建筑结构荷载规范GB 50009 条文说明.docx

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建筑结构荷载规范GB50009条文说明

建筑结构荷载规范GB50009—2001条文说明

主编部门:

中华人民共和国建设部

　　批准部门:

中华人民共和国建设部

　　施行日期:

2002年3月1日

　　条文说明

　　1总则

　　1.0.1～1.0.3本规范的适用范围限于工业与民用建筑的结构设计，其中也包括附属于该类建筑的一般构筑物在内，例如烟囱、水塔等构

　　　　　　　　　筑物。

在设计其他土木工程结构或特殊的工业构筑物时，本规范中规定的风、雪荷载也应作为设计的依据。

此外，对建筑

　　　　　　　　　结构的地基设计，其上部传来的荷载也应以本规范为依据。

　　《建筑结构设计统一标准》GB50068-2001第1.0.2条的规定是制定各本建筑结构设计规范时应遵守的准则,并要求在各本建筑结构设计规范中为它制定相应的具体规定。

本规范第2章各节的内容，基本上是陈述了GB50068—2001第四和第七章中的有关规定，同时还给出具体的补充规定。

　　1.0.4结构上的作用是指能使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等）的各种原因的总称。

由于常见的能使结构产

　　　　　生效应的原因,多数可归结为直接作用在结构上的力集（包括集中力和分布力），因此习惯上都将结构上的各种作用统称为荷载（也有

　　　　　称为载荷或负荷）。

但“荷载”这个术语，对于另外一些也能使结构产生效应的原因并不恰当,例如温度变化、材料的收缩和徐变、

　　　　　地基变形、地面运动等现象，这类作用不是直接以力集的形式出现，而习惯上也以“荷载”一词来概括，称之为温度荷载、地震荷

　　　　　载等，这就混淆了两种不同性质的作用。

尽管在国际上,目前仍有不少国家将“荷载”与“作用”等同采用，本规范还是根据《建

　　　　　筑结构设计统一标准》中的术语，将这两类作用分别称为直接作用和间接作用，而将荷载仅等同于直接作用，作为《建筑结构荷载

　　　　　规范》，目前仍限于对直接作用的规定。

　　尽管在本规范中没有给出各类间接作用的规定，但在设计中仍应根据实际可能出现的情况加以考虑。

　　1.0.5在确定各类可变荷载的标准值时，会涉及出现荷载最大值的时域问题,本规范统一采用一般结构的设计使用年限50年作为规定荷载

　　　　　最大值的时域，在此也称之为设计基准期。

　　1.0.6除本规范中给出的荷载外，在某些工程中仍有一些其他性质的荷载需要考虑，例如塔桅结构上结构构件、架空线、拉绳表面的裹冰

　　　　　荷载《高耸结构设计规范》GB500135，储存散料的储仓荷载《钢筋混凝土筒仓设计规范》GB50077，地下构筑物的水压力和土压力

　　　　　给水排水工程结构设计规范》GB50069，结构构件的温差作用《烟囱设计规范》GB50051都应按相应的规范确定。

　　3荷载分类和荷载效应组合

　　3.1荷载分类和荷载代表值

　　3.1.1《建筑结构设计统一标准》指出，结构上的作用可按随时间或空间的变异分类，还可按结构的反应性质分类，其中最基本的是按随

　　　　　时间的变异分类。

在分析结构可靠度时,它关系到概率模型的选择；在按各类极限状态设计时，它还关系到荷载代表值及其效应组

　　　　　合形式的选择。

　　本规范中的永久荷载和可变荷载，类同于以往所谓的恒荷载和活荷载；而偶然荷载也相当于50年代规范中的特殊荷载。

　　土压力和预应力作为永久荷载是因为它们都是随时间单调变化而能趋于限值的荷载，其标准值都是依其可能出现的最大值来确定。

在建筑

结构设计中，有时也会遇到有水压力作用的情况，按《工程结构可靠度设计统一标准》GB50153-92的规定，水位不变的水压力按永久荷载考虑，而水位变化的水压力按可变荷载考虑。

　　地震作用（包括地震力和地震加速度等）由《建筑结构抗震规范》GB50011-2001具体规定，而其他类型的偶然荷载，如撞击、爆炸等是由各部门以其专业本身特点，按经验采用，并在有关的标准中规定。

目前对偶然作用或荷载，在国内尚未有比较成熟的确定方法，因此本规范在这方面仍未对它具体规定，工程中可参考国际标准化协会正在拟订中的《人为偶然作用》（DIS10252）的规定，该标准目前主要是对在道路和河道交通中和撞击有关的偶然荷载（等效静力荷载）代表值给出一些规定，而对爆炸引起的偶然荷载仅给出原则规定。

　　3.1.2虽然任何荷载都具有不同性质的变异性，但在设计中，不可能直接引用反映荷载变异性的各种统计参数，通过复杂的概率运算进行

　　　　　具体设计。

因此，在设计时，除了采用能便于设计者使用的设计表达式外，对荷载仍应赋予一个规定的量值，称为荷载代表值。

荷

　　　　　载可根据不同的设计要求，规定不同的代表值,以使之能更确切地反映它在设计中的特点。

本规范给出荷载的四种代表值:

标准值、

　　　　　组合值、频遇值和准永久值，其中,频遇值是新增添的。

荷载标准值是荷载的基本代表值，而其他代表值都可在标准值的基础上乘

　　　　　以相应的系数后得出。

　　荷载标准值是指其在结构的使用期间可能出现的最大荷载值。

由于荷载本身的随机性，因而使用期间的最大荷载也是随机变量，原则上也可用它的统计分布来描述。

按GB50068-2001的规定，荷载标准值统一由设计基准期最大荷载概率分布的某个分位值来确定,设计基准期统一规定为50年，而对该分位值的百分位未作统一规定。

　　因此，对某类荷载，当有足够资料而有可能对其统计分布作出合理估计时，则在其设计基准期最大荷载的分布上，可根据协议的百分位，取其分位值作为该荷载的代表值，原则上可取分布的特征值（例如均值、众值或中值），国际上习惯称之为荷载的特征值（Characteristicvalue）。

实际上，对于大部分自然荷载，包括风雪荷载，习惯上都以其规定的平均重现期来定义标准值，也即相当于以其重现期内最大荷载的

分布的众值为标准值。

　　目前，并非对所有荷载都能取得充分的资料，为此，不得不从实际出发，根据已有的工程实践经验，通过分析判断后，协议一个公称值（Nominalvalue）作为代表值。

　　在本规范中，对按这两种方式规定的代表值统称为荷载标准值。

本规范提供的荷载标准值，若属于强制性条款，则在设计中必须作为荷载最小值采用；若不属于强制性条款，则应由业主认可后采用，并在设计文件中注明。

　　3.1.3结构或非承重构件的自重为永久荷载，由于其变异性不大，而且多为正态分布，一般以其分布的均值作为荷载标准值，由此，即可

　　　　　按结构设计规定的尺寸和材料或结构构件单位体积的自重（或单位面积的自重）平均值确定。

对于自重变异性较大的材料，尤其是制

　　　　　作屋面的轻质材料，考虑到结构的可靠性，在设计中应根据该荷载对结构有利或不利,分别取其自重的下限值或上限值。

在附录A

　　　　　中，对某些变异性较大的材料，都分别给出其自重的上限和下限值。

　　3.1.5当有两种或两种以上的可变荷载在结构上要求同时考虑时，由于所有可变荷载同时达到其单独出现时可能达到的最大值的概率极小

　　　　　，因此，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他伴随荷载均应采用相应时段内的最大荷载，也即以小

　　　　　于其标准值的组合值为荷载代表值，而组合值原则上可按相应时段最大荷载分布中的协议分位值（可取与标准值相同的分位值）来确

　　　　　定。

　　国际标准对组合值的确定方法另有规定，它出于可靠指标一致性的目的，并采用经简化后的敏感系数α,给出两种不同方法的组合值系数表达式。

在概念上这种方式比同分位值的表达方式更为合理，但在研究中发现，采用不同方法所得的结果对实际应用来说，并没有明显的差异，考虑到目前实际荷载取样的局限性，因此本规范暂时不明确组合值的确定方法，主要还是在工程设计的经验范围内，偏保守地加以确定。

　　3.1.6荷载的标准值是在规定的设计基准期内最大荷载的意义上确定的，它没有反映荷载作为随机过程而具有随时间变异的特性。

当结构

　　　　　按正常使用极限状态的要求进行设计时，例如要求控制房屋的变形、裂缝、局部损坏以及引起不舒适的振动时，就应从不同的要求

　　　　　出发，来选择荷载的代表值。

在可变荷载Q的随机过程中，荷载超过某水平Qx的表示方式，国际标准对此建议有两种:

　　1用超过Qx的总持续时间Tx=Σti，或与设计基准期T的比率μx=Tx/T来表示（图3.1.6a）。

图3.1.6b给出的是可变荷载Q在非零时域内

　　　任意时点荷载Q*的概率分布函数FQ*（Q），超越Qx的概率为P*可按下式确定

　　对于各态历经的随机过程，μx可按下式确定

　　式中q为荷载Q的非零概率当μx为规定时，则相应的荷载水平Qx按下式确定

对于与时间有关联的正常使用极限状态，荷载的代表值均可考虑按上述方式取值，例如允许某些极限状态在一个较短的持续时间内被超过

，或在总体上不长的时间内被超过，可以采用较小的μx值（建议不大于0.1）按式（3.1.6-3）计算荷载频遇值Qf作为荷载的代表值，它相当于在结构上时而出现的较大荷载值，但总是小于荷载的标准值。

对于在结构上经常作用的可变荷载，应以准永久值为代表值，相应的μx值建议取0.5，相当于可变荷载在整个变化过程中的中间值。

　　2用超越Qx的次数nx或单位时间内的平均超越次数υx=nx/T（跨阈率）来表示（图3.1.6-2）。

　　跨阈率可通过直接观察确定，一般也可应用随机过程的某些特性（例如其谱密度函数）间接确定。

当其任意时点荷载的均值μQ*及其跨阈率

vm为已知，而且荷载是高斯平稳各态历经的随机过程，则对应于跨阈率vx的荷载水平Qx可按下式确定

　　对于与荷载超越次数有关联的正常使用极限状态，荷载的代表值可考虑按上述方式取值，国际标准建议将此作为确定频遇值的另一种方式，尤其是当结构振动时涉及人的舒适性、影响非结构构件的性能和设备的使用功能的极限状态，但是国际标准关于跨阈率的取值目前并没有具体的建议。

　　按严格的统计定义来确定频遇值和准永久值目前还比较困难，本规范所提供的这些代表值，大部分还是根据工程经验并参考国外标准的相关内容后确定的。

对于有可能再划分为持久性和临时性两类的可变荷载，可以直接引用荷载的持久性部分，作为荷载准永久值取值的依据。

　　3.2荷载效应组合

　　3.2.1～3.2.4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，包括出现的与否和不同的方向，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。

　　对于承载能力极限状态的荷载效应组合，可按《建筑结构可靠度设计统一标准》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（3.2.31）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在于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中。

　　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行来完成。

　　与原规范不同，增加了由公式（3.2.3-2）给出的由永久荷载效应控制的组合设计值，当结构的自重占主要时,考虑这个条件就能避免可靠度偏低的后果；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，在撤消这些补漏规定的同时,也避免了安全度可能不足之后果。

　　应注意在应用（3.2.3-2）的组合式时，为减轻计算工作量，当考虑以自重为主时,对可变荷载容许只考虑与结构自重方向一致的竖向荷载，例如雪荷载、吊车竖向荷载。

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。

　　与原规范不同，在考虑组合时，摒弃了“遇风组合”的惯例，要求所有可变荷载当作为伴随荷载时，都必须以其组合值为代表值，而不仅仅限于有风荷载参与组合的情况。

至于对组合值系数，除风荷载仍取Ψc=0.6外，对其他可变荷载,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。

　　当设计一般排架和框架时，为便于手算的目的，仍允许采用简化的组合规则，也即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，但考虑到原规范中的组合系数0.85在某些情况下偏于不安全,因此将它提高到0.9；同样，也增加了由公式（3.2.3-2）给出的由永久荷载效应控制的组合设计值。

　　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小于叠加的形式，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。

　　3.2.5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，GB50068-2001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γG和γQ。

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》原编制组曾选择了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γG=1.1、1.2、1.3和γQ=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γG=1.2和γQ=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γQ=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γG=1.2，则结构的可靠度远不能达到目标值的要求，因此，在（3.2.3-2）中给出由永久荷载效应控制的设计组合值中，相应取γG=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γG=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，γG宜取小于1的系数。

但考虑到经济效果和应用方便的因素，建议取γG=1。

而在验算结构倾覆、滑移或漂浮时，一部分永久荷载实际上起着抵抗倾覆、滑移或漂浮的作用,对于这部分永久荷载，其荷载分项系数γG显然也应取用小于1的系数，规范对此建议采用γG=0.9，而实际上在不同材料的结构中，出于历史经验的不同，对此也有采用更小的系数，以提高结构抗倾覆、滑移或漂浮的可靠性。

　　3.2.6对于偶然设计状况（包括撞击、爆炸、火灾事故的发生），均应采用偶然组合进行设计。

由于偶然荷载的出现是罕遇事件，它本身发

　　　　　生的概率极小，因此，对偶然设计状况，允许结构丧失承载能力的概率比持久和短暂状况可大些。

考虑到不同偶然荷载的性质差别

　　　　　较大，目前还难以给出具体统一的设计表达式,建议由专门的标准规范另行规定。

规定时应注意下述问题:

首先，由于偶然荷载标准

　　　　　值的确定，本身带有主观的臆测因素，因而不再考虑荷载分项系数；其次，对偶然设计状况，不必同时考虑两种偶然荷载；第三，

　　　　　设计时应区分偶然事件发生时和发生后的两种不同设计状况。

　　3.2.7～3.2.10对于正常使用极限状态的结构设计，过去主要是验算结构在正常使用条件下的变形和裂缝,并控制它们不超过限值。

其中

　　　　　　　　　，与之有关的荷载效应都是根据荷载的标准值确定的。

实际上，在正常使用的极限状态设计时，与状态有关的荷载水平，

　　　　　　　　　　不一定非以设计基准期内的最大荷载为准，应根据所考虑的正常使用具体条件来考虑。

原规范对正常使用极限状态的结

　　　　　　　　　构设计，给出短期和长期两种效应组合，其中短期效应组合，与承载能力极限状态不考虑荷载分项系数的基本组合相同，

　　　　　　　　　因此它反映的仍是设计基准期内最大荷载效应组合，只是在可靠度水平上可有所降低；长期效应组合反映的是在设计基准

　　　　　　　　　期内持久作用的荷载效应组合，在某些结构设计规范中，一般仅将它作为结构上长期荷载效应的依据。

由于短期效应组合

　　　　　　　　　所反映的是一个极值效应，将它作为正常使用条件下的验算荷载水平，在逻辑概念上是有欠缺的。

为此，参照国际标准，

　　　　　　　　　对正常使用极限状态的设计，当考虑短期效应时，可根据不同的设计要求，分别采用荷载的标准组合或频遇组合，当考虑

　　　　　　　　　长期效应时，可采用准永久组合。

增加的频遇组合系指永久荷载标准值、主导可变荷载的频遇值与伴随可变荷载的准永久

　　　　　　　　　值的效应组合。

可变荷载的准永久值系数仍按原规范的规定采用；频遇值系数原则上应按第3.1.6条说明中的规定，但由

　　　　　　　　　于大部分可变荷载的统计参数并不掌握，规范中采用的系数目前是按工程经验经判断后给出。

　　在采用标准组合时，也可参照按承载能力极限状态的基本组合，采用简化规则，即按式（3.2.3-3），但取分项系数为1。

　　此外，正常使用极限状态要求控制的极限标志也不一定仅限于变形、裂缝等常见的那一些现象，也可延伸到其他特定的状态，如地基承载应力的设计控制，实质上是在于控制地基的沉陷，因此也可归入这一类。

　　与基本组合中的规定相同，对于标准、频遇及准永久组合，其荷载效应组合的设计值也仅适用于各项可变荷载效应与荷载为线性关系的情况。

4楼面和屋面活荷载

　　4.1民用建筑楼面均布活荷载

　　4.1.1在《荷载暂行规范》规结1-58中,民用建筑楼面活荷载取值是参照当时的苏联荷载规范并结合我国具体情况，按经验判断的方法来

　　　　　确定的。

《工业与民用建筑结构荷载规范》TJ9-74修订前,在全国一定范围内对办公室和住宅的楼面活荷载进行了调查。

当时曾对

　　　　　4个城市（北京、兰州、成都和广州）的606间住宅和3个城市（北京、兰州和广州）的258间办公室的实际荷载作了测定。

按楼板内

　　　　　弯矩等效的原则，将实际荷载换算为等效均布荷载，经统计计算，分别得出其平均值为1.051kN/m2和1.402kN/m2，标准差为

　　　　　0.23kN/m2和0.219kN/m2；按平均值加两倍标准差的标准荷载定义，得出住宅和办公室的标准活荷载分别为1.513kN/m2和

　　　　　1.84kN/m2。

但在规结1-58中对办公楼允许按不同情况可取1.5kN/m2或2kN/m2进行设计，而且较多单位根据当时的设计实践经验

　　　　　取1.5kN/m2，而只对兼作会议室的办公楼可提高到2kN/m2。

对其他用途的民用楼面，由于缺乏足够数据，一般仍按实际荷载的具体

　　　　　分析，并考虑当时的设计经验，在原规范的基础上适当调整后确定。

　　《建筑结构荷载规范》GBJ9-87根据《建筑结构统一设计标准》GBJ68-84对荷载标准值的定义,重新对住宅、办公室和商店的楼面活荷载做了调查和统计，并考虑荷载随空间和时间的变异性，采用了适当的概率统计模型。

模型中直接采用房间面积平均荷载来代替等效均布荷载，这在理论上虽然不很严格（参见原规范的说明），但对其结果估计不会有严重影响，而对调查和统计工作却可得到很大的简化。

　　楼面活荷载按其随时间变异的特点，可分持久性和临时性两部分。

持久性活荷载是指楼面上在某个时段内基本保持不变的荷载，例如住宅内的家具、物品，工业房屋内的机器、设备和堆料，还包括常住人员自重，这些荷载，除非发生一次搬迁，一般变化不大。

临时性活荷载是指楼面上偶尔出现短期荷载，例如聚会的人群、维修时工具和材料的堆积、室内扫除时家具的集聚等。

　　对持久性活荷载Li的概率统计模型，可根据调查给出荷载变动的平均时间间隔τ及荷载的统计分布，采用等时段的二项平稳随机过程（图4.1.1-1）。

　　对临时性活荷载Lr，由于持续时间很短，要通过调查确定荷载在单位时间内出现次数的平均率及其荷载值的统计分布，实际上是有困难的。

为此，提出一个勉强可以代替的方法，就是通过对用户的查询，了解到最近若干年内一次最大的临时性荷载值，以此作为时段内的最大荷载Lrs，并作为荷载统计的基础。

对Lr也采用与持久性活荷载相同的概率模型（图4.1.1-2）。

　　出于分析上的方便，对各类活荷载的分布类型采用了极值I型。

根据Lr和Lrs的统计参数，分别求出50年最大荷载值LiT和LrT的统计分布和参数。

再根据Tukstra的组合原则，得出50年内总荷载最大值LT的统计参数。

在1977年以后的三年里，曾对全国某些城市的办公室、住宅和商店的活荷载情况进行了调查，其中:

在全国25个城市实测了133栋办公楼共2201间办公室，总面积为63700m2，同时调查了317栋用户的搬迁情况；对全国10个城市的住宅实测了556间，总为7000m2，同时调查了229户的搬迁情况；在全国10个城市实测了21家百货商店共214个柜台，总面积为23700m2。

现将当时统计分析的结果列于表4.1.1中。

　　表4.1.1中的LK系指GBJ9-87中给出的活荷载的标准值。

按《建筑结构可靠度设计统一标准》的规定，标准值应为设计基准期50年内荷载最大值分布的某一个分位值。

虽然没有对分位值的百分数作具体规定，但对性质类同的可变荷载，应尽量使其取值在保证率上保持相同的水平。

从表4.1.1中可见，若对办公室而言，LK=1.5kN/m2,它相当于LT的均值μLT加1.5倍的标准差