《混凝土结构设计规范》白绍良

混凝土结构设计规范 GB50010 2002 第九章 第十一章主讲 白绍良重庆大学土木工程学院教授博士生导师混凝土结构设计规范 GB50010 2002 主要起草人国际混凝土学会 fib 抗震设计委员会中方委员中国标准化协会混凝土结构标准技术委员会副主任委员 混凝土 抗震 高规 协调组成员建设部工程建设标准强制性条文咨询委员会委员 9 构造规定10 结构构件的基本规定11 混凝土结构构件抗震设计 与第九章到第十一章有关的主要修订特点 一 在综合国力有所提高的背景下 为了提高结构质量 从安全性角度调整了涉及各本结构规范的一系列偏弱 偏紧的规定 使结构设计可靠度水准与修订前相比适度提高 二 为了提高结构质量和投资效益 使建筑物在更长时间内保有其使用价值 减小维修费用 提高了对结构耐久性的重视 并给出了一系列基本要求 三 根据我国主导结构形式的变化和发展 提高了对结构整体设计思路 设计措施以及各类构造措施的重视 并给出了相应建议和规定 四 反映了近年来已经逐步成熟的新材料 新技术和新的设计方法 9 1伸缩缝 本节实质性内容是尽可能减少由于混凝土收缩和温度变化所引起的结构开裂 越向远端 结构构件 主要是竖向构件 中的弯矩 剪力越大 越向中间 水平构件 楼 屋盖 中的拉力或压力越大 混凝土收缩与温度降低有类似效果 收缩内力主要发生在施工阶段和使用阶段初期 温度内力主要发生在使用阶段 每年周期性 每天周期性 原规范伸缩缝间距主要着眼于控制温度内力 也可以起控制正常收缩内力的作用 多年工程经验证明 控制效果良好 近年来混凝土强度等级提高 水泥标号提高或用量增大 早强 后期强度增长明显减小 高发热量 高收缩 构件混凝土体量增大 周边约束增强 进一步加大收缩内力 若采取措施 材料 施工 降低收缩内力到正常水平 原规范规定仍可用 故表9 1 1保持原规范规定未变 但注意已将 可 改为 宜 局部条文变动 1 增加了框架 剪力墙 框架 核心筒结构伸缩缝间距规定 短肢剪力墙 核心筒 2 增加了外露结构伸缩缝间距的规定 3 强调了有必要减小伸缩缝间距的情况 超长结构 伸缩缝间距超过表9 1 1规定的结构 根据国内成功工程经验 必须选择对应措施 其中可包括 1 针对温度 收缩内力的预应力措施 直线预应力筋 2 根据温度 收缩内力分布规律增设附加钢筋 3 施工阶段利用后浇带对结构进行分割 间距 后浇时间 钢筋最好断开设搭接接头 板 梁全断开 4 其它减少收缩及温度应力措施 规范不限制这种突破 但相应措施由设计人裁定 因工程情况多样 规范无法统一做出建议或规定 9 2混凝土保护层 保证钢筋混凝土结构耐久性的几项主要措施 1 规定保护层混凝土必要厚度 在建筑物使用寿命内 使表层混凝土碳化不致深入到钢筋表面 以保持钢筋的碱性环境 防止由表层混凝土侵入的水和氧导致钢筋全面锈蚀 2 控制裂缝宽度 防止钢筋锈蚀从裂缝处开始 并沿钢筋蔓延 3 防止混凝土冻融破坏 4 防止混凝土的腐蚀破坏 根据工程经验适度增大了保护层厚度 分别按环境类别 构件类别和混凝土强度等级给出最小保护层厚度 且不小于钢筋直径 设计使用年限为100年的结构 保护层在表9 2 1规定的基础上增大40 保护层大于40mm时加附加钢筋网 悬臂梁 二 三类环境 注意对上部保护层的附加保护 9 3钢筋锚固 受拉锚固长度用公式表达 外形系数 见表9 3 1 9 3 1 1 适应钢筋等级调整 混凝土强度等级调整及钢筋表面形状变化 HRB335 HRB400钢筋直径大于25mm时乘系数1 1 钢筋肋高与直径之比减小 还氧涂层钢筋 用于二 三 四类环境 乘系数1 25 保护层厚度大于钢筋直径三倍且配箍时乘系数0 8 确有把握时 锚固长度可按 需要 实配 比值折减 但抗震锚固长度不允许折减 推荐三类机械锚固措施 锚固长度 至外端 取 配箍要求见规范 规范 9 4钢筋的连接 1 绑扎搭接2 机械连接 钢筋机械连接通用技术规程 JGJ107 焊接 钢筋焊接及验收规程 JGJ18 机械连接常用形式 直螺纹套筒接头 锥螺纹套筒接头 挤压套筒接头 搭接接头面积百分率的放宽 用增大搭接长度补偿接头刚度的退化 式中 为搭接长度修正系数 见规范表9 4 3 明确了各类接头 同一连接区段 的定义 用 同一连接区段 内有接头的钢筋计算接头面积百分率 9 4 3 规范 9 5纵向受力钢筋最小配筋率 一 梁板类 受弯 偏拉类 构件受拉纵筋最小配筋率 理论定义 受弯构件受拉区混凝土开裂后受拉钢筋不致立即屈服 目前预应力混凝土受弯构件即按此思路确定受拉钢筋最小配筋率 钢筋混凝土受弯构件GBJ10 89规范 C35时 min 0 15 C40时 min 0 2 远低于上述要求 本次修订适度提高 美国 ACI318 欧洲 EC2 新西兰 NZS3101 大致符合理论定义 中国GBJ10 89受原苏联规范影响 过低 中国GB50010 2002适度提高 体现了与混凝土强度等级和钢筋等级的关系 与英国规范 BS8100 水平相近 但不低于0 2 二 建筑物卧置于地基上的厚底板 水工构筑物底板 紧贴岩壁浇筑的厚墩墙1 因混凝土收缩引起开裂 非荷载开裂 2 地基或岩体对混凝土收缩有一定阻力 3 开裂后纵筋 低配筋率 能控制裂缝宽度 C20 C30 裂缝可控制在0 2 0 3mm GB50010 2002规定不小于0 15 ACI318规范还建议当底板有荷载时 自重除外 配筋不低于计算需要量的1 3倍 三 柱纵筋的最小配筋率作用 1 混凝土受压徐变引起的压力重分布不致使纵筋过早受压屈服 2 偏心受压时混凝土徐变不致增加柱侧向挠度过多 3 保证必要的侧向刚度 4 大偏压柱受拉区开裂后纵筋不致立即屈服 5 与箍筋一起对受压区混凝土形成必要约束 美 日 新 澳 纵筋总配筋率不小于0 8 或1 0 欧洲 EC2 轴压0 8 左右 大偏压0 3 GB50010 2002 由原规范的全部纵筋不小于0 4 提高到全部纵筋不小于0 6 400级钢筋0 5 C60及以上混凝土0 7 单边不小于0 2 9 6预应力混凝土构件的构造规定 根据预应力先张法和后张法钢筋选材的变化将构造调整为针对高强钢丝 三股及七股钢绞线以及热处理钢筋 具体规定无原则性变化 引入钢丝的并筋措施 在确定其锚固长度及传递长度时用等效直径 粘结性能略受影响 10 1板 与原规范相比主要调整有 第10 1 1条 根据工程经验增加了构造最小板厚的条文 表10 1 1 这只是板厚下限 合理板厚应按所受内力下的强度及变形要求以及其它要求 如防火 人防 综合确定 第10 1 2条 注意当板长宽比在2 0到3 0之间时 沿长边方向的配筋最好按计算确定 如不计算 应在构造配筋基础上适当加强 第10 1 3条 注意支座负弯矩钢筋是否具有足够延伸长度 不能盲目使用手册或经验 注意不等跨连续梁和各跨不等荷载连续板以及活荷载 恒载比值大的多跨连续板 第10 1 7条第1款 增加板与周边梁 墙整体连接时支座构造负弯矩筋的规定 注意板角配筋及柱伸入板内周边的配筋 第10 1 8条增加了分布筋的数量 注意在集中荷载较大处增大分布筋数量 对于温度 收缩应力较大部位的基本思路 1 受力钢筋可以起一定作用 收缩应力作用时楼面活荷载尚未充分作用 2 注意在配筋空缺处补足温度 收缩筋 3 给出了温度 收缩筋最低数量建议 4 注意温度 收缩筋在周边构件中的锚固及相互搭接 按接近充分受力考虑 卧置于地基上的基础底板 当板厚大于2m时 在板厚中部加平行板面钢筋网 目的 保证厚板抗剪强度 建议剪力小时可不加 并给出剪力小的界限 10 2梁 10 2 3连续梁支座负弯矩受拉钢筋的延伸长度作用剪力较小时 从充分利用截面伸出足够锚固长度 1 2la 从不需要截面伸出必要构造长度 20d 作用剪力较大时 考虑斜裂缝出现后上部纵筋的内力重分布 锚固长度加长 1 2la h0 构造长度加长 20d h0 增加h0以考虑工程中常见的截面较高梁的特点 当负弯矩区过长时 因出现斜裂缝的区域向跨中扩展 延伸长度进一步加大 锚固长度 1 2la 1 7h0 构造长度 20d 1 3h0 10 2 4悬臂梁负弯矩筋不宜在悬臂长度内截断 伸至梁端下弯 可分批向下弯折 锚固在下边缘 10 2 5调整受扭纵筋最小配筋率 当 时取 受弯 受扭纵筋沿周边均匀对称布置原则 受扭纵筋在梁端按充分受拉锚固的原则 弯 扭纵筋沿相应截面边缘数量相加的原则 10 2 6给出对梁端按简支计算但实际受部分约束时的支座上部构造配筋 10 2 10调整了受剪箍筋最小配箍率弯剪扭箍筋最小配箍率复合箍筋截面内部箍肢不应计入受扭箍筋 受扭箍筋端部采用与抗震箍筋相同的做法 135 平直段10d 10 2 13梁截面高度范围内受力时的附加横向钢筋作用 1 弥补间接加载抗剪能力的降低 2 防止发生局部拉脱 注意 是在原有抗剪箍筋基础上附加的横向钢筋 10 2 16增加了对梁侧边构造钢筋最小配筋量的规定 时 单侧0 001bhw 双侧0 002bhw 温度 收缩应力偏大时应进一步增大 间距不小于200mm 不小于150mm阻裂更有效 近期此类部位出现质量问题较多 主要原因 1 主次梁上荷载确定不准确 次梁荷载估计偏小 2 附加横向钢筋不足 注意附加钢筋合理布置宽度 对宽扁梁偏大 10 3柱 10 3 1补充了圆柱纵筋最小根数的规定 10 3 2补充圆柱箍筋做法 纵筋配筋率大于3 时 可用一般封闭箍 抗震做法 也可用焊接箍 保证焊接质量 10 4梁柱节点 国内各类节点足尺或近足尺静力及抗震试验已有200余个 国外数量更大 工程经验积累已反映在国家通用图集中 有条件单列一节作出较全面规定 10 4 1中间层端节点梁筋直锚长度不小于la 规定伸过柱中线 5d 大截面柱 梁筋带90 弯折锚固端 水平投影长度由0 45la减为0 4la 有较充分试验依据 与日 美规范相同 取消了弯弧内侧加横向短筋时水平投影长度可乘0 85的规定 试验证明横向短筋起不了改善粘结性能的作用 10 4 6条节点箍筋 按柱筋构造规定 但间距不大于250mm 规范 10 4 2中间层中节点 3 充分受压按受压锚固 亦可在节点以外搭接 上部梁筋贯穿支座下部梁筋根据受力状态三种做法 1 不考虑受力 锚固按简支情况取 2 充分受拉 规范 10 4 3柱纵筋贯穿节点 不在节点内设接头 10 4 3顶层中间节点增加顶层中节点柱筋锚固规定 直线锚固或带90 弯折锚固 后者竖向投影长度不小于0 5la 水平投影长度不小于12d 注意向外弯折的条件 注意有关建议 10 4 4和10 4 5顶层端节点顶层端节点相当于90 折梁 在负弯矩下梁 柱负弯矩钢筋或者贯通 或者搭接 规范给出两种搭接方案 外上角弯弧不能过小 上部梁筋用带90 弯折锚固端锚固是错误的 下部梁筋在节点中的锚固同中间层中间节点 内侧柱筋锚固要求在无正弯矩作用时可适当放松 节点内箍筋按受拉搭接区要求配置 必须满足梁 柱纵筋数量控制要求 10 4 5 10 5墙 混凝土强度等级和最小截面尺寸规定未变 截面设计规定未变 抗剪公式形式未能与第7章统一 ln h 2 5的洞口连梁抗剪按 高规 规定 分布钢筋配筋率 一般 0 2 水平 竖向 重要部位 框架 剪力墙结构中的剪力墙和框架 核心筒结构中的核心筒墙体 宜适当提高 温度 收缩应力较大部位水平分布筋适当提高 增加了纵 横墙连接处水平分布筋的锚固或搭接规定 10 6叠合式受弯构件 大部分内容保持原规范未变 预应力叠合梁 板的预制构件抗裂验算改为边缘拉应力不大于ftk 相应条文内容随之修订 10 7深受弯构件 简支梁l0 h 2连续梁l0 h 2 5 l0 h 5 0 正截面 斜截面抗剪公式中统一用l0 h 2 0 正截面连续过渡 抗剪公式 随着l0 h的减小 Vc增大 竖向分布筋作用减小 水平分布筋作用增大 增加了柱伸至深梁顶的要求 增加了连续深梁配筋构造 增加了附加吊筋的规定 增加了水平和竖向分布筋的锚固要求 短梁构造除按一般梁要求布置纵向构造钢筋外 跨中下部1 2高度 支座上部1 2高度纵向钢筋适当加强 10 8牛腿 适当减少了弯起钢筋数量 强调了牛腿上部水平受拉钢筋的锚固 柱顶牛腿为搭接 10 9预埋件 注意锚筋和吊环的强制性条文 10 10预制构件的连接 根据工程情况变化和积累的工程经验改写 11混凝土结构构件抗震设计 1999年12月建设部 工程标准规范研讨会 后 根据部领导及专家意见给出 依据我国国情 适当调整提高抗震设防标准 的指导性意见 混凝土结构设计规范 第11章和 建筑抗震设计规范 第6章规定的内容可以各有侧重 但对相同问题的规定必须一致 不同之处 建筑抗震设计规范 第6 1 3条到第6 1 17条的抗震措施混凝土规范不写 混凝土结构设计规范 关于节点构造以及其它某些构造规定以及各类构件抗震承载力计算方法等内容抗震规范不写 抗震规范修订对混凝土结构设计有重要影响的内容 1 设防等级由6 7 8 9度四级实质上改为六级 水平地震影响系数最大值 2 特征周期调大 中 长周期结构地震作用增大 特征周期值 s 3 严格了层间弹性位移角限值 4 增加了楼层最低水平地震剪力的强制性规定 第5 2 5条 对高层底部若干层起控制作用 11 1 2条强制性条文6度及6度以上地区建筑结构必须进行抗震设计 其中 7 8 9度结构以及6度 类场地较高结构 高于40m的钢筋混凝土框架 高于60m的框架 剪力墙 框架 核心筒 全剪力墙 框支剪力墙 筒中筒 应进行多遇地震下的截面抗震验算 其它6度结构 应符合有关抗震措施规定 11 1 3条现浇钢筋混凝土房屋最大适用高度未变 增加了 部分框支剪力墙结构 框架 核心筒结构 和 筒中筒结构 的规定 抗震规范有 板柱 抗震墙结构 混凝土规范未写 因还有待积累经验 11 1 4条抗震等级除6度区高度分档界限适当放松外 7 8 9度高度分档界限及抗震等级规定均有所加严 请注意表11 1 4注中的有关规定 11 1 5条原规范 剪力墙底部 明确改为 底部加强部位 具体规定有修改 较大值 较大值 较大值 较大值 11 1 7钢筋抗震锚固长度表达方式有调整 无实质性变化 搭接接头可用于一 二级抗震等级 三类接头方式均宜避开梁 柱端箍筋加密区 只有A级机械连接可进入梁 柱端箍筋加密区 但有接头钢筋面积不应超过全部钢筋面积的50 11 2 1规定混凝土强度等级上限9度不宜超过C60 8度不宜超过C70 理由 1 高强混凝土脆性性质 2 横向变形小 箍筋约束作用明显退化 钢筋屈服强度实侧值 强度标准值 1 3 不再分一 二级 11 3 2梁的强剪弱弯措施 11 3 4抗剪公式 11 3 6梁的受拉纵筋最小配筋率相应调整为双控 11 4 2强柱弱梁措施 新增反弯点不在层内时柱端弯矩按一 二 三级直接乘增大系数1 4 1 2和1 1 第11 4 3条 新增加底层柱底弯矩三级乘1 15 增加对框支柱柱顶弯矩增大的规定 第11 4 3条 11 4 4柱的强剪弱弯措施 注意 新规范明确指出和是按强柱弱梁原则调整后的柱上 下端弯矩 11 4 5 11 4 6框支柱有关规定 新加 11 4 7框架角柱弯矩 剪力再调整 新加 11 4 8重新调整了对 的规定 即取 因 短柱 定义仍为 2 这一调整使反弯点不在柱高范围内的较短柱不再成为 短柱 加严了 2时的受剪截面限制条件 抗剪公式调整原则与梁抗剪公式类似 但轴力项仍乘以0 8 11 4 12抗震框架柱最小配筋率适当调高 11 4 16柱的轴压比限值限值规定未调整 增加了在混凝土强度偏高时降低轴压比的规定 增加了在配箍采用专门措施时 全高井字复合箍 全高复合螺旋箍 全高连续复合矩形螺旋箍 适当放松轴压比的规定 增加了在设有芯柱配筋时适当放宽轴压比的规定 11 4 17柱端箍筋加密区的配箍率改用 配箍特征值 表示 混凝土强度低于C35