GB_50010-2002_混凝土结构设计规范_条文说明.pdf

筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- UDC 中华人民共和国国家标准 P GB 500102002 混 凝 土 结 构 设 计 规 范混 凝 土 结 构 设 计 规 范 Code for design of concrete structures 20020220 发布发布 20020401 实施实施 联合发布 中华人民共和国建设部 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 第 1 页 2002 筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- 中华人民共和国国家标准 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 Code for design of concrete structures GB 500102002 主编部门中华人民共和国建设部 批准部门中华人民共和国建设部 施行日期2 0 0 2 年 4 月 1 日 条文说明 中 国 建 筑 资 讯 网 中 国 建 筑 资 讯 网 2002 北 京 第 2 页 2002 筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- 目 目 次次 1 总 则 ............................................................................................................. 6 2 术语、符号........................................................................................................ 7 2.1 术语........................................................................................................... 7 2.2 符号........................................................................................................... 7 3 基本设计规定.................................................................................................... 8 3.1 一般规定................................................................................................... 8 3.2 承载能力极限状态计算规定 .................................................................... 9 3.3 正常使用极限状态验算规定 .................................................................... 9 3.4 耐久性规定 ............................................................................................. 11 4 材料 ................................................................................................................. 13 4.1 混凝土..................................................................................................... 13 4.2 钢筋......................................................................................................... 15 5 结构分析.......................................................................................................... 17 5.1 基本原则................................................................................................. 17 5.2 线弹性分析方法...................................................................................... 18 5.3 其他分析方法 ......................................................................................... 19 6 预应力混凝土结构构件计算要求 ................................................................... 21 6.1 一般规定................................................................................................. 21 6.2 预应力损失值计算.................................................................................. 23 7 承载能力极限状态计算................................................................................... 25 7.1 正截面承载力计算的一般规定............................................................... 25 7.2 正截面受弯承载力计算 .......................................................................... 27 7.3 正截面受压承载力计算 .......................................................................... 27 7.4 正截面受拉承载力计算 .......................................................................... 34 7.5 斜截面承载力计算.................................................................................. 34 7.6 扭曲截面承载力计算.............................................................................. 39 7.7 受冲切承载力计算.................................................................................. 41 第 3 页 2002 7.8 局部受压承载力计算.............................................................................. 43 7.9 疲劳验算................................................................................................. 44 筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- 8 正常使用极限状态验算................................................................................... 46 8.1 裂缝控制验算 ......................................................................................... 46 8.2 受弯构件挠度验算.................................................................................. 49 9 构造规定.......................................................................................................... 52 9.1 伸缩缝..................................................................................................... 52 9.2 混凝土保护层 ......................................................................................... 53 9.3 钢筋的锚固 ............................................................................................. 54 9.4 钢筋的连接 ............................................................................................. 55 9.5 纵向受力钢筋的最小配筋率 .................................................................. 56 9.6 预应力混凝土构件的构造规定............................................................... 57 10 结构构件的基本规定..................................................................................... 59 10.1 板........................................................................................................... 59 10.2 梁........................................................................................................... 60 10.3 柱........................................................................................................... 62 10.4 梁柱节点 ............................................................................................... 63 10.5 墙........................................................................................................... 64 10.6 叠合式受弯构件.................................................................................... 65 10.7 深受弯构件 ........................................................................................... 67 10.8 牛腿....................................................................................................... 70 10.9 预埋件及吊环 ....................................................................................... 71 10.10 预制构件的连接.................................................................................. 72 11 混凝土结构构件抗震设计............................................................................. 74 11.1 一般规定 ............................................................................................... 74 11.2 材料....................................................................................................... 75 11.3 框架梁................................................................................................... 76 11.4 框架柱及框支柱.................................................................................... 78 11.5 铰接排架柱 ........................................................................................... 81 11.6 框架梁柱节点及预埋件 ........................................................................ 82 11.7 剪力墙................................................................................................... 84 11.8 预应力混凝土结构构件 ........................................................................ 86 第 4 页 2002 附录 A 素混凝土结构构件计算 ......................................................................... 88 附录 B 钢筋的公称截面面积、计算截面面积及理论重量................................ 89 筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- 附录 C 混凝土的多轴强度和本构关系.............................................................. 90 C.1 总则 ........................................................................................................ 90 C.2 单轴应力-应变关系................................................................................ 90 C.3 多轴强度 ................................................................................................ 91 C.4 破坏准则和本构模型 ............................................................................. 92 附录 D 后张预应力钢筋常用束形的预应力损失............................................... 93 附录 E 与时间相关的预应力损失...................................................................... 94 附录 F 任意截面构件正截面承载力计算........................................................... 95 附录 G 板柱节点计算用等效集中反力设计值 .................................................. 96 第 5 页 2002 筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- 1 总 总 则则 1.0.1～～1.0.3 为实现房屋、铁路、公路、港口和水利水电工程混凝土结构共性技术 问题设计方法的统一，本次修订组的组成包括了各行业的混凝土结构专家，以求相 互沟通，使本规范的共性技术问题能为各行业规范认可。实现各行业共性技术问题 设计方法统一是必要的，但它是一个过程，本次修订是向这一目标迈出的第一步。 根据建设部标准定额司的指示，现阶段各行业混凝土结构设计规范仍保持相对的完 整性，以利于平稳过渡。 当结构受力的情况、材料性能等基本条件与本规范的编制依据有出入时，则需 根据具体情况，通过专门试验或分析加以解决。 应当指出，对无粘结预应力混凝土结构，其材料及正截面受弯承载力及裂缝宽 度计算等均与有粘结预应力混凝土结构有所不同。这些内容由专门规程作出规定。 对采用陶粒、浮石、煤矸石等为骨料的混凝土结构，应按有关标准进行设计。 设计下列结构时，尚应符合专门标准的有关规定 1 修建在湿陷性黄土、膨胀土地区或地下采掘区等的结构； 2 结构表面温度高于 100℃或有生产热源且结构表面温度经常高于 60℃的结 构； 3 需作振动计算的结构。 第 6 页 2002 筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- 2 术语、符号 术语、符号 2.1 术语 术语 术语是本规范新增的内容，主要是根据现行国家标准工程结构设计基本术语 和通用符号GBJ132、建筑结构设计术语和符号标准GB/T50083、建筑结构 可靠度设计统一标准GB50068、建筑结构荷载规范GB50009 等给出的。 2.2 符号 符号 符号主要是根据混凝土结构设计规范GBJ1089以下简称原规范规定的。 有些符号因术语的改动而作了相应的修改，例如，本规范将长期效应组合改称为准 永久组合，所以原规范符号 Nl 相应改为本规范符号 Nq。 第 7 页 2002 筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- 3 基本设计规定 基本设计规定 3.1 一般规定 一般规定 3.1.1 本规范按现行国家标准建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068 采用荷载 分项系数、材料性能分项系数为了简便，直接以材料强度设计值表达、结构重要性 系数进行设计。 本规范中的荷载分项系数应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB 50009 的 规定取用。 3.1.2 对极限状态的分类，系根据现行国家标准建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50068 的规定确定。 3.1.3～～3.1.5 对结构构件的计算和验算要求， 与原规范基本相同。 增加了漂浮验算， 对疲劳验算修改较大。 建筑结构荷载规范GBJ 987 中的吊车，分为轻级、中级、重级和超重级 工作制。现荷载规范修订组根据国家标准起重机设计规范GB 3811 中吊车的利 用等级 U 和载荷状态 Q，将吊车分为 A1～A8 八个工作级别，将原荷载规范的四级 工作制改为八级工作级别，本规范作了相应的修订。 原规范中有关疲劳问题，包括轻级、中级和重级工作制吊车，不包括超重级工 作制吊车。本规范中所述吊车，仍未包括超重级工作制吊车。当设计直接承受超重 级工作制吊车的吊车梁时，建议根据工程经验采用钢结构。 在具有荷载效应谱和混凝土及钢筋应力谱的情况下，可按专门标准的有关规定 进行疲劳验算。 3.1.6 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。设置竖直方向和水平方向通长的钢筋系杆将整个结构连系成一个整体， 是提供结构整体稳定性的方法之一。另一方面，按特定的局部破坏状态的荷载组合 进行设计，也是保证结构整体稳定性的措施之一。 第 8 页 2002 当偶然事件产生特大的荷载时，要求按荷载效应的偶然组合进行设计见第 3.2.3 条以保持结构的完整无缺，往往经济上代价太高，有时甚至不现实。此时，可采用 允许局部爆炸或撞击引起结构发生局部破坏，但整个结构不发生连续倒塌的原则进 行设计。 筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- 3.1.7 各类建筑结构的设计使用年限是不应统一的，应按建筑结构可靠度设计统 一标准的规定取用，相应的荷载设计值及耐久性措施均应依据设计使用年限确定。 3.1.8 结构改变用途和使用环境将影响其结构性能及耐久性，因此必须经技术鉴定 或设计许可。 3.2 承载能力极限状态计算规定 承载能力极限状态计算规定 3.2.1 关于本规范表 3.2.1 建筑结构安全等级选用问题， 设计部门可根据工程实际情 况和设计传统习惯选用。大多数建筑物的安全等级均属二级。 3.2.2 由于建筑结构荷载规范GB 50009 中新增的由永久荷载效应控制的组合， 使承受恒载为主的结构构件的安全度有所提高，并且本规范取消了原规范混凝土弯 曲抗压强度 fcm，统一取用抗压强度 fc，使以混凝土受压为主的结构构件的安全度有 所提高，所以取消了原规范对屋架、托架、承受恒载为主的柱安全等级应提高一级 的规定。 工程实践表明，由于混凝土结构在施工阶段容易发生质量问题，因此取消了原 规范对施工阶段预制构件安全等级可降低一级的规定。 3.2.3 符号 S 在 建筑结构荷载规范 GB 50009 中为荷载效应组合的设计值； 在 建 筑抗震设计规范GB 50011 中为地震作用效应与其他荷载效应的基本组合，又称结 构构件内力组合的设计值。 当几何参数的变异性对结构性能有明显影响时，需考虑其不利影响。例如，薄 板的截面有效高度的变异性对薄板正截面承载力有明显影响，在计算截面有效高度 时宜考虑施工允许偏差带来的不利影响。 3.3 正常使用极限状态验算规定 正常使用极限状态验算规定 3.3.1 对正常使用极限状态，原规范规定按荷载的持久性采用两种组合，即荷载的 短期效应组合和长期效应组合。 本规范根据 建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068 的规定，将荷载的短期效应组合、长期效应组合改称为荷载效应的标准组合、准永 久组合。在标准组合中，含有起控制作用的一个可变荷载标准值效应；在准永久组 合中，含有可变荷载准永久值效应。这就使荷载效应组合的名称与荷载代表值的名 称相对应。 对构件裂缝宽度、构件刚度的计算，本规范采用按荷载效应标准组合并考虑长 期作用影响进行计算，与原规范的含义相同。 第 9 页 2002 3.3.2 表 3.3.2 中关于受弯构件挠度的限值保持原规范的规定。 悬臂构件是工程实践 中容易发生事故的构件，设计时对其挠度需从严掌握。 筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- 3.3.3～～3.3.4 本规范将裂缝控制等级划分为一级、二级和三级。等级是对裂缝控制 严格程度而言的，设计人员需根据具体情况选用不同的等级。关于构件裂缝控制等 级的划分，国际上一般都根据结构的功能要求、环境条件对钢筋的腐蚀影响、钢筋 种类对腐蚀的敏感性和荷载作用的时间等因素来考虑。本规范在裂缝控制等级的划 分上考虑了以上因素。 1 本规范在具体划分裂缝控制等级和确定有关限值时，主要参考了下列资 料11974 年混凝土结构设计规范及原规范有关规定的历史背景； 2工程实践经验及 国内常用构件的实际设计抗裂度和裂缝宽度的调查统计结果；3耐久性专题研究组 对国内典型地区工程调查的结果，长期暴露试验与快速试验的结果；4国外规范的 有关规定。 2 对于采用热轧钢筋配筋的混凝土结构构件的裂缝宽度限值的确定，考虑了现 行国内外规范的有关规定，并参考了耐久性专题研究组对裂缝的调查结果。 室内正常环境条件下钢筋混凝土构件最大裂缝剖形观察结果表明，不论其裂缝 宽度大小、使用时间长短、地区湿度高低，凡钢筋上不出现结露或水膜，则其裂缝 处钢筋基本上未发现明显的锈蚀现象；国外的一些工程调查结果也表明了同样的观 点。 对钢筋混凝土屋架、托架、主要屋面承重结构构件，根据以往的工程经验，裂 缝宽度限值宜从严控制。 对钢筋混凝土吊车梁的裂缝宽度限值，原规范对重级和中级工作制吊车分别规 定为 0.2 和 0.3mm， 现在重级和中级的名称已被取消， 所以对需作疲劳验算的吊车梁， 统一规定为 0.2mm。 对处于露天或室内潮湿环境条件下的钢筋混凝土构件，剖形观察结果表明，裂 缝处钢筋都有不同程度的表皮锈蚀，而当裂缝宽度小于或等于 0.2mm 时，裂缝处钢 筋上只有轻微的表皮锈蚀。根据上述情况，并参考国内外有关资料，规定最大裂缝 宽度限值采用 0.2mm。 对使用除冰盐的环境，考虑到锈蚀试验及工程实践表明，钢筋混凝土结构构件 的受力垂直裂缝宽度，对耐久性的影响不是太大，故仍允许存在受力裂缝。参考国 内外有关规范，规定最大裂缝宽度限值为 0.2mm。 第 10 页 2002 3 在原规范中， 对采用预应力钢丝、 钢绞线及热处理钢筋的预应力混凝土构件， 考虑到钢丝直径较小和热处理钢筋对锈蚀比较敏感，一旦出现裂缝，会严重影响结 构耐久性，故规定在室内正常环境下采用二级裂缝控制，在露天环境下采用一级裂 缝控制。鉴于这方面的规定偏严，故在 1993 年原规范的局部修订中提出各类预应力 筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- 混凝土构件，在有可靠工程经验的前提下，对抗裂要求可作适当放宽。 4 根据工程实际设计和使用经验，主要是最近十多年来现浇后张法预应力框架 和楼盖结构在我国的大量推广应用的经验，并参考国内外有关规范的规定；同时， 还考虑了部分预应力混凝土构件的发展趋势，本次修订对预应力混凝土结构的裂缝 控制，着重于考虑环境条件对钢筋腐蚀的影响，并考虑结构的功能要求以及荷载作 用时间等因素作出规定。同时，取消了原规范的混凝土拉应力限制系数和受拉区混 凝土塑性影响系数，以尽可能简化计算。对原规范室内正常环境下的一般构件，从 二级裂缝控制等级放松为三级楼板、 屋面板仍为二级； 对原规范露天环境下的构件， 从一级裂缝控制等级放松为二级吊车梁仍为一级；对原规范未涉及的三类环境下的 构件，新增加规定为一级裂缝控制等级。 3.4 耐久性规定 耐久性规定 3.4.1 本条规定了混凝土结构耐久性设计的基本原则，按环境类别和设计使用年限 进行设计。表 3.4.1 列出的环境类别与 CEB 模式规范 MC-90 基本相同。表中二类环 境 a 与 b 的主要差别在于有无冰冻。三类环境中的使用除冰盐环境是指北方城市依 靠喷洒盐水除冰化雪的立交桥及类似环境，滨海室外环境是指在海水浪溅区之外， 但其前面没有建筑物遮挡的混凝土结构。四类和五类环境的详细划分和耐久性设计 方法由港口工程技术规范及工业建筑防腐蚀设计规范GB 50046 等标准解 决。 关于严寒和寒冷地区的定义，民用建筑热工设计规程JGJ2486 规定如下 严寒地区累年最冷月平均温度低于或等于-10℃的地区。 寒冷地区累年最冷月平均温度高于-10℃、低于或等于 0℃的地区。 累年系指近期 30 年，不足 30 年的取实际年数，但不得少于 10 年。各地可根据 当地气象台站的气象参数确定所属气候区域，也可根据建筑气象参数标准提供 的参数确定所属气候区域。 3.4.2 本条对一类、二类和三类环境中，设计使用年限为 50 年的混凝土结构的混凝 土作出了规定。 表 3.4.2 中水泥用量为下限值，适宜的水泥用量应根据施工情况确定。混凝土中 碱含量的计算方法参见混凝土碱含量限值标准CECS5393 的规定。 第 11 页 2002 3.4.3 本条对于设计使用年限为 100 年且处于一类环境中的混凝土结构作了专门的 规定。 根据国内混凝土结构耐久性状态的调查，一类环境设计使用年限为 50 年基本可 筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- 以得到保证。但国内一类环境实际使用年数超过 100 年的混凝土结构极少。耐久性 调查发现，实际使用年数在 70～80 年一类环境中的混凝土构件基本完好，这些构件 的混凝土立方体抗压强度在 15N/mm2左右，保护层厚度 15～20mm。因此，对混凝 土中氯离子含量加以限制；适当提高混凝土的强度等级和保护层厚度；特别是规定 需定期进行维护，一类环境中的混凝土结构设计使用年限 100 年可得到保证。 3.4.4 二、三类环境的情况比较复杂，要求在设计中限制混凝土的水灰比；适当提 高混凝土的强度等级；保证混凝土抗冻性能；提高混凝土抗渗透能力；使用环氧涂 层钢筋；构造上注意避免积水；构件表面增加防护层使构件不直接承受环境作用等， 都是可采取的措施，特别是规定维修的年限或局部更换，都可以延长主体结构的实 际使用年数。 3.4.5～～3.4.6 混凝土的抗冻性能和抗渗性能试验方法、 等级划分及配合比限制按有 关的规范标准执行。混凝土抗渗和抗冻的设计可参考水工混凝土结构设计规范 DL/T 5057 及地下工程防水技术规范GB 50108 的规定。 3.4.7 环氧树脂涂层钢筋是采用静电喷涂环氧树脂粉末工艺，在钢筋表面形成一定 厚度的环氧树脂防腐涂层。 这种涂层可将钢筋与其周围混凝土隔开， 使侵蚀性介质如 氯离子等不直接接触钢筋表面，从而避免钢筋受到腐蚀。 鉴于建设部已颁布行业标准环氧树脂涂层钢筋JG 3042，该产品在工程中 应用也已取得了一定的使用经验，故本次修订增加了环氧树脂涂层钢筋应用的规定。 第 12 页 2002 筑筑 龙龙 网网 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 资料编号资料编号 GB 50010- 4 材料 材料 4.1 混凝土 混凝土 4.1.1 混凝土强度等级的确定原则为混凝土强度总体分布的平均值减法 1.645 倍标 准差保证率 95。混凝土强度等级由立方体抗压强度标准值确定，立方体抗压强度 标准值是本规范混凝土各种力学指标的基本代表值。 4.1.2 本条对混凝土结构的最低混凝土强度等级作了规定。基础垫层的混凝土强度 等级可采用 C10。 4.1.3～～4.1.4 我国建筑工程实际应用的混凝土平均强度等级和钢筋的平均强度等 级，均低于发达国家。我国结构安全度总体上比国际水平低，但材料用量并不少， 其原因在于国际上较高的安全度是靠较高强度的材料实现的。为扭转这种情况，本 规范在混凝土方面新增加了有关高强混凝土的内容。 1 混凝土抗压强度 本规范将原规范的弯曲抗压强度 fcmk、fcm取消。 棱柱强度与立方强度之比值ααcl对普通混凝土为 0.76， 对高强混凝土则大于 0.76。 本规范对 C50 及以下取ααcl0.76，对 C80 取α0.82，中间按线性规律变化。 本规范对 C40 以上混凝土考虑脆性折减系数ααc2，对 C40 取αc21.0，对 C80 取 ααc20.87，中间按线性规律变化。 考虑到结构中混凝土强度与试件混凝土强度之间的差异，根据以往的经验，并 结合试验数据分析，以及参考其他国家的有