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1、新编混凝土结构设计规 范 GB 50010-2002简介周朝阳（教授，博导，一级注册结构师）（中南大学建筑工程系主任、教授委员会委员、学 位评审委员会委员、学术委员会委员、全国混凝土 结构技术委员会委员、建筑物鉴定与加固改造技术 委员会委员、国际桥梁与结构工程学会高级会员）2003年9月第一部分 概况一、修订过程新规范修订历时4年多（1997-2001）召开了 全体修订组会议 7次 大型专题研讨会15次 小型研讨会 40次 协调会 8次 可靠度讨论会 4次经历：初稿征求意见稿（共征求116个单位，征得意 见1089条） 送审稿试设计 2000年11月召开全国 审查会对审查意见进行专题讨论形成第
2、二次送审 稿反馈意见426条形成报批稿（部分成员参加）新规范共 11 章 454 条 7 个附录其中强制性条文 17 条 ,占3.7% 主编单位中国建筑科学研究院参编单位17个成 员27人（另有5人列席）二、修订原则 （2J03/1p3）国内统一国际接轨补充完善安全高强国内协调统一修订时，我国有5本混凝土结构设计规范房建：GBJ10-89（国标）铁路：TB100023-99（00.2.1实施 ）公路：JTJ023-85水工：SL/T191-96港工：JTJ267-98面临工程市场化，必须打破部门垄断，与此 相适应，高校脱离行业管理，教学改革成立 大的土木工程专业；要求混凝土结构设计规 范尽可能
3、走向统一（需要较长的过程）。与国际接轨l市场化还意味着经济国际化、全球化，面临 加入WTO，要求规范尽可能与国际接轨。补充完善l这是长期的需要，随着认识的深入而逐 渐进步。l本次修订时：新增加的内容约占15%， 有重大修订的1/3，保持或基本保持的 1/2。安全高强l这是最基本的要求，但随着经济的发展 可适当提高可靠度水平。四、试设计（2J03/1p4） 对常用5种类型共8个工程进行了试设计对比 1、单按新荷载规范住宅、办公室楼面活载厨房、厕所、食堂楼面活载风、雪荷载当永久荷载为主时2.0 kN/m22.5 50年一遇组合中 G=1.35民用板梁用钢量+78% 工业楼板用钢量+6%2、按新荷载
4、规范及新混凝土结构规范总用钢量 +10%受弯构件梁、板配筋增加明显；受压构件柱、墙配筋增 加不明显，因为其配筋主要取决于构造要求而不是计 算结果。 试设计时未计入为控制温度-收缩间接裂缝而增加的构造 钢筋，否则总用钢量增加可达到 +15%或更多 材料成本上浮可控制在5%左右措施：采用高强材料 ，尤其是强度价格比较高的级钢筋（HRB400）及高 强度低松弛钢丝、钢绞线做主导受力钢筋，并适当提 高混凝土强度等级。 应该了解：钢筋级比级强度 提高70%，价格仅提高17%，约4：1；混凝土从C15到 C50，强度价格提高率之比相当（各地有差异）。l例如箍筋受剪承载力设计值l现1.5下降至1.25。若箍
5、筋仍用级，强度从 310下降至300，箍筋用量即费用增加24%；若 箍筋改用级，强度从310上升至360，箍筋 用量增加3.3%，费用增加11%；若箍筋原来 用级，现在改用细直径级， 强度从210上 升至360 ，箍筋用量及费用均不增反降。l因此，除非构造配筋，钢筋原来用级，尽 可能改用级；原来用级，尽可能改用 级或级；尽可能用提高混凝土强度等级来 满足截面尺寸限制条件。这样对控制造价有 利。同时应该加强对正常使用极限状态的验 算。五、强制性条文q强制性规范 750本 15万条q建设工程质量管理条例（国务院279号令）q工程建设标准强制性条文（2001年3月）q新规范强制性条文17条P10未经
6、技术鉴定或设计许可，不得改变结构用途和使用环境 1 p10建筑结构的三个安全等级（根据破坏后果的严重程度） 1 p16、19砼和钢筋的材料强度标准值及设计值 4 p28预应力作为荷载效应考虑时的分项系数 1 p113保护层厚度 1 p119最小配筋率 1 p162、163锚筋、吊环 2 p165、166、169、172、178、193抗震 6q今后趋势建筑法规、规范技术性条文、企业标准第二部分新规范主要修订内容简介 （分若干问题介绍）一、材料及强度(第4章)（一）混凝土 1、混凝土强度等级 fcuk 取消C7.5、C10 增加C65、C70、C75、C80 从C15到C80以5N/mm2为级差
7、共分为14个强度 等级。2、强度标准值（保证率不低于95%）fck fc平均=1fcu平均fck=0.8812 fcuk 0.88构件与试件强度比值 1 试件摩阻力影响系数 C50 1 =0.76（原规范）C80 1 =0.82 2 脆性影响系数C50 2 =1.0（原规范）C80 2 =0.87ftk3、强度设计值目的：适当提高混凝土结构的安全度并逐步与 国际混凝土结构安全度接近（RC构件特别是 受压构件的安全度比国外偏低较多）。（二）钢筋 原规范中钢筋品种存在的问题： （1）强度偏低（比国外低一个强度等级，用量 增加导致费用提高、施工困难、工作量加大 ） （2）细钢筋热轧的长期缺乏规模生产
8、，自行 冷加工的质量不稳定。需求有上升趋势。 （3）级钢推广慢 （4）预应力钢筋用冷拉钢筋延性差新规范 （1）钢筋混凝土用 1990年代以来，冶金部门利用我国的钒资源优势 ，生产出质量高价格低的Hot rolled, Ribbed, Bar 热轧钢筋 HRB 400 新级主导 HRB 335 辅助HRB 235 辅助RRB 400 余热处理钢筋 fyk与冶标一致，分400、335、235三档，相应地fy=360、300、210：（2）预应力混凝土用q钢丝 光面Plain 后张法钢筋束螺旋肋Helix先张法刻痕Indented（三面刻痕）q钢绞线Strand 1317q热处理钢筋Heat Tre
9、atedpHISHT预应力筋的强度标准值 fptk是具有95%保证率的 抗拉强度值，有1570、1670、1860等5种规 格。其设计值取条件屈服点除以分项系数：设计值提高了约4%，是考虑到冶金系统采用了国 际标准，质量提高 新规范表中不同直径与不同fptk配套。 现在据说对所有直径，5种 fptk都有。 新规范未列入冷加工钢筋（质量不稳 定，其它品种有供应）。贰、耐久性设计(3.4)l耐久性能是混凝土结构应满足的基本性能之一,与混 凝土结构的安全性和适用性有着密切的关系。混 凝土结构设计规范GBJ10-89中关于耐久性能的设 计规定是隐含在相关条款之中的。随着对耐久性问 题重视程度的提高,新
10、修订的混凝土结构设计规范 GB50010中增加了耐久性设计的专门规定。l为了便于有关技术人员了解混凝土结构的耐久性问 题和理解耐久性设计的规定,介绍下面三个问题:l(1)混凝土结构的耐久性问题;l(2)延长混凝土结构使用年限的措施;l(3)混凝土结构耐久性设计方法及相应规定 一、混凝土结构的耐久性问题l混凝土结构的耐久性问题可分成钢材问 题和混凝土问题两大类。钢材问题主要 指钢筋的锈蚀,此外还有钢筋的氢脆、 应力腐蚀、疲劳、低温脆断等问题;混 凝土问题可分成:碱骨料反应和环境作 用问题,环境作用可分成化学物质侵蚀 、冻融损伤、机械物理损伤等。1.钢筋的锈蚀问题l钢筋锈蚀是混凝土结构最常见和量最
11、大的耐 久性问题。 l新成型混凝土的孔隙溶液中含有氢氧化钙,pH 值较高,呈碱性。在这种情况下,钢筋表面可形 成钝化膜,钢筋处于钝化状态。钝化膜对钢筋 起到保护作用,处于钝化状态的钢筋不会锈蚀 。当钝化膜遭到破坏时,钢筋则具备锈蚀的条 件。l在下列三种情况下钢筋表面的钝化膜可遭到 破坏:混凝土碳化(中性化)、混凝土遭受氯污 染和环境中缺氧。l二氧化碳、二氧化硫等气体及其他酸性 物质可通过混凝土的孔隙进入混凝土的 内部,与混凝土孔隙溶液中的氢氧化钙 发生化学反应,使溶液的pH值降低,钢筋 出现脱钝现象。如果有足够的氧和水, 钢筋就可以锈蚀。钢筋锈蚀产物的体积 膨胀,将保护层混凝土胀裂,继而剥落。
12、 l氯污染可分成内掺型和外侵型。内掺型 是指混凝土成型时使用了含氯的原材料 ,如海砂、海水或含氯的外加剂等。外 侵型是指环境中的氯离子通过构件表面 侵入到硬化的混凝土内部,达到钢筋表 面。外侵型氯污染常见于使用含氯原材 料的工业环境、海洋环境、盐渍土与含 氯地下水的环境和使用化冰盐的环境等 。游离的氯离子使钢筋表面的钝化膜破 坏,使钢筋具备了锈蚀条件。 l有资料表明:钝化膜保持完好需要相当 于0.20.3.mA/m2的氧流量。如果氧流 量低于此值,钝化膜厚度会逐步减小直 至完全消失,导致钢筋非常缓慢地锈蚀 。此种情况常见于水中或土中的混凝土 构件。l除了上述几种情况外,杂散电流会加速 钢筋的锈
13、蚀速度。因为钢筋的锈蚀过程 本身就是一个电化学过程,在杂散电流 的影响下,钢筋的电位发生变化,钢筋锈 蚀速度加快。电线杆、绝缘不好的与直 流或交流电有接触的构件上可看到这种 现象。 2.钢筋的其他问题 l除了锈蚀问题外,钢筋还有氢脆、低温冷脆、应 力腐蚀和疲劳等问题。 l氢脆是指氢原子进入钢筋的内部,使钢筋局部产 生较高的内应力,产生脆断。这种破坏现象常见 于使用铝制套管的预应力钢材的施工阶段。在 水泥水化过程中,与铝制品会产生一定量的氢,氢 原子进入钢筋的内部的可能性增大,加上预应力 钢材张拉应力较高,有可能产生氢脆破坏。但是 混凝土完全硬化后,进入钢材内部的氢原子会被 逐渐地释放出来,使钢
14、材产生氢脆破坏的可能性 降低。l低温冷脆是钢结构常见的问题。北方室外的 钢结构,如桥梁、钢储仓等,有出现低温冷脆破 坏的事例。钢筋混凝土结构也会出现低温冷 脆的问题,主要出现在钢筋搭接不合理和出现 应力集中的部位。l应力腐蚀破坏是钢材在高应力状态下的腐蚀 断裂破坏。应力会使钢材中的电位产生变化, 加上环境的作用使腐蚀速度加快,特别是腐蚀 达到一定程度,由于钢材处于高应力状态而产 生脆断。l钢材的疲劳破坏也属于耐久性问题,由于以往 研究得相对较多,这里不再介绍。 3.混凝土的冻融破坏 l关于混凝土冻融破坏的机理有多种理论,有珂 林斯(A.R.Colilins)于1944年提出的水的离析 成层理论
15、,鲍尔斯于1945年提出的冰压力和溶 液迁移压力理论和随后与海尔姆斯提出的渗 透压力理论,瑞典学者1975年提出的临界饱水 理论以及我国吴中伟院士提出的孔结构理论 。迄今为止,国内外尚未得到统一的结论。l总的来说,在环境温度下降和升高的作用下,混 凝土孔隙中的溶液冻结与融化会使混凝土产 生冻融破坏。这种破坏是混凝土微观结构损 伤的逐渐积累造成的宏观破坏。破坏的前期 是混凝土强度降低,弹性模量降低,接着是混凝 土由表及里的剥落。 l我国部分地区室外混凝土结构存在冻融损伤 问题,北方问题更为明显,特别是与环境水接触 较多的结构和构件问题相对严重,如电厂的通 风冷却塔、水厂的水池、建筑物外露的阳台
16、、水工结构、港工结构等。l当混凝土孔隙溶液中含有一定量的氯离子时, 混凝土的冻融破坏加剧。一般称之为“盐冻“ 。海港工程、使用化冰盐的混凝土高速公路 、城市立交桥和停车场等均有这类问题。 4.化学物质的侵蚀 l化学物质的侵蚀是混凝土结构耐久性中最为 复杂的问题。复杂的原因是在于化学物质的 种类多,随机性强,对混凝土的作用效应不易准 确确定。但归纳起来,化学物质的侵蚀可分成 酸侵蚀、碱侵蚀和硫酸盐侵蚀三大类。l酸性物质对混凝土中的水泥水化物有侵蚀作 用,使其中的氢氧化钙变成可溶性的钙盐,使混 凝土丧失强度。典型的酸性物质侵蚀的损伤 特征为:混凝土呈黄色,水泥水化物剥落,粗骨 料外露或剥落。l工业污染、酸雨、酸性地下水及酸性土壤等 均可对混凝土构成酸侵蚀。 l固体的碱对混凝土的侵蚀作用较小,而 熔
