结构设计中的荷载组合剖析(上)

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结构设计中的荷载组合剖析(上)

2024-01-04 23:41| 来源: 网络整理| 查看: 265

《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2018(后续简称“可靠性标准”)对于永久作用和可变作用分项系数的取值按表8.2.9采用。按可靠性标准取消了永久荷载对结构不利时,由永久荷载效应控制的组合永久荷载分项系数取1.35的规定。同时也提出了当永久荷载效应对结构有利时,永久荷载的分项系数取值不大于1.0的规定。

《建筑工程抗浮技术标准》JGJ 476-2019(后续简称“抗浮标准”)要求对结构抗浮验算时,结构自重、内部固定设备、结构上部填筑体等荷载类型下,对于抗浮稳定有利和不利时,分项系数的取值是不同的。一般情况下,上部竖向荷载对结构抗浮总是有利的,只有个别情况下,有可能某局部范围的不均匀竖向荷载会加大相邻底板的上翘程度,这种情况属于竖向荷载对抗浮验算不利的情况。

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016版)(后续简称“抗规”)对于结构地震作用分项系数的取值按表5.4.1采用,水平地震及竖向地震单独考虑时的分项系数为1.3。

03 荷载及作用的组合方式

结构承载能力极限状态计算包括结构倾覆验算、结构滑移验算、结构漂浮验算、构件承载力的计算及构件抗震承载力验算等,通常采用荷载的基本组合;结构构件正常使用极限状态验算包括楼盖结构的竖向自振频率验算、构件变形验算、构件裂缝验算及构件挠度验算等,通常采用荷载的准永久组合;对预应力混凝土构件挠度及裂缝验算按照荷载的标准组合;按地基承载力确定基础底面积及埋深或者按单桩承载力确定桩数采用正常使用极限状态下的标准组合;计算挡土墙、地基或滑坡稳定以及基础抗浮稳定时,作用效应按承载能力极限状态下作用的基本组合,但分项系数取1.0。

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010(2015版)(后续简称“混规”)3.3.2条要求结构承载能力极限状态验算采用荷载的基本组合。荷载规范3.2.7要求结构正常使用极限状态验算采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合。

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011(后续简称“地基规范”)3.0.5条对荷载及作用的组合方式要求如下。

04 荷载及作用的基本组合

按荷载规范3.2.3基本组合效应设计值,对于最不利荷载效应组合,由可变荷载控制的效应设计值,需要考虑多组可变荷载同时组合的问题。对由永久荷载控制的效应设计值,需要考虑从多组可变荷载中找出最不利荷载。

地震作用效应和其他荷载效应的基本组合按抗震规范5.4.1的相关详细组合进行,一般结构仅考虑重力荷载代表值效应与地震作用考虑,但对风荷载主控的结构,要考虑风荷载与地震作用及重力荷载代表值的效应同时组合,并且取风荷载组合系数0.2。由于控制组合的复杂性,设计中无法明确判断出那种情况属于风荷载主控,这就导致完全按抗规进行荷载组合无法实现。因此,对于风荷载与重力荷载代表值效应及地震作用的组合要参考其他规范。高规对于风荷载和地震作用效应同时组合给出了明确的要求。

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010(后续简称“高规”)5.6.3条重力荷载代表值效应与地震作用及风荷载组合按5.6.3执行,同时按表5.6.4要求,仅对60m以上的高层建筑考虑重力荷载、风荷载与地震作用同时组合,这样在设计中就明确了荷载的准确组合情况。

高规5.6.1条对持久状况和短暂设计状况的组合仅考虑永久荷载、楼面活荷载与风荷载之间的组合,对于荷载规范中的其他活荷载之间的组合,如温度效应、雪荷载等高规并没有给出如何进行组合。

从上述各本规范的组合情况来看,在设计中要实现对工程中可能出现的多种荷载进行组合,仅使用单一的规范是无法解决组合问题的,要考虑多本规范之间的关系,对设计中的组合进行系统梳理。当然如果采用结构设计软件,仅仅需要简单的选择相关参数就可以实现多种荷载形式的组合了。

[作者] 刘孝国

中国建筑科学研究院有限公司 北京构力科技有限公司 北京

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