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1、混凝土结构设计规范,（GB50010-2010）简介 （天津大学建筑工程学院）,一、概况-编制组成立及修订过程,根据建设部建标200677号文的要求，由中国建筑科学院会同有关单位对国家标准混凝土结构设计规范GB50010-2002进行全面修订。 参加修订的单位有：清华大学、天津大学、重庆大学、同济大学、东南大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学、浙江大学、郑州大学、河海大学、湖南大学、西安建筑科技大学（12所大学），中国建筑设计院、北京市建筑设计研究院、华东建筑设计研究院、中国建筑西南设计研究院、中国航空工业规划设计研究院、南京市建筑设计院有限公司（6所设计院）及国家建筑工程质量监督检验中心、国家
2、建筑钢材质量监督检验中心、中建国际建筑公司、北京榆构有限公司等共22个单位，修订组成员共30人。,2007年2月8日修订组成立暨第一次工作会议 2008年召开了第二次、第三次工作会议，提出并讲座了征求意见初稿 2009年7月20日提出规范征求意见稿，在全国范围广泛征求意见，共收到56个单位近200余名技术人员意见1500条 2009年11反馈意见汇总、处理，对征求意见稿修改、补充形成送审初稿。 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并进行试设计、试设计工作于09年12月完成。 2009年11月3012月2日送审稿审查会，在北京召开并通过。 2010年6月规范报批 20
3、10年8月住房和城乡建设部发布公告，混凝土结构设计规范GB50010-2010，2011年7月1日实施。,二 . 修订原则,原则为“补充、完善、提高、不作大的改动。”,三. 主要修订内容,1. 补充了“结构方案”和“结构防连续倒塌”的设计原则 2. 增加了“既有结构改造设计的原则”规定 3. 增加了“应力设计”内容-完善承载力极限状态设计内容 4. 按荷载效应准永久组合进行钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算 5. 增加了楼盖舒适度的设计要求 6. 完善了耐久性设计规定 7.淘汰235MPa低强钢筋，增加500MPa高强钢筋，明确将400MPa级钢筋作为主力钢筋。倡导应用500MPa钢筋，逐步淘
4、汰335MPa级钢筋；提出钢筋延性（最大力下总伸长率）的要求，以提高结构的变形能力的抗震性能 8. 提出了“并筋”的配筋方法,9提出了“非荷载效应(温差、收缩等)”分析的原则 10提出了结构侧移产生的二阶(P -)效应分析方法 11. 完善了“钢筋和混凝土的本构关系”和“混凝土多轴强度准则” 12. 调整正截面承载力计算内容的表达方式 13. 完善了受压构件自身挠曲产生的二阶(P -)效应计算规定 14. 调整了斜截面受剪承载力计算方法，适当增加了安全儲备 15. 完善了双向受剪承载力计算方法，补充了抗震设计计算规定 16. 补充了拉-扭和拉-弯-剪-扭复合受力构件设计计算的相关规定 17.
5、修改了受冲切承载力计算公式,补充了抗震设计计算规定 18. 修改、明确了按应力配筋的有关要求 19. 补充调整了裂缝宽度计算规定（钢筋应力计算方法、受力特征系数的调整）,20. 适当调整了钢筋的保护层厚度 21. 修改了锚固长度的有关规定，增加了“机械锚固”内容 22. 调整了纵向受力钢筋的最小配筋率要求 23. 在梁柱节点中引入“机械锚头”的新内容 24. 补充了装配式混凝土结构设计原则及有关构造要求 25. 补充、完善了“预应力混凝土构件计算的构造要求”增加了无粘结预应力混凝土构件的有关规定 26. 调整预应力损失,27. 调整了构件抗震等级及有关内力调整的规定 28. 调整了轴压比限值，
6、增加了四级抗震等级的轴压比要求 29. 调整了节点核心区受剪承载力验算，扩大到三级抗震等级要求 30. 补充了连梁设计规定 31. 修改了剪力墙边缘构件的有关设计要求 32. 补充了预应力混凝土构件抗震设计的有关要求,四、试设计结果,根据征求意见稿进行试设计 由中国建筑设计研究院、北京市建筑设计院、华东建筑设计研究院、中国建筑西南设计院等七所设计院、10个工程6种结构形式进行试设计。 6种结构形式为：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、框筒结构、排架结构、板柱结构,试设计项目为各单位已经完成的既有结构工程荷载效应按最新版本严格按提供程序计算，不考虑设计习惯及技术措施，采用高强钢筋（HRB40
7、0、HRB500）进行材料用量比较。,总结,1. 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，裂缝宽度控制大幅度减少（1040%），受力纵筋用量明显减小，可达10%左右。受弯构件的箍筋因受剪承载力计算公式调整，用钢量增加。 3. 柱中加密区箍筋采用配箍特征值控制情况下，采用高强箍筋省钢20%以上 4. 用300MPa级取代235MPa级钢筋，用400、500MPa取代335MPa级钢筋，可明显减少钢筋用量，平均可减少约15%左右,5. 对于荷载及内力甚大，由承载力确定配筋的构件应用高强钢筋，可省钢约1020% 6. 高强钢筋锚固长度、
8、搭接长度增大，采用机械锚固和机械连接，并未明显增加用钢量 7. 对于荷载及内力不大，由最小配筋率确定截面配筋的情况采用HRB500MPa级钢筋总效果不明显，因此中高强400MPa级钢筋可能为未来的主力钢筋 8. 板柱结构在限制高度24m的情况下，钢筋等级不变情况下，用钢量增加1015%，采用高强钢筋后，总用钢量可以持平或减少 9. 新规范适用性好， 在提高安全储备、抗灾能力和耐久性情况下，通过技术进步的采用高强材料等措施，有效地落实了节材、减耗、环保的目标,五、审查意见,混凝土结构设计规范（送审稿）审查会于09年12月2526日在北京召开，会议成立了19位专家组成的审查委员会对规范送审稿各章内
9、容进行了逐条讨论和审查。 审查意见如下： 一、规范修订过程符合工程建设国家标准的编制程序要求，送审资料齐全，符合审查要求。 二、规范（送审稿）符合现行的法律、法规和技术政策的要求，并与相关技术标准基本协调。 三、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
10、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。 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。,第3.1.7、3.3.2、4.1.3、4.1.4、4.2.2、4.2.3、8.5.1、10.1.1、11.1.3、11.2.3、11.3.1、11.3.6、11.4.12、11.7.14条为强制性条文（共14条）。,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
11、计方法，板柱节点设计方法及预应力混凝土结构抗震设计规定。,会议认为：规范（送审稿）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。 会议一致同意通过规范（送审稿）。要求修订组根据审查会议的意见，对送审稿进行进一步修改和完善，尽快形成报批稿上报主管部门审批、发布。 2010年6月报批并已批准。,符号,Hot Rolled Ribbed Steel Bars (HRB) Fine (F细晶粒) Plain (平滑的) Remained Heat Treatment (RRB) Ribbed Steel
12、 Bars Earthquake (地震) Sway (S侧移),六、各章主要的具体修订内容,（一）总则 1.0.1条 1.0.2条，条文中结构的设计还包括扩建、改造、受损的修建等，既有结构的设计 （二）术语、符号,（三）基本设计规定,3.13.5见规范条文 3.6 见p.1214内容 3.7 见规范条文,3.6 防连续倒塌设计原则,属新规范增加内容 增加内容为：防连续倒塌设计原则，增强结构的整体稳定性，提高混凝土结构抗偶然作用的能力。,问题提出：,1968年英国Ronan Point公寓，28层装配式钢筋混凝土大板结构。第18层一个单元煤气爆炸。墙板脱落并跌落到下层、楼板破坏亦倒塌到一层，从
13、而发生该公寓角部连续倒塌到地面。 2006年11月17日凌晨2时50分，大连市甘井子区居民楼，一居民单元装修房屋私自改动液化气管线，发生煤气泄漏爆炸事故，二、三层楼板严重倒塌，外墙炸开一道长8m宽0.5m的孔洞。,新华网北京2011年4月11日电 （记者卢国强）11日上午，北京市朝阳区和平街12区3号楼5单元发生爆炸事故，造成楼体部分坍塌。截至10时30分，事故已导致1人死亡、1人受伤，北京市公安、消防部门正对现场进行全力搜救。,目标：,“当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时，结构仍可保持必要的整体稳定性，不会出现与起因不相称的后果。” “在特定类型的偶然作用发生时或发生后，结构体系可能局部
14、破坏（塌垮），但应具有依靠结构继续承载而避免发生与作用不相匹配的大范围破坏或连续倒塌的能力。”,偶然作用包括：,压力荷载（如爆炸、龙卷风） 撞击力（如机器碰撞、摆动物体的撞击等） 变形有关的作用（地基基础下陷、沉降）等非正常事件引起的地质灾害、轰炸等不可抗拒的作用不包括在防连续倒塌设计范围 对于建筑结构，内部爆炸是最常见的偶然作用。 偶然作用（爆炸）的特点：量值很大，作用时间很短。,3.6.1 条：一般结构用的防倒塌设计要求,防倒塌设计的难度和代价很大，一般结构只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
15、布置或轻质墙体、轻质屋盖等）；布置分割缝以控制倒塌范围）；增加关键部位的冗余约束及备用传递途径以定性设计的方法增强结构的防连续倒塌的能力。,3.6.2条 倒塌可能引起严重后果的、安全等级为一级的可能遭受袭击的重要结构，以及为抵御灾害作用面必须增强抗灾能力的结构宜进行定量设计。 本条给出了设计方法：,1、局部加强法 2、拉结构件法 3、拆除构件法,见3.6.2条文,偶然作用柱失效 柱所支承的梁为拉弯构件 通过梁机制、悬链线机制（悬索机制） 避免连续倒塌,图：水平构件拉结,材料强度取标准值，并应考虑动力作用下材料强化和脆性。 验算方法可采用弹性分析、弹塑性分析、极限分析等对结构的受力倒塌全过程进行
16、分析。,3.7 既有结构设计的原则,3.7.1 既有结构延长使用年限、改变用途、改建、扩建或需要进行加固、修复等，应对其进行评定、验算或重新设计。,四 材料,各国规范钢筋强度等级限制,（1）美国ACI318-08,（5）日本，进行了一项长达5年的“新钢筋混凝土项目”系统。研究认为：钢筋强度 700MPa、混凝土强度 60MPa时采取一定措施后，可用于抗震结构。 （6）欧洲标准EC8（2003年） 结构分为三个等级：低延性（DCL）、中延性（DCM）、高延性（DCH） 钢筋分为：A、B、C三个等级 满足抗震延性要求为B、C级fy=400600MPa B级钢筋gt或su 7.5% C级钢筋gt或s
17、u 9%,我国情况：,2007年10月建研院提出对规范进行局部修订，以提前推动高强钢筋（HRB500、HRB400）的工程应用。鉴于修订内容较多，改局部修订为另行编制“导则” 热轧带肋高强钢筋在混凝土结构中应用技术导则编号为RISN-TG007-2009，2009年10月发布。（中国建筑工业出版社出版） 导则的编制是在国家“863”课题2004年，500MPa级钢筋应用技术研究成果的基础上进行的。,500MPa级钢筋应用技术研究的“关键技术”有：,一、二阶效应（Second order effect）,结构中的“二阶效应”是：作用在结构上的重力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
18、力（如弯矩）和附加变形（如结构侧移，构件挠曲）。,六 承载能力极限状态计算,二、二阶效应分为两类：, 结构侧移二阶效应（P-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”。 杆件挠曲二阶效应(P-效应) 由轴压力在杆件自身挠曲后引起的局部二阶效应。通常 P-效应起控制作用仅在少数偏压构件中形成，反弯点不在柱高范围内的较细长偏心压杆则有可能属于这类情况。,杆件挠曲二阶效应,(A) (B),右图，增大后的弯矩有可能大于M2,三、框架结构二阶效应的基本规律,有P-效应下的弯矩分布 有P-效应下的弯矩分布,除底层柱以外， P-不增大其它各层柱上、下端竖向荷载一阶弯矩，反而
19、略有减小作用。(a)(A),(A), P-效应增大所有柱端水平荷载弯矩(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-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。, 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-效应，但通常不起控制作用。(b)(B),(B),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-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。 (B),(B),四、在二阶效应计算中需注意的主要
20、问题,1. P-效应只增大引起结构侧移的弯矩Ms，不增大不引起结构侧移的弯矩Mns，即： 2. 框架结构同层各柱柱端Ms被P-效应增大的比例应相同（层效应）； 3. 进行内力分析时，必须考虑钢筋混凝土结构构件材料非弹性的特点。否则计算出的附加弯矩（二阶弯矩）可能小 4060%。（不能用弹性刚度，若用弹性刚度则、M值更偏小） 02规范弯矩全部放大,五、 P-效应的分析方法,（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,美国规范ACI318
21、-05称作二阶弹性分析方法（10.13.4条）,构件刚度折减系数,11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,PKPM多高层结构计算软件,首先计算竖向荷载引起的整个结构的几何刚度，以此修改原有结构总刚，从而实现P-效应计算。,复杂高层建筑结构设计,P- 效应的简化计算 E. L. Wilson etl. Static and Dynamic Analysis of Multi-Story Building Including P- Effects, Earthquake Spectra, 1987, 2,结构变形后，各层结构自重会产生一个附加的倾覆力矩。层重量引起的倾
22、覆力矩如下图示。,作用在第i层的附加倾覆力矩为,这一倾覆力矩可以为一对水平力代替,Wilson提出一个直接求解方法 由图5.3.1写出结构整体平衡方程,KU=F+LU,令K=K-L,KU=F (5.3.4),七、 P- 效应计算,一、02规范的 计算公式：标准柱两端铰支，单曲率，端弯矩相等,三、 P- 效应,02规范的计算公式：标准柱、两端铰支、单曲率、端弯矩相等。,（ei初始偏心距）,柱中点截面曲率,二、新规范：改称弯矩增大系数（ P-效应弯矩增大系数）,2 1，偏压构件长细比对截面曲率的影响系数,考虑附加偏心距的公式,三、当柱端弯矩不等，单曲率情况按新规范的计算公式（6.2.4-1）,公式
23、（6.2.4-1）,（6.2.4-2）,四、Cm系数，参照美国规范、根据理论与试验结果分析给出,五、大多数情况可以不考虑P-效应的条文规定（6.2.3条）,若满足,lc构件的计算长度，可近似取偏心受压构件相应主轴方向两支承点之间的距离（ lc .0H，和柱两端约束程度有关） （但按02规范7.3.11条现浇楼盖、框架柱、底层柱 .0H 、其他各层柱.25H）,例题,细长柱问题,受力时短柱和中长柱会发生强度破坏，而细长柱会发生失稳破坏（图1）。,六 承载能力极限状态计算,原一般构件钢筋项前有1.25系数,同02规范，没改！,规范处理复合受力构件承载力计算方法的思路,6.3.16条 同02规范7.
24、5.16条，未作修改 6.3.18条 同02规范7.5.18条，未作修改,6.3.19条 新增条文，简化设计用,6.3.20条6.3.23条为剪力墙抗剪，原第10章内容移来,（七） 正常使用极限状态验算,与HRB400比较，钢筋用量减少量14.3%的原因：框架柱纵筋大多按最小配筋率构造配筋；剪力墙也是按构造配筋； 框架梁的纵筋较多为裂缝宽度控制（按02规范设计的）。 框架梁支座及次梁支座截面配筋裂缝控制截面分别达72%和55%跨中截面分别达到33%和50%。 由低强钢筋承载力极限状态是主要的转变为高强钢筋正常使用极限状态（裂缝宽度、刚度变形）更为重要，不可忽视。 新规范必须对裂缝宽度和刚度变形
25、验算作放宽的调整。,二、裂缝控制对钢筋强度利用的制约,3. 在裂缝宽度计算中，起到主导作用的是荷载效应组合,4. 欧洲规范的规定,正常使用极限状态，性质上可分两种,三、例题,2. 计算有关参数,3. 计算裂缝宽度,四、关于挠度的规定,钢筋混凝土受弯构件的挠度应按荷载效应准永久组合并考虑长期作用影响进行计算。挠度 f 限值未作调整。,刚度（短期刚度Bs和长期刚度B）的计算,Bs7.2.3条式（7.2.3-1），与02规范相同 B 7.2.2条式（7.2.2-2）新增加的荷载准永久组合时,（4）计算B,（十） 预应力混凝土结构构件,一、新增条文,二、 纯无粘结预应力混凝土梁的特性,四、为改善纯无粘
26、结梁的受力性能，必须配置非预应力筋即混合配筋梁,五、新规范的p 计算公式,机械锚固带锚固板钢筋的应用简介,一、机械锚固的受力机理,图1 带锚固板钢筋的受力机理示意图,带锚固板钢筋的锚固性能体现在两个阶段：受力初期阶段主要是粘结锚固，此阶段会持续直至达到最大粘结力，之后逐渐退化下降，即最大粘结力点是一个转折点，此后进入第二阶段，锚固力逐渐转移至锚固板上，此阶段会持续直至锚固板前混凝土局压破坏或钢筋屈服失效。值得注意的是，钢筋与混凝土间的最大粘结力与锚固板的最大局部承压力不是同时达到。如图1所示，钢筋所承受的外力由钢筋与混凝土之间的剩余粘结力和锚固板的局部承压力共同承担。,锚固板的净面积；,钢筋公
27、称面积；,锚固板的总面积。,图 锚固板占总锚固力的百分比与埋入深度的关系,二、锚固板,图3 Caltrans试验研究使用的带锚固板钢筋,图4 HRC摩擦焊带锚固板钢筋,图5 “Lenton Terminator”锥螺纹连接锚固板,CABR锚固板,本试验研究中，选用了如图所示的由中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司研制的专用于锚固钢筋用的锚固件CABR anchorage head for rebar（以下简称“锚固板” ，“CABR”为注册商标）进行试验研究。,图 CABR钢筋锚固板,图 CABR锚固板示意图,锚固板由圆形承压板与六角螺帽两部分组成,用螺纹连接方式将CABR锚固板与钢筋连接形
28、成的机械锚固装置，见图。CABR钢筋锚固板组装件的极限抗拉强度不小于被锚固钢筋抗拉强度标准值。直径d=28mm的钢筋对应的锚固板外径65mm,长度34mm，相对头面积4.38；直径为d=25mm的钢筋对应的锚固板外径60mm,长度31mm，相对头面积4.76。（ACI318-08要求4）,三、应用：,20世纪80年代在海上采油平台中得到了广泛的应用，近十几年已用于桥梁、房屋等建筑中。,图8龙门核反应堆（2003年，中国台湾）,图9 Incheon LNG 储油罐（2005年，韩国）,图10怀来建设局大楼（2006年，中国）,图11秦山核电站扩建工程（2006年，中国）,图12 使用带锚固板钢筋
29、约束连梁斜向钢筋,图13 在基础底板中，带锚固板钢筋取代带弯折钢筋（抗剪钢筋也为带锚固板钢筋）,图14 在桥墩钢筋笼上使用,图15 新Benicia-Martinez大桥,四、我国的研究,我国1991年起开展研究，从2005年至今我校和中国建筑科学研究院前后进行了三批试件的研究，并已将研究成果应用于工程中。近年来重庆大学也进行了应用研究，计划在最近制订技术标准逐步推广。导则已将机械锚固及节点构造中作了较大的补充。三批试验包括基本性能试验试件133个、节点试验10个（顶层和中间层端节点）。,图16 试验试件位置,（一）节点试验简介,图17 中间层端节点试验装置,（二）2009年顶层端节点试验（J
30、D1，JD2，JD3）,图18 顶层端节点试验装置,图19 顶层端节点试验装置,图20 节点试验加载程序,JD3结构图,如图21，是试件JD3的结构图，JD3的设计思路是，梁的主筋全部采用锚固板代替90弯折锚固，柱外侧梁宽范围内的2根主筋采用90弯折锚固，弯折头部增加锚固板，柱其他主筋（10根）也采用锚固板锚固。,图21 JD3结构图,图22柱截面A-A 图23梁截面B-B,柱筋 d=28 =400 ； 梁筋 d=28 =400 、d=25=478 ，均为HRB400热轧带肋钢筋，伸长率为2425%； 箍筋d10 HPB235，光面圆钢筋，fy=310 MPa U形箍筋d16 HRB400，热
31、轧带肋钢筋fy=440 MPa ； 混凝土fcu=45.4 MPa,图24 JD3节点区配筋正视图、俯视图,梁筋伸入节点锚固长度0.4,=370nmm；,=0.14,d=32.1d；,=1.15,0.4,=14.77d=14.7725=370mm,=36.9d；,图25 JD3梁柱主筋应变片布置图,图26 JD3节点区箍筋应变片布置图,箍筋配置还参考了ACI352R-02, Recommendations for Design of Beam-Column Connections in Monolithic Reinforced Concrete Structures, ACI-ASCE Co
32、mmittee 352, American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan, October 2002（现浇钢筋混凝土结构梁柱节点设计建议， ACI-ASCE 352委员会，美国混凝土学会美国土木工程师学会）,图27,图28,图29 +7y下节点区正视图,图30 +7y下节点区俯视图,负弯矩下延性系数=3.53；正弯矩下，位移7y时承载力没有下降 图31 JD3滞迴曲线图,图32 JD3骨架曲线图,图33 JD3负弯矩作用下梁主筋应变图,1（2）梁上部受拉钢筋在梁柱交界面处 4（2）梁上部受拉钢筋在梁柱交界面处 1（1）梁上部受拉钢筋在锚板处 4（1）梁上部受拉钢筋在锚板处 看出：,图4-31 JD3负弯矩作用下柱主筋应变图,1),2),3),图4-32 JD3负弯矩作用下节点箍筋应变图,谢谢！,