,(2)式右方第一项为 0,(1)和(2)式变为 剪扭混凝土作用项几乎不相关的、偏安全的计算公式。

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6.5 受冲切承载力计算

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《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

七、正常使用极限状态验算
7.1 裂缝控制验算
1.按新规范3.4.4条的规定,具体给出了对钢筋混凝土和预应力混 凝土构件边缘应力、裂缝宽度的验算要求。与02规范的区别为 (7.1.1): 一级:严格要求不出现受力裂缝的构件,按荷载效应的标准组 合计算时,构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力; 二级:一般要求不出现受力裂缝的构件,按荷载效应的标准组 合进行计算时,构件受拉边缘混凝土的拉应力不应大于混凝土 的抗拉强度标准值; 三级:允许出现受力裂缝的构件,按荷载效应准永久组合并考 虑长期作用影响计算时,构件的最大裂缝宽度不应超过规定的 最大裂缝宽度限值,即应符合下列规定:

wmax ≤ wlim
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三级裂缝控制等级构件: (1)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。 (2)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。 (3)对环境类别划为二a类的三级预应力混凝土构 件,尚应按荷载效应的准永久组合计算,此时构件受 拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土的抗拉强度标准 值。

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2. 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。(7.1.2) (1)钢筋应力 σ (按荷载效应准永久组合计算的裂 缝截面处纵向受拉钢筋应力或预应力混凝土构件取纵 向受拉钢筋的等效应力。)计算方法的调整,表现在 钢筋混凝土构件的纵向受拉钢筋的应力按荷载效应的 标准组合或准永久组合计算;预应力混凝土构件取纵 向受拉钢筋的等效应力。 (2)偏心受压构件受力特征系数取值及裂缝宽度计 算略有放松,钢筋混凝土构件由2.1降为1.9;预应力 混凝土构件由1.7降为1.5。
sq

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构件最大裂缝宽度的基本公式与 02 规范相同,仍为:

式中: Wm 为平均裂缝宽度,按下式计算

上式中? c 为裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度的影响系数,根据近年来试验研 究分析统计,试验的平均裂缝宽度Wm 均小于 02 规范公式计算值。因此,本次 修订对受弯、偏压构件统一取? c = 0.77 ,其他构件同 02 规范取? c = 0.85 。

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3. 矩形、T形、倒T形和I形截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受 压构件及预应力混凝土轴心受拉和受弯构件中,按荷载标准组 合或准永久组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度可按下列 公式计算:

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1. 提出了正常使用极限状态验算时的平截面基本假定。在荷载效 应的准永久组合或标准组合下,对允许出现裂缝的受弯构件,其 正截面混凝土压应力、预应力筋的应力增量及钢筋的拉应力,可 按大偏心受压的钢筋混凝土开裂换算截面计算。对后张法预应力 混凝土连续梁等超静定结构,在外弯矩 M s 中尚应包括由预加力引

起的次弯矩 M 2 。 (7.1.3)

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2.按开裂换算截面进行应力分析,具有较高的精度和通 用性,可用于重要钢筋混凝土及预应力混凝土构件的裂 缝宽度及开裂截面刚度计算。计算换算截面时,必要时 可考虑混凝土塑性变形对混凝土弹性模量的影响

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裂缝控制对钢筋强度利用的制约
1. 对预应力混凝土构件配置 HRB500 级钢筋作为非预应力钢筋时, 不会制约钢材强度的发挥。 钢筋混凝土构件,按允许出裂、裂缝宽度验算时,常要较承载能力 极限状态计算增加钢筋用量,从而制约了高强钢筋强度的发挥,规范要 求:

Asd = max( ASR + ASW ) 式中 Asd ——设计需要的纵向受拉钢筋面积;
ASR ——正截面承载力计算要求的 ASW ——裂缝宽度控制要求的 ASW 大小,主要取决于满足下述验算公式要求:

wmax ≤ wlim
wmax ——计算的最大裂缝宽度

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调整点

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根据近年对HRB500MPa,HRB400MPa级钢筋系 统试验表明,对受弯、偏心受压构件,规范计算结果 偏大,故作了调整。

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3. 在裂缝宽度计算中,起到主要作用的是荷载效应组合。
(a)《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 对于正常使用极限状态,应根据不同的设计要求,采用荷载的标准 组合,频遇组合或准永久组合。 标准组合,主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久损 害情况。

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准永久组合:主要用于长期效应是决定性因素时的一些情况。

荷载标准值是指其在结构的使用期间可能出现的最大荷载值。 荷载频遇值:它相当于在结构上时而出现的较大可变荷载值,这 种荷载常出现,但出现的持续时间很短。(频遇值>准永久值,出现时 间 0.1T=5 年)。

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荷载准永久值:结构上经常作用的次大可变荷载,出现的持续 时间较长(例如持久性活荷载如家居,常住人口,商场货柜,经常 人群)。(稍小于频遇值,出现总时间长 0.5T=25 年) 例如:住宅楼面活荷载 标准值:2.0kN/mm2 少见的 时而出现 较大 频遇值:0.5×2=1 N/mm2 经常作用 次大 准永久值:0.4×2=0.8 N/mm2 显然按荷载的标准组合,计算σsk 决定 wmax 是基于规范的传统经验, 可能是过于严格的,要求过高的。

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4. 欧洲规范的规定

注:[1]对XO、XC1暴露等级、裂缝宽度不影响耐久性以及这个限值(0.4mm)是建立在 保证可接受的外观,如果不存在外观条件,这个限值可以放松。 [规范]规定为0.3(0.4)——对于年平均相对湿度小于60%地区,一类环境可放宽到0.4。 [2]对这些暴露等级,在准永久组合下,应按消压进行验算。 欧洲规范还指出,在没有专门的要求(防水等)的情况下,可在荷载准永久组合下按表 7.1N的裂缝宽度限值进行裂缝宽度验算,通常对房屋建筑的钢筋混凝土构件的外观和耐久性是 可以满足的。 预应力混凝土结构的耐久性,一般情况下,在频遇荷载组合下按表7.1N的裂缝宽度限值 进行裂缝宽度验算满足时,耐久性要求是可以满足的,对于消压限制,要求应力束线孔道的全 部还在其下至少有25mm混凝土处于受压的范围内。 216/342

正常使用极限状态,性质上可分为两种: 1)不可逆使用极限状态——当产生超越规定使用状态 的荷载移走后,该超越荷载所产生的后果(永久的局 部损伤、永久的不可接受的变形)仍保留; 2)可逆极限状态——当产生超越规定使用状态的荷载 移走后,将不再保持超越作用(荷载)所产生后果 (预应力混凝土构件的裂缝)的使用极限状态。

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欧洲规范EN1990:2002指出 1)三种荷载效应组合的应用:
荷载效应的标准组合一般用于不可逆极限状态,频遇组合一般 用于可逆极限状态。准永久组合一般用于结构的长期效应和结 构外观分析。 2)外观是指大挠度和裂缝,而不是指美学上的准则,如

果仅考虑结构的外观,应采用准永久组合。
仅对钢筋混凝土构件裂缝宽度验算的荷载效应组合进行的调 整,由原规定:荷载效应的标准组合调整为荷载效应的准永久 组合

对预应力混凝土构件仍采用荷载效应的标准组合而没有调整为 频遇组合。
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7.2 受弯构件挠度验算

(1)采用荷载标准组合时

(2)采用荷载准永久组合时

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7.3 关于刚度问题
1.在受弯构件短期刚度Bs的基础上,补充提出了考 虑荷载准永久组合的长期作用对挠度增大的影响,给出 了刚度计算公式。(7.2.2)
2.根据国内的研究成果,在预应力混凝土构件短期 刚度计算公式的基础上,采用无粘结预应力筋等效面积 折减系数,适当调整值,即可将原公式用于无粘结部分 预应力混凝土构件的短期刚度计算。(7.2.3)

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《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

八、构造规定
8.1 混凝土保护层
1.适当调整了钢筋的保护厚度规定,明确结构以最 外层钢筋计算钢筋混凝土的保护层厚度,一般环境下保 护层厚度略有增加,恶劣环境下,增加幅度很大。
参照国内外有关规范、标准,为提高混凝土耐久性,设计使用 年限50年的混凝土结构,对混凝土保护层作以下调整。(8.2.1)

注:1 混凝土强度等级不大于 C25 时,表中保护层厚度数值应增加 5 mm; 2 钢筋混凝±基础应设置混凝土垫层,其纵向受力钢筋的混凝土保护屡厚度应从垫层顶面算 起,且不小于 40mm。 221/342

2.当有充分依据并采取下列有效措施时,可适当减 小混凝土保护层的厚度
(1)构件表面有可靠的防护层; (2)采用工厂化生产的预制构件,并能保证预制构件混凝土 的质量; (3)在混凝土中掺加阻锈剂或采用阴极保护处理等防锈措 施; (4)当对地下室墙体采取可靠的建筑防水做法或防腐措施 时,与土壤接触一侧钢筋的保护层厚度可适当减少,但不应小于 25mm。 当梁、柱、墙中纵向受力钢筋的保护层厚度大于50mm时,宜 对保护层采取有效的构造措施。可在保护层内配置防裂、防剥落 的焊接钢筋网片,网片钢筋的保护层厚度不应小于25mm,并应采 取有效的绝缘、定位措施。

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3. 其它措施
(1)根据结构所处的环境,更细致的确定混凝土保护层厚度。 对一般混凝土结构的保护层仅作微调,略增大;对恶劣环境下的 保护层厚度,增幅较大。 (2)从混凝土碳化、脱钝和钢筋锈蚀的耐久性角度考虑,不再 以纵向受力钢筋,而以最外层钢筋(包括箍筋、构造筋、钢筋网 片等)计算保护层厚度,因此板墙类构件增加约6~10mm;梁、柱 类构件增加8~14mm。 (3)为简化计,按平面构件(板、墙、壳)及杆系构件(梁、 柱)分两类确定保护层厚度;简化混凝土强度的影响,强度等级 C30以上统一取值。 (4)考虑碳化速度的影响,使用年限100年的结构,保护层厚 度不得小于50年使用年限结构保护层的1.4倍。 (5)为保证握裹层混凝土对受力钢筋的锚固作用,混凝土保护 层厚度不小于钢筋直径。 (6)基础底面要求作垫层,基底保护层厚度仍取40mm。

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4. 当采用下列有效措施后,混凝土保护层可适当减 小。(8.2.2)
(1)混凝土表面有抹灰层及其他各种有效保护涂层;地下 室外墙采用防水作法等,保护层可减少,与土壤接触一侧的保 护层不应小于25mm。 (2)能保证质量的工厂化生产预制构件。 (3)使用阻锈剂掺加混凝土中经试验效果较好,保护层可适 当减少。

5. 当梁、柱、墙中纵向受力钢筋保护层大于50mm时, 为防止混凝土开裂、剥落,宜采用在保护层中加配 焊接钢筋网片或采用纤维混凝土。(8.2.3)

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8.2 钢筋的锚固 1. 基本锚固长度

fy d 普通钢筋 lab = α ft
预应力筋 lab = α

f py ft

d

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当带肋钢筋的公称直径大于 25mm 时取 1.10;对环氧涂层 钢筋取 1.25;施工过程中易受扰动的钢筋取 1.10; 锚固区保护层厚度为 3d 时修正系数可取 0.80,保护层厚 度为 5d 时修正系数可取 0.70,中间按内插取值; 当纵向受拉普通钢筋末端采用钢筋弯钩或机械锚固措施 时,包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度(投影长度)可取为 基本锚固长度 lab 的 0.6 倍。

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3. 规范表8.3.1锚固钢筋的外形系数,删去02规 范中锚固性能差的刻痕钢丝;表中带肋钢筋是指HRB、 HRBF、RRB系列钢筋;新增加的预应力螺纹钢筋采用螺 母锚固,未列入锚固长度计算方法。

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4. 钢筋机械锚固的形式和技术要求见规范表8.3.3

注:1.锚板或锚头的承压净面积应不小于锚固钢筋计算截面积的4倍; 2.螺栓锚头产品的规格、尺寸应满足螺纹连接的要求,并应符合 相关标准的要 求; 3.螺栓锚头和焊接锚板的间距不大于3d时,宜考虑群锚效应对锚固的不利影响; 4.截面角部的弯钩和一侧贴焊锚筋的布筋方向宜向内偏置。

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5.通过试验并参考工程经验及国际标准,提出不同锚固 条件的锚固长度修正系数。(8.3.2) (1)粗直径带肋钢筋肋高相对减小,对锚固作用有 所降低,规定直径大于25mm的大直径带肋钢筋的锚固 长度乘修正系数1.1。 (2)环氧树脂涂层钢筋对锚固不利,乘以修正系 数1.25。 (3)滑模施工或其他施工期依托钢筋承载等施工 扰动的影响,乘以修正系数1.1。

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(4)当实际配筋面积大于计算值时,钢筋实际应力 小于强度设计值,修正系数可取设计计算面积与实际 配筋面积的比值,以减小锚固长度。但有抗震设防要 求及直接承受动力荷载的结构构件不得作此项修正。 (5)混凝土保护层厚度较大时,握裹作用加强, 锚固长度可减短。根据试验研究,当保护层厚度大于 锚固钢筋直径3倍且有箍筋约束时,修正系数可取 0.8;大于锚固钢筋直径5倍时,可乘修正系数0.7。

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6. 受拉钢筋采用机械锚固时,其锚固长度可减小。机械锚固的形 式有弯折;弯钩;一侧贴焊锚筋;两侧贴焊锚筋;穿孔塞焊端 锚板;螺栓锚头等(图1),这类锚固对混凝土局部挤压而增大 锚固能力,因此可采用修正系数0.7。(8.3.3)

图1 钢筋机械锚固的形式及构造要求 (a)弯折;(b)弯钩;(c)一侧贴焊锚筋;(d)两侧贴焊锚筋; (e)穿孔塞焊端锚板;(f)螺栓锚头
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7. 根据试验及参考国外规范,规定受压钢筋的锚固长度 为受拉锚固长度的0.7倍。(8.3.4) 8. 钢筋连接形式有搭接、机械连接、焊接,其适用条件 为:(8.4.2)

(1)搭接:用于受拉钢筋直径不大于25mm及受压钢 筋直径不大于28mm;轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵 向受力钢筋不应采用绑扎塔接。
(2)机械连接:宜用于直径不小于16mm的受力钢筋 的连接。 (3)焊接:宜用于直径不大于28mm受力钢筋的连 接。
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9. 钢筋绑扎连接接头的规定与原02规范相同。 10.补充规定了并筋连接头应按单筋错开、分散的方式布 置塔接接头,并按各根单筋计算相应的接头面积百分 率及搭接长度。以利于改善钢筋的传力性能与裂缝状 态。(8.4.3)

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11.机械连接的应用原则:机械连接的连接区段长度 是以套筒为中心长度35d的范围,在同一连接区段内的 纵向受拉钢筋接头面积百分率不宜大于50%,但对板、 墙、柱及预制构件拼接处,可适当放宽。纵向受压钢筋 的接头百分率可不受限制。(8.4.7) 12.调整了混凝土结构构造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钢筋的最小配筋率与02规范400MPa级钢筋相当, 适当提高了安全储备。

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受压构件的最小配筋率限制调整为0.50(500MPa级 钢筋);0.55(400MPa级钢筋);0.60(300、335MPa 级钢筋),反映受压构件的截面中有一定的配筋比例具 有必要的延性。(8.5.1)

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13.新增内容。对截面厚度相对很大而内力较小的受弯构 件, 如为抗倾覆、滑移而设的大体积混凝土,或其他截面 ( 很大的自承重构件),提出了少筋混凝土配筋概念。 其计算原则是按构件内力( M )计算截面的临界厚度

M ,再按此临界厚度计算最小配筋 (hcr ) , hcr = 1.05 ρmin f y b
量As· =ρmin bhcr 。为安全计,规定了配筋的下限值:按全 min 截面计算的最小配筋率不应小于 0.10%。 (8.5.3)

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《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

九、结构构件的基本规定
9.1板
1.四边支承的板当长边与短边之比介于2.0~3.0的情 况,宜按双向板考虑。 2.考虑结构安全及舒适度(刚度)要求,调整并适当加 大了楼板最小厚度的要求:密肋板、悬臂板的厚度均适 当增加。对悬臂板的挑檐长度作出了限制,悬臂过长时 宜采取悬臂梁 — 板的结构形式承载。还补充了空心楼 板最小厚度的要求。(9.1.2)
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3.新增内容:为保证空心板的受力性能,提出了空心板 体积空心率不宜小于25%,也不宜大于50%。采用芯管内 模时,板顶、板底厚度不应小于40mm,肋宽与筒芯外径 比不宜小于0.20,且肋宽不应小于50mm,对预应力板不 应小于60mm。(9.1.5) 4.板柱结构及基础筏板,在板与柱相交的部位处于冲切 受力状态。试验表明,在与冲切破坏面相交的部位配置 弯起钢筋或箍筋,能有效地提高板的抗冲切承载力。因 此要求配置弯起钢筋或箍筋,提高冲切能力。具体要求 与02规范基本相同,仅板厚由150mm改为200mm。 (9.1.9)

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9.2梁

1.梁的纵向钢筋
a、梁的纵向钢筋数量、直径及布置的构造,基本同 02规范的要求。新规范提出可采用并筋(钢筋束)的配 筋形式加大钢筋的间距,但其等效值经应满足有关配筋 间距的规定。

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b、梁支座负弯距处纵向受拉钢筋不宜在受拉区截 断。主要考虑支座边出现斜裂缝引起斜弯作用及由裂缝 引起沿纵向钢筋发生“沿筋劈裂”而造成的钢筋粘结锚固退 化,梁边负弯矩钢筋的受拉范围需向跨中方向延伸,提 出了梁边负弯矩纵筋,根据弯矩图截断后的延伸长度, 延伸长度采用双重控制,取较大值。一项控制为延伸至 按正截面受弯承载力计算不需要该钢筋的截面以外不小 于20d处截断;一项控制为该钢筋强度充分利用截面伸出 的长度不应小于1.2la 。具体延伸长度与02规范相同见本 规范9.2.3条。(9.2.1~9.2.6)。

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2.梁的横向钢筋(最小配箍率)
为了防止钢筋混凝土受弯构件一旦出现斜裂缝就发生脆性的斜拉 破坏并满足正常使用斜裂缝不过宽的要求。 配有最小箍筋用量的梁受剪破坏时的极限剪力值 Vu0 应略大于该 Vu0 0 梁的开裂剪力值Vcr。按照 Guney Ozcebe 等人的研究, 0 值不应小于 Vcr 1.4。 按新规范,对仅配置箍筋的一般受弯构件,其斜截面受剪承载力 设计值计算公式为: Vcs = 0.7 f t bh0 + f yv Asv h0 s

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取配有最小箍筋用量梁的最小剪力设计值Vmin = 0.1 f c bh0
确定最小箍筋用量,取Vmin = Vcs ≈1.0 ftbh0 代入上式得:

ρsv ,min

ft = 0.3 f yv

新规范的最小配箍率维持 02 规范的规定不变,包括在不同 受力条件下的配箍的直径、间距、范围、形式等。

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新规范的最小配箍率:

ft ρsv ,min = 0.24 f yv

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上式与其他规范规定的比较如下表所示

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箍筋间距应符合本规范表9.2.9的规定,其中受扭 所需的箍筋应做成封闭式,且应沿截面周边布置;当采 用复合箍筋时,位于截面内部的箍筋不应计入受扭所需 的箍筋面积;受扭所需箍筋的末端应做成135°弯钩, 弯钩端头平直段长度不应小于10d(d为箍筋直径)。 在超静定结构中,考虑协调扭转而配置的箍筋,其 间距不宜大于0.75b,此处,b按本规范第6.4.1条的规 定取用。
对箱形截面构件,本条中的b均应以bh代替。

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3.钢筋混凝土梁表层配置钢筋网控制裂缝的规定
梁的混凝土保护层厚度不应小于50mm;表面钢筋宜采用网 片,具体要求见本规范,其混凝土保护层厚度应从表层分布钢筋 算起。(9.2.15)

4. 深受弯构件的设计应符合本规范附录G的要求 (9.2.16) 5.框架中间层端节点(图)
a、梁纵筋在框架中间层端节点上部钢筋的锚固,增加了采用钢 筋端加锚头的机械锚固方法,要求锚固钢筋伸至柱对边柱纵向钢 筋内侧,以增大锚固力。(9.3.4) b、框架梁端部下部纵筋增加了当计算中充分利用该钢筋的抗拉 强度时,钢筋的锚固方式及长度与上部钢筋的规定相同。

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梁上部纵向钢筋在中层端节点内的锚固

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6.框架中间层中节点(图)(9.3.5)
a、梁上部纵筋应贯穿节点或支座。 b、梁下部纵筋的锚固为: (a)当计算不利用该钢筋强度时,伸入节点或支座的 锚固长度对带肋钢筋不小于12d,对光面钢筋不小于 15d。 (b)当计算充分利用钢筋的抗压强度时,按受压钢筋 锚固锚固长度不应小于0.7la。

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(c)当计算充分利用钢筋的抗拉强度时,钢筋可采用 直线方式锚固在节点或支座内,锚固长度不应小于钢筋 的受拉锚固长度la。 (d)当柱截面尺寸不足时,可采用钢筋端部加锚头的 机械锚固措施,或90? 弯折锚固方式。

(e)钢筋也可在节点或支座外梁中弯矩较小处设置搭 接头,搭接起始点至节点或支座边缘的距离不应小于 1.5h0。

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梁下部纵向钢筋在中间节点或中间支座范围的锚固与搭接

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7.框架顶层中节点配筋构造要求(图)(9.3.6)
伸入顶层中间节点的全部柱筋及伸入顶层端节点的内侧柱筋应 可靠锚固在节点内,并伸至柱顶,锚固长度不应小于0.5lab,弯折 后的水平投影长度不宜小于12d。 新规范增加了采用机械锚固头的方法。柱纵筋伸入梁内的长度 不应小于0.5lab。

梁上部纵筋在顶层中节点内的锚固
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8.框架顶层端节点钢筋搭接连接的构造要求(图) (9.3.7)
a、梁上部钢筋和柱外侧钢筋数量不多时,可采用设在节点外侧和梁 端顶面的钢筋按 90? 弯折塔接,梁上部纵筋 90? 下弯至梁下边缘,当 外侧纵筋配筋率大于 1.2%时,可分两批截断,截断点之间的距离不 宜小于 20d。 b、梁上部钢筋也可用梁、柱钢筋直线搭接,接头位于柱顶外侧,搭 接长度不应小于1.7l ab 。当外侧纵筋配筋率大于 1.2%时,可分两批 截断,截断点之间的距离不宜小于 20d。 c、补充了梁、柱截面较大而钢筋相对较细时,钢筋的搭接方法:当 梁截面较大时,柱纵筋从梁底算起的直线搭接长度未延伸至柱顶已

满足1.5l ab 时,应将搭接长度延伸至柱顶并满足搭接长度1.7l ab 的要
求。 当柱截面较大时,柱纵筋从梁底算起的弯折长度未延伸至柱内 侧已满足1.5l ab 要求时,尚应保证弯折后的长度不小于 15d。
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顶层节点中柱纵向钢筋在节点内的锚固

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9.对顶层端节点处梁上部纵向钢筋面积,纵筋弯弧及防裂钢筋等提 出了构造要求。(9.3.8) 为防止梁上部和柱外侧配筋率过高引起顶层端节点核心区混凝 土斜压破坏,规定顶层端节点处梁上部纵向面积应符合

的要求;当端节点角部弯弧处半径过小时,为避免
发生局部受压破坏,对弯弧半径作了规定,当钢筋不大于Φ25 时, 不宜小于 6d;大于Φ25 时,不宜小于 8d,并在弯弧外的素混凝土 中配置防裂、防坠落焊接网片。

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10.对框架节点中箍筋构造提出了要求。节点内应设水 平箍筋;对四边均有梁的中间节点,可只设沿周边的矩 形箍筋。(9.3.9) 11.规定长短边比例大于4的垂直构件定义为墙,比例不 大于4的按柱进行设计。(9.4.1) 12.叠合式构件的特点是两阶段成形,两阶段受力。第 一阶段可为预制构件,也可为既有结构;第二阶段则为 后配筋浇筑的混凝土构件。对水平受弯构件及竖向受压 构件均适用。(9.5.1~9.5.6)

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13. 叠合构件(9.5.1~9.5.6)
(1)水平叠合式构件(9.5.1~9.5.3)

a、有支撑的叠合式受弯构件:当预制构件的后浇混凝土高度小于 全高的0.4倍时,施工时需加设支撑,二次成形浇筑混凝土后,不 会影响内力及变形,这时叠合式构件,可按整体受弯构件设计。
b、无支撑的叠合式受弯构件,在二次成形浇筑混凝土的重量及施 工荷载作用下影响构件的内力及变形,应按附录H计算二阶段受 力。 c、根据界面两侧共同承载,协调受力的要求,提出了叠合受力对 混凝土厚度;混凝土强度等级,叠合面粗糙度;界面构造钢筋等构 造要求。 d、对在既有结构上浇筑配筋混凝土结构的受弯构件提出了设计及 构造要求,并应符合本规范3.7节既有结构设计的原则。

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(2)竖向叠合式构件(9.5.4~9.5.6) a、二阶段成形的竖向叠合式柱、墙,应进行两阶段验算,第一阶 段为施工阶段验算,第二阶段为使用阶段按整体构造进行设计。 b、既有柱、墙二次成形的叠合式构造的设计原则为:考虑既有构 件的承载历史及施工卸载条件,与后浇部分之间合理分配承载力, 乘以不同的承载力分配系数。既有柱、墙承载力分配系数为1.0; 后浇混凝土部分的承载力分配系数考虑施工时支顶等卸载措施时, 可取0.8;钢筋和混凝土材料的强度设计值乘以工作系数0.9。 c、提出了竖向叠合柱、墙的基本构造要求,见规范9.5.6条。

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14. 装配式结构(9.6.1~9.6.8)

(1)9.6.1 节能、减耗、环保及建筑产业化的发展,更多的建筑 工程量将转为以工厂产品的形式生产,再在现场完成原位安装施 工。混凝土预制构件及装配式结构将通过技术进步,产品升级得到 发展。 提出了装配式结构的设计原则:根据结构方案和传力途径进行 内力分析及构件设计;保证连接处的传力性能;考虑不同阶段成形 的影响;满足综合功能的需要并考虑模数化、系列化的标准设计。 对于装配整体式结构则应按整体结构进行内力分析,并进行相应的 预制构件以及配套连接构造的设计,保证受力性能。 (2)9.6.2 预制构件应按脱模起吊、运输码放、安装就位三种工 况及相应的计算简图分别进行施工阶段验算。本条给出了不同工况 下的设计条件及动力系数。

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装配式结构施工过程示意

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(3)为实现装配整体式结构的整体受力性能,提出了 对不同预制构件纵向受力钢筋连接及混凝土拼缝灌筑的 构造要求。其中整体装配的梁、柱,其受力钢筋的连接 应采用机械连接、焊接或螺栓连接的方式;墙、板可以 搭接;混凝土拼缝应作粗糙处理以能传递剪力并协调变 形。反映技术进步,引入浆锚接头、胶锚接头的连接方 式,但应符合有关标准的要求。 (9.6.3) 各种装配连接的构造措施,在标准设计及构造手册 多有表达,可以参考。

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(4) 根据我国长期的工程实践经验,提出了多层房屋 装配式楼盖加强整体性的构造措施。包括板侧拼缝、板 端互连、与支承结构的连接、板间后浇带、板端负弯矩 钢筋等加强楼板整体性的构造措施。工程实践表明,这 些措施对于加强楼盖的整体性是有效的。高度更大房屋 的楼板、屋盖,可采用以预制板作为底模的叠合式楼板 的结构形式。 (9.6.4)

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(5)本条为装配整体式预制梁、柱连接接头的构造措 施。根据我国长期的工程经验,在02规范的基础上完善 要求并适当加严。对接头位置、钢筋连接、接缝宽度、 灌缝混凝土、局部加强钢筋等提出了更为具体的构造措 施。 (9.6.5~9.6.6) (6) 为形成结构整体受力,对预制墙板及与周边构件 的连接构造提出要求。包括与相邻墙体楼板的钢筋连 接、灌缝混凝土、边缘构件加强等措施。 (9.6.7)

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(7) 本条为新增条文,阐述自承重预制构件的设计原 则。灾害及事故表明,传力体系以外仅承受自重等荷载 的非结构预制构件,也应进行构件及构件连接的设计, 以防止影响结构受力,甚至坠落伤人。此类构件及连接 的设计原则为:承载安全、适应变形、有冗余约束、满 足建筑功能以及耐久性等。 (9.6.8) 各种自承重预制构件多有标准设计,在构造手册中 也有表达,可以参考。

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15. 预埋件及连接件(9.7.1~9.7.7) 预埋件的材料选择、锚筋与锚板的连接构造基本未 作修改。再次强调了禁用延性较差的冷加工钢筋作锚 筋;锚筋品种以HPB300代换了已淘汰的HPB235钢筋。锚 板厚度与实际受力情况有关,宜通过计算确定。

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《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

十、预应力混凝土结构构件
1.在承载能力极限状态下,预应力作用分项系数 ? p 应按预加力作
用有利或不利分别取 1.0 或 1.2。当不利时如后张法预应力混凝土 构件锚头局压区的张拉控制力,预应力作用分项系数 ? p 取 1.2。在 正常使用极限状态,γp 取 1.0。当按承载能力极限状态计算时,预 应力筋超出有效预应力值达到强度设计值之间的应力增量仍为结 构的抗力。 次弯矩、次剪力和次轴力均为预应力荷载效应,应参与计算, 本规范公式内未列入上述内容,设计时应计入。(10.1.1)

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2.后张法预应力筋的张拉控制应力值的限值有以下变 化:(10.1.3) 增加了中强度预应力钢丝及预应力螺纹钢筋的张拉 控制应力的规定。

3.后张法预应力混凝土结构,宜采取以下措施,避免或 减少支座、柱、墙等约束构件对梁、板预加力效应的不 利影响。(10.1.5)
(1)采用合理的结构布置方案、合理布置竖向构 件,如将抗侧力构件布置在结构位移中心不动点附近。 (2)采用相对细长的柔性柱以减少约束力,必要时 应在柱中配置附加钢筋承担约束作用产生的附加弯矩。
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(3)在施加预应力阶段,可将梁与柱之间的节点设计 成在张拉过程中可产生滑动的无约束支座,张拉后再作 成刚接。
(4)对后张楼板为减少约束力,可采用后浇带或施工 缝将结构分段,使其与约束柱或墙暂时分开。 (5)对不能分开且刚度较大的支承构件,可在板与 墙、柱结合处开设结构洞减少约束力,张拉完后补强。

(6)对平面形状不规则的板,宜划分为平面规则的单 元,使各部分能独立变形,减少约束。

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4.后张法预应力混凝土连续梁内力重分布的试验研究,对允许出 现裂缝的后张法有粘结预应力混凝土框架梁及及连续梁,当截面 相对受压区高度在 0.05 ≤ ζ≤ 0.3 范围内,可考虑竖向荷载下的内 力重分布,并给出相应的调幅公式。 (10.1.8)

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5.为保证预应力混凝土结构在施工阶段的安全,规定在施工阶段 应进行承载能力极限状态的验算。本次规范修订参照国内外经验, 给出了截面边缘的混凝土法向应力的限制条件。 对预拉区纵筋的配筋率在施工阶段不宜小于 0.15%,原则上与 钢筋混凝土的最小配筋率相同。(10.1.11)

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6.无粘结预应力受弯构件,其正截面承载力计算时,无粘结预应 力筋的极限应力必须通过试验求得,根据近年来的试验,得出其 极限应力主要与配筋率、有效预应力、钢筋设计强度、混凝土立 方体抗压强度、跨高比及荷载形式有关。 新规范采用了《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ 92 的相关表达式。(10.1.14-2)。该式以综合配筋指标 ξ P 为主要参数, 考虑了跨高比 数 l2 。 l1 l0 影响并增加了考虑连续跨影响的设计应力折减系 h

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7.无粘结预应力受弯构件的受拉区,配置一定数量的钢筋形成混 合配筋方案,可很好的改善无粘结预应力受弯构件开裂状态下的 裂缝和变形性能。避免在极限状态下呈双折线型的脆性破坏。 (10.1.15) (1)单向板纵筋的截面面积 As 应符合下式: As ≥0.002 b h (2)梁受拉区配置的纵筋最小截面面积 As 应满足下列两式的较大 值,且不宜小于Φ14。



As ≥ 0.003 b h

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纯无粘结预应力混凝土梁的特性

有粘结梁

无粘结梁

O
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因为:AB 纤维水平处,伸长量总是相等的(变形协调)。由于无粘
结, AP 为轴心受拉,σP 沿梁长处处相同,εP 为均匀分布。而有粘 结筋 As ,裂缝截面 1-1 处, σ s max 相应的应变为 ε s max

ε s max > ε p σ s > σ p (非预应力筋应力恒大于无粘结筋应力)
故: AP 施加预应力后,边缘纤维混凝土达到 ε cu 时, As 可达到 f y ,
AP 可达到 f py 。 因此,确定σ pu 十分重要(10.1.4 条给出经验公式)
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3)为改善纯无粘结梁的受力性能,必须配置非预应力筋,即混合 配筋梁。“在全部配筋中,钢筋的拉力占到承载力设计值 M n 产生 的总拉力的 25%或更多时,可更有效地改善无粘结预应力梁的性 能,如裂缝分布、间距和宽度,以及变形性能,从而接近有粘结 预应力梁的性能……” 4)无粘结预应力混凝土正截面受弯承载力,可按受弯构件正截面 受弯承载力计算公式计算,但无粘结预应力筋应力取:

σ pu = σ pe + ?σ p σ pu ≤σ py
并应满足对 As 的构造要求( As 亦参与工作, ε c → ε cu 时, As 一定

屈服——适筋梁)
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5)新规范的 ? σ p 计算公式(10.1.14)

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1)

93 年 无粘结预应力混凝土结构技术规程计算公式:

2) JGJ92-2004 无粘结预应力混凝土结构技术规程计算公式

将 93 规程两个公式合成一个,考虑

l0 的计算式。 h

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8.对无粘结预应力混凝土板柱结构中的双向板,要求配置的钢筋应 满足以下要求:(10.1.16) (1)负弯矩钢筋 根据国内外试验,在柱边负弯矩区,每一方向纵筋的面积应符 合下列规定:

As ≥0.0007 hl
式中:

l——平行于计算纵向受力钢筋方向上板的跨度;

h ——板的厚度。
由上式确定的纵筋,应分布在距离柱边 1.5h 的板宽范围内,每 边根数不少于 4 根,直径不小于 16mm,间距不大于 300mm,钢筋长 度自柱边外伸 1/6 净跨。
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(2)正弯矩区钢筋 参照美国 ACI 规范规定,当正弯矩区每一方向上抗裂验算边缘 的混凝土拉应力满足 σck —σ pc ≤0.4 ftk 时,可不配受力钢筋,仅配构 造钢筋;当超过 0.4 ftk 时,且不大于1.0 ftk 时,纵筋面积应满足下式:

As ≥

Nc 。 0.5 f y

以上配筋的主要作用是控制和分散裂缝,使双向板具有较好的 受力和变形性能。 (3)在楼盖的边缘和拐角处,应设暗圈梁或钢筋混凝土边梁,并考 虑柱头剪切作用,加密箍筋。

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9.根据先张法预应力筋的锚固及预应力传递性能,提出 了配筋净间距的要求,其数值是根据试验研究及工程经 验确定的。根据多年来的工程经验,为确保预制构件的 耐久性,适当增加了预应力筋净间距的限值。 (10.3.1)

根据浇注混凝土、施加预应力及钢筋锚固等要求, 先张法预应力钢筋之间的净距应不小于其公称直径或等 效直径的2.5倍,且应符合:预应力钢丝不应小于15 mm;三股预应力钢绞线不应小于20 mm;七股预应力钢 绞线不应小于25 mm。

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10.先张法预应力传递长度范围内局部挤压造成的 环向拉应力容易导致构件端部混凝土出现劈裂裂缝。 因此端部应采取构造措施,以保证自锚端的局部承载 力。所提出的措施为长期工程经验和试验研究结果的 总结。近年来随着生产工艺技术的提高,也有一些预 制构件不配置端部加强钢筋的情况,故规定特定条件 下可根据可靠的工程经验适当放宽。(10.3.2)
构件端部尺寸应考虑锚具布置、张拉设备尺寸和 局部承压的要求,必要时应适当加大。

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(1)单根预应力钢筋,其端部宜设置螺旋筋。 (2)分散布置的多根预应力钢筋,在构件端部10(为预应力筋的 公称直径),且不小于100mm范围内宜设置3~5片与预应力筋 垂直的钢筋网片。 (3)采用预应力钢丝配筋的薄板,在板端100 mm范围内应适当加 密横向钢筋。 (4)槽形板类构件,为防止板面端部产生纵向裂缝,应在构件端部 100 mm范围内,沿构件板面设置附加的横向钢筋,其数量不少 于2根。 (5)在预应力混凝土屋面梁、吊车梁等构件靠近支座的斜向主拉应 力较大部位,宜将一部分预应力筋弯起配置。 (6)对预应力筋在构件端部全部弯起的受弯构件或直线配筋的先张 法构件,当构件端部与下部支撑结构焊接时,应考虑混凝土收 缩、徐变和温度变化所产生的不利影响,宜在构件端部可能产生 裂缝的部位宜设置足够的非预应力纵向构造钢筋。
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11.为防止预应力构件端部及预拉区的裂缝,根据多年 工程经验及原规范的执行情况,这几条对各种预制构件 (肋形板、屋面梁、吊车梁等)提出了配置防裂钢筋的 措施。(10.3.3~10.3.5)
12.预应力锚具应根据《预应力筋用锚具、夹具和连接 器》GB/T 14370标准的有关规定选用,并满足相应的质 量要求。(10.3.6)

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13. 规定了后张预应力筋孔道间距要求。对于预制构件 相对于现浇结构构件其控制相对容易,提出了更为严格 的控制要求。要求孔道的竖向净间距不应小于孔道直 径。主要考虑曲线孔道张拉预应力筋时出现的局部挤压 应力不致造成孔道间混凝土的剪切破坏。而对三级抗裂 控制等级的梁提出更厚的保护层厚度要求,主要是考虑 其耐久性。有关预应力孔道的并列贴紧布置,是为方便 截面较小的梁类构件的预应力筋配置。预应力混凝土构 件的跨度较大时,其起拱直不宜过大。(10.3.7)

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(1)对预制构件孔道之间的水平净距不宜小于50 mm,且不宜小 于粗骨料直径的1.25倍;孔道至构件边缘的净距不宜小于30 mm,且不宜小于孔道直径的一半。 (2)在现浇混凝土梁中,预留孔道在竖直方向的净间距不应小于 孔道外径,水平方向的净间距不应小于1.5倍孔道外径,且不应 小于粗骨料直径的1.25倍;从孔道外壁至构件边缘的净间距, 梁底不宜小于50 mm,梁侧不宜小于40 mm;裂缝控制等级为 三级的梁,上述净间距分别不宜小于70mm和50mm。 (3)预留孔道的内径宜比预应力束外径及需穿过孔道的连接器外 径大6~15mm;且孔道的截面积宜为传入预应力筋截面积的 3.0~4.0倍,并宜尽量取小值。

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(4)当有可靠经验,并能保证混凝土浇筑质量时,预 应力筋孔道可水平并列贴近布置,但并排的数量不应 超过2束。 (5)在构建两端及曲线孔道的高点应设置灌浆孔或排 气兼泌水孔,其孔距不宜大于20m。 (6)凡制作时需要预先起拱的构件,预留孔道宜随构 件同时起拱。 (7)在现浇楼板中采用扁形锚固体系时,穿过每个预 留孔道的预应力筋数量宜为3-5束;在常用荷载情况 下,孔道在水平方向的净间距不应超过8倍板厚及 1.5m中的较大值。
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14. 后张预应力混凝土构件端部锚固区和构件端面在施工张拉后常 出现两类裂缝:其一是局部承压端块承压垫板后纵向劈裂裂缝;其 二是当预应力在构件端部偏心布置,且偏心距较大时,在构件端面 附近也会产生较高的横向拉应力,故产生位于截面高度中部的纵向 水平剥裂裂缝。为确保安全可靠地将张拉力通过锚具和垫板传递给 混凝土构件,并控制这些裂缝的发生和开展,在试验研究的基础 上,在条文中作出了加强配筋的具体规定。

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对局部承压加强钢筋,提出当垫板是普通钢板开穿 筋孔的垫板时,可执行本规范第6.6节规定,采用有关局 部受压承载力计算公式确定应配置的钢筋,而当采用整 体铸造的带有二次翼缘的垫板时,本规范局部受压公式 不再适用,需通过专门的试验确认其传力性能,所以应 选用按有关规范标准进行验证的产品,并配置规定的加 强钢筋,同时满足锚具布置对间距和边距要求,参照行 业标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规 程》JGJ 85的有关规定。

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为防止第一类劈裂裂缝,规范给出了配置附加钢筋 的位置和配筋面积计算公式;为防止第二类剥裂裂缝, 要求合理布置预应力筋,尽量使锚具能沿构件端部均匀 布置,以减少横向拉力。当难于做到均匀布置时,为防 止端面出现宽度过大的裂缝,根据理论分析和试验结 果,提出了限制剥裂裂缝的竖向附加钢筋截面面积的计 算公式以及相应的构造措施。新规范明确采用强度较高 的热轧带肋钢筋。此外,此条规定主要是针对后张法预 制构件及现浇结构中的悬臂梁等构件的端部锚固区及梁 中间槽锚固的情况。(10.3.8)

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当构件端部预应力筋需集中布置在截面下部或集中布置在上部和 下部时,应在构件 0.2 h 范围内设置附加竖向防剥裂构造钢筋(图 11-10),其截面面积应符合下列公式要求:

当 e > 0.2h 时,可根据实际情况适当配置构造钢筋。竖向防剥裂钢 筋可采用焊接钢筋网、封闭式箍筋或其他的形式,且宜采用带肋钢筋。

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式中: Ts ——锚固端剥裂拉力;

f y ——附加竖向钢筋的抗拉强度设计值,按规范表 4.2.3-1 采
用;

N p ——作 用在构 件端部截 面重心线上部或下部 预应力 筋的合
力,可按规范第 10.1 章的有关规定进行计算,但应乘以预加力分项系 数 1.2,此时,仅考虑混凝土预压前的预应力损失值;

e ——截面重心线上部或下部预应力筋的合力点至截面近边缘的
距离;

h ——为构件端部截面高度。

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当端部截面上部和下部均有预应力筋时,附加竖向钢筋的总 截面面积应按上部和下部的预加力合力分别计算的数值叠加后采 用,但总合力不应超过上部和下部预应力筋合力之和的0.2倍。 在构件横向也应按上述方法计算抗剥裂钢筋,并与上述竖向 钢筋形成网片筋配置。 当构件在端部有局部凹进时,应增设折线构造钢筋或其他有 效的附加构造钢筋措施,可参考《混凝土结构设计规范》10.3.9条 ~10.3.11条。 在后张法预应力混凝土构件的预拉区和预压区中,应设置纵 向非预应力构造钢筋;在预应力钢筋弯折处,应加密箍筋或沿弯 折处内侧设置钢筋网片。 在预应力钢筋锚具下及张拉设备的支撑处,应设置预埋钢垫 板并按规定设置间接钢筋和附加钢筋。

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15.常用曲线预应力钢丝束、钢绞线束指10Φ15以下的 曲线预应力筋束,其曲率半径不宜小于4m是根据工程经 验给出的。当后张预应力筋束曲线段的曲率半径过小 时,在局部挤压力作用下可能导致混凝土局部破坏,故 应配置局部加强筋,加强钢筋可采用网片筋或螺旋筋。 局部挤压应力的计算,考虑了预应力筋束曲率半径、管 道直径、预加力及混凝土抗压强度的影响。

301/342

在预应力混凝土结构构件中,当预应力筋近凹侧混 凝土保护层较薄,且曲率半径较小时,容易导致混凝土 崩裂,相关计算公式按顺应力筋所产生的径向崩裂力不 超过混凝土保护层的受剪承载力推导得出。当混凝土保 护层厚度不满足计算要求时,本条提供了加密箍筋用量 计算方法及构造措施用来抵抗崩裂径向力。在计算其应 配置构造加强箍筋时,在公式中没有记入混凝土的抗力 贡献。

这两条是在工程经验的基础上,参考日本预应力混 凝 土 设 计施工规范及美国AASSTOO规范作出规定 的。 (10.3.10~10.3.11)

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