张芹老师的结构荷载规范讲义版讲解.docx
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张芹老师的结构荷载规范讲义版讲解
二.住房和城乡建设部2012年5月28日发布《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），自2012年10月1日起实施。
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）有关建筑幕墙的条文如下：
3.2荷载组合
3.2.1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组合，并应取各自的最不利的组合进行设计。
3.2.2对于承载能力极限状态，应按荷载的基本组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值，并应采用下列设计表达式进行设计：
（3.2.2）
式中：
——结构重要性系数，应按各有关结构设计规范的规定采用；
——荷载组合的效应设计值；
——结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。
3.2.3荷载基本组合的效应设计值Sd，应从下列荷载组合值中取用最不利的效应设计值确定：
1由可变荷载控制的效应设计值，应按下式进行设计：
（3.2.3-1）
式中：
——第j个永久荷载的分项系数，应按本规范第3.2.4条采用；
——第i个可变荷载的分项系数，其中为可变荷载Q1的分项系数，应按本规范第3.2.4条采用；
——第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，其中为可变荷载Q1考虑设计使用年限的调整系数；
——按永久荷载标准值计算的荷载效应值；
——按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值，其中为诸可变荷载效应中起控制作用者；
——可变荷载Qi的组合值系数；
——参与组合的永久荷载数;
——参与组合的可变荷载数。
2由永久荷载控制的效应设计值：
（3.2.3-2）
注：
1基本组合中的效应设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况；
2当对无法明显判断时，应轮次以各可变荷载效应为，选其中最不利的荷载组合效应设计值。
3.2.4基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用：
1永久荷载的分项系数应符合以下规定：
1）当其效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2，对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35；
2）当其效应对结构有利时的组合，不应大于1.0。
2可变荷载的分项系数应符合以下规定：
1）对标准值大于4kN／m2的工业房屋楼面结构的活荷载，应取1.3。
2）其它情况，应取1.4；
3对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，荷载的分项系数应满足有关的结构设计规范的规定。
3.2.5楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数应按表3.2.5采用
表3.2.5楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数
结构设计使用年限（年）
5
50
100
0.9
1.0
1.1
注：
1当设计使用年限不为表中数值时，调整系数可按线性内插确定；
2对于荷载标准值可控制的活荷载，设计使用年限调整系数取1.0。
条文说明3.2荷载组合
3.2.1～3.2.2当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，而不能满足设计规定的某一功能要求时，则称此特定状态为结构对该功能的极限状态。
设计中的极限状态往往以结构的某种荷载效应，如内力、应力、变形、裂缝等超过相应规定的标志为依据。
根据设计中要求考虑的结构功能，结构的极限状态在总体上可分为两大类，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。
对承载能力极限状态，一般是以结构的内力超过其承载能力为依据；对正常使用极限状态，一般是以结构的变形、裂缝、振动参数超过设计允许的限值为依据。
在当前的设计中，有时也通过结构应力的控制来保证结构满足正常使用的要求，例如地基承载应力的控制。
对所考虑的极限状态，在确定其荷载效应时，应对所有可能同时出现的诸荷载作用加以组合，求得组合后在结构中的总效应。
考虑荷载出现的变化性质，包括出现与否和不同的作用方向，这种组合可以多种多样，因此还必须在所有可能组合中，取其中最不利的一组作为该极限状态的设计依据。
3.2.3对于承载能力极限状态的荷载组合，可按《工程结构可靠性设计统一标准》（GB500153-2008）的规定，根据所考虑的设计状况，选用不同的组合；对持久和短暂设计状况，应采用基本组合，对偶然设计状况，应采用偶然组合。
在承载能力极限状态的基本组合中，公式（3.2.3-1）和（3.2.3-2）给出了荷载效应组合设计值的表达式，建立表达式的目的是保证在各种可能出现的荷载组合情况下，通过设计都能使结构维持在相同的可靠度水平上。
必须注意，规范给出的表达式都是以荷载与荷载效应有线性关系为前提，对于明显不符合该条件的情况，应在各本结构设计规范中对此作出相应的补充规定。
这个原则同样适用于正常使用极限状态的各个组合的表达式。
在应用公式（3.2.3-1）时，式中的SQ1K为诸可变荷载效应中其设计值为控制其组合为最不利者，当设计者无法判断时，可轮次以各可变荷载效应SQiK为SQ1K，选其中最不利的荷载效应组合为设计依据，这个过程建议由计算机程序的运算来完成。
GB50009-2001修订时，增加了结构的自重占主要荷载时，由公式（3.2.3-2）给出由永久何载效应控制的组合设计值。
考虑这个组合式后可以避免可靠度可能偏低的后果；虽然过去在有些结构设计规范中，也曾为此专门给出某些补充规定，例如对某些以自重为主的构件采用提高重要性系数、提高屋面活荷载的设计规定，但在实际应用中，总不免有挂一漏万的顾虑。
采用公式（3.2.3-2）后，可在结构设计规范中撤消这些补充的规定，同时也避免了恒载为主的结构安全度可能不足的后果。
在应用（3.2.3-2）的组合式时，对可变荷载，出于简化的目的，也可仅考虑与结构自重方向一致的竖向荷载，而忽略影响不大的横向荷载。
此外，对某些材料的结构，可考虑自身的特点，由各结构设计规范自行规定，可不采用该组合式进行校核。
考虑到简化规则缺乏理论依据，现在结构分析及荷载组合基本由计算机软件完成，简化规则已经用得很少，本次修订取消原规范第3.2.4条关于一般排架、框架结构基本组合的简化规则。
在方案设计阶段，当需要用手算初步进行荷载效应组合计算时，仍允许采用对所有参与组合的可变荷载的效应设计值，乘以一个统一的组合系数0.9的简化方法。
必须指出，条文中给出的荷载效应组合值的表达式是采用各项可变荷载效应叠加的形式，这在理论上仅适用于各项可变荷载的效应与荷载为线性关系的情况。
当涉及非线性问题时，应根据问题性质，或按有关设计规范的规定采用其他不同的方法。
GB50009-2001修订时，摈弃了原规范“遇风组合”的惯例，即只有在可变荷载包含风荷载时才考虑组合值系数的方法，而要求基本组合中所有可变荷载在作为伴随荷载时，都必须以其组合值为代表值。
对组合值系数，除风荷载取ψc=0.6外，对其它可变荷载，目前建议统一取ψc=0.7。
但为避免与以往设计结果有过大差别，在任何情况下，暂时建议不低于频遇值系数。
参照《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008），本次修订引入了可变荷载考虑结构设计使用年限的调整系数。
引入可变荷载考虑结构设计使用年限调整系数的目的，是为解决设计使用年限与设计基准期不同时对可变荷载标准值的调整问题。
当设计使用年限与设计基准期不同时，采用调整系数对荷载的标准值进行调整。
设计基准期是为统一确定荷载和材料的标准值而规定的年限，它通常是一个固定值。
可变荷载是一个随机过程，其标准值是指在结构设计基准期内可能出现的最大值，由设计基准期最大荷载概率分布的某个分位值来确定。
设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的时期，它不是一个固定值，与结构的用途和重要性有关。
设计使用年限长短对结构设计的影响要从荷载和耐久性两个方面考虑。
设计使用年限越长，结构使用中荷载出现“大值”的可能性越大，所以设计中应提高荷载标准值；相反，设计使用年限越短，结构使用中荷载出现“大值”的可能性越小，设计中可降低荷载标准值，以保持结构安全和经济的一致性。
耐久性是决定结构设计使用年限的主要因素，这方面应在结构设计规范中考虑。
3.2.4荷载效应组合的设计值中，荷载分项系数应根据荷载不同的变异系数和荷载的具体组合情况（包括不同荷载的效应比），以及与抗力有关的分项系数的取值水平等因素确定，以使在不同设计情况下的结构可靠度能趋于一致。
但为了设计上的方便，将荷载分成永久荷载和可变荷载两类，相应给出两个规定的系数和。
这两个分项系数是在荷载标准值已给定的前提下，使按极限状态设计表达式设计所得的各类结构构件的可靠指标，与规定的目标可靠指标之间，在总体上误差最小为原则，经优化后选定的。
《建筑结构设计统一标准》（GBJ68-84）编制组曾选择了14种有代表性的结构构件；针对恒荷载与办公楼活荷载、恒荷载与住宅活荷载以及恒荷载与风荷载三种简单组合情况进行分析，并在=1.1、1.2、1.3和=1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6共3×6组方案中，选得一组最优方案为了=1.2和=1.4。
但考虑到前提条件的局限性，允许在特殊的情况下作合理的调整，例如对于标准值大于4kN/m2的工业楼面活荷载，其变异系数一般较小，此时从经济上考虑，可取=1.3。
分析表明，当永久荷载效应与可变荷载效应相比很大时，若仍采用=1.2，则结构的可靠度远不能达到目标值的要求，因此，在式（3.2.3-2）给出的由永久荷载效应控制的设计组合值中，相应取=1.35。
分析还表明，当永久荷载效应与可变荷载效应异号时，若仍采用=1.2，则结构的可靠度会随永久荷载效应所占比重的增大而严重降低，此时，宜取小于1.0的系数。
但考虑到经济效果和应用方便的因素，建议取=1.0。
地下水压力作为永久荷载考虑时，由于受地表水位的限制，其分项系数一般建议取1.0。
在倾覆、滑移或漂浮等有关结构整体稳定性的验算中，永久荷载效应一般对结构是有利的，荷载分项系数一般应取小于1.0的值。
虽然各结构标准已经广泛采用分项系数表达方式，但对永久荷载分项系数的取值，如地下水荷载的分项系数，各地方有差异，目前还不可能采用统一的系数。
因此，在本规范中原则上不规定与此有关的分项系数的取值，以免发生矛盾。
当在其他结构设计规范中对结构倾覆、滑移或漂浮的验算有具体规定时，应按结构设计规范的规定执行，当没有具体规定时，对永久荷载分项系数应按工程经验采用不大于1.0的值。
3.2.5本条为本次修订增加的内容，规定了可变荷载设计使用年限调整系数的具体取值。
《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008）附录A1给出了设计使用年限为5、50和100年时考虑设计使用年限的可变荷载调整系数。
确定可采用两种方法：
（1）使结构在设计使用年限内的可靠指标与在设计基准期的可靠指标相同，
（2）使可变荷载按设计使用年限定义的标准值与按设计基准期（50年）定义的标准值具有相同的概率分位值。
按第二种方法进行分析比较简单，当可变荷载服从极值I型分布时，可以得到下面的表达式：
γL=1+0.78k0δ0ln[TL/T]
式中，k0为可变荷载设计基准期内最大值的平均值与标准值之比；δ0为可变荷载设计基准期最大值的变异系数。
表1给出了部分可变荷载对应不同设计使用年限时的调整系数，比较可知规范的取值基本偏于保守。
表1考虑设计使用年限的可变荷载调整系数计算值
设计使用年限（年）
5
10
20
30
50
75
100
办公楼活荷载
0.839
0.858
0.919
0.955
1.000
1.036
1.061
住宅活荷载
0.798
0.859
0.920
0.955
1.000
1.036
1.061
风荷载
0.651
0.756
0.861
0.923
1.000
1.061
1.105
雪荷载
0.713
0.799
0.886
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