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1.1 混凝土结构设计基本规定

1.1.1 一般规定

(1)混凝土结构设计应包括下列内容:

①结构方案设计,包括结构选型、传力途径和构件布置;

②作用及作用效应分析;

③结构构件截面配筋计算或验算;

④结构及构件的构造、连接措施;

⑤对耐久性及施工的要求;

⑥满足特殊要求结构的专门性能设计。

(2)混凝土结构的极限状态设计应包括下面两种情况。

①承载能力极限状态。结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形,或结构的连续倒塌。

②正常使用极限状态。结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。

(3)混凝土结构上的直接作用(荷载)应根据现行国家标准《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)及相关标准确定;地震作用应根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)确定。间接作用和偶然作用应根据有关的标准或具体条件确定。直接承受吊车荷载的结构构件应考虑吊车荷载的动力系数。预制构件制作、运输及安装时应考虑相应的动力系数。对于现浇混凝土结构,必要时应考虑施工阶段的荷载。

(4)混凝土结构的安全等级和设计使用年限应符合现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153—2008)的规定。混凝土结构中各类结构构件的安全等级,宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件的安全等级,可根据其重要程度适当调整。对于结构中重要构件和关键传力部位,宜适当提高其安全等级。

(5)混凝土结构设计应考虑施工技术水平以及实际工程条件的可行性。有特殊要求的混凝土结构,应提出相应的施工要求。

(6)设计应明确结构的用途,在设计使用年限内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。

1.1.2 结构设计方案

(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、构件形式和布置;

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宜采取减小偶然作用的影响措施。

(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。

(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。

(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。

1.1.3 承载能力极限状态计算

(1)混凝土结构的承载能力极限状态计算应包括下列内容:

①结构构件应进行承载力(包括失稳)计算;

②直接承受重复荷载的构件应进行疲劳验算;

③有抗震设防要求时,应进行抗震承载力计算;

④必要时尚应进行结构的倾覆、滑移、漂浮验算;

⑤对于可能遭受偶然作用,且倒塌可引起严重后果的重要结构,宜进行防连续倒塌设计。

(2)对持久设计状况、短暂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:

γ 0 S R (1-1)

R = R f c f s a k ,…)/ γ Rd (1-2)

式中 γ 0 ——结构重要性系数,在持久设计状况和短暂设计状况下,对安全等级为一级的结构构件不应小于1.1,对安全等级为二级的结构构件不应小于1.0,对安全等级为三级的结构构件不应小于0.9;对地震设计状况下不应小于1.0;

S ——承载能力极限状态下作用组合的效应设计值,对持久设计状况和暂短设计状况按作用的基本组合计算;对地震设计状况按作用的地震组合计算;

R ——结构构件的抗力设计值;

R (·)——结构构件的抗力力函数;

γ Rd ——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 γ RE 代替 γ Rd 的表达形式;

f c f s ——混凝土、钢筋的强度设计值;

a k ——几何参数的标准值;当几何参数的变异性对结构性能有明显的不利影响时,可另增加一个附加值。

注:式(1-1)中的 γ 0 S ,在《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的各章中用内力值( N M V T 等)表达;对预应力混凝土结构,尚应《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)第10.1.2条的规定考虑预应力效应。

(3)对持久或短暂设计状况下的二维、三维混凝土结构,当采用应力设计的形式表达时,应按下列规定进行承载能力极限状态的计算:

①按弹性分析方法设计时,可将混凝土应力按区域等代成内力,根据式(1-2)进行计算,应符合《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)第6.1.2条的规定;

②按弹塑性分析或采用多轴强度准则设计时,应根据材料强度的平均值进行承载力函数的计算,并应符合《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)第6.1.3条的规定。

(4)对偶然作用下的结构进行承载能力极限状态设计时,式(1-1)中的作用效应设计值 S 按偶然组合计算,结构重要性系数 γ 0 取不小于1.0的数值;当计算结构构件的承载力函数时,公式(1-2)中混凝土、钢筋的强度设计值 f c f s 改用强度标准值 f ck f yk (或 f pyk );当进行结构防连续倒塌验算时,结构构件的承载力函数按《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)第3.6节的原则确定。

(5)对既有结构的承载能力极限状态设计,应按下列规定进行:

①对既有结构进行安全复核、改变用途或延长使用年限而验算承载能力极限状态时,宜符合本书1.1.2节中(2)点的规定;

②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《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)第3.7节的规定。

1.1.4 耐久性设计

(1)混凝土结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计,耐久性设计包括下列内容:

①确定结构所处的环境类别;

②提出材料的耐久性质量要求;

③确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度;

④不同环境条件下的耐久性技术措施;

⑤提出结构使用阶段检测与维护的要求。

注:对临时性的混凝土结构,可不考虑混凝土的耐久性要求。

(2)混凝土结构的环境类别划分应符合表1-1的要求。

表1-1 混凝土结构的环境类别

注:1.室内潮湿环境是指构件表面经常处于结露或湿润状态的环境。

2.严寒和寒冷地区的划分应符合国家现行标准《民用建筑热工设计规范》(GB 50176—1993)的有关规定。

3.海岸环境和海风环境宜根据当地情况,考虑主导风向及结构所处迎风、背风部位等因素的影响,由调查研究和工程经验确定。

4.受除冰盐影响环境是指受到除冰盐盐雾影响的环境;受除冰盐作用环境是指被除冰盐溶液溅射的环境以及使用除冰盐地区的洗车房、停车楼等建筑。

5.暴露的环境是指混凝土结构表面所处的环境。

(3)设计使用年限为50年的混凝土结构,其混凝土材料宜符合表1-2的规定。

表1-2 结构混凝土材料的耐久性基本要求

注:1.离子含量系指其占胶凝材料总量的百分比。

2.预应力构件混凝土中的最大氯离子含量为0.05%,最低混凝土强度等级应按表中的规定提高两个等级。

3.素混凝土构件的水胶比及最低强度等级的要求可适当放松。

4.有可靠工程经验时,二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级。

5.处于严寒和寒冷地区二b、三a类环境中的混凝土应使用引气剂,并可采用括号中的有关参数。

6.当使用非碱活性骨料时,对混凝土中的碱含量可不作限制。

(4)混凝土结构及构件还应采取下列耐久性技术措施:

①预应力混凝土结构中的预应力筋应根据具体情况采取表面防护、管道灌浆、加大混凝土保护层厚度等措施,外露的锚固端应采取封锚和混凝土表面处理等有效措施;

②有抗渗要求的混凝土结构,混凝土的抗渗等级应符合有关标准的要求;

③严寒及寒冷地区的潮湿环境中,结构混凝土应满足抗冻要求,混凝土抗冻等级应符合有关标准的要求;

④处于二、三类环境中的悬臂构件宜采用悬臂梁-板的结构形式,或在其上表面增设防护层;

⑤处于二、三环境中的结构构件,其表面的预埋件、吊钩、连接件等金属部件应采取可靠的防锈措施;

⑥处在三类环境中的混凝土结构构件,可采用阻锈剂、环氧树脂涂层钢筋或其他具有耐腐蚀性能的钢筋、采取阴极保护措施或采用可更换的构件等措施。

(5)一类环境中,设计使用年限为100年的混凝土结构应符合下列规定:

①钢筋混凝土结构的最低强度等级为C30;预应力混凝土结构的最低强度等级为C40;

②混凝土中的最大氯离子含量为0.06%;

③宜使用非碱活性骨料,当使用碱活性骨料时,混凝土中的最大碱含量为3.0kg/m 3

④混凝土保护层厚度应符合相关规定,当采取有效的表面防护措施时,混凝土保护层厚度可适当减小。

(6)二、三类环境中,设计使用年限100年的混凝土结构应采取专门的有效措施。

(7)耐久性环境类别为四类和五类的混凝土结构,其耐久性要求应符合有关标准的规定。

(8)混凝土结构在设计使用年限内尚应遵守下列规定:

①建立定期检测、维修的制度;

②设计中的可更换混凝土构件应按规定定期更换;

③构件表面的防护层,应按规定维护或更换;

④结构出现可见的耐久性缺陷时,应及时进行处理。

1.1.5 防连续倒塌设计

(1)混凝土结构防连续倒塌设计应符合下列要求:

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设置结构缝,控制可能发生连续倒塌的范围。

(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。

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。

③拆除构件法。按一定规则拆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。

(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 f ck ,钢筋强度改用极限强度标准值 f stk (或 f ptk ),根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)第4.1.3条及第4.2.2条的规定取值, a k 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。

1.1.6 既有结构设计

(1)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。

(2)对既有结构进行安全性、适用性、耐久性及抗灾害能力的评定时,应符合现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153—2008)的原则要求,并应符合下列规定:

①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设计方案;

②既有结构改变用途或延长使用年限时,承载能力极限状态的验算应符合相关规定;

③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《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)和相关标准的规定;

④既有结构的正常使用极限状态验算及构造要求宜符合《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的规定;

⑤必要时可对使用功能做相应的调整,提出限制使用的要求。

(3)既有结构的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,也可按使用功能和后续使用年限作适当的调整;

③结构既有部分混凝土、钢筋的强度设计值应根据强度的实测值确定;当材料的性能符合原设计的要求时,可按原设计的规定取值;

④设计时应考虑既有结构构件实际的几何尺寸、截面配筋、连接构造和已有缺陷的影响;当符合原设计的要求时,可按原设计的规定取值;

⑤应考虑既有结构的承载历史及施工状态的影响;对于二阶段成形的叠合构件,可按《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)第9.5节的规定进行设计。 nD64gaC9jfcuxjCBS9dC6SHJ1qC5iAs5utaXIwVfSmGQbxcHMAR4OdzGYlVcPgqX

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