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第五篇 结构设计
1 基 本 规 定
1．1 结构安全等级
《建筑结构设计统一标准》 GBJ68__84
1．0．5建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。建筑结构安全等级的划分应符合表1．0．5的要求。
建筑结构的安全等级 表1. 0. 5
|
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
|
重要的工业与民用建筑物
一般的工业与民用建筑物
次要的建筑物
|
注：①对于特殊的建筑物，其安全等级根据具体情况另行确定；
②当按抗震要求设计时，建筑结构的安全等级应符合《建筑抗震设计规范》的规
定。
1．2 结构荷载和组合
《建筑结构荷载规范》GBJ9－87
2．2．1建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，并取各自的最不利组合进行设计。
2．2．2对于承载能力极限状态，应采用荷载效应的基本组合和偶然组合进行设计，并采用下列设计表达式：
γ0S≤R （2．2．2）
式中γ0__结构重要性系数，对安全等级为一级、二级和三级的结构构件，可分别取1．1、
1．0和0．9；结构构件的安全等级，应按有关建筑结构设计规范的规定确定；
S__荷载效应组合的设计值；
R__结构构件抗力的设计值，应按有关建筑结构设计规范的规定
确定。
2．2．5对于正常使用权限状态，应根据不同的设计要求，分别采用荷载的短期效应组合和长期效应组合进行设计。
2．2．6荷载分项系数，应按下列规定采用：
一、永久荷载的分项系数：
当其效应对结构不利时，取1．2；
当其效应对结构有利时，取1．0。
二、可变荷载的分项系数：
一般情况下取1．4；
对楼面结构，当活荷载标准值不小于4kN／m时，取1．3。
注：验算倾覆和滑移时，对抗倾覆和滑移有利的永久荷载，其分项系数可取 0．9；对某些特殊情况，应按有关建筑结构设计规范的规定确定。
2．2．7在一般情况下，当有风荷载参与组合时，荷载组合值系数取0．6；当没有风荷载参与组合时，荷载组合值系数取1．0。
对于一般排架、框架结构，当有两个或两个以上的可变荷载参与组合且其中包括风荷载时，荷载组合系数取0．85；在其他情况下荷载组合系数均取1．0。
3．1．1民用建筑楼面均布活荷载的标准值及其准永久值系数，应按表
3．1．1的规定采用。
民用建筑楼面均布活荷载标准值及其准永久值系数 表3．1．1
|
项次
|
类 别
|
标准值
（kN/m）
|
准永久值
系数фq
|
|
1
|
住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园
|
1.5
|
0.4
|
|
2
|
教室、试验室、阅览室、会议室
|
2.0
|
0.5
|
|
3
|
食堂、办公楼中的一般资料档案室
|
2.5
|
0.5
|
|
4
|
礼堂、剧场、电影院、体育场及体育馆的看台：
（1）有固定座位
（2）无固定座位
|
2.5
3.5
|
0.3
|
|
5
|
展览馆
|
3.0
|
0.5
|
|
6
|
商 店
|
3.5
|
0.5
|
|
7
|
车站大厅、候车室、舞台、体操室
|
3.5
|
0.5
|
|
8
|
藏书库、档案库
|
5.0
|
0.8
|
|
9
|
停车库：
（1）单向板楼盖（板跨不小于2m）
（2）双向板楼盖和无梁楼盖（柱网尺寸不小于
6m×6m）
|
4.0
2.5
|
0.6
|
|
10
|
厨 房
|
2.0
|
0.5
|
|
11
|
浴室、厕所、盥洗室：
（1）对第一项中的民用建筑
（2）对其他民用建筑
|
2.0
2.5
|
0.4
0.5
|
|
12
|
走廊、门厅、楼梯：
（1）住宅、托儿所、幼儿园
（2）宿舍、旅馆、医院、办公楼
（3）教室、食堂
（4）礼堂、剧场、电影院、看台、展览馆
|
1.5
2.0
2.5
3.5
|
0.4
0.4
0.5
0.3
|
|
13
|
挑出阳台
|
2.5
|
0.5
|
注：①本表所给各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载较大时，应按实际情 况采用。
②9项活荷载只适用于停放轿车的车库。当单向板板跨小于2m时，将车轮局部荷载换算为等效均布荷载，局部荷载值取4．5kN，间隔1．5mm，分布在0，2m × 0．2m的面积上。
③12项楼梯活荷载，对预制楼梯踏步平板，尚应按1．5kN集中荷载验算。
④13项挑出阳台荷载。当人群有可能密集时，按3．5kN／m采用。
⑤本表各项荷载未包括隔墙自重。
3．3．1房屋的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载，应按表3．3．l采用。
屋面均布活荷载，不应与雪荷载同时考虑。
屋面均布活荷载 表3．3．1
|
项次
|
类 别
|
标准值
（kN/m2）
|
准永久值
系数фq
|
|
1
|
不上人的屋面：
石棉瓦、瓦楞铁等轻屋面和瓦屋面
钢丝网水泥及其他水泥制品轻屋面以及由薄钢结构承重的钢筋混凝土屋面
由钢结构或钢筋混凝土结构承重的钢筋混凝土屋面，包括挑檐和雨篷
|
0.3
0.5
0.7
|
0
0
0
|
|
2
|
上人的屋面
|
1.5
|
0.4
|
注：①不上人的屋面，当施工荷载较大时，应按实际情况采用。
②上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载来用。
3．5．1设计屋面板、檀条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，尚应按下列施工或检修集中荷载（人和小工具的自重）出现在最不利位置进行验算：
一、屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐和预制小梁，取0.8kN：
二、钢筋混凝土雨篷，取1．0kN。
注：①对于轻型构件或较宽构件，当施工荷载有可能超过上述荷载时，应按实 际情况验算，或采用加垫板、支撑等临时设施承受。
②当计算挑檐、雨篷强度时，沿板宽每隔1．0m考虑一个集中荷载；在验算 挑檐、雨篷倾覆时，沿板宽每隔2．5～3．om考虑一个集中荷载。
3．5．2楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶部水平荷载，应按下列规定采用：
一、住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，取0．5kN／m；
二、学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，取1．okN／m。
3．6．1建筑结构设计动力计算，在有充分依据时，可将重物或设备的荷载乘以动力系数后按静力计算进行。
5．1．1屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：
Sk=μγS0 （5．1．1）
式中Sk__雪荷载标准值，KN／平方米；
μγ屋面积雪分布系数；
S0__基本雪压，kN／平方米。
5．1．2基本雪压系以当地一般空旷平坦地面上统计所得30年一遇最大积雪的自重确定。
5．2．2设计建筑结构及屋面的承重构件时，按下列规定考虑积雪的分布情况：
一、屋面板和植条按积雪不均匀分布的最不利情况考虑；
二、屋架分别按积雪全跨和半跨均匀分布的情况考虑；
三、框架和柱按积雪全跨均匀分布情况考虑。
6．1．1垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下式计算：
WK=βZμSμZW0 （6．1．1）
式中WK__风荷载标准值，KN／平方米；
βZ__Z高度处的风振系数；
μS__风荷载体型系数；
μZ__风压高度变化系数；
W0__基本风压，KN/平方米。
6．1．2基本风压系以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的30年一遇10min平均
V02
最大风速Vo（m／s）为标准，按W0＝
确定的风压值。
1600 基本风压不得小于0．25kN／m2平方米。
对于高层建筑，其基本风压按规定的基本风压值乘以系数1．1后采用；对于特别重要和有特殊要求的高层建筑，其基本风压值乘以系数1．2后采用。
2 混凝土结构设计
2．1 钢筋混凝土结构
《混凝土结构设计规范》GBJ10_89
2．1．3混凝土强度标准值应按表2．1．3采用。
混凝土强度标准值（N/mm2）
表2．1．3
|
强度种类
|
符号
|
混 凝 土 强 度 等
级
|
|
C7.5
|
C10
|
C15
|
C20
|
C25
|
C30
|
C35
|
C40
|
C45
|
C50
|
C55
|
C60
|
|
轴心抗压
弯曲抗压
抗 拉
|
?ck
?cmk
?tk
|
5
5.5
0.75
|
6.7
7.5
0.9
|
10
11
1.2
|
13.5
15
1.5
|
17
18.5
1.75
|
20
22
2
|
23.5
26
2.25
|
27
29.5
2.45
|
29.5
32.5
2.6
|
32
35
2.75
|
34
37.5
2.85
|
36
39.5
2.95
|
2．1．4混凝土强度设计值应按表2．1．4采用。
混凝土强度设计值（N/mm2）
表2．1．4
|
强度种类
|
符号
|
混 凝 土 强 度 等
级
|
|
C7.5
|
C10
|
C15
|
C20
|
C25
|
C30
|
C35
|
C40
|
C45
|
C50
|
C55
|
C60
|
|
轴心抗压
弯曲抗压
抗 拉
|
?c
?cm
?t
|
3.7
4.1
0.55
|
5
5.5
0.65
|
7.5
8.5
0.9
|
10
11
1.1
|
12.5
13.5
1.3
|
15
16.5
1.5
|
17.5
19
1.65
|
19.5
21.5
1.8
|
21.5
23.5
1.9
|
23.5
26
2
|
25
27.5
2.1
|
26.5
29
2.2
|
注：计算现浇钢筋混凝土轴心受压及偏心受压构件时，如截面的长边或直径小于 300mm，则表中混凝土的强度设计值应乘以系数0．8。
2．2．2钢筋的强度标准值应具有不小于 95％的保证率。
钢筋的强度标准值应按表2．2．2－1采用，钢丝、钢绞线的强度标准值应按表2．2．2-2采用。
钢筋强度标准值（N/mm2）
表2．2．2－1
|
种 类
|
?yk或?pyk或?atk或?ptk
|
|
热
轧
钢
筋
|
Ⅰ级（Q235）
|
235
|
|
Ⅱ级（20MnSi、20MnNb（b））
|
335
|
|
Ⅲ级（20MnSiV、20MnTi、K20MnSi）
|
400
|
|
Ⅳ级（40Si2MnV、45SiMnV、45Si2MnTi）
|
540
|
|
冷
拉
钢
筋
|
Ⅰ级（d≤12）
|
280
|
|
Ⅱ级d≤25
d=28～40
|
450
430
|
|
Ⅲ级
|
500
|
|
Ⅳ级
|
700
|
|
冷轧带
肋钢筋
|
LL550（d=4～12）
|
550
|
|
LL650（d=4、5、6）
|
650
|
|
LL800（d=5）
|
800
|
|
热处理
钢 筋
|
40Si2Mn（d=6）
48Si2Mn（d=8.2）
45Si2Cr(d=10)
|
1470
|
钢丝、钢绞线强度标准值（N mm2）
表2．2．2-2
|
种类
|
?atk或?ptk
|
|
碳素钢丝
|
φ4、φ5
|
1770、1670、1570、1470
|
|
φ6
|
1670、1570
|
|
φ7、φ8、φ9
|
1570、1470
|
|
刻痕钢丝
|
φ5、φ7
|
1570、1470
|
|
冷 拔
低碳钢丝
|
甲级：
φ4
φ5
|
Ⅰ组
700
650
|
Ⅱ组
650
600
|
|
乙级： φ3～φ5
|
550
|
|
钢 绞 线
|
二 股
|
d=10.0
d=12.0
|
1720
|
|
三 股
|
d=10.8
d=12.9
|
1720
|
|
七 股
|
d=9.5
d=11.1
d=12.7
d=15.2
|
1860
1860
1860
1860、1820、1720
|
|
|
(d=9.0)
|
（1770、1670）
|
|
|
(d=12.0)
|
（1670、1570）
|
|
|
(d=15.0)
|
（1470、1470）
|
注：用作预应力钢筋的甲级冷拔低碳钢丝经机械调直后，强度标准值应降低50N/ mm。
2．2．3钢筋抗拉强度设计值?y或?py及钢筋抗压强度设计值?_y或?_py应按表2．2．3-1采用；钢丝、钢绞线抗拉强度设计值?y或?py及钢丝、钢绞线抗压强度设计值?_y或?_py应按表2．2．3-2采用。
钢筋强度设计值（N/mm2）
表2．2．3-1
|
种 类
|
?y或?py
|
?_y或?_py
|
|
热
轧
钢
筋
|
Ⅰ级（Q235）
|
210
|
210
|
|
Ⅱ级（20MnSi、20MnNb（b））
|
310
|
310
|
|
Ⅲ级（20MnSiV、20MnTi、K20MnSi）
|
360
|
360
|
|
Ⅳ级（40Si2MnV、45SiMnV、45Si2MnTi）
|
500
|
400
|
|
冷
拉
钢
筋
|
Ⅰ级（d≤12）
|
250
|
210
|
|
Ⅱ级
|
d≤25
|
380
|
310
|
|
|
D=28～40
|
360
|
310
|
|
Ⅲ级
|
420
|
360
|
|
Ⅳ级
|
580
|
400
|
|
冷轧带
肋钢筋
|
LL550（d=4～12）
|
360
|
360
|
|
LL650（d=4、5、6）
|
430
|
380
|
|
LL800（d=5）
|
530
|
380
|
|
热处理
钢 筋
|
40Si2Mn（d=6）
48Si2Mn（d=8.2）
45Si2Cr(d=10)
|
1000
|
400
|
注：①在钢筋混凝土结构中，轴心受拉和小偏心受拉构件的钢筋抗拉强度设计值大于310N/mm2时，仍应按310N/ mm2取用，其他构件的钢筋抗拉强度设计值大于360N/mm2时，仍应按360N/ mm2取用；对于大于12 mm的I级钢筋，如经冷拉，不得利用冷拉后的强度；
②当钢筋混凝土结构的混凝土强度等级为C10时，光面钢筋的强度设计值应按190N/ mm2取用，变形钢筋的强度设计值应按230N/
mm2取用；
③成盘供应的LL550级冷轧带肋钢筋经机械调直后，抗拉强度设计值应降低20N/mm2取用，且抗压强度设计值不应大于相应的抗拉强度设计值；
④构件中配有不同种类的钢筋时，每种钢筋根据其受力情况应采用各自的强度设计值。
钢丝、钢绞线抗拉、抗压强度设计值（N/mm2）
表2．2．3-1
|
种 类
|
?y或?py
|
?_y或?_py
|
|
碳
素
钢
丝
|
φ4～φ9
|
?ptk=1770
|
1200
|
400
|
|
?ptk=1670
|
1130
|
|
?ptk=1570
|
1070
|
|
?ptk=1470
|
1000
|
|
刻痕钢丝
|
|
?ptk=1570
|
1070
|
60
|
|
?ptk=1470
|
1000
|
|
冷 拔
低 碳
钢 丝
|
甲 级
|
组别
|
Ⅰ组
|
Ⅱ组
|
400
|
|
φ4
|
460
|
430
|
|
φ5
|
430
|
400
|
|
乙 级
|
用于焊接骨架和焊接网时
|
320
|
320
|
|
用于绑扎骨架和绑扎网时
|
250
|
350
|
|
钢
绞
线
|
二 股
|
?ptk=1720
|
1170
|
360
|
|
三 股
|
?ptk=1720
|
1170
|
360
|
|
七 股
|
?ptk=1860
|
1260
|
360
|
|
?ptk=1820
|
1240
|
|
（?ptk=1770）
|
（1200）
|
|
?ptk=1720
|
1170
|
|
（?ptk=1670）
|
（1130）
|
|
（?ptk=1570）
|
（1070）
|
|
（?ptk=1470）
|
（1000）
|
注：①冷拔低碳钢丝用作预应力钢筋时，应按表2．2．2-2规定的钢丝强度标准值逐盘进行检验，其强度设计值应按甲级采用；乙级冷拔低碳钢丝可按分批检验，并宜用作焊接骨架、焊接网、架立筋、箍筋和构造钢筋；
②用作预应力钢筋的甲级冷拔低碳钢丝经机械调直后，抗拉强度设计值应降低30N/mm2，且抗压强度设计值不应大于相应的抗拉强度设计值；
③当碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线的强度标准值不符合表2．2．2-2的规定时，其强度设计值应进行换算；
④表中括号内的数值系根据国家标准GB5224-85生产、现尚在延期使用的钢绞线强度标准值和设计值。
3．1．4结构构件的承载力（包括压屈失稳）计算和倾覆、滑移验算，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；直接承受动力荷载的结构构件，在计算承载力、疲劳、抗裂时，应考虑动力荷载的动力系数。
预制构件尚应按制作、运输及安装时的荷载设计值进行施工阶段的验算。预制构件本身吊装的验算，应将构件自重乘以动力系数，动力系数可取1．5，但根据构件吊装时受力情况，可适当增减。
对现浇结构，必要时应进行施工阶段的验算。
3．1．5下列结构在进行承载力计算时，其内力应按弹性体系计算，不应考虑塑性内力重分布：
1. 直接承受动荷载作用的结构；
2. 要求不出现裂缝的结构构件。
3．2．2一切构件的安全等级在各个阶段均不得低于三级。
注：①屋架、托架的安全等级应提高一级；
②承受恒载为主的轴心受压柱、小偏心受压柱，其安全等级应提高一级；
③预制构件在施工阶段的安全等级，可较其使用阶段的安全等级降低一级。
3．3．3结构构件设计时，应根据使用要求选用不同的裂缝控制等级，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，按荷载短期效应组合进行计算时，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，按荷载长期效应组合进行计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力，而按荷载短期效应组全进行计算时，构件受拉边缘混凝土允许产生拉应力，但拉应力不应超过αctγ?tk，此处，αct为混凝土拉应力限制系数，γ为受拉区混凝土塑性影响系数，?tk为混凝土抗拉强度标准值；
三级允许出现裂缝的构件，最大裂缝宽度按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响进行计算，其计算值不应超过允许值。
3．3．4钢筋混凝土和预应力混凝土结构构件的裂缝控制等级、混凝土拉应力限制系数αct及最大裂缝宽度允许值，根据结构构件的工作条件和钢筋种类按表3．3．4采用。
裂缝控制等级、混凝土拉应力限制系数αct
及最大裂缝宽度允许值[Wmax](mm)
表3．3．4
|
钢筋种类
结构构件工作条件
|
钢筋混凝土结构
|
预应力混凝土结构
|
|
Ⅰ级钢筋
Ⅱ级钢筋
Ⅲ级钢筋
冷轧带肋钢筋
|
冷拉Ⅱ级钢筋
冷拉Ⅲ级钢筋
冷拉Ⅳ级钢筋
|
碳素钢丝
刻痕钢丝
钢绞线
热处理钢筋
冷轧带肋钢筋
冷拔低碳钢丝
|
|
等级
|
[Wmax]
(mm)
|
等级
|
[Wmax]
(mm)
|
αct
|
等级
|
αct
|
|
室内正常环境
|
三级
|
0.3
(0.4)
|
三级
|
0.2
|
_
|
二级
|
0.5
|
|
露天或室内高湿度环境
|
|
0.2
|
二级
|
|
0.5
|
一级
|
0
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注：①属于露天或室内高湿度环境一栏的结构构件系指：直接受雨淋的构件；无围护结构的房屋中经常受雨淋的构件；经常受蒸汽或凝结水作用的室内构件（如浴室等）；与土壤直接接触的构件；
②对处于年平均相对湿度小于60%地区，且可变荷载标准值与恒载标准值之比大于0.5的受弯构件，其最大裂缝宽度允许值可采用弧内的数字；
⑤对配置冷轧带肋钢筋和冷拔低碳钢丝的预应力混凝土一般构件及屋面梁，其裂缝控制要求应符合现行专门规程的有关规定；
⑦表中预应力结构构件的混凝土拉应力限制系数及最大裂缝宽度允许值仅适用于正截面的验算。
6．1．3受力钢筋的混凝土保护层最小厚度（从钢筋的外边缘算起）应符合表6．1．3的规定，且不应小于受力钢筋的直径。
混凝土保护层最小厚度(mm) 表6．1．3
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环 境 条 件
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构 件 类 别
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混 凝 土 强 度 等
级
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≤C20
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C25及C30
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≥C35
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室内正常环境
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板、墙、壳
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15
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梁 和 柱
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25
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露天或室内高
湿 度 环 境
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板、墙、壳
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35
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25
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15
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梁 和 柱
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45
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35
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25
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注：①处于室内正常环境由工厂生产的预制构件，当混凝土强度等级不低于C20时，其保护层厚度按表中规定减少5mm，但预制构件中的预应力钢筋（包括冷拔低碳钢丝）的保护层厚度不应小于15mm；处于露天或室内高温度环境的预制构件，当表面另作水泥砂浆抹面层且有质量保证措施时，保护层厚度按表中室内正常环境中构件的数值采用；
②预制钢筋混凝土受弯构件，钢筋端头的保护层厚度为10mm；预制的肋形板，其主肋的保护层厚度按梁考虑；
③处于露天或室内高湿度环境中的结构，其混凝土强度等级不低于C25，当非主要承重构件的混凝土强度等级采用C20时，其保护层厚度按表中C25的规定值取用；
④板、墙、壳中分布钢筋的保护层厚度不应小于10mm；梁、柱中箍筋和构造钢筋的保护层厚度不应小于15mm；
⑤要求使用年限较长的重要建筑物和受沿海环境侵蚀的建筑物的承重结构，当处于露天或室内高湿度环境时，其保护层厚度应适当增加。
6．1．4当计算中充分利用纵向受拉钢筋强度时，其锚固长度不应小于表6．1．4规定的最小锚固长度。
纵向受拉钢筋的最小锚固长度la(mm)
表6．1． |