混凝土的结构设计规范56561.pptx
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1、混凝土结构设计规范(GB50010-2002)GB50010-2002)主要修订内容介绍广东工业大学建设学院广东工业大学建设学院广东工业大学建设学院广东工业大学建设学院结构研究所结构研究所结构研究所结构研究所 叶伟年叶伟年叶伟年叶伟年3/24/20231目录前言第一章 概论第二章 术语与符号第三章 基本设计规定第四章 混凝土结构的材料第五章 结构分析第六章 受弯构件正截面承载力计算第七章 受弯构件斜截面承载力计算第八章 受压构件承载力计算第九章 受拉构件承载力计算第十章 受扭构件承载力计算第十一章 正常使用极限状态验算第十二章 预应力混凝土构件第十三章 基本构造规定第十四章 结构构件的构造规定
2、 3/24/20232前言新的混凝土结构设计规范GB50010-2002经过四年多的修订已经于2002年4月1日起施行;新规范仍采用以分项系数表达的概率极限状态设计方法;为适应加入世贸以后与国际接轨,与国内其他规范协调一致,适当提高了结构的安全度,增加和改动了不少内容。返回3/24/20233第一章 概论修订经过修订原则修订内容试设计分析返回3/24/20234第一节 修订经过规范的修订由中国建筑科学研究所主持,参加修订工作的单位17个,成员27名,主编李明顺,副主编徐有邻;修订工作历时四年半,召开全体会议七次,大小专题研讨会五十五次,与相关规范协调会八次,参与结构设计可靠度研讨会四次;199
3、7年6月开始修订,1998年提出规范修订初稿,1999年提出规范征求意见稿,向全国116个单位征求意见和建议共1089条,并有五个单位对八种类型的混凝土结构进行了试设计,2000年9月完成第一次送审稿,2001年4月完成第二次送审稿,12月规范报批稿正式上报,2002年4月开始实施。返回3/24/20235第二节 修订原则修订原则:统一、接轨、补充、完善、安全;与国内各专业规范协调统一,如水工、公路、桥梁桥涵、港口工程等规范组成员的共同参与;与国际标准规范接轨,尽量与MC-90等国际规范基本一致;设计方法的补充,如补充了混凝土耐久性的规定、结构分析的原则和方法等内容;设计理论和方法的完善,如提
4、高了混凝土强度等级和主导钢筋的要求、改进了正截面和斜截面承载力的计算模式、完善了预应力设计方法和深受弯构件设计方法等;适当提高了安全度约10-15%,造价约提高5%。返回3/24/20236第三节 修订内容在结构设计基本规定方面增加了耐久性的规定、提高了混凝土的强度等级和钢筋的要求、调整了设计参数、增加了结构分析的内容;在设计计算方面提高了预应力的张拉控制应力、改进了预应力损失的计算、考虑了超静定后张法预应力构件由于约束变形产生的次内力影响、规定了高效预应力混凝土构件的端部构造措施、改进了正截面、斜截面、受压构件和其他一些承载力的设计方法;在构造方面增加了保护层厚度的要求、重新规定了受力钢筋的
5、锚固和连接要求、提高了钢筋的最小配筋率、加大了钢筋的延伸长度,增加了裂缝控制条款,完善了框架节点和深受弯构件的设计方法;在抗震设计方面提高了安全度、调整了轴压比的限值以及抗震构造措施。返回3/24/20237第四节 试设计分析试设计由建设部建筑设计院等五个设计单位进行,共分析了五种结构型式的八个工程,得到不少重要的结果;规范的修订对民用建筑配筋量影响明显,总用钢量增加约6%,对工业建筑影响不大;梁、板的用钢量增加较多,总用钢量增加约10%,墙、柱用钢量增加不多;如果考虑为控制温度和收缩而增加的构造配筋,总用钢量可能增加10-15%;采用强度价格比高的HRB400级钢筋可控制材料价格上升不超过5
6、%。返回3/24/20238第二章 术语与符号术语符号返回3/24/20239第一节 术语新规范定义了在规范中常用的24个专用术语,其中要重点理解深受弯构件、深梁、基本组合、标准组合和准永久组合的概念;跨高比小于5的受弯构件为深受弯构件;跨高比不大于2的单跨梁和不大于2.5的多跨连续梁为深梁;承载力极限状态计算时,永久荷载和可变荷载的组合为基本组合;正常使用极限状态验算时,对可变荷载采用标准值、组合值为荷载代表值的组合为标准组合;正常使用极限状态验算时,对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合为准永久组合。返回3/24/202310第二节 符号新规范定义了在规范中常用的121个专用符号,其中要
7、重点理解符号规则;工程结构设计通用符号应由主体符号或主体符号带上、下标构成,主体符号一般代表物理量,上、下标用以进一步阐明主体符号的涵义;主体符号应以单个斜体字母表示,可分别采用大、小写拉丁字母或大、小写希腊字母;大写斜体拉丁字母代表力学物理量,小斜斜体拉丁字母代表几何类物理量;大写希腊字母代表除力学和几何类以外的物理量及数学符号,小写希腊字母代表无量纲量;上、下标可采用正体字母、缩写词、数字或其他标记表示,上标一般采用一个,下标可采用一个或多个,各下标之间可用逗号分开。返回3/24/202311第三章 基本设计规定一般规定承载力极限状态计算规定(上)承载力极限状态计算规定(下)正常使用极限状
8、态验算规定耐久性的规定返回3/24/202312第一节 一般规定新规范仍采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,以可靠指标度量结构构件的可靠度,采用分项系数的设计表达式进行设计;新规范体现了“以人为本”的思想,通过提高某些荷载标准值,改风、雪载30年一遇为50年一遇,调整材料分项系数,修改结构抗力计算公式,加强配筋构造措施等办法,提高了安全度,与安全有关的条款被列为强制性条文,如增加了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的强制性条款;新规范除了继续要求按承载力极限状态和正常使用极限状态进行计算和验算外,增加了耐久性的设计。返回3/24/202313第二节 承载力极限状态计算规定
9、(上)新规范仍把建筑结构的安全等级分为三个级别,但由于增加了由永久荷载效应控制的荷载组合,提高了其中的永久荷载系数,因此取消了旧规范中屋架、托架、恒载为主的轴心受压柱、小偏心受压柱安全等级应提高一级,预制构件施工阶段安全等级可降低一级的规定;承载力极限状态设计表达式仍为:0SR;确定结构重要性系数0时,规定了设计使用年限为100年及以上的结构构件与安全等级一级相当,设计使用年限为50年的结构构件与安全等级二级相当,设计使用年限为5年及以下的结构构件与安全等级三级相当。返回3/24/202314第二节 承载力极限状态计算规定(下)荷载效应组合设计值S按基本组合或偶然组合进行;按照新的建筑结构荷载
10、规范GB50009的规定,对于基本组合,应取下列最不利值:1)由可变荷载效应控制的组合:S=GSGk+Q1SQ1+ni=2QiciSQik 对于一般排架、框架结构可简化为:S=GSGk+Q1SQ1 S=GSGk+0.9ni=1QiSQik 2)由永久荷载效应控制的组合:S=GSGk+ni=1QiciSQik G应取1.35,参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载;偶然组合与旧规范相同。返回3/24/202315第三节 正常使用极限状态验算规定新规范规定对于正常使用极限状态,结构构件应分别按荷载效应的标准组合、准永久组合或标准组合并考虑长期作用影响采用下列极限状态设计表达式为:;标准组合即旧规范中的短
11、期效应组合,准永久组合即旧规范中的长期效应组合;受弯构件的最大挠度计算应按荷载效应的标准组合并考虑荷载长期作用影响,与旧规范相同;结构构件正截面裂缝控制等级仍分为三级,其中二级裂缝控制的构件,旧规范在荷载效应标准组合下拉应力不超过ctftk的规定改为不超过ftk,而一级和三级裂缝控制的构件与旧规范相同;新规范中裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值改由环境类别和结构类型确定,与旧规范按构件类型、钢筋品种和室内外环境分类的规定不同。返回3/24/202316第四节 耐久性的规定新规范关于耐久性设计的内容有两种形式:1)特别增加了耐久性规定这一节,直接规定环境的分级方法以及各类环境对结构混凝土耐久性的基本
12、要求等;2)对于分散在各章节中的影响混凝土耐久性的有关条款作必要的修改,如加大混凝土保护层的厚度,在“构件”和“构造”章节中表达与耐久性有关的构造措施等;影响耐久性的最重要因素是环境,新规范把环境分为五类,与模式规范MC-90基本相同,环境是耐久性设计的主要依据;影响耐久性的另一个重要因素是混凝土本身的质量,而混凝土的质量与混凝土强度等级、水灰比、水泥用量密切有关,此外混凝土中的氯离子含量和碱的含量也对耐久性有重大影响,新规范为保证结构混凝土的耐久性,对使用年限50年和100年的混凝土结构的混凝土质量提出了规定;应该指出,新规范只是采用宏观控制的办法,还不能定量地确定结构的耐久性。返回3/24
13、/202317混凝土结构的环境类别环境类别条 件一室内正常环境二a室内潮湿环境;非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境b严寒和寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境三使用除冰盐的环境;严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境;滨海室外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返回3/24/202318结构混凝土耐久性的基本要求环境类别最大水灰比最小水泥用量(kg/m3)最低混凝土强度等级最大氯离子含量(%)最大碱含量(kg/m3)一0.65225C201.0不限制二a0.60250C250.33.0b0.55275C300.23.0三0.50300C3
14、00.13.0返回3/24/202319第四章 混凝土结构的材料混凝土强度混凝土的设计参数钢筋的选择钢筋的设计参数返回3/24/202320第一节 混凝土强度新规范取消了旧规范中的C7.5级和C10级低强度混凝土,增加了C65、C70、C75和C80级高强度混凝土,标志了我国混凝土技术的进步和施工、设计水平的提高;新规范对结构混凝土的强度等级提出了最低要求,是下限值,不是最佳值;随着混凝土强度等级的提高,强度价格比迅速提高,采用较高强度的混凝土,对柱、墙、基础等受压为主的构件以及预应力构件有显著的经济效益;受弯构件选用C20-C30,受压构件选用C30-C40,预应力构件选用C30-C50,高
15、层建筑底层柱选用C50或以上,不仅承载力得到了提高,抗剪及裂缝控制性能也随之提高。返回3/24/202321第二节 混凝土的设计参数混凝土的强度等级只是混凝土力学性能的一个基本标志,作为其代表值的立方体抗压强度标准值fcu,k也不具备直接作为设计参数的条件,只能作为确定设计参数的依据;混凝土的设计参数主要有:轴心抗压强度fc、轴心抗拉强度ft、弹性模量Ec、剪变模量Gc、泊松比、线膨胀系数c以及疲劳强度修正系数;新规范删除了旧规范中的弯曲抗压强度fcm,改用轴心抗压强度fc乘以反映高强混凝土特性的降低系数1来表示,理由如下:1)与国际接轨;2)协调正截面承载力的计算;3)简化计算;新规范调整了
16、轴心抗压强度标准值、轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值之间的关系式;为提高安全度,混凝土材料分项系数由1.35提高为1.40;弹性模量、剪变模量、泊松比、线膨胀系数以及疲劳强度修正系数等与旧规范一致,仅补充了C65-C80高强混凝土相应的参数。返回3/24/202322与国际接轨目前,世界各国及国际组织的混凝土结构设计规范中都没有“混凝土弯曲抗压强度”的概念,一般均用混凝土轴心抗压强度作为设计参数进行正截面承载力设计。混凝土弯曲抗压时的一些特征,完全可以用系数进行调整,新规范取消了我国特有的“混凝土弯曲抗压强度”这个设计参数,对于我国设计规范与国际接轨,遵从国际惯例是必要的。返回3/24
17、/202323协调正截面承载力计算混凝土弯曲抗压强度不是通过直接量测得到的强度,只是一个概念上的强度。混凝土正截面承载力设计时,在弯矩和轴力的共同作用下,由纯弯曲、大偏心受压、小偏心受压到轴心受压是一个连续渐变的过程,旧规范对受弯状态为主计算取弯曲抗压强度,而对受压状态为主的计算取轴心抗压强度,从概念上和计算上不能协调,而取一个参数就容易多了。返回3/24/202324简化计算取消弯曲抗压强度以后,有关混凝土抗压方面的设计参数只有一个轴心抗压强度,从概念上到计算上都得到了简化。反映不同受压状态特征的抗压强度(如弯曲抗压强度、局部抗压强度等)可以通过计算公式的调整加以反映,完全可以用简单的形式确
18、切地反映应有的规律。返回3/24/202325新旧规范对比轴心抗压强度 fck=0.880.76 fcu,k (旧规范)fck=0.8812fcu,k (新规范)系数0.88是考虑实际结构中的混凝土与试块混凝土强度之间的差异等因素而确定的修正系数;为轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值 2为混凝土脆性系数强度等级C50C55C60C65C70C75C80系数10.760.770.780.790.800.810.82强度等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80系数1.000.9840.9840.9840.9840.9840.984 0.9840.9843/24/202326新旧规
19、范对比轴心抗拉强度 ft=0.880.26(fcu,k)2/3 (旧规范)ft=0.880.395(fcu,k)0.55(1-1.645)0.45(新规范)系数0.88是考虑实际结构中的混凝土与试块混凝土强度之间的差异等因素而确定的修正系数;2为混凝土脆性系数强度等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80系数1.000.9840.9840.9840.9840.9840.984 0.9840.984返回3/24/202327第三节 钢筋的选择选择的原则:1)钢筋混凝土结构以HRB400级热轧带肋钢筋为主导钢筋;2)预应力混凝土结构以高强、低松弛钢丝、钢绞线为主导钢筋;3)各种形式
20、的冷加工钢筋不再列入新规范,交由相应的技术规程管理。新规范的建议:1)普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋,也可为采用HPB235级和RRB400级钢筋;2)预应力钢筋宜采用预应力钢绞丝、钢丝,也可采用热处理钢筋。返回3/24/202328第四节 钢筋的设计参数普通钢筋强度设计值由其标准值除以材料分项系数而得,新规范与旧规范不同之处:1)取消了旧规范中的级钢;2)HRB335级钢筋(级钢)的设计值由原来的310N/mm2改为300N/mm2,统一取材料分项系数s=1.1。预应力钢筋设计值由其条件屈服点除以材料分项系数而得,新规范与旧规范不同之处:1)新规范取抗拉强度的85%为条件屈
21、服点,比旧规范的80%提高了,反映了我国高强度钢材质量性能的提高;2)调整了预应力钢筋的规格和品种。调整了预应力钢筋的弹性模量,钢丝取2.05105,钢绞线取1.95105,旧规范统一取1.80105;旧规范直接给出了疲劳应力比值f(min/max)与疲劳强度设计值的对应关系,但是,根据国内外疲劳验算方法的改进,疲劳应力比值f 对钢筋疲劳性能的影响不直接表达为疲劳强度设计值fyf,而表达为应力变化幅度(应力幅限值fyf)。返回3/24/202329第五章 结构分析基本原则线弹性分析方法塑性分析方法其它分析方法返回3/24/202330第一节 基本原则新规范吸收了欧美各国规范统一规定结构分析的方
22、法,增加了“结构分析”一章,使混凝土结构设计的全过程都得到规范的控制,保证了结构的安全度,也标志了我国混凝土结构设计规范水平的提高;新规范不采取具体介绍各种结构分析方法的方式,而是只集中阐述结构分析的原则,列出指导性内容,引导设计者合理选择结构分析方法,进行正确的设计;新规范对于结构分析的一些主要内容,例如:荷载、作用效应及其组合;结构计算中的简化假设;结构分析的基本要求;结构分析的方法;结构分析中的计算机应用等都做了原则性的规定。返回3/24/202331荷载、作用效应及其组合混凝土结构按承载力极限状态计算和正常使用极限状态验算时应按国家现行有关标准(建筑结构荷载规范GB50009和建筑抗震
23、设计规范GB50011)规定的作用(荷载)对结构的整体进行作用效应的分析;必要时,应对特殊部位进行更详细的分析。结构可能遭遇火灾、爆炸、撞击等偶然作用时,应按国家现行有关标准规定的要求进行相应的结构分析。结构在施工和使用的不同阶段有多种受力工况时,应分别进行结构分析,并确定其最不利的作用效应组合。返回3/24/202332结构计算中的简化假定结构计算中的简化假定主要体现在计算简图的确定。确定结构的计算简图时应注意以下事项:、应能代表实际结构的体型和几何尺度;、边界条件和连接方式应能反映结构的实际受力状况,并有相应的构造措施保证;、截面尺寸和材料性能符合结构的实际情况;、荷载的大小、位置及组合与
24、实际受力情况吻合;、对计算简图的简化和近似假设应有理论的或实验的依据,或有可靠的工程经验;、计算结果应能符合工程设计的精确度要求。返回3/24/202333结构分析的基本要求结构分析应符合下列要求:、无论结构的整体或其中的一部分,在任何情况下都必须满足力学平衡条件;、在宏观上应满足变形协调条件,包括结点和边界的约束条件,在微观上,可适当放宽;、应采用合理的材料或构件单元的本构关系,最好通过试验确定或采用成熟的通用模式。返回3/24/202334结构分析的方法混凝土结构宜根据结构类型、构件布置、材料性能和受力特点选择合理的分析方法;常用的结构分析方法有:、线弹性分析方法;、塑性内力重分布分析方法
25、;、塑性极限分析方法;、非线性分析方法;、试验分析方法。返回3/24/202335结构分析中的计算机应用结构分析所采用的计算机程序应经过考核和验证其技术条件应符合规范和有关标准的要求;对于电算结果,应经判断和校核,在确认其合理有效后,方可用于工程设计。返回3/24/202336第二节 线弹性分析方法线弹性分析方法假定结构材料均为理想弹性体,变形模量和刚度均为常值。线弹性分析方法可用于混凝土结构的承载能力极限状态和正常使用极限状态的作用效应分析。根据结构的体型,可分为以下三种不同的体系进行分析:、杆系结构;、板结构;、三维实体结构。返回3/24/202337杆系结构混凝土杆系结构宜按空间结构体系
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