高春彥

（內(nèi)蒙古科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

2011年7月1日新版的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》正式發(fā)布，這次規(guī)范延續(xù)了02版規(guī)范的基本內(nèi)容，在總結(jié)多年工程經(jīng)驗(yàn)并參考了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)變化的基礎(chǔ)上，對(duì)其中的部分內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和補(bǔ)充。具體改變?yōu)椋和晟屏私Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容；采用了高強(qiáng)高性能材料；改進(jìn)了設(shè)計(jì)計(jì)算方法；完善了部分構(gòu)件的構(gòu)造設(shè)計(jì)；加強(qiáng)了預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)；加強(qiáng)了與抗震設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)[1]。作為《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》的主講教師，在對(duì)新編《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的學(xué)習(xí)之后，總結(jié)了以下一些心得。

一、“基本設(shè)計(jì)規(guī)定”新增了部分內(nèi)容

在新版規(guī)范的“基本設(shè)計(jì)規(guī)定”部分，增加了關(guān)于結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)了概念設(shè)計(jì)的重要性。其中3.2結(jié)構(gòu)方案，3.6防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)原則，3.7既有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則為新增內(nèi)容。

對(duì)于3.2節(jié)“結(jié)構(gòu)方案”，從概念設(shè)計(jì)角度提出了在方案階段應(yīng)考慮加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固性的設(shè)計(jì)原則、結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置以及構(gòu)件之間連接構(gòu)造設(shè)計(jì)的原則。在3.3節(jié)“承載能力極限狀態(tài)計(jì)算”3.3.2條中新引入了“構(gòu)件抗力模型不定性系數(shù)γRd”的概念，將原先非抗震設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)兩套總則公式統(tǒng)一起來(lái)，在抗震設(shè)計(jì)中該系數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為承載力抗震調(diào)整系數(shù)γRE，但是這兩者間的本質(zhì)并不一致，構(gòu)件抗力模型不定性系數(shù)對(duì)于靜力設(shè)計(jì)取1.0，對(duì)不確定性較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)具體情況取大于1.0的數(shù)值，而承載力抗震調(diào)整系數(shù)γRE小于等于1.0。

新增3.6節(jié)“防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)原則”，與國(guó)際接軌。混凝土結(jié)構(gòu)防連續(xù)倒塌是提高結(jié)構(gòu)綜合抗災(zāi)能力的重要內(nèi)容，在特定類型的偶然作用發(fā)生時(shí)或發(fā)生后，當(dāng)結(jié)構(gòu)體系發(fā)生局部垮塌時(shí)，依靠剩余結(jié)構(gòu)體系仍能繼續(xù)承載，避免發(fā)生大范圍破壞或連續(xù)倒塌。目前防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)主要針對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)的重要建筑，僅給出了結(jié)構(gòu)防連續(xù)倒塌概念設(shè)計(jì)的基本原則，以定性設(shè)計(jì)的方法增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)固性，控制發(fā)生連續(xù)倒塌和大范圍破壞，具體計(jì)算方法缺乏更詳盡的規(guī)定。需要注意一點(diǎn)是，防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)時(shí)混凝土和鋼筋強(qiáng)度均采用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值而不是設(shè)計(jì)值，且鋼筋強(qiáng)度需采用極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值而不是屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。這是因?yàn)椋肋B續(xù)倒塌的目標(biāo)是保證結(jié)構(gòu)不因局部失效而發(fā)生連續(xù)垮塌，因此可靠性指標(biāo)與一般承載力極限狀態(tài)相比有所降低，可以充分考慮材料的極限強(qiáng)度。

新增3.7節(jié)“既有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則”，這主要針對(duì)現(xiàn)在應(yīng)用越來(lái)越廣泛且備受關(guān)注的既有建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題。其中需要注意的是，對(duì)既有結(jié)構(gòu)改變用途或延長(zhǎng)使用年限進(jìn)行鑒定設(shè)計(jì)時(shí)，承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算“宜”符合本規(guī)范的有關(guān)規(guī)定；而對(duì)既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行改建、擴(kuò)建或加固修復(fù)時(shí)，承載能力極限狀態(tài)計(jì)算“應(yīng)”符合本規(guī)范的規(guī)定。兩者的要求不同。

二、采用高強(qiáng)、高性能材料

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)每年混凝土結(jié)構(gòu)的鋼材用量接近1億噸，混凝土用量已達(dá)到25億m3，混凝土結(jié)構(gòu)所應(yīng)用的鋼材和混凝土強(qiáng)度比西方發(fā)達(dá)國(guó)家普遍要低1-2個(gè)等級(jí)，工程建設(shè)中低強(qiáng)度鋼材、低強(qiáng)度水泥以及低強(qiáng)度混凝土的應(yīng)用比例大，消耗了大量資源和能源，不利于可持續(xù)發(fā)展，大規(guī)模的基建難以為既；新版《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2010）堅(jiān)持“四節(jié)一環(huán)保”（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護(hù)）的可持續(xù)發(fā)展國(guó)策，混凝土結(jié)構(gòu)必須走高效節(jié)材的道路。

適當(dāng)提高了混凝土的最低強(qiáng)度等級(jí)，完善了鋼筋和混凝土的本構(gòu)關(guān)系以及多軸混凝土強(qiáng)度準(zhǔn)則的有關(guān)內(nèi)容。

鋼筋材料方面，淘汰低強(qiáng)度鋼筋，增加高強(qiáng)、高性能鋼筋是本次規(guī)范修訂的一大特點(diǎn)。由300MPa級(jí)光圓鋼筋取代235MPa級(jí)光圓鋼筋；限制并準(zhǔn)備逐步淘汰335MPa級(jí)熱軋帶肋鋼筋；推廣 HRB400、HRB500MPa級(jí)或 HRBF400、HRBF500級(jí)（其中符號(hào)F表示細(xì)晶粒）熱軋帶肋鋼筋作為縱向受力的主導(dǎo)鋼筋。需要特別注意一點(diǎn)是，對(duì)于HRB500級(jí)鋼筋，其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值與抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是不相等的，抗壓強(qiáng)度要低一些，而其它類型普通鋼筋的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值均相等。另外，新版規(guī)范增加了鋼筋在最大力下的總伸長(zhǎng)率要求，明確了對(duì)鋼筋延性的要求；首次允許采用“并筋”形式進(jìn)行配筋，以解決粗鋼筋及配筋密集引起的設(shè)計(jì)、施工困難 問(wèn) 題[2]。

三、調(diào)整了混凝土保護(hù)層厚度和縱向受力鋼筋最小配筋率

根據(jù)對(duì)我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的調(diào)研及分析，混凝土保護(hù)層厚度進(jìn)行了調(diào)整。混凝土保護(hù)層厚度的定義不再以縱向受力鋼筋的外緣，而以最外層鋼筋（包括箍筋、構(gòu)造筋、分布筋等）至構(gòu)件表面的距離定值，本次修訂后的保護(hù)層實(shí)際厚度比原規(guī)范厚度有所加大。另外，新版規(guī)范中按構(gòu)件類型（桿、面）和環(huán)境類別確定保護(hù)層厚度，一般情況下保護(hù)層厚度稍增，惡劣環(huán)境下大幅度增加；且表中不再列入混凝土強(qiáng)度等級(jí)的影響，C30以上統(tǒng)一取值，C25及以下均增加5mm。根據(jù)工程實(shí)踐，提出了減小保護(hù)層厚度的技術(shù)措施。當(dāng)采用厚保護(hù)層時(shí)，配置網(wǎng)片（防剝落、控制裂縫寬度等）的構(gòu)造措施。

新版規(guī)范細(xì)化了不同鋼筋強(qiáng)度等級(jí)的最小配筋率要求，數(shù)值上沒(méi)有太大變化，但要注意表8.5.1是針對(duì)非抗震設(shè)計(jì)的最小配筋率要求，抗震設(shè)計(jì)還要符合第11章的有關(guān)規(guī)定。特別注意一點(diǎn)就是，最小配筋率是按構(gòu)件全截面面積計(jì)算，而實(shí)際配筋率是按構(gòu)件有效面積計(jì)算。

四、調(diào)整了“承載能力極限狀態(tài)計(jì)算”的部分內(nèi)容

本次修訂基本保持原規(guī)范的規(guī)定，僅改動(dòng)了下列內(nèi)容：統(tǒng)一了斜截面受剪承載力的計(jì)算公式；調(diào)整了偏心受壓構(gòu)件考慮P-δ效應(yīng)的計(jì)算方法[3]。

新版規(guī)范統(tǒng)一了斜截面受剪承載力（一般均布荷載與集中力）的計(jì)算公式，受剪承載力計(jì)算公式的變化是將箍筋抗剪項(xiàng)前的系數(shù)1.25修改為1.0，這樣設(shè)計(jì)配箍面積可能將增加25%，修改的目的主要是提高抗剪承載力的安全儲(chǔ)備，因?yàn)樵谟行C(jī)場(chǎng)工程和橋梁工程中，在剪力較大處出現(xiàn)了不少斜裂縫。另一方面，斜截面抗剪承載力公式中箍筋抗剪項(xiàng)前的系數(shù)修改為1.0后，實(shí)際上是試驗(yàn)數(shù)據(jù)的下包絡(luò)線向下移動(dòng)，包絡(luò)范圍更大了。

偏心受壓構(gòu)件考慮二階撓曲效應(yīng)的計(jì)算方法主要是取消了原規(guī)范的“偏心距增大系數(shù)法”，而修改為“彎矩增大系數(shù)法”，以偏心距調(diào)節(jié)系數(shù)Cm和彎矩增大系數(shù)ηns的形式直接計(jì)算彎矩設(shè)計(jì)值 M，而偏心受壓構(gòu)件的承載力方程基本沒(méi)有改變。

為了不對(duì)各個(gè)偏心受壓構(gòu)件逐一進(jìn)行驗(yàn)算，新版規(guī)范6.2.3給出了可以不考慮P-δ效應(yīng)的條件，主要考慮到兩種情況：①在反彎點(diǎn)位于柱高中部的偏壓構(gòu)件中，這種二階效應(yīng)雖能增大構(gòu)件除兩端區(qū)域外各截面的曲率和彎矩，但增大后的彎矩通常不可能超過(guò)柱兩端控制截面的彎矩。因此，在這種情況下，P-δ效應(yīng)不會(huì)對(duì)桿件截面的偏心受壓承載能力產(chǎn)生不利影響。②在反彎點(diǎn)不在桿件高度范圍內(nèi)（即沿桿件長(zhǎng)度均為同號(hào)彎矩）的較細(xì)長(zhǎng)且軸壓比偏大的偏壓構(gòu)件中，經(jīng)P-δ效應(yīng)增大后的桿件中部彎矩有可能超過(guò)柱端控制截面的彎矩。此時(shí)，就必須在截面設(shè)計(jì)中考慮P-δ效應(yīng)的附加影響。

需要特別注意的是，公式（6.2.3）解釋中提到的“構(gòu)件按單曲率彎曲時(shí)，M1/M2取正值，否則取負(fù)值”，即對(duì)應(yīng)著當(dāng)沿構(gòu)件長(zhǎng)度為同號(hào)彎矩時(shí)，長(zhǎng)細(xì)比的限值小于構(gòu)件兩端為異號(hào)彎矩的情況。

五、調(diào)整了“正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算”的部分內(nèi)容

經(jīng)調(diào)研及與國(guó)外規(guī)范對(duì)比，原規(guī)范對(duì)受力裂縫的控制相對(duì)偏嚴(yán)，新版規(guī)范進(jìn)行了適當(dāng)放松（這部分內(nèi)容主要集中在新規(guī)范第七章）。一級(jí)保持不變；二級(jí)適當(dāng)放松，僅控制在荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下，拉應(yīng)力不超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，刪除了原規(guī)范中按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算構(gòu)件邊緣混凝土不宜產(chǎn)生拉應(yīng)力的要求；三級(jí)裂縫控制等級(jí)時(shí)，對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫寬度與撓度限值未變，但裂縫寬度和撓度驗(yàn)算均改為采用荷載的準(zhǔn)永久組合并考慮長(zhǎng)期作用影響來(lái)計(jì)算，由于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合一般要小于標(biāo)準(zhǔn)組合，所以對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，裂縫寬度和撓度就將比原先計(jì)算來(lái)得小一些。

六、結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了與講授課程內(nèi)容緊密相關(guān)的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）新增和重大改進(jìn)的部分內(nèi)容以及修訂原則，并詳細(xì)剖析了新舊《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的異同之處。作為一名土木工程專業(yè)的教師，如何在講課過(guò)程中最大限度地將新規(guī)范融入到混凝土課程的教學(xué)中去，讓學(xué)生掌握規(guī)范并學(xué)會(huì)運(yùn)用仍有很多工作要做。

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[1]GB50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]趙基達(dá)，徐有鄰.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂概況（一）[J].建筑結(jié)構(gòu)，41（2）：132-136.

[3]朱愛(ài)萍，黃小坤，徐有鄰.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂簡(jiǎn)介（七）[J].建筑結(jié)構(gòu)，41（8）：140-142.