新旧《混凝土结构设计规范》对比分析

高春彦

（内蒙古科技大学 建筑与土木工程学院，内蒙古 包头 014010）

2011年7月1日新版的《混凝土结构设计规范》正式发布，这次规范延续了02版规范的基本内容，在总结多年工程经验并参考了国际标准变化的基础上，对其中的部分内容进行了调整和补充。具体改变为：完善了结构设计的内容；采用了高强高性能材料；改进了设计计算方法；完善了部分构件的构造设计；加强了预应力设计；加强了与抗震设计的协调[1]。作为《混凝土结构设计原理》的主讲教师，在对新编《混凝土结构设计规范》进行了认真细致的学习之后，总结了以下一些心得。

一、“基本设计规定”新增了部分内容

在新版规范的“基本设计规定”部分，增加了关于结构体系的设计内容，强调了概念设计的重要性。其中3.2结构方案，3.6防连续倒塌设计原则，3.7既有结构设计原则为新增内容。

对于3.2节“结构方案”，从概念设计角度提出了在方案阶段应考虑加强结构整体稳固性的设计原则、结构缝的设置以及构件之间连接构造设计的原则。在3.3节“承载能力极限状态计算”3.3.2条中新引入了“构件抗力模型不定性系数γRd”的概念，将原先非抗震设计和抗震设计两套总则公式统一起来，在抗震设计中该系数自动转化为承载力抗震调整系数γRE，但是这两者间的本质并不一致，构件抗力模型不定性系数对于静力设计取1.0，对不确定性较大的结构构件根据具体情况取大于1.0的数值，而承载力抗震调整系数γRE小于等于1.0。

新增3.6节“防连续倒塌设计原则”，与国际接轨。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，避免发生大范围破坏或连续倒塌。目前防连续倒塌设计主要针对安全等级为一级的重要建筑，仅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，具体计算方法缺乏更详尽的规定。需要注意一点是，防连续倒塌设计时混凝土和钢筋强度均采用强度标准值而不是设计值，且钢筋强度需采用极限强度标准值而不是屈服强度标准值。这是因为，防连续倒塌的目标是保证结构不因局部失效而发生连续垮塌，因此可靠性指标与一般承载力极限状态相比有所降低，可以充分考虑材料的极限强度。

新增3.7节“既有结构设计原则”，这主要针对现在应用越来越广泛且备受关注的既有建筑设计问题。其中需要注意的是，对既有结构改变用途或延长使用年限进行鉴定设计时，承载能力极限状态验算“宜”符合本规范的有关规定；而对既有结构进行改建、扩建或加固修复时，承载能力极限状态计算“应”符合本规范的规定。两者的要求不同。

二、采用高强、高性能材料

据不完全统计，目前我国每年混凝土结构的钢材用量接近1亿吨，混凝土用量已达到25亿m3，混凝土结构所应用的钢材和混凝土强度比西方发达国家普遍要低1-2个等级，工程建设中低强度钢材、低强度水泥以及低强度混凝土的应用比例大，消耗了大量资源和能源，不利于可持续发展，大规模的基建难以为既；新版《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）坚持“四节一环保”（节能、节地、节水、节材和环境保护）的可持续发展国策，混凝土结构必须走高效节材的道路。

适当提高了混凝土的最低强度等级，完善了钢筋和混凝土的本构关系以及多轴混凝土强度准则的有关内容。

钢筋材料方面，淘汰低强度钢筋，增加高强、高性能钢筋是本次规范修订的一大特点。由300MPa级光圆钢筋取代235MPa级光圆钢筋；限制并准备逐步淘汰335MPa级热轧带肋钢筋；推广 HRB400、HRB500MPa级或 HRBF400、HRBF500级（其中符号F表示细晶粒）热轧带肋钢筋作为纵向受力的主导钢筋。需要特别注意一点是，对于HRB500级钢筋，其抗拉强度设计值与抗压强度设计值是不相等的，抗压强度要低一些，而其它类型普通钢筋的抗拉、抗压强度设计值均相等。另外，新版规范增加了钢筋在最大力下的总伸长率要求，明确了对钢筋延性的要求；首次允许采用“并筋”形式进行配筋，以解决粗钢筋及配筋密集引起的设计、施工困难 问 题[2]。

三、调整了混凝土保护层厚度和纵向受力钢筋最小配筋率

根据对我国混凝土结构耐久性的调研及分析，混凝土保护层厚度进行了调整。混凝土保护层厚度的定义不再以纵向受力钢筋的外缘，而以最外层钢筋（包括箍筋、构造筋、分布筋等）至构件表面的距离定值，本次修订后的保护层实际厚度比原规范厚度有所加大。另外，新版规范中按构件类型（杆、面）和环境类别确定保护层厚度，一般情况下保护层厚度稍增，恶劣环境下大幅度增加；且表中不再列入混凝土强度等级的影响，C30以上统一取值，C25及以下均增加5mm。根据工程实践，提出了减小保护层厚度的技术措施。当采用厚保护层时，配置网片（防剥落、控制裂缝宽度等）的构造措施。

新版规范细化了不同钢筋强度等级的最小配筋率要求，数值上没有太大变化，但要注意表8.5.1是针对非抗震设计的最小配筋率要求，抗震设计还要符合第11章的有关规定。特别注意一点就是，最小配筋率是按构件全截面面积计算，而实际配筋率是按构件有效面积计算。

四、调整了“承载能力极限状态计算”的部分内容

本次修订基本保持原规范的规定，仅改动了下列内容：统一了斜截面受剪承载力的计算公式；调整了偏心受压构件考虑P-δ效应的计算方法[3]。

新版规范统一了斜截面受剪承载力（一般均布荷载与集中力）的计算公式，受剪承载力计算公式的变化是将箍筋抗剪项前的系数1.25修改为1.0，这样设计配箍面积可能将增加25%，修改的目的主要是提高抗剪承载力的安全储备，因为在有些机场工程和桥梁工程中，在剪力较大处出现了不少斜裂缝。另一方面，斜截面抗剪承载力公式中箍筋抗剪项前的系数修改为1.0后，实际上是试验数据的下包络线向下移动，包络范围更大了。

偏心受压构件考虑二阶挠曲效应的计算方法主要是取消了原规范的“偏心距增大系数法”，而修改为“弯矩增大系数法”，以偏心距调节系数Cm和弯矩增大系数ηns的形式直接计算弯矩设计值 M，而偏心受压构件的承载力方程基本没有改变。

为了不对各个偏心受压构件逐一进行验算，新版规范6.2.3给出了可以不考虑P-δ效应的条件，主要考虑到两种情况：①在反弯点位于柱高中部的偏压构件中，这种二阶效应虽能增大构件除两端区域外各截面的曲率和弯矩，但增大后的弯矩通常不可能超过柱两端控制截面的弯矩。因此，在这种情况下，P-δ效应不会对杆件截面的偏心受压承载能力产生不利影响。②在反弯点不在杆件高度范围内（即沿杆件长度均为同号弯矩）的较细长且轴压比偏大的偏压构件中，经P-δ效应增大后的杆件中部弯矩有可能超过柱端控制截面的弯矩。此时，就必须在截面设计中考虑P-δ效应的附加影响。

需要特别注意的是，公式（6.2.3）解释中提到的“构件按单曲率弯曲时，M1/M2取正值，否则取负值”，即对应着当沿构件长度为同号弯矩时，长细比的限值小于构件两端为异号弯矩的情况。

五、调整了“正常使用极限状态验算”的部分内容

经调研及与国外规范对比，原规范对受力裂缝的控制相对偏严，新版规范进行了适当放松（这部分内容主要集中在新规范第七章）。一级保持不变；二级适当放松，仅控制在荷载标准组合下，拉应力不超过混凝土的抗拉强度标准值，删除了原规范中按荷载准永久组合计算构件边缘混凝土不宜产生拉应力的要求；三级裂缝控制等级时，对于钢筋混凝土结构，裂缝宽度与挠度限值未变，但裂缝宽度和挠度验算均改为采用荷载的准永久组合并考虑长期作用影响来计算，由于荷载效应准永久组合一般要小于标准组合，所以对于钢筋混凝土结构而言，裂缝宽度和挠度就将比原先计算来得小一些。

六、结 语

本文介绍了与讲授课程内容紧密相关的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）新增和重大改进的部分内容以及修订原则，并详细剖析了新旧《混凝土结构设计规范》的异同之处。作为一名土木工程专业的教师，如何在讲课过程中最大限度地将新规范融入到混凝土课程的教学中去，让学生掌握规范并学会运用仍有很多工作要做。

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[1]GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]赵基达，徐有邻.《混凝土结构设计规范》修订概况（一）[J].建筑结构，41（2）：132-136.

[3]朱爱萍，黄小坤，徐有邻.《混凝土结构设计规范》修订简介（七）[J].建筑结构，41（8）：140-142.