2.1 基本設計規(guī)定

2.1.1 一般規(guī)定

1.混凝土結構設計應包括下列內(nèi)容：

（1）結構方案設計，包括結構選型、構件布置及傳力途徑。

（2）作用及作用效應分析。

（3）結構的極限狀態(tài)設計。

（4）結構及構件的構造、連接措施。

（5）耐久性及施工的要求。

（6）滿足特殊要求結構的專門性能設計。

2.《混凝土結構設計規(guī)范》采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，以可靠指標度量結構構件的可靠度，采用分項系數(shù)的設計表達式進行設計。

3.混凝土結構的極限狀態(tài)

（1）承載能力極限狀態(tài)：結構或結構構件達到最大承載力、出現(xiàn)疲勞破壞、發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形或因結構局部破壞而引發(fā)的連續(xù)倒塌。

（2）正常使用極限狀態(tài)：結構或結構構件達到正常使用的某項規(guī)定限制或耐久性能的某種規(guī)定狀態(tài)。

4.結構上的作用

結構上的直接作用（荷載）應根據(jù)現(xiàn)行國家標準《建筑結構荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）及相關標準確定；地震作用應根據(jù)現(xiàn)行國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》（GB 50011—2010）確定。

間接作用和偶然作用應根據(jù)有關的標準或具體情況確定。

直接承受吊車荷載的結構構件應考慮吊車荷載的動力系數(shù)。預制構件制作、運輸及安裝時應考慮相應的動力系數(shù)。對現(xiàn)澆結構，必要時應考慮施工階段的荷載。

5.安全等級和設計使用年限

混凝土結構的安全等級和設計使用年限應符合現(xiàn)行國家標準《工程結構可靠性設計統(tǒng)一標準》GB 50153的規(guī)定。

混凝土結構中各類結構構件的安全等級，宜與整個結構的安全等級相同。對其中部分結構構件的安全等級，可根據(jù)其重要程度適當調(diào)整。對于結構中重要構件和關鍵傳力部位，宜適當提高其安全等級。

6.混凝土結構設計應考慮施工技術水平以及實際工程條件的可行性。有特殊要求的混凝土結構，應提出相應的施工要求。

7.設計應明確結構的用途，在設計使用年限內(nèi)未經(jīng)技術鑒定或設計許可，不得改變結構的用途和使用環(huán)境。

2.1.2 結構方案

1.混凝土結構的設計方案要求

混凝土結構的設計方案應符合下列要求：

（1）選用合理的結構體系、構件形式和布置。

（2）結構的平、立面布置宜規(guī)則，各部分的質(zhì)量和剛度宜均勻、連續(xù)。

（3）結構傳力途徑應簡捷、明確，豎向構件宜連續(xù)貫通、對齊。

（4）宜采用超靜定結構，重要構件和關鍵傳力部位應增加冗余約束或有多條傳力途徑。

（5）宜采取減小偶然作用影響的措施。

2.結構縫設計要求

混凝土結構中結構縫的設計應符合下列要求：

（1）應根據(jù)結構受力特點及建筑尺度、形狀、使用功能要求，合理確定結構縫的位置和構造形式。

（2）宜控制結構縫的數(shù)量，并應采取有效措施減少設縫對使用功能的不利影響。

（3）可根據(jù)需要設置施工階段的臨時性結構縫。

3.結構構件的連接

結構構件的連接應符合下列要求：

（1）連接部位的承載力應保證被連接構件之間的傳力性能。

（2）當混凝土構件與其他材料構件連接時，應采取可靠的措施。

（3）應考慮構件變形對連接節(jié)點及相鄰結構或構件造成的影響。

4.混凝土結構設計應符合節(jié)省材料、方便施工、降低能耗與保護環(huán)境的要求。

2.1.3 承載能力極限狀態(tài)計算

1.混凝土結構的承載能力極限狀態(tài)計算應包括下列內(nèi)容：

（1）結構構件應進行承載力（包括失穩(wěn)）計算。

（2）直接承受重復荷載的構件應進行疲勞驗算。

（3）有抗震設防要求時，應進行抗震承載力計算。

（4）必要時尚應進行結構的傾覆、滑移、漂浮驗算。

（5）對于可能遭受偶然作用，且倒塌可能引起嚴重后果的重要結構，宜進行防連續(xù)倒塌設計。

2.對持久設計狀況、暫短設計狀況和地震設計狀況，當用內(nèi)力的形式表達時，結構構件應采用下列承載能力極限狀態(tài)設計表達式：

γ₀S≤R （2.1-1）

R=R（f_c，f_s，a_k，…）/γ_Rd （2.1-2）

式中 γ₀——結構重要性系數(shù)：在持久設計狀況和短暫設計狀況下，對安全等級為一級的結構構件不應小于1.1，對安全等級為二級的結構構件不應小于1.0，對安全等級為三級的結構構件不應小于0.9；對地震設計狀況下應取1.0；

S——承載能力極限狀態(tài)下作用組合的效應設計值：對持久設計狀況和短暫設計狀況應按作用的基本組合計算，對地震設計狀況應按作用的地震組合計算；

R——結構構件的抗力設計值；

R（·）——結構構件的抗力函數(shù)；

γ_Rd——結構構件的抗力模型不定性系數(shù)：靜力設計取1.0，對不確定性較大的結構構件根據(jù)具體情況取大于1.0的數(shù)值；抗震設計應用承載力抗震調(diào)整系數(shù)γ_RE代替γ_Rd；

f_c、f_s——混凝土、鋼筋的強度設計值；

a_k——幾何參數(shù)的標準值，當幾何參數(shù)的變異性對結構性能有明顯的不利影響時，應增減一個附加值。

式（2.1-1）中的γ₀S為內(nèi)力值時，用N、M、V、T等表達。

3.采用應力設計時的計算

對二維、三維混凝土結構構件，當按彈性或彈塑性方法分析并以應力形式表達時，可將混凝土應力按區(qū)域等代成內(nèi)力設計值，根據(jù)式（2.1-1）和式（2.1-2）進行計算；也可直接采用多軸強度準則進行設計驗算。

4.偶然作用下承載力的計算

對偶然作用下的結構進行承載能力極限狀態(tài)設計時，式（2.1-1）中的作用效應設計值S按偶然組合計算，結構重要性系數(shù)γ₀取不小于1.0的數(shù)值；當計算結構構件的承載力函數(shù)時，式（2.1-2）中混凝土、鋼筋的強度設計值f_c、f_s改用強度標準值f_ck、f_yk（或f_pyk）。

當進行結構防連續(xù)倒塌驗算時，結構構件的承載力函數(shù)應按2.1.6節(jié)的原則確定。

5.既有結構承載力的計算

對既有結構的承載能力極限狀態(tài)設計，應按下列規(guī)定進行：

（1）對既有結構進行安全復核、改變用途或延長使用年限而需驗算承載能力極限狀態(tài)時，宜符合式（2.1-1）的要求。

（2）對既有結構進行改建、擴建或加固改造而重新設計時，承載能力極限狀態(tài)的計算應符合2.1.7節(jié)的規(guī)定。

2.1.4 正常使用極限狀態(tài)驗算

1.混凝土結構構件應根據(jù)其使用功能及外觀要求，按下列規(guī)定進行正常使用極限狀態(tài)驗算：

（1）對需要控制變形的構件，應進行變形驗算。

（2）對不允許出現(xiàn)裂縫的構件，應進行混凝土拉應力驗算。

（3）對允許出現(xiàn)裂縫的構件，應進行受力裂縫寬度驗算。

（4）對舒適度有要求的樓蓋結構，應進行豎向自振頻率驗算。

2.對于正常使用極限狀態(tài)，鋼筋混凝土構件、預應力混凝土構件應分別按荷載的準永久組合并考慮長期作用的影響或標準組合并考慮長期作用的影響，采用下列極限狀態(tài)設計表達式進行驗算：

S≤C （2.1-3）

式中 S——正常使用極限狀態(tài)荷載組合的效應設計值；

C——結構構件達到正常使用要求所規(guī)定的變形、應力、裂縫寬度和自振頻率等的限值。

3.鋼筋混凝土受彎構件的最大撓度應按荷載的準永久組合，預應力混凝土受彎構件的最大撓度應按荷載的標準組合，并均應考慮荷載長期作用的影響進行計算，其計算值不應超過表2.1-1規(guī)定的撓度限值。

表2.1-1 受彎構件的撓度限值

注：1.表中l₀為構件的計算跨度：計算懸臂構件的撓度限值時，其計算跨度l₀按實際懸臂長度的2倍取用。

2.表中括號內(nèi)的數(shù)值適用于使用上對撓度有較高要求的構件。

3.如果構件制作時預先起拱，且使用上也允許，則在驗算撓度時，可將計算所得的撓度值減去起拱值；對預應力混凝土構件，尚可減去預加力所產(chǎn)生的反拱值。

4.構件制作時的起拱值和預加力所產(chǎn)生的反拱值，不宜超過構件在相應荷載組合作用下的計算撓度值。

4.結構構件正截面的受力裂縫控制等級分為三級，等級劃分及要求應符合下列規(guī)定：

一級——嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構件，按荷載標準組合計算時，構件受拉邊緣混凝土不應產(chǎn)生拉應力。

二級——一般要求不出現(xiàn)裂縫的構件，按荷載標準組合計算時，構件受拉邊緣混凝土拉應力不應大于混凝土抗拉強度的標準值。

三級——允許出現(xiàn)裂縫的構件：對鋼筋混凝土構件，按荷載準永久組合并考慮長期作用影響計算時，構件的最大裂縫寬度不應超過表2.1-2規(guī)定的最大裂縫寬度限值。對預應力混凝土構件，按荷載標準組合并考慮長期作用的影響計算時，構件的最大裂縫寬度不應超過表2.1-2規(guī)定的最大裂縫寬度限值；對二a類環(huán)境的預應力混凝土構件，尚應按荷載準永久組合計算，且構件受拉邊緣混凝土的拉應力不應大于混凝土的抗拉強度標準值。

表2.1-2 結構構件的裂縫控制等級及最大裂縫寬度的限值（mm）

注：1.對處于年平均相對濕度小于60%地區(qū)一類環(huán)境下的受彎構件，其最大裂縫寬度限值可采用括號內(nèi)的數(shù)值。

2.在一類環(huán)境下，對鋼筋混凝土屋架、托架及需作疲勞驗算的吊車梁，其最大裂縫寬度限值應取為0.20mm；對鋼筋混凝土屋面梁和托梁，其最大裂縫寬度限值應取為0.30mm。

3.在一類環(huán)境下，對預應力混凝土屋架、托架及雙向板體系，應按二級裂縫控制等級進行驗算；對一類環(huán)境下的預應力混凝土屋面梁、托梁、單向板，按表中二a類環(huán)境的要求進行驗算；在一類和二a類環(huán)境下的需作疲勞驗算的預應力混凝土吊車梁，應按裂縫控制等級不低于二級的構件進行驗算。

4.表中規(guī)定的預應力混凝土構件的裂縫控制等級和最大裂縫寬度限值僅適用于正截面的驗算；預應力混凝土構件的斜截面裂縫控制驗算應符合第2.11節(jié)的要求。

5.對于煙囪、筒倉和處于液體壓力下的結構，其裂縫控制要求應符合專門標準的有關規(guī)定。

6.對于處于四、五類環(huán)境下的結構構件，其裂縫控制要求應符合專門標準的有關規(guī)定。

7.表中的最大裂縫寬度限值為用于驗算荷載作用引起的最大裂縫寬度。

5.對混凝土樓蓋結構應根據(jù)使用功能的要求進行豎向自振頻率驗算，并宜符合下列要求：

（1）住宅和公寓不宜低于5Hz。

（2）辦公樓和旅館不宜低于4Hz。

（3）大跨度公共建筑不宜低于3Hz。

2.1.5 耐久性設計

1.混凝土結構應根據(jù)設計使用年限和環(huán)境類別進行耐久性設計，耐久性設計包括下列內(nèi)容：

（1）確定結構所處的環(huán)境類別。

（2）提出對混凝土材料的耐久性基本要求。

（3）確定構件中鋼筋的混凝土保護層厚度。

（4）不同環(huán)境條件下的耐久性技術措施。

（5）提出結構使用階段的檢測與維護要求。

對臨時性的混凝土結構，可不考慮混凝土的耐久性要求。

2.混凝土結構暴露的環(huán)境類別應按表2.1-3的要求劃分。

表2.1-3 混凝土結構的環(huán)境類別

注：1.室內(nèi)潮濕環(huán)境是指構件表面經(jīng)常處于結露或濕潤狀態(tài)的環(huán)境。

2.嚴寒和寒冷地區(qū)的劃分應符合國家現(xiàn)行標準《民用建筑熱工設計規(guī)范》GB 50176的有關規(guī)定。

3.海岸環(huán)境和海風環(huán)境宜根據(jù)當?shù)厍闆r，考慮主導風向及結構所處迎風、背風部位等因素的影響，由調(diào)查研究和工程經(jīng)驗確定。

4.受除冰鹽影響環(huán)境為受到除冰鹽鹽霧影響的環(huán)境；受除冰鹽作用環(huán)境指被除冰鹽溶液濺射的環(huán)境以及使用除冰鹽地區(qū)的洗車房、停車樓等建筑。

5.暴露的環(huán)境是指混凝土結構表面所處的環(huán)境。

3.設計使用年限為50年的混凝土結構，其混凝土材料宜符合表2.1-4的規(guī)定。

表2.1-4 結構混凝土材料的耐久性基本要求

注：1.氯離子含量系指其占膠凝材料總量的百分比。

2.預應力構件混凝土中的最大氯離子含量為0.06%；其最低混凝土強度等級宜按表中的規(guī)定提高兩個等級。

3.素混凝土構件的水膠比及最低強度等級的要求可適當放松。

4.有可靠工程經(jīng)驗時，二類環(huán)境中的最低混凝土強度等級可降低一個等級。

5.處于嚴寒和寒冷地區(qū)二b、三a類環(huán)境中的混凝土應使用引氣劑，并可采用括號中的有關參數(shù)。

6.當使用非堿活性骨料時，對混凝土中的堿含量可不作限制。

4.混凝土結構及構件尚應采取下列耐久性技術措施：

（1）預應力混凝土結構中的預應力筋應根據(jù)具體情況采取表面防護、孔道灌漿、加大混凝土保護層厚度等措施，外露的錨固端應采取封錨和混凝土表面處理等有效措施。

（2）有抗?jié)B要求的混凝土結構，混凝土的抗?jié)B等級應符合有關標準的要求。

（3）嚴寒及寒冷地區(qū)的潮濕環(huán)境中，結構混凝土應滿足抗凍要求，混凝土抗凍等級應符合有關標準的要求。

（4）處于二、三類環(huán)境中的懸臂構件宜采用懸臂梁-板的結構形式，或在其上表面增設防護層。

（5）處于二、三類環(huán)境中的結構構件，其表面的預埋件、吊鉤、連接件等金屬部件應采取可靠的防銹措施，對于后張預應力混凝土外露金屬錨具，其防護要求見相應規(guī)定。

（6）處于三類環(huán)境中的混凝土結構構件，可采用阻銹劑、環(huán)氧樹脂涂層鋼筋或其他具有耐腐蝕性能的鋼筋、采取陰極保護措施或采用可更換的構件等措施。

5.一類環(huán)境中，設計使用年限為100年的混凝土結構應符合下列規(guī)定：

（1）鋼筋混凝土結構的最低強度等級為C30；預應力混凝土結構的最低強度等級為C40。

（2）混凝土中的最大氯離子含量為0.06%。

（3）宜使用非堿活性骨料，當使用堿活性骨料時，混凝土中的最大堿含量為3.0kg/m³。

（4）混凝土保護層厚度應符合第2.12.2節(jié)的規(guī)定；當采取有效的表面防護措施時，混凝土保護層厚度可適當減小。

6.二、三類環(huán)境中，設計使用年限100年的混凝土結構應采取專門的有效措施。

7.耐久性環(huán)境類別為四類和五類的混凝土結構，其耐久性要求應符合有關標準的規(guī)定。

8.混凝土結構在設計使用年限內(nèi)尚應遵守下列規(guī)定：

（1）建立定期檢測、維修制度。

（2）設計中可更換的混凝土構件應按規(guī)定更換。

（3）構件表面的防護層，應按規(guī)定維護或更換。

（4）結構出現(xiàn)可見的耐久性缺陷時，應及時進行處理。

2.1.6 防連續(xù)倒塌設計原則

1.混凝土結構防連續(xù)倒塌設計宜符合下列要求：

（1）采取減小偶然作用效應的措施。

（2）采取使重要構件及關鍵傳力部位避免直接遭受偶然作用的措施。

（3）在結構容易遭受偶然作用影響的區(qū)域增加冗余約束，布置備用的傳力途徑。

（4）增強疏散通道、避難空間等重要結構構件及關鍵傳力部位的承載力和變形性能。

（5）配置貫通水平、豎向構件的鋼筋，并與周邊構件可靠地錨固。

（6）設置結構縫，控制可能發(fā)生連續(xù)倒塌的范圍。

2.重要結構的防連續(xù)倒塌設計可采用下列方法：

（1）局部加強法：提高可能遭受偶然作用而發(fā)生局部破壞的豎向重要構件和關鍵傳力部位的安全儲備，也可直接考慮偶然作用進行結構設計。

（2）拉結構件法：在結構局部豎向構件失效的條件下，可根據(jù)具體情況分別按梁-拉結模型、懸索-拉結模型和懸臂-拉結模型進行承載力驗算，維持結構的整體穩(wěn)固性。

（3）拆除構件法：按一定規(guī)則拆除結構的主要受力構件，驗算剩余結構體系的極限承載力；也可采用倒塌全過程分析進行設計。

3.當進行偶然作用下結構防連續(xù)倒塌的驗算時，作用宜考慮結構相應部位倒塌沖擊引起的動力系數(shù)。在抗力函數(shù)的計算中，混凝土強度取強度標準值f_ck；普通鋼筋強度取極限強度標準值f_stk，預應力筋強度取極限強度標準值f_ptk并考慮錨具的影響。宜考慮偶然作用下結構倒塌對結構幾何參數(shù)的影響。必要時尚應考慮材料性能在動力作用下的強化和脆性，并取相應的強度特征值。

2.1.7 既有結構設計原則

1.既有結構延長使用年限、安全復核、改變用途、改建、擴建或加固修復等，應對其進行評定、驗算或重新設計。

2.對既有結構進行安全性、適用性、耐久性及抗災害能力進行評定時，應符合現(xiàn)行國家標準《工程結構可靠性設計統(tǒng)一標準》GB 50153的原則要求，并應符合下列規(guī)定：

（1）應根據(jù)評定結果、使用要求和后續(xù)使用年限確定既有結構的設計方案。

（2）對既有結構進行安全復核、改變用途或延長使用年限而進行承載能力極限狀態(tài)的驗算時，宜符合《混凝土結構設計規(guī)范》的有關規(guī)定。

（3）對既有結構進行改建、擴建或加固改造而重新設計時，承載能力極限狀態(tài)的計算應符合《混凝土結構設計規(guī)范》和相關標準的規(guī)定。

（4）既有結構的正常使用極限狀態(tài)驗算及構造要求宜符合《混凝土結構設計規(guī)范》的規(guī)定。

（5）必要時可對使用功能作相應的調(diào)整，提出限制使用的要求。

3.既有結構的設計應符合下列規(guī)定：

（1）應優(yōu)化結構方案，保證結構的整體穩(wěn)固性。

（2）荷載可按現(xiàn)行荷載規(guī)范的規(guī)定確定，也可根據(jù)使用功能作適當?shù)恼{(diào)整。

（3）結構既有部分混凝土、鋼筋的強度設計值應根據(jù)強度的實測值確定；當材料的性能符合原設計的要求時，可按原設計的規(guī)定取值。

（4）設計時應考慮既有結構構件實際的幾何尺寸、截面配筋、連接構造和已有缺陷的影響；當符合原設計的要求時，可按原設計的規(guī)定取值。

結構后加部分的材料性能應按第2.2節(jié)的規(guī)定確定。

（5）應考慮既有結構的承載歷史及施工狀態(tài)的影響；對二階段成形的疊合構件，可按第2.13.6節(jié)的規(guī)定進行設計。

【例2.1-1】 當進行偶然作用下結構防連續(xù)倒塌的驗算時，在抗力函數(shù)的計算中普通鋼筋強度取值應按（ ）確定。

（A）極限強度標準值 （B）屈服強度標準值

（C）屈服強度設計值 （D）極限強度平均值

答案：（A）

解答：第2.1.6節(jié)3（《混凝土結構設計規(guī)范》（GB 50010—2010）第3.6.3條）規(guī)定“普通鋼筋強度取極限強度標準值。”

【例2.1-2】 下面關于重要結構的防連續(xù)倒塌設計方法哪項是錯的（ ）

（A）局部加強法 （B）拉結構件法

（C）拆除構件法 （D）按材料設計強度的設計法

答案：（D）

解答：第2.1.6節(jié)2（《混凝土結構設計規(guī)范》（GB 50010—2010）第3.6.2條）規(guī)定：“重要結構的防連續(xù)倒塌設計可采用局部加強法、拉結構件法和拆除構件法”。如進行設計應按材料強度的標準值（混凝土）和極限強度標準值（普通鋼筋和預應力筋）。

【例2.1-3】 下列關于對既有結構進行評定時，應符合的規(guī)定哪項是錯的（ ）

（A）既有結構改變用途或延長使用年限時，承載能力極限狀態(tài)驗算宜符合混凝土結構設計規(guī)范的有關規(guī)定

（B）對既有結構進行改建、擴建或加固改造而重新設計時，承載能力極限狀態(tài)的計算宜符合混凝土結構設計規(guī)范和相關標準的規(guī)定

（C）既有結構的正常使用極限狀態(tài)驗算和構造要求宜符合混凝土結構設計規(guī)范的規(guī)定

（D）必要時可對使用功能作相應的調(diào)整，提出限制使用的要求

答案：（B）

解答：第2.1.7條2（4）（《混凝土結構設計規(guī)范》（GB 50010—2010）第3.7.2條3）“對既有結構進行改建、擴建或加固改造而重新設計時，承載能力極限狀態(tài)計算應符合混凝土結構設計規(guī)范和相關標準的規(guī)定?！弊⒁馐恰皯倍皇恰耙恕?。

【例2.1-4】 結構構件正截面的受力裂縫控制等級分為三級，下列規(guī)定哪項是錯的（ ）

（A）一級按荷載標準組合計算

（B）二級按荷載標準組合計算

（C）三級對鋼筋混凝土構件和預應力混凝土構件按荷載標準組合并考慮長期作用影響計算

（D）三級，對二a類環(huán)境的預應力混凝土構件，尚應按荷載準永久組合計算，且構件受拉邊緣混凝土的拉應力不應大于混凝土的抗拉強度標準值

答案：（C）

解答：第2.1.4節(jié)3（《混凝土結構設計規(guī)范》（GB 50010—2010）第3.4.4條）“三級，對鋼筋混凝土構件按荷載準永久組合并考慮長期作用影響計算。”