2019二級(jí)注冊(cè)建筑師《建筑結(jié)構(gòu)與設(shè)備》復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)：筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與荷載

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2001)所確定的建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)的基本原則，應(yīng)用我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用的是以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，使建筑結(jié)構(gòu)符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，安全適用、確保質(zhì)量的要求。

一、建筑結(jié)構(gòu)基本功能

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間(設(shè)計(jì)使用年限)，在規(guī)定的條件下(正常設(shè)計(jì)、施工、使用、維修)必須保證完成預(yù)定的功能，這些功能包括：

(1)安全性

在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用。并且在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件(如地震、爆炸)發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性所謂整體穩(wěn)定性。系指在偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，建筑結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。

(2)適用性

在正常使用時(shí)具有良好的工作性能。如不產(chǎn)生影響使用的過(guò)大的變形或振幅，不發(fā)生足以讓使用者產(chǎn)生不安的過(guò)寬的裂縫。

(3)耐久性

在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能。

結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件應(yīng)能在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限滿(mǎn)足安全、實(shí)用性的要求。

上述對(duì)結(jié)構(gòu)安全性、適用性、耐久性的要求總稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)的可靠性的概率度量稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的可靠度。也就是說(shuō)，可靠度是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下，結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的概率。

結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修，即可按預(yù)定目的使用的時(shí)期，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)按表11-1采用。

由此可見(jiàn)，我國(guó)通常的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用年限是50年。對(duì)于按照我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范選用的可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)則稱(chēng)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。它不等同于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50086-2001)規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。相應(yīng)的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)所考慮的荷載統(tǒng)計(jì)參數(shù)都是按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年確定的，如設(shè)計(jì)時(shí)需采用其他設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，則必須另行確定在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載的概率分布及相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

二、結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀況

區(qū)分結(jié)構(gòu)是否可靠與失效，其分解標(biāo)志就是極限狀態(tài)。當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)，就不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，這 個(gè)特定狀態(tài)稱(chēng)為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)可分為兩類(lèi)：

1.承載能力極限狀態(tài)

當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力，或產(chǎn)生了不適于繼續(xù)承載的變形時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了承載能力極限狀態(tài)。例如：

(1)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡，(如煙囪傾覆等);

(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過(guò)材料強(qiáng)度而破壞(包括疲勞破壞)，或因過(guò)度變形而不適于繼續(xù)承載;

(3)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系，如簡(jiǎn)支梁跨中截面達(dá)到抗彎承載力形成三鉸共線(xiàn)的機(jī)動(dòng)體系，從而喪失承載能力;

(4)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定(如壓屈等);

(5)地基喪失承載能力而破壞(如失穩(wěn)等)。

事實(shí)上，承載能力極限狀態(tài)就是結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)揮最大承載能力的狀態(tài)。

2.正常使用極限狀態(tài)

這種極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了正常使用極限狀態(tài)：

(1)影響正常使用或外觀的變形;

(2)影響正常使用或耐久性能的局部損壞(包括裂縫);

(3)影響正常使用的振動(dòng);

(4)影響正常使用的其他特定狀態(tài)。

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)之外，還須根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分下列三種設(shè)計(jì)狀況：

(1)持久狀況，即在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長(zhǎng)的狀況，例如房屋結(jié)構(gòu)承受家具和正常人員荷載的狀況。持續(xù)期一般與設(shè)計(jì)使用年限為同一數(shù)量級(jí)。

(2)短暫狀況，即在結(jié)構(gòu)施工和使用過(guò)程中出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比持續(xù)期很短的狀況，如結(jié)構(gòu)施工和維修時(shí)承受堆料荷載的狀況。

(3)偶然狀況，即在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用。

這三種設(shè)計(jì)狀況分別對(duì)應(yīng)不同的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。對(duì)于持久狀況、短暫狀況和偶然狀況，都必須進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì);對(duì)于持久狀況，尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì);而對(duì)于短暫狀況，可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。

三、結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)使用過(guò)程中在結(jié)構(gòu)上可能同時(shí)出現(xiàn)的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載(效應(yīng))組合，并應(yīng)取各自的最不利的效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

根據(jù)《荷載規(guī)范》的要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合進(jìn)行，其一般表達(dá)式為

式中 γ0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù);

S——結(jié)構(gòu)效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值;

R——結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計(jì)值，應(yīng)按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定確定。

(1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)γ0

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)破壞可能產(chǎn)生的后果(危及人的生命安全、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等)的嚴(yán)重性，采用不同的安全等級(jí)。建筑的安全等級(jí)見(jiàn)表1-2

在抗震設(shè)計(jì)中不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)。

建筑物中各類(lèi)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)，宜與整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)相同。對(duì)于其中部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)可進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)需要對(duì)某些構(gòu)件的安全等級(jí)采取提高一級(jí)或降低一級(jí)。

(2)荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值S

1)荷載效應(yīng)基本組合

(a)對(duì)于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S應(yīng)從下列組合值中取最不利值確定：

a)由可變荷載效應(yīng)控制的組合：

式中：

γG—永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按《荷載規(guī)范》第3.2.5條采用;

γQi——第i個(gè)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)，其中γQ1為可變荷載Q1的分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按《荷載規(guī)范》第3.2.5條采用;

SGk——按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk計(jì)算的荷載效應(yīng)值;

SQik——按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qik計(jì)算的荷載效應(yīng)值，其中SQ1k為諸可變荷載效應(yīng)中起控制作用者;

ψci——可變荷載a的組合值系數(shù)，應(yīng)分別按《荷載規(guī)范》各章的規(guī)定采用;

n——參與組合的可變荷載數(shù)。

b)由永久荷載效應(yīng)控制的組合：

注：

①基本組合中的設(shè)計(jì)值僅適用于荷載與荷載效應(yīng)為線(xiàn)性的情況。

②當(dāng)對(duì)SQlk無(wú)法明顯判斷時(shí)，輪次以各可變荷載效應(yīng)為SQlk，選其中最不利的荷載效應(yīng)組合。

③當(dāng)考慮以豎向的永久荷載效應(yīng)控制的組合時(shí)，參與組合的可變荷載僅限于豎向荷載。

(b)對(duì)于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，基本組合可采用簡(jiǎn)化規(guī)則，并應(yīng)按下列組合值中取最不利值確定：

a)由可變荷載效應(yīng)控制的組合：

b)由永久荷載效應(yīng)控制的組合仍按公式(1-3)式采用。

(c)基本組合的荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用：

a)永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)：

I當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)

對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.2;

對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.35。

Ⅱ當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)

一般情況下應(yīng)取1.0;

對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取0.9。

b)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)：

一般情況下應(yīng)取1.4;

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/㎡的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載應(yīng)取1.3。

注：對(duì)于某些特殊情況，可按建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定確定。

2)荷載效應(yīng)偶然組合

對(duì)于偶然組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值宜按下列規(guī)定確定;偶然荷載的代表值不乘分項(xiàng)系數(shù)：與偶然荷載同時(shí)出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測(cè)資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)拇�表值。各種情況下荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)值公式，可由有關(guān)規(guī)范另行規(guī)定。

2.正常使用極限狀態(tài)表達(dá)式

對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)永久組合，并應(yīng)按下列設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)：

S≤C (1—5)

式中 C——結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求的規(guī)定限值，例如變形、裂縫、振幅、加速度、應(yīng)力等的限值，應(yīng)按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定采用。 f

所謂標(biāo)準(zhǔn)組合，主要用于當(dāng)一個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重的永久性損害的情況，其荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S應(yīng)按下式采用：

注：組合中的設(shè)計(jì)值僅適用于荷載與荷載效應(yīng)為線(xiàn)性的情況。

所謂頻遇組合，主要用于當(dāng)一個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)將產(chǎn)生局部損害、較大變形或短暫振動(dòng)等情況。其荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S應(yīng)按下式采用：

式中ψf1—可變荷載Q1的頻遇值系數(shù)，應(yīng)按有關(guān)的規(guī)定采用;

ψqi——可變荷載Qi的準(zhǔn)永久值系數(shù)，應(yīng)按有關(guān)的規(guī)定采用。

注：組合中的設(shè)計(jì)值僅適用于荷載與荷載效應(yīng)為線(xiàn)性的情況。

所謂準(zhǔn)永久組合，當(dāng)長(zhǎng)期效應(yīng)是決定先因素的一下情況，其荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S可按下式采用：

注：組合中的設(shè)計(jì)值僅適用于荷載與荷載效應(yīng)為線(xiàn)性的情況。

作用和作用效應(yīng)

一、結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力

結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種效應(yīng)的原因，統(tǒng)稱(chēng)為結(jié)構(gòu)上的作用。結(jié)構(gòu)上的作用包括直接作用和間接作用。直接作用指的是施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，例如結(jié)構(gòu)自重、樓畫(huà)活荷載和沒(méi)備自重等。直接作用的計(jì)算一般比較簡(jiǎn)單，引起的效應(yīng)比較直觀。間接作用指的是引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的作用，例如溫度的變化、混凝土的收縮或徐變、地基的變形、焊接變形和地震等，這類(lèi)作用不是以直接施加在結(jié)構(gòu)上的形式出現(xiàn)的，但同樣引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)。間接作用的計(jì)算和引起的效應(yīng)一般比較復(fù)雜，例如地震會(huì)引起建筑物產(chǎn)生裂縫、傾斜下沉以至倒塌，但這些破壞效應(yīng)不僅僅與地震震級(jí)、烈度有關(guān)，還與建筑物所在場(chǎng)地的地基條件、建筑物的基礎(chǔ)類(lèi)型和上部結(jié)構(gòu)體系有關(guān)。

過(guò)去習(xí)慣上將上述兩類(lèi)不同性質(zhì)的作用統(tǒng)稱(chēng)為荷載。例如將溫度變化稱(chēng)為溫度荷載，將地震作用稱(chēng)為地震荷載等，這樣就混淆了兩類(lèi)不同性質(zhì)的作用，特別是對(duì)間接作用的復(fù)雜性認(rèn)識(shí)不足。

根據(jù)目前結(jié)構(gòu)理論發(fā)展水平以及現(xiàn)有規(guī)范頒布的現(xiàn)狀，對(duì)直接作用在結(jié)構(gòu)上的荷載可按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2012)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《荷載規(guī)范》)的規(guī)定采用，對(duì)間接作用，除了對(duì)地震作用按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《抗震規(guī)范》)的規(guī)定采用外，其余的間接作用暫時(shí)還未制定相應(yīng)的規(guī)范。

考慮到廣大設(shè)計(jì)人員的現(xiàn)狀及習(xí)慣上的銜接，目前還未將兩類(lèi)作用嚴(yán)格劃分，而將其簡(jiǎn)稱(chēng)為荷載。

作用在結(jié)構(gòu)上的直接作用或間接作用，將引起結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力(如軸力、彎矩、剪力、扭矩等)和變形(如撓度、轉(zhuǎn)角、側(cè)移、裂縫等)，這些內(nèi)力和變形總稱(chēng)為作用效應(yīng)，其中由直接作用產(chǎn)生的作用效應(yīng)稱(chēng)為荷載效應(yīng)。

結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的抗力，如構(gòu)件的承載能力、剛度的大小、抗裂縫的能力等。結(jié)構(gòu)抗力與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面形式、截面尺寸及材料強(qiáng)度等級(jí)等因素有關(guān)。

二、荷載的分類(lèi)

荷載是一個(gè)不確定的隨機(jī)變量。在《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068一2001》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》)中，規(guī)定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，在這段期間內(nèi)，荷載不僅在量值上是變化的，并且，作用在結(jié)構(gòu)上的時(shí)間持續(xù)性也是變化的。因此在《荷載規(guī)范》中，將荷載按以下原則進(jìn)行了分類(lèi)。

1.按隨時(shí)間變異分類(lèi)

(1)永久荷載(亦稱(chēng)恒載)。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其量值不隨時(shí)間變化，或即使有變化，其變化值與平均值相比可以忽略不計(jì)的荷載。如結(jié)構(gòu)的自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。

(2)可變荷載(亦稱(chēng)活載)。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其量值隨時(shí)間變化，且其變化值與平均值相比不能忽略的荷載。如樓(屋)面活荷載、屋面積灰荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、吊車(chē)荷載等。

(3)偶然荷載。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時(shí)間很短的荷載。如地震、爆炸力、撞擊力等。

2.按隨空間位置的變異分類(lèi)

(1)固定荷載。在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定分布的荷載。如結(jié)構(gòu)自重、樓面上的固定設(shè)備荷載等。

(2)自由荷載。在結(jié)構(gòu)上的一定范圍內(nèi)可以任意分布的荷載。如民用建筑樓面上的活荷載、工業(yè)建筑中的吊車(chē)荷載等。

3.按結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)分類(lèi)

(1)靜態(tài)荷載。對(duì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不產(chǎn)生加速度或產(chǎn)生的加速度很小可以忽略不計(jì)。如結(jié)構(gòu)的自重、樓面的活荷載等。

(2)動(dòng)態(tài)荷載。對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的加速度。如吊車(chē)荷載、地震作用、作用在高層建筑上的風(fēng)荷載等。

三、荷載的代表值

設(shè)計(jì)中用來(lái)驗(yàn)算極限狀態(tài)所采用的荷載量值，例如標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值。

1.荷載標(biāo)準(zhǔn)值

荷載標(biāo)準(zhǔn)值是指在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，在正常情況下可能出現(xiàn)的最大荷載值，例如在《荷載規(guī)范》中，住宅樓面的均布活荷載規(guī)定為2.0kN/㎡。

對(duì)于永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，是按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸(如梁、柱的斷面)與構(gòu)件采用材料的重度的標(biāo)準(zhǔn)值(如梁、柱材料為鋼筋混凝土，則其重度的標(biāo)準(zhǔn)值一般取25kN/m3)來(lái)確定的數(shù)值。對(duì)常用材料重度，可按《荷載規(guī)范》附錄A采用。

對(duì)于可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，則由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概率分布的某一分位數(shù)來(lái)確定，一般取具有95%保證率的上分位值，但對(duì)許多還缺少研究的可變荷載，通常還是沿用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。對(duì)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，可按《荷載規(guī)范》的規(guī)定采用。

2.荷載組合值

當(dāng)結(jié)構(gòu)上作用兩種或兩種以上的可變荷載時(shí)，考慮到其同時(shí)達(dá)到最大值的可能性較少，因此，在按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)或按正常使用極限狀態(tài)的短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用荷載的組合值作為可變荷載的代表值。

可變荷載的組合值，為可變荷載乘以荷載組合值系數(shù)。組合值系數(shù)見(jiàn)《荷載規(guī)范》表4.1.1。

3.荷載頻遇值

對(duì)變荷載，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。

可變荷載頻遇值應(yīng)取可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載頻遇值系數(shù)。荷載頻遇值系數(shù)見(jiàn)《荷載規(guī)范》表4.1.1。

4.荷載準(zhǔn)永久值

對(duì)可變荷載，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間約為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期一半的荷載值。

作用在建筑物上的可變荷載(如住宅樓面上的均布活荷載為2.0kN/㎡)，其中有部分是長(zhǎng)期作用在—上面的(可以理解為在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年內(nèi)，不少于25年)，而另一部分則是不出現(xiàn)的。因此，我們也可以把長(zhǎng)期作用在結(jié)構(gòu)物上面的那部分可變荷載看作是永久活載來(lái)對(duì)待�？勺兒奢d的準(zhǔn)永久值，為可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)φq也就是說(shuō)，準(zhǔn)永久值系數(shù)φq，為荷載準(zhǔn)永久值與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的比值，其值恒小于1.0。

在《荷載規(guī)范》中，規(guī)定了各種不同建筑樓面上均布活荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)φq，如對(duì)住宅樓面的均布活荷載，其準(zhǔn)永久值系數(shù)φq=0.4，而對(duì)書(shū)庫(kù)、檔案庫(kù)則φq=0.8，這表示了對(duì)不同用途的建筑物，其準(zhǔn)永久值系數(shù)φq是不同的。φq的大小表示了均布活荷載數(shù)值變動(dòng)的大小，φq大表示變動(dòng)較小，φq小則表示變動(dòng)大。如住宅樓面的均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0kN/㎡，準(zhǔn)永久值系數(shù)φq=0.4，因此，荷載準(zhǔn)永久值為2.0×0.4=0.8kN/㎡;而對(duì)一般書(shū)庫(kù)、檔案庫(kù)樓面均布活荷載為5.0kN/㎡，準(zhǔn)永久值系數(shù)φq=0.8，因此荷載準(zhǔn)永久值為5.0×0.8=4.0kN/㎡。

四、荷載分項(xiàng)系數(shù)與荷載設(shè)計(jì)值

1.荷載分項(xiàng)系數(shù)

荷載分項(xiàng)系數(shù)是在設(shè)計(jì)計(jì)算中，反映了荷載的不確定性并與結(jié)構(gòu)可靠度概念相關(guān)聯(lián)的一個(gè)數(shù)值。對(duì)永久荷載和可變荷載，規(guī)定了不同的分項(xiàng)系數(shù)。

(1)永久荷載分項(xiàng)系數(shù)γG：當(dāng)永久荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合取γG=1.2;對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合，取γG=1.35。當(dāng)產(chǎn)生的效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，—般情況下取γG=1.0;當(dāng)驗(yàn)算傾覆、滑移或漂浮時(shí)，取γG=0.9;對(duì)其余某些特殊情況，應(yīng)按有關(guān)規(guī)范采用。

(2)可變荷載分項(xiàng)系數(shù)γQ：—般情況下取γQ=1.4;但對(duì)工業(yè)房屋的樓面結(jié)構(gòu)，當(dāng)其活荷載標(biāo)準(zhǔn)值>4kN/㎡時(shí)，考慮到活荷載數(shù)值已較大，則取γQ=1.3。

2.荷載設(shè)計(jì)值

荷載設(shè)計(jì)值等于荷載代表值乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)。按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算荷載效應(yīng)時(shí)，需考慮荷載分項(xiàng)系數(shù);按正常使用極限狀態(tài)計(jì)算荷載效應(yīng)時(shí)(不管是考慮荷載的短期效應(yīng)組合還是長(zhǎng)期效應(yīng)組合)，由于對(duì)正常使用極限狀態(tài)的可靠度比對(duì)承載能力極限狀態(tài)的可靠度要求可以適當(dāng)放松，因此可以不考慮分項(xiàng)系數(shù)，即分項(xiàng)系數(shù)=1.0。

五、材料強(qiáng)度指標(biāo)的取值

1.強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采用的材料性能的基本代表值，具有95%的保證率。

2.材料分項(xiàng)系數(shù)

材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)是在按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，按可靠度指標(biāo)[β]在計(jì)算中所采用的系數(shù)值。在我國(guó)規(guī)范中，通過(guò)[β]值及材料、幾何參數(shù)、荷載基本參量，求出各種結(jié)構(gòu)用的材料分項(xiàng)系數(shù)。對(duì)混凝土，材料分項(xiàng)系數(shù)取γC=1.4;對(duì)HRB335、HR400、RRB400級(jí)鋼筋，取γC=1.10。

3.材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

指材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項(xiàng)系數(shù)值后的值。

在承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)中，采用材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

荷載的標(biāo)準(zhǔn)值

一、民用建筑樓面均布活荷載

1.樓面活荷載是房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要荷載。

《荷載規(guī)范》規(guī)定的民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻遇值、準(zhǔn)永久值系數(shù)如表1-2所列。

2.設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，表1-2中的樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值在下列情況下應(yīng)乘以規(guī)定的折減系數(shù)。

(1)設(shè)計(jì)樓面梁時(shí)的折減系數(shù)：

1)第1(1)項(xiàng)當(dāng)樓面梁從屬面積超過(guò)25m2時(shí)，應(yīng)取0.9;

2)第1(2)-7項(xiàng)當(dāng)樓面梁從屬面積超過(guò)50m2時(shí)，應(yīng)取0.9;

3)第8項(xiàng)對(duì)單向板樓蓋的次梁和槽形板的縱肋應(yīng)取0.8;

對(duì)單向板樓蓋的主梁應(yīng)取0.6;

對(duì)雙向板樓蓋的梁應(yīng)取0.8;

4)第9—13項(xiàng)應(yīng)采用與所屬房屋類(lèi)別相同的折減系數(shù)。

(2)設(shè)計(jì)墻、柱和基礎(chǔ)時(shí)的折減系數(shù)

1)第1(1)項(xiàng)應(yīng)按表11-5規(guī)定采用;

2)第1(2)-7項(xiàng)應(yīng)采用與其樓面梁相同的折減系數(shù);

3)第8項(xiàng)對(duì)單向板樓蓋應(yīng)取0.5;

對(duì)雙向板樓蓋和無(wú)梁樓蓋應(yīng)取0.8;

4)第9-13項(xiàng)應(yīng)采用與所屬房屋類(lèi)別相同的折減系數(shù)。

注：樓面梁的從屬面積應(yīng)按梁兩側(cè)各延伸二分之一梁間距的范圍內(nèi)的實(shí)際面積確定。

二、民用建筑屋面均布活荷載

房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷載，應(yīng)按表1-7采用。

屋面均布活荷載，不應(yīng)與雪荷載同時(shí)組合。

三、施工和檢修荷載及欄桿水平荷載

1 .對(duì)于施工荷載較大的樓層，在進(jìn)行樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，宜考慮施工階段荷載的影響。當(dāng)施工荷載超過(guò)設(shè)計(jì)荷載時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況驗(yàn)算，并采取設(shè)置臨時(shí)支撐等措施。

2.設(shè)計(jì)屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐、雨篷和預(yù)制小梁時(shí)，施工或檢修集中荷載(人和小工具的自重)應(yīng)取1.0kN，并應(yīng)在最不利位置處進(jìn)行驗(yàn)算。

注：①對(duì)于輕型構(gòu)件或較寬構(gòu)件，當(dāng)施工荷載超過(guò)上述荷載時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況驗(yàn)算，或采用加墊板、支撐等臨時(shí)設(shè)施承受。

②當(dāng)計(jì)算挑檐、雨篷承載力時(shí)，應(yīng)沿板寬每隔1.0m取一個(gè)集中荷載;在驗(yàn)算挑檐、雨篷傾覆時(shí)，應(yīng)沿板寬每隔2.5～3.0m取一個(gè)集中荷載。

2，樓梯、看臺(tái)、陽(yáng)臺(tái)和上人屋面等的欄桿頂部水平荷載，應(yīng)按下列規(guī)定采用：

(1)住宅、宿舍、辦公樓、旅館、醫(yī)院、托兒所，幼兒園的欄桿頂部水平荷載，應(yīng)取1.0kN/m;

(2)學(xué)校、食堂、劇場(chǎng)、電影院、車(chē)站、禮堂、展覽館或體育場(chǎng)，應(yīng)取1.0kN/m。

3.當(dāng)采用荷載準(zhǔn)永久組合時(shí)，可不考慮施工和檢修荷載及欄桿水平荷載。

四、雪荷載

雪荷載是房屋屋面結(jié)構(gòu)的主要荷載之一。在寒冷地區(qū)的大跨度結(jié)構(gòu)和輕型結(jié)構(gòu)，對(duì)雪荷載更為敏感。

雪在屋面上的積存對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用，與當(dāng)?shù)氐牡孛娣e雪大小及氣候條件等密切相關(guān)。

1.雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值及基本雪壓

《荷載規(guī)范》規(guī)定，屋面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下式計(jì)算：

式中sk——雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/㎡;

μr——屋面積雪分布系數(shù);

s0——基本雪壓，kN/㎡。

基本雪壓系以當(dāng)?shù)匾话憧諘缙教沟孛嫔辖y(tǒng)計(jì)所得50年一遇最大積雪的自重確定。

基本雪壓應(yīng)按《荷載規(guī)范》全國(guó)基本雪壓分布圖的規(guī)定采用。山區(qū)的基本雪壓，當(dāng)無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，可按當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛娴幕�本雪壓值乘�?.2采用。

全國(guó)基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值范圍為0～1.0kN/㎡。個(gè)別地區(qū)(如新疆塔城為1.35 kN/㎡)

雪荷載的組合值系數(shù)可取0.7;頻遇值系數(shù)可取0.6;準(zhǔn)永久值系數(shù)應(yīng)按雪荷載分區(qū)I、Ⅱ和Ⅲ的不同，分別取0.5、0.2和0;雪荷載分區(qū)按《荷載規(guī)范》的規(guī)定采用。

2.屋面積雪分布系數(shù)

屋面積雪分布系數(shù)實(shí)際上就是將地面基本雪壓換算為屋面雪荷載的換算系數(shù)，它與屋面形式、朝向及風(fēng)力等因素有關(guān)。

《荷載規(guī)范》規(guī)定的屋面積雪分布系數(shù)，應(yīng)根據(jù)不同類(lèi)別的屋面形式，按表1-5采用。

表1-5

設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)及屋面的承重構(gòu)件時(shí)，可按下列規(guī)定考慮積雪的分布情況：屋面板和檁條按積雪不均勻分布的最不利情況考慮;屋架可分別按積雪全跨均勻分布情況，不均勻分布情況和半跨均勻分布的情況考慮;框架和柱可按全跨均勻分布情況考慮。

五、風(fēng)荷載

風(fēng)荷載是建筑結(jié)構(gòu)上的一種主要的直接作用，對(duì)高層建筑尤為重要。

風(fēng)壓隨高度而增大，且與地面的粗糙度有關(guān);建筑物體型與尺寸不同，作用在建筑物表畫(huà)上的實(shí)際風(fēng)壓力(或吸力)不同;風(fēng)壓不是靜態(tài)壓力，實(shí)際上是脈動(dòng)風(fēng)壓，對(duì)于高寬比較大的房屋結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮風(fēng)的動(dòng)力效應(yīng)。

1.風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值及基本風(fēng)壓

垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下述公式計(jì)算：

(1)當(dāng)計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)

式中Wk——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/㎡);

βz——高度z處的風(fēng)振系數(shù);

μS——風(fēng)荷載體型系數(shù);

μZ——風(fēng)壓高度變化系數(shù);

ω0——基本風(fēng)壓(kN/㎡)。

(2)當(dāng)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)

式中βgz——高度z處的陣風(fēng)系數(shù)。

μS1——局部風(fēng)壓體型系數(shù)，其值見(jiàn)《荷載規(guī)范》第8.3.3條;

基本風(fēng)壓應(yīng)按《荷載規(guī)范》附錄E.5中附表E.5給出的50年一遇的風(fēng)壓采用，但不得小于0.3kN/㎡：，

全國(guó)基本風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值范圍為0.3～0.9kN/㎡。

對(duì)于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)以及對(duì)風(fēng)荷載比較敏感的其他結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓應(yīng)適當(dāng)提高，并應(yīng)由有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范具體規(guī)定。

2.地面粗糙度與風(fēng)壓高度變化系數(shù)μZ

對(duì)于平坦或稍有起伏的地形，風(fēng)壓高度變化系數(shù)應(yīng)根據(jù)地面粗糙度類(lèi)別按表1-6確定。

地面粗糙度可分為A、B、C、D四類(lèi)：

(1)A類(lèi)指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū);

(2)B類(lèi)指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū);

(3)C類(lèi)指有密集建筑群的城市市區(qū);

(4)D類(lèi)指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。

從表中，可以看出：

1)當(dāng)?shù)孛娲植诙阮?lèi)別相同時(shí)，離地面越高，μZ值越大，但當(dāng)達(dá)到一定高度后，μZ越接近以至相同;

2)對(duì)同一高度，μZ則A區(qū)>B區(qū)>C區(qū)>D區(qū)，但當(dāng)≥450m后，其值相同;

3)表中μZ變化為從0.62至3.12，當(dāng)離地面5～l0m高，B類(lèi)時(shí)，μZ=1.0。

3.風(fēng)荷載體型系數(shù)μs

風(fēng)速只是代表在自由氣流中各點(diǎn)的風(fēng)速。氣流以不同形式在房屋表面繞過(guò)，房屋對(duì)氣流形成某種干擾，因此房屋設(shè)計(jì)時(shí)不能直接以自由氣流的風(fēng)速作為結(jié)構(gòu)荷載。

風(fēng)壓在建筑物各表面上的分布是不均勻的，設(shè)計(jì)上取其平均值采用。

一般地，在房屋的迎風(fēng)墻面上，墻面受正風(fēng)壓(壓力);在背風(fēng)墻面上受負(fù)風(fēng)壓(吸力);在側(cè)墻面上受負(fù)風(fēng)壓;在屋面上，因屋面形狀的不同，風(fēng)壓可表現(xiàn)為正風(fēng)壓或負(fù)風(fēng)壓。

《荷載規(guī)范》規(guī)定的房屋風(fēng)荷載體型系數(shù)可按表1-7采用。

表1-7中未列入的房屋類(lèi)別，詳見(jiàn)《荷載規(guī)范》。

4.風(fēng)振系數(shù)βZ

《荷載規(guī)范》規(guī)定，對(duì)于基本自振周期T1大于0.25s的工程結(jié)構(gòu)，如房屋、屋蓋及各種高聳結(jié)構(gòu)，以及高度大于30m且高寬比大于1.5的高聳建筑，均應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響。

順風(fēng)向風(fēng)振系數(shù)值大于1。其值與脈動(dòng)增大系數(shù)、脈動(dòng)影響系數(shù)、振型系數(shù)有關(guān)。其值計(jì)算詳見(jiàn)《荷載規(guī)范》的規(guī)定。

六、常用材料和構(gòu)件自重

常用材料和構(gòu)件自重見(jiàn)表1—8。

例：

1.下列對(duì)樓梯欄桿頂部水平荷載的敘述，何項(xiàng)正確? ( )

A .所有工程的樓梯欄桿頂部都不需要考慮

B .所有工程的樓梯欄桿頂部都需要考慮

C .學(xué)校等人員密集場(chǎng)所樓梯欄桿頂部需要考慮，其他不需要考慮

D .幼兒園、托兒所等樓梯欄桿頂部需要考慮，其他不需要考慮

提示：參見(jiàn) 《 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 》 ( GB 50009 一 2012 )第 5 . 5 . 2 條。

答案： B

2.當(dāng)隔墻位置可靈活自由布置時(shí)，非固定隔墻的自重應(yīng)取()。

A.每延長(zhǎng)米墻重( kN / m )的1/3作為樓面活荷載的附加值計(jì)入

B.每延長(zhǎng)米墻重( kN / m )的1/3作為樓面活荷載的附加值計(jì)入但附加值不小于1 . 0kN /m2

C .恒荷載考慮

D .不考慮

提示：參見(jiàn) 《 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 》 ( GB 50009 一 2012 )第 5 . 1 . 1 條。

答案： B

3 .某辦公樓設(shè)計(jì)中將樓面混凝土面層厚度由原來(lái)的 50mm調(diào)整為 100mm，調(diào)整后增加的樓面荷載標(biāo)準(zhǔn)值與下列何項(xiàng)最為接近(混凝土容重按 20kN /m2計(jì)算) ? ( )

A . 0 . 5kN / m2

B . 1 . 0kN /m2

C . 1 . 5kN /m2

D . 2 . 0kN /m2

提示：參見(jiàn) 《 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 》 ( GB50009 一 2012 )第 3 . 1 . 3 條。

答案： B

4.在下列荷載中，哪一項(xiàng)為活荷載? ( )

A .風(fēng)荷載

B .土壓力

C .結(jié)構(gòu)自重

D .結(jié)構(gòu)的面層作法

提示：參見(jiàn) 《 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 》 ( GB 50009 一 2012 )第 3 . 1 . 1 條。

答案： A

5 .地面粗糙度是指風(fēng)在到達(dá)結(jié)構(gòu)物以前吹越過(guò)()范圍內(nèi)的地面時(shí)，描述該地面不規(guī)則障礙物分布狀況的等級(jí)。

A . 1 . 6km

B . 1 . 5km

C . 2 . 0km

D . 2 . 2km

提示：參見(jiàn) 《 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 》 ( GB 50009 一 2012 )第 2 . 1 .23條。

答案： C

6.對(duì)于特別重要或?qū)︼L(fēng)荷載比較敏感的高層建筑，確定基本風(fēng)壓的重現(xiàn)期應(yīng)為( )年。

A . 10

B . 25

C . 50

D . 100

提示：參見(jiàn) 《 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 》 (GB50009 一 2001 ) ( 2006 年版)第 7 . 1 . 2 條。

答案： D .

7.以下論述中哪項(xiàng)完全符合《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2001)?

I.人防所受的爆炸力是可變荷載

Ⅱ.土壓力是永久荷載

Ⅲ.樓梯均布活荷載是永久荷載

Ⅳ.直升機(jī)停機(jī)坪上直升機(jī)的等效荷載是可變荷載

(A)I、Ⅱ

(B)Ⅱ、Ⅲ

(C)I、Ⅳ

(D)Ⅱ、Ⅳ

【答案】D

【說(shuō)明】參見(jiàn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2001)3.1.1條。荷載可分為下列三類(lèi)：①永久荷載，例如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。②可變荷載，例如樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車(chē)荷載、風(fēng)荷載、雪荷載等。③偶然荷載，例如爆炸力、撞擊力等。爆炸力屬于偶然荷載，故I錯(cuò)誤，樓梯均布活荷載屬于可變荷載，故Ⅲ錯(cuò)誤。

8.下列情況對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力，試問(wèn)何項(xiàng)為直接荷載作用?

(A)溫度變化

(B)地基沉降

(C)屋面積雪

(D)結(jié)構(gòu)構(gòu)件收縮

【答案】C

【說(shuō)明】溫度變化、地基沉降、結(jié)構(gòu)構(gòu)件收縮在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力均通過(guò)變形間接產(chǎn)生。

9下列構(gòu)件中哪一種超過(guò)承載能力極限狀態(tài)( )。

A.構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生較大變形而影響使用

B.構(gòu)件在動(dòng)力荷載作用下產(chǎn)生較大的振動(dòng)

C.構(gòu)件受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)裂縫

D.構(gòu)件因過(guò)度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載

【答案】D