3 基本设计规定
3 基本设计规定
3.1 一般规定
3.1.1¶
混凝土结构设计应包括下列内容：
1 结构方案设计，包括结构选型、构件布置及传力途径；
2 作用及作用效应分析；
3 结构的极限状态设计；
4 结构及构件的构造、连接措施；
5 耐久性及施工的要求；
6 满足特殊要求结构的专门性能设计。
3.1.2¶
本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，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。
3.1.3¶
混凝土结构的极限状态设计应包括：
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、发生不适于继续承载的变形或因结构局部破坏而引发的连续倒塌；
2 正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用的某项规定限值或耐久性能的某种规定状态。
3.1.4¶
结构上的直接作用（荷载）应根据现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009 及相关标准确定；地震作用应根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011 确定。
间接作用和偶然作用应根据有关的标准或具体情况确定。
直接承受吊车荷载的结构构件应考虑吊车荷载的动力系数。预制构件制作、运输及安装时应考虑相应的动力系数。对现浇结构，必要时应考虑施工阶段的荷载。
3.1.5¶
混凝土结构的安全等级和设计使用年限应符合现行国家
标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153 的规定。
混凝土结构中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件的安全等级，可根据其重要程度适当调整。对于结构中重要构件和关键传力部位，宜适当提高其安全等级。
3.1.6¶
混凝土结构设计应考虑施工技术水平以及实际工程条件的可行性。有特殊要求的混凝土结构，应提出相应的施工要求。
3.1.7¶
设计应明确结构的用途；在设计使用年限内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 结构方案
3.2.1¶
混凝土结构的设计方案应符合下列要求：
1 选用合理的结构体系、构件形式和布置；
2 结构的平、立面布置宜规则，各部分的质量和刚度宜均匀、连续；
3 结构传力途径应简捷、明确，竖向构件宜连续贯通、对齐；
4 宜采用超静定结构，重要构件和关键传力部位应增加冗余约束或有多条传力途径；
5 宜采取减小偶然作用影响的措施。
3.2.2¶
混凝土结构中结构缝的设计应符合下列要求：
1 应根据结构受力特点及建筑尺度、形状、使用功能要求，合理确定结构缝的位置和构造形式；
2 宜控制结构缝的数量，并应采取有效措施减少设缝对使用功能的不利影响；
3 可根据需要设置施工阶段的临时性结构缝。
3.2.3¶
结构构件的连接应符合下列要求：
1 连接部位的承载力应保证被连接构件之间的传力性能；
2 当混凝土构件与其他材料构件连接时，应采取可靠的措施；
3 应考虑构件变形对连接节点及相邻结构或构件造成的影响。
3.2.4¶
混凝土结构设计应符合节省材料、方便施工、降低能耗
与保护环境的要求。
3.3 承载能力极限状态计算
3.3.1¶
混凝土结构的承载能力极限状态计算应包括下列内容：
1 结构构件应进行承载力（包括失稳）计算；
2 直接承受重复荷载的构件应进行疲劳验算；
3 有抗震设防要求时，应进行抗震承载力计算；
4 必要时尚应进行结构的倾覆、滑移、漂浮验算；
5 对于可能遭受偶然作用，且倒塌可能引起严重后果的重要结构，宜进行防连续倒塌设计。
3.3.2¶
对持久设计状况、短暂设计状况和地震设计状况，当用内力的形式表达时，结构构件应采用下列承载能力极限状态设计表达式：
$$ \gamma_{0}\boldsymbol{S}\leqslant\boldsymbol{R} \tag{3.3.2-1} $$
$$ \boldsymbol{R}=\boldsymbol{R}\left(f_{\mathrm{c}},f_{\mathrm{s}},a_{\mathrm{k}},\cdots\right)/\gamma_{\mathrm{Rd}} \tag{3.3.2-2} $$
式中： $ \gamma_{0} $ ——结构重要性系数：在持久设计状况和短暂设计状况下，对安全等级为一级的结构构件不应小于1.1，对安全等级为二级的结构构件不应小于1.0，对安全等级为三级的结构构件不应小于0.9；对地震设计状况下应取1.0；
S——承载能力极限状态下作用组合的效应设计值：对持久设计状况和短暂设计状况应按作用的基本组合计算；对地震设计状况应按作用的地震组合计算；
R——结构构件的抗力设计值；
$ R(\cdot) $ ——结构构件的抗力函数；
$ \gamma_{Rd} $ ——结构构件的抗力模型不定性系数：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；抗震设计应采用承载力抗震调整系数 $ \gamma_{RE} $ 代替 $ \gamma_{Rd} $ ;
$ f_{c} $ 、 $ f_{s} $ ——混凝土、钢筋的强度设计值，应根据本规范第
4.1.4¶
条及第 4.2.3 条的规定取值；
$ a_{k} $ ——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，应增减一个附加值。
注：公式（3.3.2-1）中的 $ \gamma_{0}S $ 为内力设计值，在本规范各章中用 N、M、V、T 等表达。
3.3.3¶
对二维、三维混凝土结构构件，当按弹性或弹塑性方法分析并以应力形式表达时，可将混凝土应力按区域等代成内力设计值，按本规范第3.3.2条进行计算；也可直接采用多轴强度准则进行设计验算。
3.3.4¶
对偶然作用下的结构进行承载能力极限状态设计时，公式（3.3.2-1）中的作用效应设计值 S 按偶然组合计算，结构重要性系数 $ \gamma_{0} $ 取不小于 1.0 的数值；公式（3.3.2-2）中混凝土、钢筋的强度设计值 $ f_{c} $ 、 $ f_{s} $ 改用强度标准值 $ f_{ck} $ 、 $ f_{yk} $ （或 $ f_{pyk} $ ）。
当进行结构防连续倒塌验算时，结构构件的承载力函数应按本规范第3.6节的原则确定。
3.3.5¶
对既有结构的承载能力极限状态设计，应按下列规定进行：
1 对既有结构进行安全复核、改变用途或延长使用年限而需验算承载能力极限状态时，宜符合本规范第 3.3.2 条的规定；
2 对既有结构进行改建、扩建或加固改造而重新设计时，承载能力极限状态的计算应符合本规范第3.7节的规定。
3.4 正常使用极限状态验算
3.4.1¶
混凝土结构构件应根据其使用功能及外观要求，按下列规定进行正常使用极限状态验算：
1 对需要控制变形的构件，应进行变形验算；
2 对不允许出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算；
3 对允许出现裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验算；
4 对舒适度有要求的楼盖结构，应进行竖向自振频率验算。
3.4.2¶
对于正常使用极限状态，钢筋混凝土构件、预应力混凝土构件应分别按荷载的准永久组合并考虑长期作用的影响或标准组
合并考虑长期作用的影响，采用下列极限状态设计表达式进行验算：
$$ S\leqslant C \tag{3.4.2-1} $$
式中：S——正常使用极限状态荷载组合的效应设计值；
C——结构构件达到正常使用要求所规定的变形、应力、裂缝宽度和自振频率等的限值。
3.4.3¶
钢筋混凝土受弯构件的最大挠度应按荷载的准永久组合，预应力混凝土受弯构件的最大挠度应按荷载的标准组合，并均应考虑荷载长期作用的影响进行计算，其计算值不应超过表3.4.3规定的挠度限值。
| 构件类型 | 挠度限值 | |
| 吊车梁 | 手动吊车 | $ l_{0}/500 $ |
| 电动吊车 | $ l_{0}/600 $ | |
| 屋盖、楼盖及楼梯构件 | 当 $ l_{0}<7m $ 时 | $ l_{0}/200(l_{0}/250) $ |
| 当 $ 7m\leq l_{0}\leq9m $ 时 | $ l_{0}/250(l_{0}/300) $ | |
| 当 $ l_{0}>9m $ 时 | $ l_{0}/300(l_{0}/400) $ | |
注：1 表中 $ l_{0} $ 为构件的计算跨度；计算悬臂构件的挠度限值时，其计算跨度 $ l_{0} $ 按实际悬臂长度的 2 倍取用；
2 表中括号内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 构件制作时的起拱值和预加力所产生的反拱值，不宜超过构件在相应荷载组合作用下的计算挠度值。
3.4.4¶
结构构件正截面的受力裂缝控制等级分为三级，等级划分及要求应符合下列规定：
一级——严格要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时，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，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值。
三级——允许出现裂缝的构件：对钢筋混凝土构件，按荷载
准永久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本规范表3.4.5规定的最大裂缝宽度限值。对预应力混凝土构件，按荷载标准组合并考虑长期作用的影响计算时，构件的最大裂缝宽度不应超过本规范第3.4.5条规定的最大裂缝宽度限值；对二a类环境的预应力混凝土构件，尚应按荷载准永久组合计算，且构件受拉边缘混凝土的拉应力不应大于混凝土的抗拉强度标准值。
3.4.5¶
结构构件应根据结构类型和本规范第3.5.2条规定的环境类别，按表3.4.5的规定选用不同的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值 $ w_{lim} $ 。
| 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 | wlim | 裂缝控制等级 | wlim | |
| 一 | 三级 | 0.30 (0.40) | 三级 | 0.20 |
| 二a | 0.20 | 0.10 | ||
| 二b | 二级 | — | ||
| 三a、三b | 一级 | — | ||
注：1 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可采用括号内的数值；
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0.20mm；对钢筋混凝土屋面梁和托梁，其最大裂缝宽度限值应取为0.30mm；
3 在一类环境下，对预应力混凝土屋架、托架及双向板体系，应按二级裂缝控制等级进行验算；对一类环境下的预应力混凝土屋面梁、托梁、单向板，应按表中二a类环境的要求进行验算；在一类和二a类环境下需作疲劳验算的预应力混凝土吊车梁，应按裂缝控制等级不低于二级的构件进行验算；
4 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仅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7章的有关规定；
5 对于烟囱、筒仓和处于液体压力下的结构，其裂缝控制要求应符合专门标准的有关规定；
6 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；
7 表中的最大裂缝宽度限值为用于验算荷载作用引起的最大裂缝宽度。
3.4.6¶
对混凝土楼盖结构应根据使用功能的要求进行竖向自振频率验算，并宜符合下列要求：
1 住宅和公寓不宜低于 5Hz;
2 办公楼和旅馆不宜低于 4Hz;
3 大跨度公共建筑不宜低于3Hz。
3.5 耐久性设计
3.5.1¶
混凝土结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计，耐久性设计包括下列内容：
1 确定结构所处的环境类别；
2 提出对混凝土材料的耐久性基本要求；
3 确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度；
4 不同环境条件下的耐久性技术措施；
5 提出结构使用阶段的检测与维护要求。
注：对临时性的混凝土结构，可不考虑混凝土的耐久性要求。
3.5.2¶
混凝土结构暴露的环境类别应按表 3.5.2 的要求划分。
| 环境类别 | 条 件 |
| 一 | 室内干燥环境； 无侵蚀性静水浸没环境 |
| 二a | 室内潮湿环境； 非严寒和非寒冷地区的露天环境； 非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境； 严寒和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境 |
| 二b | 干湿交替环境； 水位频繁变动环境； 严寒和寒冷地区的露天环境； 严寒和寒冷地区冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境 |
| 三a | 严寒和寒冷地区冬季水位变动区环境； 受除冰盐影响环境； 海风环境 |
| 环境类别 | 条件 |
| 三 b | 盐渍土环境；受除冰盐作用环境；海岸环境 |
| 四 | 海水环境 |
| 五 | 受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境 |
注：1 室内潮湿环境是指构件表面经常处于结露或湿润状态的环境；
2 严寒和寒冷地区的划分应符合现行国家标准《民用建筑热工设计规范》GB 50176 的有关规定；
3 海岸环境和海风环境宜根据当地情况，考虑主导风向及结构所处迎风、背风部位等因素的影响，由调查研究和工程经验确定；
4 受除冰盐影响环境是指受到除冰盐盐雾影响的环境；受除冰盐作用环境是指被除冰盐溶液溅射的环境以及使用除冰盐地区的洗车房、停车楼等建筑；
5 暴露的环境是指混凝土结构表面所处的环境。
3.5.3¶
设计使用年限为 50 年的混凝土结构，其混凝土材料宜符合表 3.5.3 的规定。
| 环境等级 | 最大水胶比 | 最低强度等级 | 最大氯离子含量 (%) | 最大碱含量 (kg/m³) |
| 一 | 0.60 | C20 | 0.30 | 不限制 |
| 二a | 0.55 | C25 | 0.20 | 3.0 |
| 二b | 0.50(0.55) | C30(C25) | 0.15 | |
| 三a | 0.45(0.50) | C35(C30) | 0.15 | |
| 三b | 0.40 | C40 | 0.10 |
注：1 氯离子含量系指其占胶凝材料总量的百分比；
2 预应力构件混凝土中的最大氯离子含量为 0.06%；其最低混凝土强度等级宜按表中的规定提高两个等级；
3 素混凝土构件的水胶比及最低强度等级的要求可适当放松；
4 有可靠工程经验时，二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级；
5 处于严寒和寒冷地区二 b、三 a 类环境中的混凝土应使用引气剂，并可采用括号中的有关参数；
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。
3.5.4¶
混凝土结构及构件尚应采取下列耐久性技术措施：
1 预应力混凝土结构中的预应力筋应根据具体情况采取表面防护、孔道灌浆、加大混凝土保护层厚度等措施，外露的锚固端应采取封锚和混凝土表面处理等有效措施；
2 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 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；
4 处于二、三类环境中的悬臂构件宜采用悬臂梁-板的结构形式，或在其上表面增设防护层；
5 处于二、三类环境中的结构构件，其表面的预埋件、吊钩、连接件等金属部件应采取可靠的防锈措施，对于后张预应力混凝土外露金属锚具，其防护要求见本规范第10.3.13条；
6 处在三类环境中的混凝土结构构件，可采用阻锈剂、环氧树脂涂层钢筋或其他具有耐腐蚀性能的钢筋、采取阴极保护措施或采用可更换的构件等措施。
3.5.5¶
一类环境中，设计使用年限为 100 年的混凝土结构应符合下列规定：
1 钢筋混凝土结构的最低强度等级为 C30；预应力混凝土结构的最低强度等级为 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 $ 3.0 \, kg/m^{3} $ ;
4 混凝土保护层厚度应符合本规范第 8.2.1 条的规定；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小。
3.5.6¶
二、三类环境中，设计使用年限 100 年的混凝土结构应采取专门的有效措施。
3.5.7¶
耐久性环境类别为四类和五类的混凝土结构，其耐久性要求应符合有关标准的规定。
3.5.8¶
混凝土结构在设计使用年限内尚应遵守下列规定：
1 建立定期检测、维修制度；
2 设计中可更换的混凝土构件应按规定更换；
3 构件表面的防护层，应按规定维护或更换；
4 结构出现可见的耐久性缺陷时，应及时进行处理。
3.6 防连续倒塌设计原则
3.6.1¶
混凝土结构防连续倒塌设计宜符合下列要求：
1 采取减小偶然作用效应的措施；
2 采取使重要构件及关键传力部位避免直接遭受偶然作用的措施；
3 在结构容易遭受偶然作用影响的区域增加冗余约束，布置备用的传力途径；
4 增强疏散通道、避难空间等重要结构构件及关键传力部位的承载力和变形性能；
5 配置贯通水平、竖向构件的钢筋，并与周边构件可靠地锚固；
6 设置结构缝，控制可能发生连续倒塌的范围。
3.6.2¶
重要结构的防连续倒塌设计可采用下列方法：
1 局部加强法：提高可能遭受偶然作用而发生局部破坏的竖向重要构件和关键传力部位的安全储备，也可直接考虑偶然作用进行设计。
2 拉结构件法：在结构局部竖向构件失效的条件下，可根据具体情况分别按梁-拉结模型、悬索-拉结模型和悬臂-拉结模型进行承载力验算，维持结构的整体稳固性。
3 拆除构件法：按一定规则拆除结构的主要受力构件，验算剩余结构体系的极限承载力；也可采用倒塌全过程分析进行设计。
3.6.3¶
当进行偶然作用下结构防连续倒塌的验算时，作用宜考虑结构相应部位倒塌冲击引起的动力系数。在抗力函数的计算中，混凝土强度取强度标准值 $ f_{ck} $ ；普通钢筋强度取极限强度标
准值 $ f_{stk} $ ，预应力筋强度取极限强度标准值 $ f_{ptk} $ 并考虑锚具的影响。宜考虑偶然作用下结构倒塌对结构几何参数的影响。必要时尚应考虑材料性能在动力作用下的强化和脆性，并取相应的强度特征值。
3.7 既有结构设计原则
3.7.1¶
既有结构延长使用年限、改变用途、改建、扩建或需要进行加固、修复等，均应对其进行评定、验算或重新设计。
3.7.2¶
对既有结构进行安全性、适用性、耐久性及抗灾害能力评定时，应符合现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153 的原则要求，并应符合下列规定：
1 应根据评定结果、使用要求和后续使用年限确定既有结构的设计方案；
2 既有结构改变用途或延长使用年限时，承载能力极限状态验算宜符合本规范的有关规定；
3 对既有结构进行改建、扩建或加固改造而重新设计时，承载能力极限状态的计算应符合本规范和相关标准的规定；
4 既有结构的正常使用极限状态验算及构造要求宜符合本规范的规定；
5 必要时可对使用功能作相应的调整，提出限制使用的要求。
3.7.3¶
既有结构的设计应符合下列规定：
1 应优化结构方案，保证结构的整体稳固性；
2 荷载可按现行规范的规定确定，也可根据使用功能作适当的调整；
3 结构既有部分混凝土、钢筋的强度设计值应根据强度的实测值确定；当材料的性能符合原设计的要求时，可按原设计的规定取值；
4 设计时应考虑既有结构构件实际的几何尺寸、截面配筋、连接构造和已有缺陷的影响；当符合原设计的要求时，可按原设
计的规定取值；
5 应考虑既有结构的承载历史及施工状态的影响；对二阶段成形的叠合构件，可按本规范第9.5节的规定进行设计。