混凝土结构设计规范-文档资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,东南大学,混凝土结构设计规范,GB50010-2010,混凝土结构设计规范,GB50010-2010,主要修订内容介绍,张志强,1,目,录,一、修订概况,二、术语与符号,三、基本设计规定,四、混凝土结构的材料,五、结构分析,六、承载能力极限状态计算,七、正常使用极限状态验算,八、构造规定,九、结构构件的基本规定,十、预应力混凝土结构构件,十一、混凝土结构构件抗震设计,混凝土结构设计规范,GB50010-2010,2,一、修订概况,1.1,修订原则,1,、适当增加结构的安全储备以及抗灾性能，注重结构的整体稳固性。,2,、规范从以截面配筋计算为主扩展到结构体系的设计，强调概念设计的重要性。,3,、淘汰低强材料采用高强材料，提高资源利用效率，落实“四节一环保”。,4,、贯彻可持续发展的基本国策，完善耐久性设计，补充既有结构设计的原则。,5,、拓展结构分析的内容，系统提出各种分析方法，包括间接作用分析的原则。,3,6,、,补充、完善构件斜截面受剪、冲切、拉弯剪扭复合受力等的,承载力计算。,7,、修改、完善正常使用状态验算，调整裂缝宽度及挠度计算，,增加舒适度要求。,8,、改进钢筋保护层、锚固、连接、最小配筋率及各类构件连接,构造措施的有关内容。,9,、补充、完善并集中表达预应力构件设计的有关内容，包括无粘结预应力。,10,、加强与抗震规范的协调，补充、完善结构抗震的有关内容。,11,、进一步与国际接轨，实现与相关标准及土木工程其它专业,规范的合理分工、协调。,4,1.2,主要修订技术要点,1.,补充,了,“,结构方案,”,和,“,结构抗倒塌,”,的设计原则；,2.,增加,了既有结构改造设计的原则的规定；,3.,修改,了钢筋混凝土和预应力混凝土构件,正常使用极限,状态设计的有关规定,；,4.,增加,了楼盖,舒适度,的设计要求；,5.,修订,了环境等级划分，,完善,了耐久性设计；适当,调整,了钢筋保护层厚度；,5,6.,淘汰了,235MPa,级低强钢筋，增加,500MPa,级高强钢筋,；,7.提出了,并筋,（钢筋束）的配筋方式、等效直径的概念及设计方法。,8.,对结构侧移的,二阶效应,（效应），提出有限元分析方法及增大系,数的简化考虑方法；,9.,完善了钢筋、混凝土的,应力,-,应变本构关系,以及混凝土多轴强度准则的有关内容，适应混凝土结构非线性分析的要求；,10.,统一了一般受弯构件与集中荷载作用下的梁的,斜截面受剪承载力计算公式,；,6,10/342,11.,修改了钢筋混凝土框架柱,双向受剪承载力计算方,法,；,12.,补充了,拉、弯、剪、扭复合受力钢筋混凝土矩形截,面框架柱设计计算的相关规定；,13.,修改了,受冲切承载力计算公式,；,14.,修改了钢筋锚固长度的有关规定；15.,调整了混凝土结构构件纵向受力钢筋最小配筋率的,要求；,16.,补充了双向受剪钢筋混凝土框架柱的抗震设计相关,规定。,7,11/342,17.,调整了混凝土柱轴压比限值，增加了四级抗震等级,的轴压比要求。,18.,补充筒体及剪力墙洞口连梁的受弯承载力及小跨高,比连梁、特殊配筋连梁的设计规定。,19.,修改了剪力墙边缘构件的有关设计要求，增加了,三,级抗震等级剪力墙,的相关规定。,20.,补充了预应力混凝土构件抗震设计的相关要求。,21.,增加了冲切及板柱节点抗震设计的相关规定。,8,1.3,试设计分析,1,）试设计的工程,新,混凝土结构设计规范,2009,年,7,月开始进行试设计。试设计由中国建筑科学研究院结构所提供设计软件，,7,个单位对,7,种结构,形式的,10,个工程进行设计及分析、对比。,中国建筑设计研究院：剪力墙结构（高层住宅）,北京市建筑设计研究院：框架,-,筒体结构（办公楼）,华东建筑设计研究院：框架,-,剪力墙结构（办公楼）,中国建筑西南设计院：框架结构（办公楼）,中国航空工业规划设计研究院：框架,-,剪力墙结构（多层厂,房）、排架结构（单层厂房）,南京市建筑设计研究院：板柱结构,郑州大学综合设计研究院：框架结构,(,教学楼,),、框架,-,剪力墙结,构（商住楼）、剪力墙结构（商住楼）。,9,（,2,）试设计总结,1.,修订规范与原规范比较，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（梁）因计算公式修改，裂缝宽度控制大幅度减,少（,10,40%,），受力纵筋用量明显减少，可达,10%,左右。,3.,受弯构件的箍筋因抗剪承载力计算公式修改，用钢量增,加。加上由于保护层厚度加大对垂直截面承载力的影响,（约,1,4%,），故配筋量能够基本保持不变。,4.,用,300MPa,级钢筋取代,235MPa,级钢筋；用,400,、,500MPa,级钢,筋取代,335MPa,级钢筋，可以明显减少钢筋用量，对于不同,情况差异较大，平均可减少用钢量约,15%,左右。,10,5.,对于荷载及内力很大，由承载力确定配筋的情况（例,如梁），由于适当放松了裂缝控制的制约，应用高强,钢筋的效果明显，省钢可达,10,20%,。,6.,抗震柱中箍筋体积配箍率改以抗拉强度计算后，采用,高强箍筋的效果也很明显，省钢可达,20%,以上，但应,解决高强箍筋弯折加工等工艺问题。,7.,高强钢筋带来锚固、搭接长度等问题，通过采用机械,锚固、机械连接等手段解决，并未明显引起用钢量增,加，但还应加强浆锚等新施工工艺、技术的开发应,用。,11,8.,对于荷载、内力不大，由最小配筋率确定截面配筋,的情况，采用更高强的,500MPa,钢筋效果并不明显。,因此中高强的,400MPa,级钢筋可能成为未来的主力钢,筋。,9.,板柱结构在限制高度,24m,的情况下，采取必要的措施,后，可以满足抗震的基本要求。在钢筋等级不变的,情况下用钢量增加,10,15%,，但采用高强钢筋后，,可以持平或减少。这种结构形式作为车库、商场、,仓储等结构有一定的优势。,10.,综上所述，修订规范的工程适用性较好。在适当提,高安全储备、抗灾能力、耐久性能的情况下，通过,技术进步和采用高强材料等措施，有效地落实了节,材、减耗、环保的目标。,12,（,1,）结构缝,structural joint,为实现结构功能而主动设置用以分割混凝土结构或构件的间隔。,（,2,）混凝土保护层,concrete cover,构件中钢筋外缘至构件表面的混凝土层，简称保护层,。,混凝土结构设计规范,GB50010-2010,二、术语与符号,2.1,术语,规范给出,22,个专用术语。,13,2.2,符号,新规范基本上沿用,02,规范的符号，增加了以下符号：,（,1,）,gt,：钢筋在最大拉力下的总伸长率，即现行国家标准,钢筋混凝,土结构用热轧带肋钢筋,GB 1499,标准中,A,gt,。用于控制受力钢筋的延性（极,限应变,su,）。,（,2,）,：钢筋直径符号（不表示钢筋牌号）。,（,3,）,HRB500,：强度级别为,500N/mm,2,的,普通热轧带肋钢筋,。,（,4,）,HRB400E,：强度级别为,400N/mm,2,的,抗震热轧带肋钢筋,。,（,5,）,HRBF500,：强度级别为,400N/mm,2,的,细晶粒热轧带肋钢筋,。,（,6,）,RRB400,：强度级别为,400N/mm,2,的,余热处理带肋钢筋,。,（,7,）,ns,、,s,：偏心受压构件的二阶效应，,其效应,的增大系数（偏心距、,弯矩等），对,构件,(,p-,),由,“,ns,”,表示,；对,结构,(,P-,),由,“,s,”,表示,。,14,混凝土结构设计规范,GB50010-2010,三、基本设计规定,3.1,一般规定,1.,混凝土结构设计的内容,（,3.1.1,新增条文）,：,（,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。,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。,15,2.,结构设计极限状态分为两类,承载能力极限状态和,正常使用极限状态,（,3.1.3,）,a.,承载力极限状态中，为结构安全计，增加了结构,防连续倒塌的内容。,b.,正常使用极限状态中为提高使用质量，增加了舒,适度的要求。,16,4.,结构上作用效应的原则,(3.1.4),（,1,）,直接作用、地震作用、直,接承受吊车荷载,的构件,及预制构件现浇构件均沿用原,02,规范的规定；,（,2,）新规范增加了,非荷,载间接作用,包括温度变化、混,凝土收缩、徐变、强迫位移、环境引起材料性能退化等,造成的影响。设计时应根据有关标准、工程特点及具体,情况分析作用效应，采用经验性的构造措施进行定性设,计；,（,3,）对于爆炸、撞击、罕遇自然灾害等,偶然作用,及非,常特殊作用，应根据有关标准或由实际条件和要求确,定。,17,28/342,关于,混凝土结构的安全等级，,增加了可根据实际情,况调整构件的安全等级；对关键传力部位和重要的构件,适当提高安全等级，以提高构件重要性系数等方法确定,结构的安全；对可更换的构件及次要构件，可降低其重,要性系数。,3.1.5,）,18,3.2,结构方案（,3.2.1-3.2.4,新增条文）,（,1,）,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,宜采取减小偶然作用影响的措施；,强调结构方案的重要性，其决定了结构体系的合理与否，对建筑物的安全有着决定性的影响。但其没有计算，只能以概念设计落实。因此方案阶段应考虑加强结构整体稳定性的设计原则，在与建筑方案协调时应考虑结构体型（高度比、长度比）适当。,19,3.2.2,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。,结构缝,的类型,:,伸缩缝：减小混凝土收缩、温度变化引起的胀,缩变形的不利影响；,沉降缝：减小基础不均匀沉降的不利影响；,防震缝：防止地震时相邻结构互相撞击破坏；,构造缝：防止结构局部应力集中的不利影响；,体形缝：避免结构刚度及质量突变引起的不利影响；,分割缝：防止结构连续倒塌，控制倒塌范围；,临时缝施工接槎和后浇带等）：消除某些暂时性（早期收缩）的不利影响；,控制缝：预留薄弱截面，利用混凝土收缩在指定部位按需的形式开裂，并预先采取措施，消除设缝的不利影响。,20,3.2.3,结构构件连接应符合下列要求：,1,连接部位的承载力不应小于被连接构件的承载力，并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。,3.2.4,混凝土结构设计应符合节省材料、方便施工、降低能耗与保护环境的要求。,21,3.3,承载能力极限状态计算,新增内容。完善了承载力极限状态设计的内容，提,出了采用应力设计或其他形式表达作用效应的混凝土结,构构件。,（,1,）当用,内力的形式,表达时，结构构件应采用下列,承载能力极限状态的设计表达式,（,3.3.2,条）,0,S,R,(3.3.2-1),R,=,R,(,f,c,f,s,a,k,)/,Rd,(3.3.2-2),Rd,结构构件的抗力模型不确定性分项系数,22,2,对二维、三维混凝土结构构件，当按弹性或弹塑性方法分析并以,应力的形式,表达时，可将混凝土应力按区域等代成内力设计值，按,3.3.2,条进行计算；也可直接采用多轴强度准则进行设计验算。（,3.3.3,条）,上述表达式能适应,多轴强度计算、应力,设计、既有结构设计以,及结构防连续倒塌设计,等情况。,23,3.3.4,（新增）偶然作用下承载力极限状态设计时的计算规定。,作用效应设计值,S,按偶然组合计算,结构重要性系数,0,取不小于,1.0,的数值,材料强度取标准值,3.3.5,（新增）既有结构承载力极限状态设计时的计算规定,24,3.4,正常使用极限状态验算,1.,混凝土结构构件正常使用极限状态的验算应包括下,列内容：,a.,对需要控制变形的构件，应进行,变形,验算；,b.,对使用上限制出现裂缝的构件，应进行混凝土,拉,应力,验算；,c.,对允许出现裂缝的构件，应进行受力,裂缝宽度,验,算；,d.,对有舒适度要求的楼盖结构，应进行竖向自振频,率验算,（,新增内容,）。,S,C,25,2.,对,大跨度混凝土楼盖结构应进行竖向自振频率验算,，,其自振频率宜符合下列要求：,a.,住宅和公寓不宜低于,5Hz,；,b.,办公楼和旅馆不宜低于,4Hz,；,c.,大跨度公共建筑不宜,3Hz,；,d.,工业建筑及有特殊要,求的建筑应根据使用功能提出要求。,26,3.,受弯构件的挠度限值与,02,规范相同，仅作了以下变,动,（,3.4.3,）,（,1,）钢筋混凝土受弯构件的挠度计算,改为,仅考虑荷载,效应的准永久组合并考虑荷载长期作用的影响,进行计,算；预应力混凝土受弯构件考虑荷载效应的标准组合，,并考虑荷载长期作用的影响进行计算。,（,2,）在受弯构件的挠度限值表的注,3,中，,增加了对预应,力混凝土构件，可减去预应力所产生的反拱值,；注,4,中,提出起拱和反拱修正的限制,，不宜超过构件在相应荷载,组合作用下的计算挠度值，防止引起不良影响。,27,4.02,规范对受力裂缝的控制,偏严,，新规范,适当放松,（,3.4.4,）,28,5.,钢筋混凝土和预应力混凝土构件，应按规定进行,受拉边缘应力或正截面裂缝宽度验算,（,1,）一级裂缝控制等级构件，在荷载标准组合下，受拉,边缘应力应符合下列规定：,（,2,）二级裂缝控制等级构件，在荷载标准组合下，受拉,边缘应力应符合下列规定：,（,3,）三级裂缝控制等级时，,钢筋混凝土构件的最大裂缝,宽度,可按荷载准永久组合并考虑长期作用影响的效应计,算，,预应力混凝土构件的最大裂缝宽度,可按荷载标准组,合并考虑长期作用影响的效应计算。,29,最大裂缝宽度应符合下列规定,对环境类别为二,a,类的预应力混凝土构件，在荷载准,永久组合下，受拉边缘应力尚应符合下列规定：,按概率统计的观点，,符合拉应力控制公式,情况下，,并不意味着构件绝对不会,出现裂缝,；同样，符合裂缝宽,度控制公式的情况下，构件由荷载作用而产生的最大裂,缝宽度,大于,最大裂缝限值大致会有,5%,的可能性。,注,6,规定了允许对厚保护层构件适当放宽裂缝宽度,限值，主,要是考虑厚保护层时较大的表面裂缝宽度尚不,致明显影响构件的耐久性。,（,3.4.5,）,30,3.5,耐久性设计,1.,新规范规定，耐久性设计按,正常使用极限状态,控,制，耐久性问题表现为钢筋混凝土构件表面锈渍或,锈胀裂缝；预应力筋开始锈蚀；结构表面混凝土出,现酥裂、粉化等。它可能引起构件承载力破坏，甚,至结构倒塌。,（,3.1.3,）,2.,目前结构耐久性设计只能采用,经验方法,解决。根据调,研及我国国情，新规范规定了混凝土使用环境类别,的,7,条基本内容,（,3.5.2,）,。设计者可根据实际条件选,择。,31,32,33,46/342,一类环境中，设计年限为,100,年的混凝土结构的耐久性要求（,3.5.5,）,针对恶劣环境下采取的保护性措施,（,3.5.6,）,。,对服役期建筑维护管理方面的要求,3.5.7,）,。,34,3.6,防连续倒塌设计原则,混凝土结构防连续倒塌是提高结构综合抗灾能力的,重要内容。在特定类型的偶然作用发生时或发生后，当,结构体系发生局部垮塌时，依靠剩余结构体系仍能继续,承载，避免发生与作用不相匹配的大范围破坏或连续倒,塌。,无法抗拒的地质灾害及人为破坏作用，不包括在防,连续倒塌设计的范围内。,结构防连续倒塌设计的涉及面广，目前研究尚不充,分，规范仅提出了设计的,基本原则和概念设计,的要求。,35,结构防连续倒塌设计的难度和代价很大，一般结构,只须进行防连续倒塌的概念设计。规范给出了结构防连,续倒塌概念设计的基本原则，以定性设计的方法增强结,构的整体稳固性，控制发生连续倒塌和大范围破坏。,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。,36,1.,新规范,增加了重要结构防连续倒塌设计的要求,，目的,是为在各种灾害（罕遇自然灾害及爆炸、撞击、火灾,等人为袭击）的偶然作用下，结构能保持必要的整体,稳固，不发生连续倒塌，提高结构的防灾性能，确保,生命安全。,37,2.,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。,38,3.,防连续倒塌的设计原则,（,3.6.1,）,（,1,）混凝土结构防,连续倒塌设计目标是,针对特定的偶然作用发生,时或发生后，结构体系仅局部垮塌，依靠剩余结构承载而不发,生更大范围的破坏或连续倒塌,。（不包括地质灾害、爆炸等不,可抗拒的作用）。,（,2,）,一般结构仅须满足防连续倒塌的概念要求,。如：,a加强楼梯、避难室、底部边墙、角柱等重要部位,b.,在关键要害区设置缓冲装置（防撞墙、裙房等）或泄能通道,（开敞布置或轻质墙体、轻质屋盖等）。,c.,布置分割缝，控制房屋连续倒塌的范围。,d.,增加关键部位的冗余约束及备用传力途径（斜杆、拉杆,等）。,上述措施仅能定性的增强结构防连续倒塌的性能。,39,4.,安全等级为一级的重要结构,及由政府或业主确定的必,须增强抗灾能力的结构，其防连续倒塌设计需采用,定量,的设计方法,。,（,3.6.2,）,40,5.,定量设计方法、规范提出三种方法：,（,1,）局部加强法：,对可能遭受偶然作用发生局部破,坏的关键受力部位，提高设计的安全储备，当单个竖,向构件倒塌后剩余结构的失效面积不超过楼面的,15%,，可采用非线性动力分析方法进行计算。,（,2,）拉结构件法：,考虑失去支承改变结构计算简,图的条件下，利用水平构件的加强筋及相邻构件的拉,结抗力，在缺失支承、跨度变化的条件下，按梁、悬,索、悬臂及拉杆等新受力构件继续承受荷载，保持结,构的整体稳定。,（,3,）拆除构件法：,按一定规则拆除主要受力构,件，验算结构体系剩余部分的承载能力。,41,6.,给出了混凝土结构防连续倒塌设计中的有关设计参,数，（,荷载效应、动力系数、材料强度、强化脆性,等）的取值原则,（,3.6.3,）,。,42,3.7.3,既有结构的设计规定：,1,、优化结构方案，提高整体稳固性，避免质量、刚度及承载力的突变；,2,、荷载作用按现行规范，也可根据使用功能和后续年限适当调整；,3,、既有部分根据实测确定设计参数（材料性能、几何尺寸、已有缺陷等）；也可根据情况按原规范确定；,4,、后加部分材料性能按现行规范取值，并考虑既有部分承载历史及施工状态影响加以折减；,5,、结构总体按二阶段成形叠合结构设计，两部分间应采取可靠连接构造措施，以保证整体受力。,43,3.7,既有结构设计原则,3.7.1,既有结构的设计包含的范围：延长使用年限、改变用途、改建、扩建、加固修复。,3.7.2,既有结构的设计原则：,1,、根据统一标准（安全、适用、耐久及抗灾）要求，通过规范,GB50153,进行检测评定；,2,、从结构的整体稳固性的角度确定结构方案，避免单纯构件加固的局限性；,3,、改扩建、加固改造的承载力应符合现行规范的要求；复核、改用途、延长年限宜符合现行规范的要求；,4,、使用状态、构造要求宜符合现行规范；必要时可采用调整功能、限制使用等手段满足相应的要求。,44,混凝土结构设计规范,GB50010-2010,四、混凝土结构的材料,4.1,一般规定,规范提出的混凝土的强度等级是最低要求，是下限,值。,素混凝土结构,的混凝土强度等级不应低于,C15,；,钢,筋混凝土结构的,混凝土强度等级不应低于,C20,；采用强,度级别,400MPa,及以上的钢筋时，,混凝土强度等级不应,低于,C25,。,承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于,C30,。,预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于,C40,，且不应低于,C30,。,45,4.2,钢筋,1.,热轧钢筋的品种及牌号,46,2.,钢筋的强度设计值和伸长率,47,48,3.,给出了普通钢筋及预应力钢筋的强度标准值及最大力,下的总伸长率。,钢筋断后伸长率,只能反映,钢筋断口颈缩区域残余变形的大小,；不同标,距长度,l,0,得到的结果不一致；忽略了钢筋的弹性变形，,不能反映钢筋受力时的总体变形能力；容易产生人为,误差。,49,4.,鉴于钢筋及预应力钢筋对结构安全的重要性，参考,国际标准列入,钢筋最大力下延性）总伸长率,gt,（极,限应变,均匀伸长率），即钢筋标准中的,A,gt,，以提高,混凝土结构的变形性能和抗震性能。,（,4.2.2,）,50,钢筋拉伸及其应力应变曲线,最大力下的总伸长率（均匀伸长率）如下式：,51,钢 铰 线 增 加 了 强 度 级 别 为,1960MPa,和 大 值 径,21.6mm,的品种，补充了预应力螺纹钢筋及中强钢丝的有关设计参数。删除了不常用的预应力筋的强度,等级和,直径,。,52,5.,给出了普通钢筋及预应力钢筋的强度设计值,（,4.2.3,）,6.,延性较好的热轧钢筋,s,=,1.10,；新投产的高强,500MPa,级钢筋,s,=,1.15,；延性稍差的预应力筋,s,=,1.2,；由于构件中混凝土受到箍,筋的约束，实际极限应变加大，受压钢筋可达到较高强度，因此钢,筋抗压强度设计值 取与抗拉强度设计值相同。,根据正常使用极限状态限制斜裂缝宽度开展的要求，取受剪、,受扭、受冲切箍筋的设计强度,f,yv,不大于,360MPa,。,无粘结预应力筋不考虑抗压强度。,53,7.,新增内容,：为解决钢筋密集使设计、施工困难，,参考国内外标准，经试验研究提出了,利用截面积相等的,原则计算并筋等效直径的方法。,并给出钢筋最大直径为,28mm,及以下并筋数不宜超过,3,根；直径,32mm,钢筋并筋,数宜,2,根；直径,36mm,及以上的钢筋不宜采用并筋。一,般,二根并筋，可在纵向或横向并列，三根并筋可排成品字,形。,（,4.2.6,）,54,70/342,混凝土结构设计规范,GB50010-2010,五、结构分析,内容比,02,规范作了较大变动，丰富了,分析模型,、,弹性分析,、,弹塑性分析,、,塑性极限分析,等内容，增加,了,间接作用分,析,一节。反映了我国混凝土结构设计的,现状，工程经验和试验研究等方面的进展，也参考了,国外标准的相关内容。,55,71/342,结构分析的基本要求,结构设计要保证建筑物的安全使用，对结构,分析的基本要求是：依据设定的结构方案和布,置、确定合理的计算模型和分析方法、采用可,能的不利荷载（作用）状况、通过分析运算，,提交准确可靠的结构作用效应。,56,五类结构分析方法（,5.1.5,）,1.,弹性分析方法,弹性分析是最基本和最成熟的结构分析方法，也是其它分析方,法的基础和特例。它适用于分析一般结构。大部分混凝土结构的设,计均基于此法。,结构内力的弹性分析和截面承载力的极限状态设计相结合，实,用上简易可行。按此设计的结构，其承载力一般偏于安全。少数结,构因混凝土开裂部分的刚度减小而发生内力重分布，可能影响其它,部分的开裂和变形状况。,杆系结构中构件的截面刚度按匀质的混凝土全截面计时，可考,虑简化，即不计钢筋的换算面积，不扣除预应力筋孔道的面积；不,同受力状态杆件的截面刚度，宜考虑混凝土开裂、徐变等因素的影,响，予以折减。,（,5.3.2,）,57,74/342,附：对二阶效应的解释,58,75/342,混凝土结构设计规范,GB50010-2010,1.,二阶效应,结构中的二阶效应是：作用在结构上的重力荷载,或构件中的轴压力在变形后的结构或构件中引起,的,附加内力,（如弯矩）和,附加变形,（如结构侧,移、构件挠曲）。,在结构分析中也称为,“,几何非线,性,”。,59,Professor Tiecheng Wang and Guyi Kang,Tianjin University,76/342,2.,二阶效应的分类,建筑结构的二阶效应包括,重力二阶效应,（,P-,效应）,和受压构件的,挠曲二阶效应,（,P-,效应）两部分。,1,）结构侧移二阶效应（,P-,效应）,对于有侧移结构的偏心受压杆件，若杆件的长细比较,大时，在轴力作用下，由于杆件自身侧移的影响，通,常会增大杆件端部截面的弯矩，即产生效应。,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,”。,60,78/342,2,）杆件挠曲二阶效应（,P-,效应）,由轴压力在杆身自身挠曲后,引起的,局部,二阶效应。,通常,P-,效应起控制作用的情况仅在少,数偏压构,件中出现。例如反弯点不在层高范围内较细长的偏,压杆则可能属于这种情况。,61,79/342,杆件挠曲二阶效应,62,80/342,3.,框架结构二阶效应的基本规律,63,81/342,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，反而略有减小作用图,(a)(A),P-,效应增大所有柱端水平荷载弯矩图,(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,弯矩图,(a)(b),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。,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图,(B),。,64,82/342,4.,在二阶效应计算中需注意的主要问题,1.,P-,效应只增大引起结构侧移荷载产生的一阶弯矩,M,s,，不增大不引起结,构侧移荷载产生的一阶弯矩,M,ns,。,s,M,=,M,ns,+,s,M,*,s,P-,效应弯矩增大系数,（见,附录,B.,B.0.1,条,）,2.,框架结构同层各柱柱端的,M,s,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的非弹性,特点，否则附,加弯矩（二阶弯矩）可能小,40,60%,（不能用弹性刚度，若用弹性刚度则f,值小）。,*,原规范不加区别，全部放大,M,=,s,(,M,ns,+,M,s,),65,83/342,5.,P-,效应的分析方法,(5.3.4,条,),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，二阶弯矩可能低估,4060%,），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（,ACI318-05,）,（,10.13.4,条）,称作,二阶弹性分析方法,66,84/342,构件刚度折减系数,剪力墙，筒体,0.45,（,0.7,）,0.45,（,0.7,）,0.35,（,07,）,0.5,柱,0.6,0.6,0.7,0.5,梁,0.4,0.4,0.35,0.5,规范,02,规范,新,规范附录,B,美国,欧洲,（）内为不开裂时的值。新规范,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。,67,2,）附录,B,的简化方法：,近似计算偏压构件结构侧移的二阶效应的增大系数法。,a.,近似：相对于有限元分析方法而言。,b.,计算,P-,效应，不涉及,P-,效应。,c.,增大系数法：,层增大系数法,框架结构；,整体增大系数法,剪力墙结构，框,剪结构，筒体结构。,增大系数法,：我国,高规,JGJ3-2002,第,5.4,条,，已经采用。,第,5.4.3条,给出了内力（弯矩）位移放大系数的计算公式。,68,85/342,.,6.,增大系数法（,P-,效应）,严格地讲，考虑,P-,效应和,P-,效应进行结构分析时，应考虑,材料的非线,性、裂缝、构件的曲率、层间位移、荷载的持续作用、混凝土的收缩、徐变,等因,素，目前这种分析尚存在困难，因此一般采用简化分析方法。,1),层增大系数法（,P-,效应）,B.0.1,条：,M,=,M,ns,+,s,M,s,=,s,i,M,ns,不引起结构侧移荷载产生的一阶弹性分析的构件端弯矩；,M,s,引起结构侧移荷载产生的一阶弹性分析的构件端弯矩。,s,P-,效应增大系数；,i,一阶弹性分析的层间位移。,69,91/342,70,104/342,8.,排架结构,仍采用,02,规范,71,105/342,72,106/342,框架结构中，楼层各柱的,s,可按下列公式计算：,式中：,D,所计算楼层的侧向刚度。在计算结构构件弯矩增大系数与计算结构位移,增大系数时，应按本规范第,B.0.5,条规定取用结构构件刚度，并用相应,的结构刚度进行计算；,N,j,计算楼层第,j,列柱轴力设计值；,H,0,计算楼层的层高。,73,107/342,剪力墙结构、框架,-,剪力墙结构、筒体结构中的,s,可按下列公式计算：,排架结构中的,s,可按下列公式计,算：,当采用上述公式计算各结构构件中的弯矩增大系数,s,时，宜对构件的,弹性抗弯刚度,E,c,J,d,乘以折减系数：,对梁，取,0.4,；对柱，取,0.6,；对剪力墙,及核心筒壁，取,0.45,；当计算各结构中的位移增大系数,s,时，可不对刚度,进行折减。,74,108/342,新规范对重力二阶效应计算（,P-,）放在结构整体分析中,考虑，提出,了有限元法和增大系数两种方法。,（,5.3.4,）,混凝土结构由侧移产生的重力二阶效应（,P-,效应）可采,用有限元分析方法计算，也可采用新规范附录,B,的简化方法。,当采用有限元分析方法时，宜考虑混凝土构件开裂对构件刚度,降低的影响。严格地讲，考虑,P-,效应和,p,-,效应进行结构,分析时，应考虑材料的,非线性、裂缝、构件的曲率、层间位移、,荷载的持续作用、混凝土的收缩、徐变,等因素，目前这种分析,尚存在困难，因此一般采用简化分析方法。,75,109/342,2.,考虑塑性内力重分布的分析方法,设计超静定混凝土结构，具有充分发挥结构潜力，节,约材料，简化设计和方便施工等优点。但应注意到，结构,的变形和裂缝可能相应增大。,超静定结构在出现弹塑性铰后会发生内力重力分布，,为节约村料，可利用该特点进行构件之间的内力调幅。本,规范规定重力荷载作用下的框架、框剪结构中的现浇梁及,双向板等，可对支座节点弯矩进行调幅。,（,5.4.1,）,76,110/342,对直接承受动力荷载的构件及要求不出现裂缝或环境,类别为三,a,三,b,等情况下的结构，由于塑性铰的出现，构,件变形和裂缝宽度较大，所以不应考虑塑性内力重分布的,分析方法。,对一般结构考虑采用内力重分布方法分析时，应满足,正常使用极限状态的要求（限制裂缝），并采取有效构造,措施。,（,5.4.2,）,梁支座或节点边缘截面的负弯矩调幅幅度不宜大于,25%,；弯矩调整后的梁端截面相对受压区高度不应超过,0.35,，且不宜小于,0.10,；板的负弯矩调幅幅度不宜大于,20%,。,（,5.4.3,）,77,111/342,3.,弹塑性分析方法,以钢筋混凝土的实际力学性能为依据，引入相应的本,构关系后，可进行结构受力全过程的分析，而且可以较,好地解决各种体形和受力复杂结构的分析问题。但这种,分析方法比较复杂，计算工作量大，各种非线性本构关,系尚不够完善和统一，至今应用范围仍然有限。,主要用,于重要、复杂结构工程的分析和罕遇地震作用下的结构,分析。,78,112/342,重要或受力复杂的结构,，宜对结构进行整体或局部,的,弹塑性验算,。进行弹塑性分析时，首先应预先设定构,件各部分尺寸和材料性能指标。应根据实际情况采用不,同的离散尺度，确定相应的本构关系,（如应力,应变,关系、弯矩,曲率关系、内力,变形关系等）。,确定钢筋和混凝土的材料特征值及本构关系时，宜,事先进行试验分析确定，,也可采用附录,C,提供的材料强,度、本构模型或强度准则。,新规范附录,C,完善了钢筋、,混凝土的应力,应变本构关系以及混凝土多轴强,度准,则的有关内容，满足了混凝土结构非线性分析的需要。,（,5.5.1,）,79,113/342,结构构件的计算模型及离散尺度按以下原则确定,（,5.5.2,）,（,1,）梁、柱等杆系，一个方向的正应力明显大于其,余两个正交方向的应力，可简化为一维单元。,（,2,）墙、板等构件两个方向的正应力明显大于另一,方向的应力，可简化为二维单元。,（,3,）复杂的混凝土结构，大体积结构，结构的节点,或局部需作精细分析时，三个方向正应力无显著差异，,应按三维单元考虑。,某些变形较大的构件或节点需进行局部精确分析,时，宜考虑钢筋混凝土间的粘结本构关系规范附录,C,）,（,5.5.3,）,。,80,114/342,4.,塑性极限分析方法又称塑性分析法或极限平衡法,此法主要用于周边有梁或墙支承的双向板设计。工,程设计和施工实践经验证明，按此法进行计算和构造设,计简便易行。可以保证结构的安全。,对于超静定结构，结构中的某一个截面（或某几个,截面）达到屈服，整个结构可能并没有达到其最大承载,力，外荷载还可以继续增加。先达到屈服截面的塑性变,形会随之不断增大，并且不断有其他截面陆续达到屈,服。直至有足够数量的截面达到屈服，使结构体系即将,形成几何可变机构，结构才达到最大承载力。,（,5.6.1,）,81,115/342,因此，利用超静定结构的这一受力特征，可,采用塑,性极限分析方法,来计算超静定结构的最大承载力，并,以,达到最大承载力时的状态，作为整个超静定结构的承载,能力极限状态,。这样既可以使超静定结构的内力分析更,接近实际内力状态，也可以充分发挥超静定结构的承载,潜力，使设计更经济合理。,82,116/342,但是，超静定结构达到承载力极限状态（最大承载,力）时，结构中较早达到屈服的截面已处于塑性变形阶,段，即已形成塑性铰，这些截面实际上已具有一定程度,的损伤。如果塑性铰具有足够的变形能力，则这种损伤,对于一次加载情况的最大承载力影响不大。但是对于重,复荷载作用，由于屈服截面在塑性阶段重复加载作用下,的低周疲劳效应，会使塑性铰的承载力降低，从而使整,个结构不能达到静力荷载作用下的最大承载力。,为安全计，,建议塑性极限分析方法不得用于承受多,次重复荷载作用的混凝土结构,。,83,117/342,塑性铰线法,应根据以下假定进行计算,（,5.6.2,）,：,（,1,）板被塑性铰线分成若干板块，形成几何可变体系。,（,2,）配筋合理时，通过塑性铰线的钢筋均达到屈服，且塑性,铰线可在保持屈服弯矩的条件下产生很大的转角变形。,（,3,）塑性铰线之间的板块处于弹性阶段，与塑性铰线上的塑,性变形相比很小，故板块可视为刚体。,条带法,可根据板面荷载的合理传递分布假定，将双向板简化为,两个方向的单向板进行计算。对于开洞口的双向板，应在洞