3.1.1 本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计法,以可靠指标度量结构构件的可靠度,采用分项系数的设计表达式进行设计。
3.1.2 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足。设计规定的某一功能要求,此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态分为以下两类:
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;
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。
3.1.3 结构构件应根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求,分别按下列规定进行计算和验算:
1、承载力及稳定:所有结构构件均应进行承载力(包括失稳)计算;在必要时尚应进行结构的倾覆、滑移及漂浮验算;
有抗震设防要求的结构尚应进行结构构件抗震的承载力验算;
2、疲劳:直接承受吊车的构件应进行疲劳验算;但直接承受安装或检修用吊车的构件,根据使用情况和设计经验可不作疲劳验算;
3、变形:对使用上需要控制变形值的结构构件,应进行变形验算;
4、抗裂及裂缝宽度:对使用上要求不出现裂缝的构件,应进行混凝土拉应力验算;对使用上允许出现裂缝的构件,应进行裂缝宽度验算;对叠合式受弯构件,尚应进行纵向钢筋拉应力验算。
3.1.4 结构及结构构件的承载力(包括失稳)计算和顿覆、滑移及漂浮验算,均应采用荷载设计值;疲劳、变形、抗裂及裂缝宽度验算,均应采用相应的荷载代表值;直接承受吊车的结构构件,在计算承载力及验算疲劳、抗裂时,应考虑吊车荷载的动力系数。
预制构件尚应按制作、运输及安装时相应的荷载值进行施工阶段的验算。预制构件吊装的验算,应将构件自重乘以动力系数,动力系数可取 1.5,但可根据构件吊装时的受力情况适当增减。
对现浇结构,必要时应进行施工阶段的验算。
当结构构件进行抗震设计时,地震作用及其他荷载值均应按现行国家标标准《建筑抗震设计规范》GB50011 的规定确定。
3.1.5 钢筋泥凝土及预应力泥凝土结构构件受力钢筋的配筋率应符合本规范第 9 章、第 10 章有关最小配筋率的规定。素混凝土结构构件应按本规范附录 A 的规定进行计算。
3.1.6 结构应具有整体稳定性,结构的局部破坏不应导致大范围倒塌。
3.1.7 在设计使用年限内,结构和结构构件在正常维护条件下应能保持其使用功能,而不需进行大修加固。设计使用年限应按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068 确定。
若建设单位提出更高要求,也可按建设单位的要求确定。
3.1.8 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。
3.2 承载能力极限状态计算规定
3.2.1 根据建筑结构破坏后果的严重程度,建筑结构划分为三个安全等级,设计时应根据具体情况,按照表 3.2.1 的规定选用相应的安全等级。
表 3.2.1 建筑结构的安全等级
安全等级 |
破坏后果 |
建筑物类型 |
一级 二级 三级 |
很严重 严重 不严重 |
重要的建筑物 一般的建筑物 次要的建筑物 |
注:对有特殊要求的建筑物,其安全等级可根据具体情况另行确定。
3.2.2 建筑物中各类结构构件使用阶段的安全等级,宜与整个结构的安全等级相同,对其中部份结构构件的安全等级,可根据其重要程度适当调整,但不得低于三级。
3.2.3 对于承载能力极限状态,结构构件应按荷载效应的基本组合或偶然组合,采用下列极限状态设计表达式:
γ0S≤R (3.2.3-1)
R = R(fc,fs,ak,……) (3.2.3-2)
式中 γ0 —— 重要性系数:对安全等级为一级或设计使用年限为100 年及以上的结构构件,不应小于 1.1;对安全等级为二级或设计使用年限为 50 年的结构构件,不应小于 1.0;对安全等级为三级或设计使用年限为 5 年及以下的结构构件,不应小于 0.9;在抗震设计中,不考虑结构构件的重要性系数;
S —— 承载能力极限状态的荷载效应组合的设计值,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009 和现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011 的规定进行计算;
R —— 结构构件的承载力设计值;在抗震设计时,应除以承载力抗震调整系数 γRE;
R(·) —— 结构构件的承载力函数;
fc、fs —— 混凝土、钢筋的强度设计值;
ak —— 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,可另增减一个附加值。
公式(3.2.3-1)中的 γ0S,在本规范各章中用内力设计值(N、M、V、T 等)表示;对预应力混凝土结构,尚应按本规范第 6.1.1 条的规定考虑预应力效应。
3.3 正常使用极限状态验算规定
3.3.1 对于正常使用极限状态,结构构件应分别按荷载效应的标准组合、准永久组合或标准组合并考虑长期作用影响,采用下列极限状态设计表达式:
S ≤ C (3.3.1)
式中 S —— 正常使用极限状态的荷载效应组合值;
C —— 结构构件达到正常使用要求所规定的变形,裂缝宽度和应力等的限值。荷载效应的标准组合和准永久组合应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009 的规定进行计算。
3.3.2 受弯构件的最大挠度应按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响进行计算,其计算值不应超过表 3.3.2 规定的挠度限值。
表 3.3.2 受弯构件的挠度限值
构 件 类 型 |
挠 度 限 值 |
吊车梁:手动吊车 电动吊车 |
L0/500 L0/600 |
屋盖、楼盖及楼梯构件: 当 L0<7m 时 当 7≤L0≤9m 时 当 L0>9m 时 |
L0/200(L0/250) L0/250(L0/300) L0/300(L0/400)
|
注:1、表中 L0 为构件的计算长度;
2 、表中括号中的数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件;
3、如果构件制作时预先起拱,且使用上也允许,则在验算挠度时,可将计算所得的挠度值减去起拱值;对预应力混凝土构件,尚可减去预加力所产生的反拱值;
4、计算悬臂构件的挠度限值时,其计算跨度按实际悬臂长度的 2 倍取用。
3.3.3 结构构件正截面的裂缝控制等级分为三级。裂缝控制等级的划分应符合下列规定:
一级 —— 严格要求不出现裂缝的构件,按荷载效应标准组合计算时,构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力;
二级 —— 一般要求不出现裂缝的构件,按荷载效应标准组合计算时,构件受拉边缘混凝土拉应力大于混凝土轴心抗拉强度标准值;按荷载效应准永久组合计算时,构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力,当有可靠经验时可适当放松;
三级 —— 允许出现裂缝的构件,按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响计算时,构件的最大裂缝宽度不应超过表 3.3.4 规定的最大裂缝宽度限值。
3.3.4 结构构件应根据结构类别和本规范表 3.4.1 规定的环境类别,按表 3.3.4 的规定选用不同的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值 ω
lim。
表 3.3.4 结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值
环境类别 |
钢筋混凝土结构 |
预应力混凝土结构 |
裂缝控制等级 |
ωlim(mm) |
裂缝控制等级 |
ωlim(mm) |
二 |
三 |
0.3(0.4) |
三 |
0.2 |
二 |
三 |
0.2 |
二 |
— |
三 |
三 |
0.2 |
一 |
— |
注:1、表中的规定适用于采用热轧钢筋的钢筋混凝土构件和采用预应力钢丝,钢绞线及热处理钢筋的预应力混凝土构件;当采用其他类别的钢丝或钢筋时,其裂缝控制要求可按专门标准确定;
2、对处于年平均相对湿度小于 60% 地区一类环境下的受弯构件,其最大裂缝宽度限值或采用括号内的数值;
3、在一类环境下,对钢筋混凝土屋架,托架及需作疲劳验算的吊车梁,其最大裂缝宽度限值应取为 0.2mm;对钢筋混凝土屋面梁和托梁,其最大裂缝宽度限值应取为 0.3mm;
4、在一类环境下,对预应力混凝土屋面梁,托梁,屋架,托架,屋面板和楼板,应按二级裂缝控制等级进行验算;在一类和二类环境下,对需作疲劳验算的预应力混凝土吊车梁,应按一级裂缝控制等级进行验算;
5、表中规定的预应力混凝土构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限值公适用于正截面的验算;预应力混凝土构件的斜截面裂缝控制验算应符合本规范第 8 章的要求;
6、对于烟囱,筒仓和处于液体压力下的结构构件,其裂缝控制要求应符合专门标准的有关规定;
7、对于处于四,五类环境下的结构构件,其裂缝控制要求应符合专门标准的有关规定;
8、表中的最大裂缝宽度限值用于验算荷载作用引起的最大裂缝宽度。
3.4 耐久性规定
3.4.1 混凝土结构的耐久性应根据表 3.4.1 的环境类别和设计使用年限进行设计。
表 3.4.1 混凝土结构的环境类别
环境类别 |
条 件 |
一 |
室内正常环境 |
二 |
a |
室内潮湿环境:非严寒和非寒冷地区的露天环境,与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境 |
b |
严寒和寒冷地区的露天环境,与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境 |
三 |
使用除冰盐的环境;严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境;滨海室外环境 |
四 |
海水环境 |
五 |
受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境 |
注: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程》JGJ24 的规定。
3.4.2 一类,二类和三类环境中,设计使用年限为 50 年的结构混凝土应符合表 3.4.2 的规定。
表 3.4.1 混凝土结构的环境类别
环境类别 |
最大水灰比 |
最小水泥用量 (kg/m3) |
最低混凝土强度等级 |
最大氯离子含量 (%) |
最大碱含量 (kg/m3) |
一 |
0.65 |
225 |
C20 |
1.0 |
不限制 |
二 |
a |
0.65 |
250 |
C25 |
0.3 |
3.0 |
b |
0.55 |
275 |
C30 |
0.2 |
3.0 |
三 |
0.50 |
300 |
C30 |
0.1 |
3.0 |
注:1、氯离子含量系指其占水泥用量的百分率;
2、预应力构件混凝土中的最大氯离子含量为 0.06%,最小水泥用量为 300kg/m3;最低混凝土强度等级应按表中规定提高两个等级;
3、素混凝土构件的最小水泥用量不应少于表中数值减 25kg/m3;
4、当混凝土中加入活性掺合料或能提高耐久性的外加剂时,可适当降低最小水泥用量;
5、当有可靠工程经验时,处于一类和二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级;
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。
3.4.3 一类环境中,设计使用年限为100 年的结构混凝土应符合下列规定:
1、钢筋混凝土结构的最低混凝土强度等级为C30;预应力混凝土结构的最低混凝土强度等级为 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/m3;
4、混凝土保护层厚度应按本规范表 9.2.1 的规定增加 40%;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少;
5、在使用过程中,应定期维护。
3.4.4 二类和三类环境中,设计使用年限为100 年的混凝土结构,应采取专门有效措施。
3.4.5 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。
3.4.6 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。
3.4.7 三类环境中的结构构件,其受力钢筋宜采用环氧树脂涂层带肋钢筋;对预应力钢筋,锚具及连接器,应采取专门防护措施。
3.4.8 四类和五类环境中的混凝土结构,其耐久性要求应符合有关标准的规定。
对临时性混凝土结构,可不考虑混凝土的耐久性要求。