結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的永久荷載效應(yīng)

1、<p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的永久荷載效應(yīng)</p><p>　　摘要：永久荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的效應(yīng)看似簡(jiǎn)單卻非常重要，需準(zhǔn)確理解規(guī)范方可掌握，否則會(huì)給工程帶來不安全，本文僅就此做些歸納，提些感想，以便與同行交流提高。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：永久荷載 有利 不利 分項(xiàng)系數(shù) 組合標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

2、</p><p><b>　　1．荷載組合條件 </b></p><p>　　荷載與荷載效應(yīng)（包括地震作用與地震作用效應(yīng)、溫度與溫度效應(yīng)）成線形關(guān)系是極限狀態(tài)各種組合的前提，為在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)這一前提，將理論與實(shí)際的接近通過假定來實(shí)現(xiàn)，而差異是通過構(gòu)造完成。如材料符合均勻性和連續(xù)性的假定，更多材料還要符合各向同性假定，截面變形符合平截面假定，這樣就可按彈性理論進(jìn)行計(jì)算。若

3、荷載和效應(yīng)不成線性關(guān)系，不可直接按效應(yīng)疊加，應(yīng)根據(jù)規(guī)范規(guī)定、工程實(shí)際和實(shí)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)確定。 </p><p><b>　　2．永久荷載取值 </b></p><p>　　2.1永久荷載標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)值： </p><p>　　永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值一般按其自重平均值確定。但因施工誤差、其制作尺寸和密度等的變異，對(duì)變異性不可忽視的材料（如薄樓板因其有效高度的變異

4、性對(duì)薄板的正截面承載力影響顯著），其標(biāo)準(zhǔn)值的取值要考慮其對(duì)結(jié)構(gòu)有利和不利影響分別取其下限和上限，建筑的二次裝修面層及其自重也要按此考慮。 </p><p>　　土壓力和預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間單調(diào)變化并趨于限值，也看成是永久荷載。水壓力當(dāng)水位不變時(shí)也可按永久荷載考慮。 </p><p>　　永久荷載設(shè)計(jì)值是承載能力極限狀態(tài)基本組合中，永久荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)的積。 </p>&

5、lt;p>　　2.2重力荷載代表值： </p><p>　　在地震組合中，建筑的某質(zhì)點(diǎn)重力荷載代表值是結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值和各可變荷載組合值之和，永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值含在重力荷載代表值中。 </p><p>　　2.3重力荷載設(shè)計(jì)值： </p><p>　　樓層重力荷載設(shè)計(jì)值就是彈性計(jì)算時(shí)不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響及高層建筑的整體穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)取永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1

6、.2倍與1.4倍的樓面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的組合值。永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1.2倍被包含在其中。 </p><p>　　3．永久荷載在各種組合效應(yīng)設(shè)計(jì)值中的作用 </p><p><b>　　3．1基本組合中 </b></p><p>　　基本組合中必須考慮永久荷載效應(yīng)控制和可變荷載效應(yīng)控制兩種情況并分別計(jì)算比較，最后還要考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。 </p

7、><p>　　永久荷載分項(xiàng)系數(shù)確定為：當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，由可變荷載效應(yīng)控制組合時(shí)應(yīng)取1.2；由永久荷載控制組合時(shí)應(yīng)取1.35；當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)（與可變荷載效應(yīng)異號(hào)時(shí)），不應(yīng)大于1.0。 </p><p>　　溫度是間接作用，溫度作用效應(yīng)在符合線性變化規(guī)律時(shí)，視同可變荷載考慮。 </p><p>　　砌體結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)不再有

8、1.0情況。 </p><p>　　以下就永久荷載效應(yīng)在兩種構(gòu)件的基本組合中的影響為例來說明： </p><p>　　3．1．1在受彎構(gòu)件中 </p><p>　　連續(xù)的梁板及框架等，永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按其對(duì)結(jié)構(gòu)有利影響和不利影響分別選取各自的分項(xiàng)系數(shù)后，與不布置和布置可變荷載進(jìn)行效應(yīng)疊加，以帶懸臂的內(nèi)跨梁為例，見下圖：（組合值系數(shù)取0.7） </p>

9、<p>　　左圖為永久荷載的效應(yīng)組合，右圖為可變荷載的效應(yīng)組合。P為均布永久荷載，q為均布可變荷載；括號(hào)內(nèi)數(shù)表示可變荷載控制的在計(jì)算跨內(nèi)的永久荷載不利和情況及可變荷載情況。 </p><p>　　3．1．2在受壓構(gòu)件中 </p><p>　　偏心受壓構(gòu)件在不同的N和M組合下進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì)時(shí)，永久荷載控制和可變荷載控制中都要考慮多種內(nèi)力組合（即不同的N和M組合），永久荷載效應(yīng)

10、的分項(xiàng)系數(shù)取值要根據(jù)有利和不利情況取不同的值。 </p><p>　　M與N的關(guān)系為二次拋物線關(guān)系。見圖二 </p><p>　　小偏心情況（曲線BC段）：隨著N增大，M在減小；在相同的M值下，N越大越不安全，N越小越安全，這時(shí)永久荷載對(duì)N是不利的，因而分項(xiàng)系數(shù)為在永久荷載控制時(shí)為1.35，在可變荷載控制時(shí)為1.2。 </p><p>　　大偏心情況（曲線AB段）：

11、在某一M值下，N越大越安全，N越小越不安全。因?yàn)橛谰煤奢d對(duì)N是有利的，因而分項(xiàng)系數(shù)不能超過1.0；大偏心時(shí)因截面出現(xiàn)拉應(yīng)力，即在柱受拉側(cè)鋼筋要向著屈服發(fā)展，N的有利作用在于減弱受拉區(qū)的出現(xiàn)和發(fā)展直至轉(zhuǎn)換為小偏心。 </p><p>　　按大偏心計(jì)算配筋后隨著受壓區(qū)鋼筋承載能力增強(qiáng)也可能變回小偏心，這時(shí)應(yīng)再次按小偏壓計(jì)算，最終比較確定。M和N同時(shí)變化時(shí)，無法判斷分項(xiàng)系數(shù)取值，而必須實(shí)算后才能得出結(jié)論。 </p

12、><p>　　長(zhǎng)柱情況：柱長(zhǎng)細(xì)比增大，側(cè)向撓度引起附加彎矩對(duì)承載力的影響已不能忽視，重力二階效應(yīng)使得荷載與效應(yīng)不再成線性關(guān)系，而通過區(qū)分荷載是否引起結(jié)構(gòu)側(cè)移來考慮其作用，對(duì)引起結(jié)構(gòu)側(cè)移的用增大系數(shù)法簡(jiǎn)化或用有限元來解決。 </p><p>　　3．2荷載偶然組合的效應(yīng)和正常使用極限狀態(tài)中 </p><p>　　在偶然組合及正常使用極限狀態(tài)中，永久荷載效應(yīng)值均取其標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)

13、算，但荷載偶然組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值要考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。 </p><p>　　3．3地震作用狀況 </p><p>　　結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震作用效應(yīng)在與其他荷載效應(yīng)的基本組合中，永久荷載是含在重力荷載代表值當(dāng)中的，而重力荷載的分項(xiàng)系數(shù)也要考慮對(duì)結(jié)構(gòu)有利和不利的影響，有利時(shí)取不大于1.0，不利時(shí)取1.2。 </p><p>　　地震作用狀況下，對(duì)于構(gòu)筑物，當(dāng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)抗傾覆或滑

14、移時(shí)，重力荷載分項(xiàng)系數(shù)不應(yīng)小于0.9。 </p><p>　　地震作用效應(yīng)因結(jié)構(gòu)延性要求而調(diào)整均引起永久荷載相應(yīng)變化。 </p><p><b>　　3．4穩(wěn)定性方面 </b></p><p>　　3．4．1基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)使用期短的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基本組合時(shí)可采用簡(jiǎn)化原則，永久荷載和可變荷載一同考慮，基本組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值取標(biāo)準(zhǔn)組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值的1

15、.25倍，而以軸力為主的構(gòu)件時(shí)此系數(shù)為1.35。 </p><p>　　3．4．2在高層建筑的整體穩(wěn)定性計(jì)算中以及在判定不考慮重力二階效應(yīng)影響時(shí)，其樓層重力荷載設(shè)計(jì)值是將放大永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值與放大樓面荷載標(biāo)準(zhǔn)值的組合值一并考慮的，而其中的永久荷載取標(biāo)準(zhǔn)值的1.2倍。 </p><p>　　3．4．3在抗連續(xù)倒塌拆除構(gòu)件法設(shè)計(jì)中，永久荷載依據(jù)是否與被拆除豎向構(gòu)件相連而取豎向荷載放大系數(shù)為2或1

16、，當(dāng)拆除某構(gòu)件不能滿足結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)要求時(shí)，在該構(gòu)件表面附加80kN/m2側(cè)向偶然荷載作用設(shè)計(jì)值時(shí)，此時(shí)的永久荷載只考慮永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。 </p><p>　　3．4．4砌體結(jié)構(gòu)作為剛體，驗(yàn)算整體穩(wěn)定性時(shí)，要考慮永久荷載效應(yīng)控制和可變荷載效應(yīng)控制，同時(shí)都要考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。 </p><p>　　永久荷載效應(yīng)的系數(shù)：當(dāng)永久荷載效應(yīng)控制時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，永久荷載控制時(shí)為1.35，

17、可變荷載控制時(shí)，為1.2；兩種控制情況對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)均為0.8。 </p><p>　　3．4．5在驗(yàn)算結(jié)構(gòu)傾覆、滑移時(shí)，永久荷載抵抗傾覆和滑移時(shí)的作用是有利的，其標(biāo)準(zhǔn)值要乘以一個(gè)小于1的值，如砌體結(jié)構(gòu)中挑梁抗傾覆力矩設(shè)計(jì)值就采用系數(shù)0.8；而起傾覆作用的永久荷載則應(yīng)按基本組合考慮，分項(xiàng)系數(shù)按永久荷載和可變荷載控制分別取1.35或1.2。 </p><p>　　擋土墻在計(jì)算抗傾覆及滑移時(shí)，則

18、采用(墻體永久荷載與其土壓力的有利豎直分量之和的效應(yīng))/(土壓力的不利效應(yīng))分別取1.6和1.3方式解決。 </p><p>　　3．5地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì) </p><p>　　確定基礎(chǔ)底面及埋深、按單樁承載力確定樁數(shù)、驗(yàn)算基礎(chǔ)裂縫寬度為標(biāo)準(zhǔn)組合，而計(jì)算地基變形時(shí)為準(zhǔn)永久組合，它們的永久荷載均為標(biāo)準(zhǔn)值。 </p><p>　　確定基礎(chǔ)、承臺(tái)高度、支擋結(jié)構(gòu)等為承載能力極限狀

19、態(tài)的基本組合，與承載能力極限狀態(tài)的基本組合分析是一樣的。 </p><p>　　計(jì)算擋土墻、地基或滑坡穩(wěn)定及基礎(chǔ)抗浮驗(yàn)算時(shí)，分項(xiàng)系數(shù)為1。 </p><p>　　基礎(chǔ)存在浮力時(shí)抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算建筑物自重及壓重之和與浮力作用值的比值不小于1.05倍。 </p><p><b>　　4．結(jié)論 </b></p><p>　　荷載

20、會(huì)使結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生效應(yīng)影響，永久荷載的影響效應(yīng)也是變化多端的，尤其是承載能力極限狀態(tài)的基本組合、地震作用狀況、穩(wěn)定性驗(yàn)算和抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)中，有時(shí)無法直接判選分項(xiàng)系數(shù)或荷載代表值倍數(shù)，但理解永久荷載效應(yīng)的規(guī)范規(guī)定原則，即結(jié)構(gòu)達(dá)到性能一致的可靠性是非常必要和重要的。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》

21、GB50009-2012. </p><p>　　[2] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010. </p><p>　　[3] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011. </p><p>　　[4] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50003-2011. </p><p>　　[5] 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑混凝土結(jié)