《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010(详解二)

1《混凝土结构设计规范》GB50010-2010主要修订内容2主要修订内容131增加结构方案设计内容—思路、原则■思路：完善规范的完整性，从以构件计算为主适当扩展到整体结构的设计，补充“结构方案”设计内容（3.2节）■结构体系设计的基本原则从宏观上满足使用功能，控制结构的整体安全性;结构方案尚应考虑：建筑、抗震、耐久、抗灾、节材等其他方面的要求41增加结构方案设计内容—设计方案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宜减小偶然作用的影响范围，避免发生因局部破坏引起的结构连续倒塌。5【说明】灾害调查和事故分析表明：结构方案对建筑物的安全性有着决定性的影响。●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应能够保证结构的整体稳固性；●应避免因局部破坏引发结构连续倒塌。本条提出了在方案阶段应考虑加强结构整体稳固性的设计原则。61增加结构方案设计内容—结构缝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（施工后浇带）。7【说明】结构设计时通过设置结构缝将结构分割为若干相对独立的单元。结构缝包括伸缩缝、沉降缝、防震缝、构造缝、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。除永久性的结构缝以外，还应考虑设置施工槎、后浇带、控制缝等临时性缝以消除某些暂时性的不利影响。结构缝的设置应考虑对建筑功能（如装修观感、止水防渗、保温隔声等）、结构传力（如结构布置、构件传力）、构造做法和施工可行性等造成的影响。应遵循“一缝多能”的设计原则，采取有效的构造措施。81增加结构方案设计内容—连接3.2.3结构构件的连接应符合下列要求：1连接部位的承载力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。【说明】构件之间连接构造设计的原则●保证连接节点处被连接构件之间的传力性能符合设计要求；●保证不同材料（混凝土、钢、砌体等）间的融合，选择可靠的连接方式以保证可靠传力；●连接节点尚应考虑被连接构件之间变形的影响以及相容条件，以避免、减少不利影响。93.2.4混凝土结构设计应符合下列要求：1满足不同环境条件下的结构耐久性要求；2节省材料、方便施工、降低能耗与保护环境。【说明】本条提出了结构方案设计阶段应综合考虑的其他问题方案设计：基本原则；结构缝设置原则；连接原则；其他问题102防连续倒塌设计原则—概念设计3.6.1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。概念设计主要从结构体系的备用路径、整体性、延性、连接构造和关键构件的判别等方面进行结构方案和结构布置设计，避免存在易导致结构连续倒塌的薄弱环节。112防连续倒塌设计原则—概念设计对可能出现的意外荷载和作用有所估计居民楼：燃气爆炸可能产生的破坏作用；化工厂：易燃易爆危险品、化工反应装置可能产生的破坏作用设置整体性加强构件或设结构缝局部构件破坏后，控制由此引起的破坏范围。可设置整体型加强构件或设置结构缝，对整个结构进行分区。一旦发生局部构件破坏，可将破坏控制在一个分区内，防止连续倒塌的蔓延。整体型加强构件是结构中的关键构件，其安全储备应高于一般构件。增加结构的冗余度，使结构体系具有足够的备用荷载传递路径采用合理的结构方案和结构布置，增加结构的冗余度，形成具有多个和多向荷载传递路径传力的结构体系，可避免存在引发连续性倒塌的薄弱部位。可通过拆除构件法判定结构是否具有备用荷载传递路径122防连续倒塌设计原则—概念设计加强结构构件的连接构造，保证结构的整体性如对于框架结构，当某根柱发生破坏失去承载力，其直接支承的梁应能跨越两个开间而不致塌落。这就要求跨越柱上梁中的钢筋贯通并具有足够的抗拉强度，通过贯通钢筋的悬链线传递机制，将梁上的荷载传递到相邻的柱。加强结构的延性构造措施，保证剩余结构的延性结构在局部破坏发生后，剩余结构中部分构件会进入塑性。因此，应选择延性较好的材料，采用延性构造措施，提高结构的塑性变形能力，增强剩余结构的内力重分布能力，可避免发生连续倒塌。可采用拆除构件后的结构失效模式概念判别，来确认需要加强延性的部位。132防连续倒塌设计原则—拉结构件法3.6.2重要结构的防连续倒塌设计可采用下列方法：1拉结构件法：在结构局部竖向构件失效的条件下，按梁－拉结模型、悬索－拉结模型和悬臂－拉结模型进行极限承载力计算，维持结构的整体稳固性。该法是使结构构件间的连接强度满足一定的要求，以保证结构的整体性和备用荷载传递路径。基本原则：某柱失效后，其支承的梁具有足够的承载力，避免发生连续破坏。该法简单易行，能一定程度上保证结构在连续性和整体性上的基本要求，但对于复杂不规则结构难以采用。14（a）梁-拉结模型（b）悬索-拉结模型（c）悬臂-拉结模型拉结构件法中剩余结构体系的抗倒塌模型152防连续倒塌设计原则—拉结构件法拉结设计法的基本原则和基本假定如下：拆除竖向构件后，其所支撑的水平构件在维持其极限承载力的条件下，能够承受直接传递到水平构件上的荷载，具备足够的跨越能力。水平构件的跨越能力由塑性铰机制（即梁端和跨中的形成塑性铰）和连续贯通钢筋的悬链线机制（即连续贯通钢筋抗拉强度）实现。由于梁跨中底部钢筋的抗拉强度已在悬链线机制中被利用，对于塑性铰机制，偏于安全地仅考虑梁端负弯矩塑性铰的抗弯能力，不考虑跨中正弯矩塑性铰的贡献。162防连续倒塌设计原则—拉结构件法拉结设计法的基本原则和基本假定如下：可考虑双向梁的拉结贡献，如对图E.2.2a的中柱拆除时，两个方向的梁均可考虑拉结贡献；而对于图E.2.2b边柱拆除时，偏于安全只考虑纵向梁的拉结贡献；图E.2.2c角柱拆除时，则偏于安全只考虑一根梁的拉结贡献。当竖向构件支撑的水平构件多于两个方向时，可偏于安全的仅考虑两个方向水平构件所提供的拉结强度。粱端的塑性铰应具有足够的变形能力，梁应具有足够的抗剪承载力。172防连续倒塌设计原则—拉结构件法图NFT2FT3FT1FT4L2L1NFT2FT1xL1Mu1Mu2NFT2FT1L1Mu1Mu2182防连续倒塌设计原则—拉结构件法考虑到楼板内配筋对结构整体性具有较大贡献，对内部和周边构件水平拉结配筋设计，可计入梁两侧各3倍楼板厚度内楼板与梁平行的贯通钢筋。竖向拉结应能保证竖向构件可悬挂该竖向构件从属楼面面积上最大楼层荷载标准值。192防连续倒塌设计原则—设计方法2局部加强法：对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传力部位，可提高结构的安全储备；也可直接考虑偶然作用进行结构设计。对于破坏后易引发连续倒塌的重要构件，认为其是关键构件并进行局部加强设计。3去除构件法：按一定规则去除结构的主要受力构件，采用考虑相应的作用和材料抗力，验算剩余结构体系的极限承载力；也可采用受力-倒塌全过程分析，进行防倒塌设计。假定某个主要构件失效→从结构中拆除→分析剩余结构是否会倒塌→如不满足抗连续倒塌的要求→增强拆除后的剩余结构来避免连续倒塌202防连续倒塌设计原则—设计方法抗连续倒塌的拆除构件设计方法对结构的长边、短边边柱、角柱和底层内柱，以及结构长边、短边和底层剪力墙，应从顶层到底层逐个拆除，分析拆除后结构的内力，并验算剩余结构各结构构件的是否失效。每次拆除剪力墙总长度应不小于剪力墙宽度和10m中的较小值。对于拐角处剪力墙，每侧拆除长度不应小于剪力墙宽度和5m中的较小值。剩余结构的内力可采用弹性静力分析或弹塑性动力分析。采用弹性静力分析时需要考虑竖向荷载的动力放大系数2，并考虑水平构件强度折减系数0.67。212防连续倒塌设计原则—设计方法剩余结构构件的极限承载力应满足下式:R≥SS——剩余结构构件内力；R——剩余结构构件的抗力；——采用弹性静力分析时考虑水平构件端部塑性耗能后强度折减系数，水平构件两端均考虑出现塑性铰，取0.67，对角部和悬挑水平构件，取1.0。采用弹塑性分析时不进行强度折减，b=1.0。抗连续倒塌的拆除构件设计，是通过在结构中按一定规则逐个去除竖向构件，计算结构在偶然作用下竖向构件失效后剩余结构的失效面积。剩余结构的失效面积不应超过75m2或楼面总面积的15％。失效面积是指竖向构件拆除后，上部水平构件不满足其极限承载力而产生破坏所涉及的面积。222防连续倒塌设计原则—可靠度3.6.3当进行偶然作用下结构防连续倒塌的验算时，作用宜考虑结构相应部位倒塌冲击引起的动力系数。在承载力函数的计算中，混凝土强度仍取用强度标准值fck，钢筋强度改用极限强度标准值fstk（或fptk），根据本规范第4.1.3条及第4.2.2条的规定取值，ak宜考虑偶然作用下结构倒塌对结构几何参数的影响。必要时可考虑材料强度在动力作用下的强化和脆性，并取相应的强度特征值。荷载效应应乘动力系数；材料强度取标准值或实测值（平均值），考虑材料强化和脆性的影响。23243承载能力极限状态设计表达式3.3.2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：——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代替不定性系数的表达形式；0SRcsRd(,,,)/kRRffaRdRd254增加了既有结构的设计原则—应用范围3.7.1为既有结构延长使用年限、安全复核、改变用途、改建、扩建或加固修复等，应对其进行评定、验算或重新设计。【说明】既有结构为已建成、使用的结构。既有混凝土结构的设计将成为未来工程设计的重要内容。为保证既有结构的安全可靠并延长其使用年限，以及近年日益增多的结构加固改建的需要，本次修订新增一节，强调既有结构设计的原则。既有结构设计适用于下列六种情况：达到设计年限后延长继续使用的年限；为消除安全隐患而进行的设计校核；结构改变用途和使用环境而进行的复核性设计；对既有结构进行改建；扩建既有的建筑结构；结构事故或灾后受损结构的修复加固等。应根据不同的目的，选择不同的设计方案。263增加了既有结构的设计原则—原则3.7.2对既有结构的评定、验算或重新设计应符合下列原则：1应按现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》的要求，进行安全性、适用性、耐久性及抗灾害能力的评定。2应根据评定结果、使用要求和后续使用年限确定既有结构的(加固)设计方案。3对既有结构进行安全复核、改变用途或延长使用年限而进行承载能力极限状态的验算时，宜符合本规范的规定。4对既有结构进行改建、扩建或加固改造而重新设计时，承载能力极限状态的计算应符合本规范和相关标准的规定。5既有结构的正常使用极限状态验算及构造要求宜符合本规范的规定。6必要时可对使用功能作相应的调整，提出限制使用的要求。273增加了既有结构的设计原则—重新设计原则3.7.3既有结构的重新设计应符合下列规定：1应优化结构方案、提高结构的整体稳固性、避免承载力及刚度突变；2荷载可按现行荷载规范的规定确定，也可按