3.1.1 建筑結(jié)構(gòu)的荷載可分為下列三類:
1 永久荷載,包括結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。
2 可變荷載,包括樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車(chē)荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、溫度作用等。
3 偶然荷載,包括爆炸力、撞擊力等。
3.1.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)按下列規(guī)定對(duì)不同荷載采用不同的代表值:
1 對(duì)永久荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值;
2 對(duì)可變荷載應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值或準(zhǔn)永久值作為代表值;
3 對(duì)偶然荷載應(yīng)按建筑結(jié)構(gòu)使用的特點(diǎn)確定其代表值。
3.1.3 確定可變荷載代表值時(shí)應(yīng)采用50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。
3.1.4 荷載的標(biāo)準(zhǔn)值,應(yīng)按本規(guī)范各章的規(guī)定采用。
3.1.5 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)或正常使用極限狀態(tài)按標(biāo)準(zhǔn)組合設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)可變荷載應(yīng)按規(guī)定的荷載組合采用荷載的組合值或標(biāo)準(zhǔn)值作為其荷載代表值??勺兒奢d的組合值,應(yīng)為可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載組合值系數(shù)。
3.1.6 正常使用極限狀態(tài)按頻遇組合設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)采用可變荷載的頻遇值或準(zhǔn)永久值作為其荷載代表值;按準(zhǔn)永久組合設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)采用可變荷載的準(zhǔn)永久值作為其荷載代表值??勺兒奢d的頻遇值,應(yīng)為可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以頻遇值系數(shù)。可變荷載準(zhǔn)永久值,應(yīng)為可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以準(zhǔn)永久值系數(shù)。
3.1.1 《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50153指出,結(jié)構(gòu)上的作用可按隨時(shí)間或空間的變異分類,還可按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)性質(zhì)分類,其中最基本的是按隨時(shí)間的變異分類。在分析結(jié)構(gòu)可靠度時(shí),它關(guān)系到概率模型的選擇;在按各類極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí),它還關(guān)系到荷載代表值及其效應(yīng)組合形式的選擇。
本規(guī)范中的永久荷載和可變荷載,類同于以往所謂的恒荷載和活荷載;而偶然荷載也相當(dāng)于50年代規(guī)范中的特殊荷載。
土壓力和預(yù)應(yīng)力作為永久荷載是因?yàn)樗鼈兌际请S時(shí)間單調(diào)變化而能趨于限值的荷載,其標(biāo)準(zhǔn)值都是依其可能出現(xiàn)的最大值來(lái)確定。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,有時(shí)也會(huì)遇到有水壓力作用的情況,對(duì)水位不變的水壓力可按永久荷載考慮,而水位變化的水壓力應(yīng)按可變荷載考慮。
地震作用(包括地震力和地震加速度等)由《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011具體規(guī)定。
偶然荷載,如撞擊、爆炸等是由各部門(mén)以其專業(yè)本身特點(diǎn),一般按經(jīng)驗(yàn)確定采用。本次修訂增加了偶然荷載一章,偶然荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可按該章規(guī)定的方法確定采用。
3.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用何種荷載代表將直接影響到荷載的取值和大小,關(guān)系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全,要以強(qiáng)制性條文給以規(guī)定。
雖然任何荷載都具有不同性質(zhì)的變異性,但在設(shè)計(jì)中,不可能直接引用反映荷載變異性的各種統(tǒng)計(jì)參數(shù),通過(guò)復(fù)雜的概率運(yùn)算進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。因此,在設(shè)計(jì)時(shí),除了采用能便于設(shè)計(jì)者使用的設(shè)計(jì)表達(dá)式外,對(duì)荷載仍應(yīng)賦予一個(gè)規(guī)定的量值,稱為荷載代表值。荷載可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求,規(guī)定不同的代表值,以使之能更確切地反映它在設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)。本規(guī)范給出荷載的四種代表值:標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值。荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的基本代表值,而其他代表值都可在標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上乘以相應(yīng)的系數(shù)后得出。
荷載標(biāo)準(zhǔn)值是指其在結(jié)構(gòu)的使用期間可能出現(xiàn)的最大荷載值。由于荷載本身的隨機(jī)性,因而使用期間的最大荷載也是隨機(jī)變量,原則上也可用它的統(tǒng)計(jì)分布來(lái)描述。按《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50153的規(guī)定,荷載標(biāo)準(zhǔn)值統(tǒng)一由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大荷載概率分布的某個(gè)分位值來(lái)確定,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期統(tǒng)一規(guī)定為50年,而對(duì)該分位值的百分位未作統(tǒng)一規(guī)定。
因此,對(duì)某類荷載,當(dāng)有足夠資料而有可能對(duì)其統(tǒng)計(jì)分布作出合理估計(jì)時(shí),則在其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大荷載的分布上,可根據(jù)協(xié)議的百分位,取其分位值作為該荷載的代表值,原則上可取分布的特征值(例如均值、眾值或中值),國(guó)際上習(xí)慣稱之為荷載的特征值(Characteristic value)。實(shí)際上,對(duì)于大部分自然荷載,包括風(fēng)雪荷載,習(xí)慣上都以其規(guī)定的平均重現(xiàn)期來(lái)定義標(biāo)準(zhǔn)值,也即相當(dāng)于以其重現(xiàn)期內(nèi)最大荷載的分布的眾值為標(biāo)準(zhǔn)值。
目前,并非對(duì)所有荷載都能取得充分的資料,為此,不得不從實(shí)際出發(fā),根據(jù)已有的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),通過(guò)分析判斷后,協(xié)議一個(gè)公稱值(Nominal value)作為代表值。在本規(guī)范中,對(duì)按這兩種方式規(guī)定的代表值統(tǒng)稱為荷載標(biāo)準(zhǔn)值。
3.1.3 在確定各類可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),會(huì)涉及出現(xiàn)荷載最大值的時(shí)域問(wèn)題,本規(guī)范統(tǒng)一采用一般結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限50年作為規(guī)定荷載最大值的時(shí)域,在此也稱之為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。采用不同的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期,會(huì)得到不同的可變荷載代表值,因而也會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)的安全,必須以強(qiáng)制性條文予以確定。設(shè)計(jì)人員在按本規(guī)范的原則和方法確定其他可變荷載時(shí),也應(yīng)采用50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期,以便與本規(guī)范規(guī)定的分項(xiàng)系數(shù)、組合值系數(shù)等參數(shù)相匹配。
3.1.4 本規(guī)范所涉及的荷載,其標(biāo)準(zhǔn)值的取值應(yīng)按本規(guī)范各章的規(guī)定采用。本規(guī)范提供的荷載標(biāo)準(zhǔn)值,若屬于強(qiáng)制性條款,在設(shè)計(jì)中必須作為荷載最小值采用;若不屬于強(qiáng)制性條款,則應(yīng)由業(yè)主認(rèn)可后采用,并在設(shè)計(jì)文件中注明。
3.1.5 當(dāng)有兩種或兩種以上的可變荷載在結(jié)構(gòu)上要求同時(shí)考慮時(shí),由于所有可變荷載同時(shí)達(dá)到其單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)可能達(dá)到的最大值的概率極小,因此,除主導(dǎo)荷載(產(chǎn)生最大效應(yīng)的荷載)仍可以其標(biāo)準(zhǔn)值為代表值外,其他伴隨荷載均應(yīng)采用相應(yīng)時(shí)段內(nèi)的最大荷載,也即以小于其標(biāo)準(zhǔn)值的組合值為荷載代表值,而組合值原則上可按相應(yīng)時(shí)段最大荷載分布中的協(xié)議分位值(可取與標(biāo)準(zhǔn)值相同的分位值)來(lái)確定。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)組合值的確定方法另有規(guī)定,它出于可靠指標(biāo)一致性的目的,并采用經(jīng)簡(jiǎn)化后的敏感系數(shù)α,給出兩種不同方法的組合值系數(shù)表達(dá)式。在概念上這種方式比同分位值的表達(dá)方式更為合理,但在研究中發(fā)現(xiàn),采用不同方法所得的結(jié)果對(duì)實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō),并沒(méi)有明顯的差異,考慮到目前實(shí)際荷載取樣的局限性,因此本規(guī)范暫時(shí)不明確組合值的確定方法,主要還是在工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi),偏保守地加以確定。
3.1.6 荷載的標(biāo)準(zhǔn)值是在規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載的意義上確定的,它沒(méi)有反映荷載作為隨機(jī)過(guò)程而具有隨時(shí)間變異的特性。當(dāng)結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),例如要求控制房屋的變形、裂縫、局部損壞以及引起不舒適的振動(dòng)時(shí),就應(yīng)從不同的要求出發(fā),來(lái)選擇荷載的代表值。
在可變荷載Q的隨機(jī)過(guò)程中,荷載超過(guò)某水平Qx的表示方式,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此建議有兩種:
1 用超過(guò)Qx的總持續(xù)時(shí)間Tx=Σti,或其與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T的比值μx=Tx/T來(lái)表示,見(jiàn)圖1(a)。圖1(b)給出的是可變荷載Q在非零時(shí)域內(nèi)任意時(shí)點(diǎn)荷載Q*的概率分布函數(shù)FQ*(Q),超越Qx的概率為P*可按下式確定:
P*=1-FQ*(Qx)
對(duì)于各態(tài)歷經(jīng)的隨機(jī)過(guò)程,μx可按下式確定:

對(duì)于與時(shí)間有關(guān)聯(lián)的正常使用極限狀態(tài),荷載的代表值均可考慮按上述方式取值。例如允許某些極限狀態(tài)在一個(gè)較短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)被超過(guò),或在總體上不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)被超過(guò),可以采用較小的μx值(建議不大于0.1)計(jì)算荷載頻遇值Qf作為荷載的代表值,它相當(dāng)于在結(jié)構(gòu)上時(shí)而出現(xiàn)的較大荷載值,但總是小于荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)于在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常作用的可變荷載,應(yīng)以準(zhǔn)永久值為代表值,相應(yīng)的μx值建議取0.5,相當(dāng)于可變荷載在整個(gè)變化過(guò)程中的中間值。

圖2 可變荷載按跨閾率確定代表值示意圖
表值可考慮按上述方式取值,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建議將此作為確定頻遇值的另一種方式,尤其是當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)涉及人的舒適性、影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能和設(shè)備的使用功能的極限狀態(tài),但是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于跨閾率的取值目前并沒(méi)有具體的建議。
按嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)定義來(lái)確定頻遇值和準(zhǔn)永久值目前還比較困難,本規(guī)范所提供的這些代表值,大部分還是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)并參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容后確定的。對(duì)于有可能再劃分為持久性和臨時(shí)性兩類的可變荷載,可以直接引用荷載的持久性部分,作為荷載準(zhǔn)永久值取值的依據(jù)。


鋼結(jié)構(gòu)防火涂料 GB149
