张芹老师的结构荷载规范讲义(2012版)

二. 住房和城乡建设部2012年5月28日发布《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012),自2012年10月1日起实施。《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)有关建筑幕墙的条文如下:

3.2 荷载组合

3.2.1建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载,按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合,并应取各自的最不利的组合进行设计。
3.2.2对于承载能力极限状态,应按荷载的基本组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值,并应采用下列设计表达式进行设计:

(3.2.2)

式中:

——结构重要性系数,应按各有关结构设计规范的规定采用;

——荷载组合的效应设计值;

——结构构件抗力的设计值,应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。

3.2.3荷载基本组合的效应设计值Sd,应从下列荷载组合值中取用最不利的效应设计值确定:
1 由可变荷载控制的效应设计值,应按下式进行设计:

(3.2.3-1)

式中:

——第j个永久荷载的分项系数,应按本规范第3.2.4条采用;

——第i个可变荷载的分项系数,其中

为可变荷载Q1的分项系数,应按本规范第3.2.4条采用;

——第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数,其中

为可变荷载Q1考虑设计使用年限的调整系数;

——按永久荷载标准值计算的荷载效应值;
——按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值,其中为诸可变荷载效应中起控制作用者;
——可变荷载Qi的组合值系数;
——参与组合的永久荷载数;
——参与组合的可变荷载数。
2 由永久荷载控制的效应设计值:
                                 (3.2.3-2)
注:1 基本组合中的效应设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况;
2 当对无法明显判断时,应轮次以各可变荷载效应为,选其中最不利的荷载组合效应设计值。
3.2.4 基本组合的荷载分项系数,应按下列规定采用:
1 永久荷载的分项系数应符合以下规定:
1) 当其效应对结构不利时,对由可变荷载效应控制的组合,应取1.2,对由永久荷载效应控制的组合,应取1.35;
2) 当其效应对结构有利时的组合,不应大于1.0。
2 可变荷载的分项系数应符合以下规定:
1)对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载,应取1.3。
2)其它情况,应取1.4;
3 对结构的倾覆、滑移或漂浮验算,荷载的分项系数应满足有关的结构设计规范的规定。
3.2.5楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数应按表3.2.5采用
表3.2.5楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数
 注:1 当设计使用年限不为表中数值时,调整系数可按线性内插确定;
     2 对于荷载标准值可控制的活荷载,设计使用年限调整系数取1.0。
条文说明3.2 荷载组合
3.2.1~3.2.2 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,包括出现与否和不同的作用方向,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。
3.2.3对于承载能力极限状态的荷载组合,可按《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 500153-2008)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(3.2.3-1)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。
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算来完成。
GB 50009-2001修订时,增加了结构的自重占主要荷载时,由公式(3.2.3-2)给出由永久何载效应控制的组合设计值。考虑这个组合式后可以避免可靠度可能偏低的后果;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,可在结构设计规范中撤消这些补充的规定,同时也避免了恒载为主的结构安全度可能不足的后果。
在应用(3.2.3-2)的组合式时,对可变荷载,出于简化的目的,也可仅考虑与结构自重方向一致的竖向荷载,而忽略影响不大的横向荷载。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。
考虑到简化规则缺乏理论依据,现在结构分析及荷载组合基本由计算机软件完成,简化规则已经用得很少,本次修订取消原规范第3.2.4条关于一般排架、框架结构基本组合的简化规则。在方案设计阶段,当需要用手算初步进行荷载效应组合计算时,仍允许采用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0.9的简化方法。
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效应叠加的形式,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。
GB 50009-2001修订时,摈弃了原规范“遇风组合”的惯例,即只有在可变荷载包含风荷载时才考虑组合值系数的方法,而要求基本组合中所有可变荷载在作为伴随荷载时,都必须以其组合值为代表值。对组合值系数,除风荷载取ψc=0.6外,对其它可变荷载,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。
参照《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153-2008),本次修订引入了可变荷载考虑结构设计使用年限的调整系数。引入可变荷载考虑结构设计使用年限调整系数的目的,是为解决设计使用年限与设计基准期不同时对可变荷载标准值的调整问题。当设计使用年限与设计基准期不同时,采用调整系数对荷载的标准值进行调整。
设计基准期是为统一确定荷载和材料的标准值而规定的年限,它通常是一个固定值。可变荷载是一个随机过程,其标准值是指在结构设计基准期内可能出现的最大值,由设计基准期最大荷载概率分布的某个分位值来确定。
设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的时期,它不是一个固定值,与结构的用途和重要性有关。设计使用年限长短对结构设计的影响要从荷载和耐久性两个方面考虑。设计使用年限越长,结构使用中荷载出现“大值”的可能性越大,所以设计中应提高荷载标准值;相反,设计使用年限越短,结构使用中荷载出现“大值”的可能性越小,设计中可降低荷载标准值,以保持结构安全和经济的一致性。耐久性是决定结构设计使用年限的主要因素,这方面应在结构设计规范中考虑。
3.2.4 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,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和。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》(GBJ 68-84)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=1.1、1.2、1.3和=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了=1.2和=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4 kN/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=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=1.2,则结构的可靠度远不能达到目标值的要求,因此,在式(3.2.3-2)给出的由永久荷载效应控制的设计组合值中,相应取=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=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,宜取小于1.0的系数。但考虑到经济效果和应用方便的因素,建议取=1.0。地下水压力作为永久荷载考虑时,由于受地表水位的限制,其分项系数一般建议取1.0。
在倾覆、滑移或漂浮等有关结构整体稳定性的验算中,永久荷载效应一般对结构是有利的,荷载分项系数一般应取小于1.0的值。虽然各结构标准已经广泛采用分项系数表达方式,但对永久荷载分项系数的取值,如地下水荷载的分项系数,各地方有差异,目前还不可能采用统一的系数。因此,在本规范中原则上不规定与此有关的分项系数的取值,以免发生矛盾。当在其他结构设计规范中对结构倾覆、滑移或漂浮的验算有具体规定时,应按结构设计规范的规定执行,当没有具体规定时,对永久荷载分项系数应按工程经验采用不大于1.0的值。
3.2.5 本条为本次修订增加的内容,规定了可变荷载设计使用年限调整系数的具体取值。
《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153-2008)附录A1给出了设计使用年限为5、50和100年时考虑设计使用年限的可变荷载调整系数。确定可采用两种方法:(1)使结构在设计使用年限内的可靠指标与在设计基准期的可靠指标相同,(2)使可变荷载按设计使用年限定义的标准值与按设计基准期(50年)定义的标准值具有相同的概率分位值。按第二种方法进行分析比较简单,当可变荷载服从极值I型分布时,可以得到下面的表达式:
γL=1+0.78k0δ0ln[TL/T]
式中,k0为可变荷载设计基准期内最大值的平均值与标准值之比;δ0为可变荷载设计基准期最大值的变异系数。表1给出了部分可变荷载对应不同设计使用年限时的调整系数,比较可知规范的取值基本偏于保守。
表1 考虑设计使用年限的可变荷载调整系数

计算值

对于风、雪荷载,可通过选择不同重现期的值来考虑设计使用年限的变化。本规范在附录E除了给出重现期为50年(设计基准期)的基本风压和基本雪压外,也给出了重现期为10年和100年的风压和雪压值,可供选用。对于吊车荷载,由于其有效荷载是核定的,与使用时间没有太大关系。对温度作用,三类由于是本次规范修订新增内容,还没有太多设计经验,考虑设计使用年限的调整尚不成熟。因此,本规范引入的《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153-2008)表A.1.9可变荷载调整系数

的具体数据,仅限于楼面和屋面活荷载。

根据表1计算结果,对表3.2.5中所列以外的其它设计使用年限对应的

值,按线性内插计算是可行的。

荷载标准值可控制的活荷载是指那些不会随时间明显变化的荷载,如楼面均布活荷载中的书库、储藏室、机房、停车库,以及工业楼面均布活荷载等。
资料
一.  JGJ133-201*《金属与石材幕墙工程技术规范》
5.4.1幕墙构件承载力极限状态设计时,其作用效应的组合应符合下列规定:
1  无地震设计状况下,应按下式进行:
                   (5.4.1-1)
2  地震设计状况下,应按下式进行:
                     (5.4.1-2)
对张拉索杆体系,效应组合的设计值尚应包含预加应力产生的效应。预应力效应分项系数:当预应力作用对结构有利时取1.0;对结构不利时应取1.2。
5.4.2进行幕墙构件的承载力设计时,作用分项系数应按下列规定取值:
1一般情况下,永久荷载、风荷载、地震作用、温度作用的分项系数

应分别取1.2、1.4、1.3和1.2;

2当永久荷载的效应起控制作用时,其分项系数

应取1.35;

3当永久荷载的效应对构件有利时,其分项系数

的取值应不大于1.0。

5.4.3可变作用的组合值系数应按下列规定采用:
1无地震作用组合且风荷载效应起控制作用时,风荷载组合值系数

应取1.0,温度荷载组合值系数

应取0.6;

2无地震作用组合且温度荷载效应起控制作用时,风荷载组合值系数

应取0.6,温度荷载组合值系数

应取1.0;

3无地震作用组合且永久荷载效应起控制作用时,风荷载组合值系数

和温度荷载组合值系数

均应取0.6;

4有地震作用组合且风荷载效应起控制作用时,风荷载组合值系数

应取0.2;否则应取0。

5.4.4幕墙构件的挠度验算时,仅考虑永久荷载、风荷载、温度荷载作用。风荷载分项系数

、永久荷载分项系数、温度荷载分项系数、张拉杆索结构中的预应力分项系数均应取1.0,且可不考虑作用组合。

条文说明5.4.1~5.4.3  作用在幕墙上的风荷载、地震作用都是可变作用,同时达到最大值的可能性很小。例如最大风压按50年一遇最大值考虑;地震作用按约50年一遇的众值烈度考虑。因此,在进行效应组合时,第一个可变作用的效应按100%考虑(组合值系数取1.0),第二个可变作用的效应可进行适当折减(乘以小于1.0的组合值系数)。
在重力荷载、风荷载、地震作用下,幕墙构件产生的内力(应力)应按基本组合进行承载力极限状态设计,求得内力(应力)的设计值,以最不利的组合作为设计的依据。作用效应组合时的分项系数按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50011和《建筑抗震设计规范》GB50009的规定采用。
在现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011中规定,当地震作用与风荷载同时考虑时,风的组合值系数取为0.2。由于幕墙暴露在室外,受风荷载影响较为显著,风荷载作用效应比地震作用效应大,应作为第一可变作用,其组合值系数一般取1.0。地震作用作为第二个可变荷载时,现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50011和《建筑抗震设计规范》GB50009,都没有规定确切的组合值系数;考虑到幕墙工程中地震作用效应一般不起控制作用,同时考虑到幕墙结构设计的安全性,本规范规定其组合值系数取0.2。
结构的自重是永久作用,所有的基本组合工况中都必须包括这一项。当重力荷载的效应起控制作用时,其分项系数应取1.35,但参与组合的可变作用仅限于竖向荷载,且应考虑相应的组合值系数。对一般幕墙构件,当重力荷载的效应起控制作用时(取1.35),可不考虑风荷载和地震作用;对水平倒挂面板及其框架,风荷载是主要竖向可变荷载,此时,风荷载的组合值系数取0.6,与《建筑结构荷载规范》GB50009的规定一致。当重力荷载作用对结构设计有利时,其分项系数应取不大于1.0。
我国是多地震国家,抗震设防烈度6度以上的地区占中国国土面积70%以上,绝大多数的大、中城市都考虑抗震设防。对于有抗震要求的幕墙,风荷载和地震作用都应考虑。
因为本规范仅考虑竖向幕墙和与水平面夹角大于75度、小于90度的斜建筑幕墙,且其抗震设防烈度不大于8度,所以,可不考虑竖向地震作用效应的计算和组合。对于大跨度的雨篷、通廊、采光顶等结构设计,应符合国家现行有关标准的规定或进行专门研究。
按照以上说明,幕墙结构构件承载力设计中,理论上可考虑下列典型组合工况:
1.
2.
3.
4.
5.(风荷载与重力作用同向)
6.

(风荷载向与重力作用反向)

7.

以上组合工况中,

分别代表重力荷载、风荷载、地震作用标准值产生的应力或内力。对不同的幕墙构件应采用不同的组合工况,如第5、6项一般仅用于水平倒挂幕墙的设计。另外,作用效应组合时,应注意各种作用效应的方向,不同方向的作用效应一般不进行组合。

5.4.4 根据幕墙构件的受力和变形特征,正常使用状态下,其构件的变形或挠度验算时,一般不考虑不同作用效应的组合。因地震作用效应相对风荷载作用效应较小,不必单独进行地震作用下结构的变形验算。在风荷载或重力荷载作用下,幕墙构件的挠度应符合挠度限值要求,且计算挠度时,作用分项系数应取1.0。
二.  JGJ102-201*《玻璃幕墙工程技术规范》
5.4.1当作用和作用效应可按线性关系考虑时,幕墙构件承载力极限状态设计的作用效应组合应符合下列规定:
1  持久设计状况、短暂设计状况

(5.4.1-1)

2 地震设计状况

(5.4.1-2)

对张拉索杆体系,效应组合的设计值尚应包含预加应力产生的效应。预应力效应分项系数:当预应力作用对结构有利时取1.0;对结构不利时应取1.2。
5.4.2进行幕墙构件的承载力设计时,作用分项系数应按下列规定取值:
1一般情况下,永久荷载、风荷载、地震作用、温度作用的分项系数

应分别取1.2、1.4、1.3和1.4;

2当永久荷载的效应起控制作用时,其分项系数

应取1.35;

3当永久荷载的效应对构件有利时,其分项系数

的取值应不大于1.0。

5.4.3可变作用的组合值系数应按下列规定采用:
1无地震作用组合且风荷载效应起控制作用时,风荷载组合值系数

应取1.0,温度荷载组合值系数

应取0.6;

2无地震作用组合且温度荷载效应起控制作用时,风荷载组合值系数

应取0.6,温度荷载组合值系数

应取1.0;

3无地震作用组合且永久荷载效应起控制作用时,风荷载组合值系数

和温度荷载组合值系数

均应取0.6;

4有地震作用组合且风荷载效应起控制作用时,风荷载组合值系数

应取0.2;否则应取0。

5.4.4幕墙构件的挠度验算时,仅考虑永久荷载、风荷载、温度荷载作用。风荷载分项系数

、永久荷载分项系数

、温度荷载分项系数

、张拉索杆结构中的预应力分项系数均应取1.0,且可不考虑作用组合。

条文说明5.4.1~5.4.3 本规程第5.1.3条已规定需考虑重力荷载、风荷载、地震作用。对于隐框幕墙的硅酮结构密封胶、未采用沿纵向滑动连接构造做法的支承结构尚应考虑温度作用的影响。
在重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用下,幕墙构件产生的内力(应力)应按基本组合进行承载力极限状态设计,求得内力(应力)的设计值,以最不利的组合作为设计的依据。作用效应组合时的分项系数按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50011和《建筑抗震设计规范》GB 50009的规定采用。
非地震作用时,风荷载、温度荷载均为可变荷载。两种可变作用同时达到最大值的可能性很小。因此,在进行效应组合时,第一个可变作用的效应应按100%考虑(组合值系数取1.0),第二个可变作用的效应可进行适当折减(组合值系数小于1.0)。
地震作用时,在现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011中规定,当地震参与组合时,地震作用的组合值系数取1.0、风荷载起主导作用的建筑风荷载的组合值系数

取0.2。为保持和《建筑抗震设计规范》GB 50011编写的统一性,本规程规定:有地震作用组合且风荷载效应起控制作用时,风荷载组合值系数取0.2。

结构的自重是经常作用的永久荷载,所有的基本组合工况中都必须包括这一项。当永久荷载(重力荷载)的效应起主导作用时,其分项系数

应取1.35,同时所有可变作用均应考虑相应的组合值系数。当永久荷载作用对结构设计有利时,其分项系数

应取不大于1.0。

对于竖向幕墙和与水平面夹角大于75度、小于90度的斜玻璃幕墙,可不考虑竖向地震作用效应的计算和组合。对于大跨度的玻璃雨篷、通廊、采光顶等结构设计,应符合国家现行有关标准的规定或进行专门研究,同时应考虑竖向地震作用影响。
按照以上说明,幕墙结构构件承载力设计中,理论上可考虑下列典型组合工况:
无地震作用组合时:
(1)1.2G+1.0×1.4W+0.6×1.2T
(2)1.0G+1.0×1.4W+0.6×1.2T
(3)1.2G+0.6×1.4W+1.0×1.2T
(4)1.0G+0.6×1.4W+1.0×1.2T
(5)1.35G+0.6×1.0W(风荷载向下)+0.6×1.0T
有地震作用组合时:
(1)1.2G+1.0×1.3E +0.2×1.4W
(2)1.0G+1.0×1.3E +0.2×1.4W(风荷载向上、地震荷载向上)
以上组合工况中,

、T分别代表重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用标准值产生的应力或内力。风荷载、地震、温度作用均可正可负,作用效应组合时,应考虑使得荷载效应向不利方向发展来确定荷载作用的正负号值。

预应力作用的分项系数取值参照国家行业标准《索结构技术规程》JGJ 257的规定采用。
5.4.4 根据幕墙构件的受力和变形特征,正常使用状态下,其构件的变形或挠度验算时,一般不考虑不同作用效应的组合。因地震作效应用相对风荷载作用效应较小,不必单独进行地震作用下结构的变形验算。在风荷载或永久荷载作用下,幕墙构件的挠度应符合挠度限值要求,且计算挠度时,作用分项系数应取1.0。
三. JGJ102-201*荷载组合的结果,qE+0.2 W均小于W(只有30mm花岗石0.3 g时1590>1400),起控制作用的是W,这样qE+0.2W形同虚设。对非结构构件的地震作用GB50011-2010第13章规定如下:
13.2.3      采用等效侧力法时,水平地震作用标准值宜按下列公式计算:  F=γηξ1ξ2αmaxG  (13.2.3)
13.2.5     非结构构件的地震作用效应(包括自身重力产生的效应和支座相对位移产生的效应)和其他荷
载效应的基本组合按本规范的有关规定计算;幕墙需计算地震作用效应与风荷载效应的组合;-----
13.2.5的规定可理解为:“幕墙地震作用效应与风荷载效应的组合不按5.4节执行,而由专门规范另行规定组合原则。”我感觉还是采用JGJ102-2003的规定:1.0W+0.5 qE。他实施以来已广大人们接受。
(GB50011-2001为“应按本规范第5.4节的规定计算”)GB50011-2010第5.4.1条  “-------ψw—风荷载组合系数,一般结构取0.0,风荷载起控制作用的建筑应采用0.2。表5.4.1γEh取1.3。”
将一些qE+0.2 W计算结果附上供参考。
10mm玻璃  GK=256N/m2
12+12mm夹层玻璃   GK=256N/m2
30mm花岗石  GK=280N/m2
5.3 屋面活荷载
5.3.1房屋建筑的屋面,其水平投影面上的屋面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数的取值,不应小于表5.3.1的规定。
注:1 不上人的屋面,当施工或维修荷载较大时,应按实际情况采用;对不同结构应按有关设计规范的规定采用,但不得低于O.3kN/m2;
2上人的屋面,当兼作其他用途时,应按相应楼面活荷载采用;
3对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载,应采取构造措施加以防止;必要时,应按积水的可能深度确定屋面活荷载;
4屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。
条文说明5.3.1作为强制性条文,本次修订明确规定表5.3.1中列入的屋面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数为设计时必须遵守的最低标准。
对不上人的屋面均布活荷载,以往规范的规定是考虑在使用阶段作为维修时所必需的荷载,因而取值较低,统一规定为0.3 kN/m2。后来在屋面结构上,尤其是钢筋混凝土屋面上,出现了较多的事故,原因无非是屋面超重、超载或施工质量偏低。特别对无雪地区,当按过低的屋面活荷载设计,就更容易发生质量事故。因此,为了进一步提高屋面结构的可靠度,在GBJ 9-87中将不上人的钢筋混凝土屋面活荷载提高到0.5 kN/m2。根据原颁布的GBJ 68-84,对永久荷载和可变荷载分别采用不同的荷载分项系数以后,荷载以自重为主的屋面结构可靠度相对又有所下降。为此,GBJ 9-87有区别地适当提高其屋面活荷载的值为0.7 kN/m2。
GB50009-2001修订时,补充了以恒载控制的不利组合式,而屋面活荷载中主要考虑的仅是施工或维修荷载,故将原规范项次1中对重屋盖结构附加的荷载值0.2kN/m2取消.也不再区分屋面性质,统一取为0.5 kN/m2。但在不同材料的结构设计规范中,当出于设计方面的历史经验而有必要改变屋面荷载的取值时,可由该结构设计规范自行规定,但不得低于0.3 kN/m2。
关于屋顶花园和直升机停机坪的荷载是参照国内设计经验和国外规范有关内容而增添的。
本次修订增加了屋顶运动场地的活荷载标准值。随着城市建设的发展,人民的物质文化生活水平不断提高,受到土地资源的限制,出现了屋面作为运动场地的情况。在本次修订中新增屋顶运动场活荷载的内容,参照体育馆的运动场,屋顶运动场地的活荷载值为4.0kN/㎡。
5.3.3  不上人的屋面均布活荷载,可不与雪荷载和风荷载同时组合。
5.5 施工和检修荷载及栏杆荷载
5.5.1施工和检修荷载应按下规定采用:
1  设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、悬挑雨篷和预制小梁时,施工或检修集中荷载(人和小工具的自重)不应小于1.0kN,并应在最不利位置处进行验算。
2  对于轻型构件或较宽构件,应按实际情况验算,或应加垫板、支撑等临时设施;
3  当计算挑檐、悬挑雨篷承载力时,应沿板宽每隔1.0m取一个集中荷载;在验算挑檐、悬挑雨篷倾覆时,应沿板宽每隔2.5~3.0m取一个集中荷载。
条文说明5.5.1设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小粱时,除了按第3.3.1条单独考虑屋面均布活荷载外,还应另外验算在施工、检修时可能出现在最不利位置上,由人和工具自重形成的集中荷载。对于宽度较大的挑檐和雨篷,在验算其承载力时,为偏于安全,可沿其宽度每隔1.0m考虑有一个集中荷载在验算其倾覆时,可根据实际可能的情况,增大集中荷载的间距,一般可取2.5~3.0m。
地下室顶板等部位在建造施工和使用维修时,往往需要运输、堆放大量建筑材料与施工机具,因施工超载引起建筑物楼板裂缝甚至破坏时有发生,应该引起设计与施工人员的重视。在进行首层地下室顶板设计时,施工活荷载一般不小于4.0kN/㎡,但可以根据情况扣除尚未施工的建筑地面做法与隔墙的自重,并在设计文件中给出相应的详细规定。
5.5.2楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆活荷载标准值,不应小于下列规定:
1 住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园,栏杆顶部的水平荷载应取1.0 kN/m;
2 学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场,栏杆顶部的水平荷载应取1.0 kN/m,竖向荷载应取1.2kN/m,水平荷载与竖向荷载应分别考虑。
条文说明5.5.2作为强制性条文,本次修订明确规定的栏杆活荷载的标准值为设计时必须遵守的最低标准。
本次修订时,考虑到楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆在紧急情况下对人身安全保护的重要作用,将住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园等的栏杆顶部水平荷载从0.5kN/m提高至1.0kN/m。对学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场等的栏杆,增加竖向荷载1.2kN/m。参照《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ 77—98)对桥上人行道栏杆的规定,计算桥上人行道栏杆时,作用在栏杆扶手上的竖向活荷载采用1.2kN/m,水平向外活荷载采用1.0kN/m。两者应分别考虑,不应同时作用。
5.5.3施工荷载、检修荷载及栏杆荷载的组合值系数应取0.7,频遇值系数应取0.5,准永久值系数应取0。
7 雪 荷 载
2.1.22基本雪压reference snow pressure
雪荷载的基准压力,一般按当地空旷平坦地面上积雪自重的观测数据,经概率统计得出50一遇最大值确定。
7.1 雪荷载标准值及基本雪压
7.1.1屋面水平投影面上的雪荷载标准值,应按下式计算:
式中 S k ——雪荷载标准值(kN/m2);
μr——屋面积雪分布系数;
S0 ——基本雪压(kN/m2)。
7.1.2 基本雪压应按本规范规定的方法确定的50年重现期的雪压采用;对雪荷载敏感的结构,应采用100年重现期的雪压。
条文说明7.1.2基本雪压s0是根据全国672个地点的基本气象台(站)的最大雪压或雪深资料,经统计得到的50年一遇最大雪压,即重现期为50年的最大雪压,以此规定当地的基本雪压。
本次修订在原规范数据的基础上,补充了全国各台站自1995年至2008年的年极值雪压数据,进行了基本雪压的重新统计。根据统计结果,新疆和东北部分地区的基本雪压变化较大,如新疆的阿勒泰基本雪压由1.25增加到1.65,伊宁由1.0增加到1.4,黑龙江的虎林由0.7增加到1.4。近几年西北、东北及华北地区出现了历史少见的大雪天气,大跨轻质屋盖结构工程因雪灾遭受破坏的事件时有发生,应引起设计人员的足够重视。
本次修订将本规范附录E表E.5中50年重现期的基本雪压值用黑体表示,与本强条配套使用。
我国大部分气象台(站)收集的都是雪深数据,而相应的积雪密度数据又不齐全。在统计中,当缺乏平行观测的积雪密度时,均以当地的平均密度来估算雪压值。
各地区的积雪的平均密度按下述取用:东北及新疆北部地区的平均密度取150 kg/m3;华北及西北地区取130 kg/m3,其中青海取120 kg/m3;淮河、秦岭以南地区一般取150 kg/m3,其中江西、浙江取200 kg/m3。
年最大雪压的概率分布统一按极值I型考虑,具体计算可按附录E的规定。在制订我国基本雪压分布图时,应考虑如下特点:
(1) 新疆北部是我国突出的雪压高值区。该区由于冬季受北冰洋南侵的冷湿气流影响,雪量丰富,且阿尔泰山、天山等山脉对气流有阻滞和抬升作用,更利于降雪。加上温度低,积雪可以保持整个冬季不融化,新雪覆老雪,形成了特大雪压。在阿尔泰山区域雪压值达1kN/m2。
(2) 东北地区由于气旋活动频繁,并有山脉对气流的抬升作用,冬季多降雪天气,同时因气温低,更有利于积雪。因此大兴安岭及长白山区是我国又一个雪压高值区。黑龙江省北部和吉林省东部的广泛地区,雪压值可达0.7kN/m2以上。但是吉林西部和辽宁北部地区,因地处大兴安岭的东南背风坡,气流有下沉作用,不易降雪,积雪不多,雪压仅在0.2kN/m2左右。
(3) 长江中下游及淮河流域是我国稍南地区的一个雪压高值区。该地区冬季积雪情况不很稳定,有些年份一冬无积雪,而有些年份在某种天气条件下,例如寒潮南下,到此区后冷暖空气僵持,加上水汽充足,遇较低温度,即降下大雪,积雪很深,也带来雪灾。1955年元旦,江淮一带降大雪,南京雪深达1275px,正阳关达1300px,合肥达1000px。1961年元旦,浙江中部降大雪,东阳雪深达1375px,金华达1125px。江西北部以及湖南一些地点也会出现40~1250px以上的雪深。因此,这一地区不少地点雪压达0.40~0.50 kN/m2。但是这里的积雪期是较短的,短则1、2天,长则10来天。
(4) 川西、滇北山区的雪压也较高。因该区海拔高,温度低,湿度大,降雪较多而不易融化。但该区的河谷内,由于落差大,高度相对低和气流下沉增温作用,积雪就不多。
(5) 华北及西北大部地区,冬季温度虽低,但水汽不足,降水量较少,雪压也相应较小,一般为0.2~0.3 kN/m2。西北干旱地区,雪压在0.2kN/m2以下。该区内的燕山、太行山、祁连山等山脉,因有地形的影响,降雪稍多,雪压可在0.3kN/m2以上。
(6) 南岭、武夷山脉以南,冬季气温高,很少降雪,基本无积雪。
对雪荷载敏感的结构,例如轻型屋盖,考虑到雪荷载有时会远超过结构自重,此时仍采用雪荷载分项系数为1.40,屋盖结构的可靠度可能不够,因此对这种情况,建议将基本雪压适当提高,但这应由有关规范或标准作具体规定。
7.1.3 当城市或建设地点的基本雪压值在本规范附录E中没有给出时,基本雪压值可根据当地年最大雪压或雪深资料,按基本雪压定义,通过统计分析确定,分析时应按本规范附录E考虑样本数量的影响。当地没有雪压和雪深资料时,可根据附近地区规定的基本雪压或长期资料,通过气象和地形条件的对比分析确定;也可按本规范附录E中附图E.6.1全国基本雪压分布图近似确定。
7.1.4 山区的雪荷载应通过实际调查后确定。当无实测资料时,可按当地邻近空旷平坦地面的雪荷载值乘以系数1.2采用。
条文说明7.1.4对山区雪压未开展实测研究仍按原规范作一般性的分析估计。在无实测资料的情况下,规范建议比附近空旷地面的基本雪压增大20%采用。
7.1.5 雪荷载的组合值系数可取0.7;频遇值系数可取0.6;准永久值系数应按雪荷载分区I、Ⅱ和Ⅲ的不同,分别取0.5、0.2和0;雪荷载分区应按本规范附录E.5或附图E.6.2的规定采用。
E.1 基本雪压
E.1.1 在确定雪压时,观察场地应具有代表性。场地的代表性是指下述内容:
—观察场地周围的地形为空旷平坦;
—积雪的分布保持均匀;
—设计项目地点应在观察场地的地形范围内,或它们具有相同的地形。
对于积雪局部变异特别大的地区,以及高原地形的山区,应予以专门调查和特殊处理。
E.1.2 雪压是指单位水平面积上的雪重,单位以kN/m2计。当气象台站有雪压记录时,应直接采用雪压数据计算基本雪压;当无雪压记录时,可间接采用积雪深度,按下式计算雪压:

(E.1.2)

式中:

——积雪深度,指从积雪表面到地面的垂直深度(m);

——积雪密度(t/m3);
g——重力加速度,9.8 m/s2。

雪密度随积雪深度、积雪时间和当地的地理气候条件等因素的变化有较大幅度的变异,对于无雪压直接记录的台站,可按地区的平均雪密度计算雪压。
E.1.3 历年最大雪压数据按每年7月份到次年6月份间的最大雪压采用。
E.1.4 基本雪压按E.3中规定的方法计算。
E.3 雪压和风速的统计计算
E.3.1 对雪压和风速的年最大值x均采用极值I型的概率分布,其分布函数为:

式中 χ——年最大雪压或年最大风速样本;
u ——分布的位置参数,即其分布的众值;
α ——分布的尺度参数;
σ——样本的标准差。

E.3.2 当由有限样本的均值x和标准差s作为μ和σ 的近似估计时,分布参数u和α应按下列公式计算:
α=c1/σ1
u=x-C2/α
E.3.3  重现期为R的最大雪压和最大风速ΧR可 按下式确定:
ΧR= u-1/αln{ln[R/(R-1)]}
E.3.4 重现期为10年、50年和100年的雪压和风压值可按表D.5采用,其他重现期R的相应值可根据10年和100年的雪压和风压值按下式确定:

7.2 屋面积雪分布系数
7.2.1 屋面积雪分布系数应根据不同类别的屋面形式,按表7.2.1采用。
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