多层工业厂房可变荷载地震组合值系数的取值

1、多层工业厂房可变荷载地震组合值系数的取值博主按：本文发表于2010年4月的广东土木与建筑（CN44-1386/TU），是针对2008年 版抗规写的。现2010版抗规已颁布实施，但对本文的问题还是没有详细的规定,本文的建议仍 有实际参考价值。摘要：当多层工业厂房采用等效均布楼面活荷载计算重力荷载代表值时，现行建筑抗震设 计规范（GB50011-2001，2008年版）第5.1.3条中未明确规定对应的可变荷载地震组合值 系数WEC值。通过两个典型工程算例比较，发现WEC值对多层工业厂房地震作用计算结果 影响明显；讨论分析了多层工业厂房WEC的取值原则，提出了一些具体取值建议，可供多 层工业厂房抗震

2、设计参考。关键词：可变荷载地震组合值系数；地震作用；重力荷载代表值；抗震设计；多层工业厂房Discussions on Value of Live Load Seismic Combination Coefficient for Multi-storey Factory BuildingAbstract： The clause 5.1.3 of Code for Seismic Design of Building （GB50011-2001, 2008 version） has not specified live load seismic combination coefficient W

3、EC for multi -storey factory building. The paper presents two typical calculation ex amples to demonstrate the importance of WEC for seismic design of multi-storey factory building, discusses rational range of WEC. Recommendations on values of WEC under different circumstances are also provided, whi

4、ch can be reference for seismic design of multi-storey factory building.Keywords： live load seismic combination coefficient； seismic impact； gravity load representative value； seismic design； multi-storey factory building0引言许多结构工程师在设计多层工业厂房时，直接采用了设计软件中可变荷载地震组合值系数 （下文用符号“WEC”表示）的默认值进行结构分析，WEC默认值一般为0.

5、5,实际上只适 用于一般民用建筑。抗震规范1第5.1.3条没有明确规定多层工业厂房的等效均布楼面活荷 载WEC值，仅在附录G.0.2提出对多层钢结构厂房“应根据行业的特点，对楼面检修荷载、 成品或原料堆积楼面荷载、设备和料斗及管道内的物料等，采用相应的组合值系数”。参考有关文献，混凝土规范算例2中“框架结构算例一”（某轻工工厂的生产综合楼）取 WEC=0.8；抗震设计手册3指出，多层工业厂房可取大于一般民用建筑的WEC值，但该手册 也没有给出具体的取值建议。为此通过两个典型工程算例比较了 WEC值对地震作用计算结果的影响，讨论分析多层工业 厂房WEC的取值原则，提出了一些具体取值建议。1 工程

6、算例1.1算例1（某四层工业厂房）某商品性通用工业厂房位于广州市番禺区，现浇钢筋混凝土框架结构，其建筑平面如图1所示，共4层。基本风压0.6kN/m2,地面粗糙类别B类；安全等级为二级，结构重要性系 数Y 0=1.0；按丙类进行抗震设防，抗震设防烈度7度，地震分组第1组，基本加速度值0.1g， 场地类别为III类，场地特征周期0.45s。建设单位拟在建成后将厂房出租，故设计时生产工艺情况不明，只能按建设单位要求取14 层楼面等效均布活荷载10kN/m2，另外上人天面均布活荷载2kN/m2、不上人梯屋天面均布 活荷载0.5kN/m2。图1某四层厂房平面图以变形缝右侧的结构单兀为例，考虑非承重填充

7、墙数量较少而取周期折减系数WT=0.90 ；在其他条件不变情况下改变WEC值， 总于表1。采用PKPM系列软件SATWE进行计算，主要计算结果汇表1不同甲EC值对应的主要计算结果(某四层厂房)活载CQC法X向心CQC法Y向. 恒载产产生结构的第一振地震作用下JQ震作用甲厂 生的总的总总质量型振动的首层剪力地震作用EC皿下的首层质量(t)质量(t)(t)周期(kN)剪力(kN)1098.1468.50.53232.74331.21.08611523.460.63232.71318.34550.91.11101519.41582.50.73232.71538.04770.71.13551569.0

8、1640.50.83232.71757.74990.41.15941617.41697.40.93232.71977.45210.11.18291664.81753.21.03232.72197.15429.81.20601711.11808.01.2算例2 (某五层宿舍)某宿舍与算例1位于同一厂区，建筑平面如图2所示，共5层。15层楼面等效均布活荷载 2kN/m2, WT=0.60，其余条件同算例1。主要计算结果汇总于表2。图2 某五层宿舍平面图表2不同甲EC值对应的主要计算结果(某五层宿舍)甲EC恒载产生的总质量(t)活载产生 的总 质量(t)结构的总质量(t)第一振 型振动 周期CQC

9、法 X向地震作 用下的首 层剪力(kN)CQC 法 Y向地震作 用下的首 层剪力(kN)0.54284.2362.24646.41.01511825.72215.10.64284.2434.74718.91.02371842.52235.30.74284.2507.14791.31.03221859.32255.50.84284.2579.64863.71.04061875.92275.50.94284.2652.04936.21.04891892.52295.31.04284.2724.45008.61.05721908.92315.12 W EC值对地震作用计算结果的影响地震作用是惯性力，

10、与发生地震时结构的有效质量(即抗震规范1 中的“重力荷载代表值”) 直接相关。讨论WEC值的大小，实际上是研究抗震计算时楼面等效均布活荷载标准值中有 多少的比例应该计入结构的有效质量。因为可变荷载具有较大的时间变异性，当地震发生时， 楼面等效均布活荷载达到其最大值(标准值)的概率极小。因此等效均布活荷载标准值所形 成的质量应乘以WEC （W1 ）予以折减，在加上恒载形成的质量，作为结构的有效质量。WEC值是计算结构自振周期、地震作用标准值和结构构件地震作用的基本组合等抗震计算的 重要参数。从算例计算结果可见，随着WEC值增大，结构总质量相应增大，结构刚度不变， 结构自振周期变长，总体地震作用都

11、有所增加。但WEC值对一般民用建筑和多层工业厂房 的影响程度明显不同：（1）一般民用建筑的等效均布楼面活荷载标准值较小，同时宿舍、住宅等有较多填充墙， 恒载占结构总质量的绝大部分，可变荷载参与结构总质量的比例对地震作用的计算结果影响 不大。算例2中WEC值从0.5增大至1.0，结构的总质量仅增加了 7.79%，周期仅延长了 4.15%， 首层地震剪力仅增加了 4.56%（X向）和4.51%（Y向）。（2）多层工业厂房的等效均布楼面活荷载标准值一般较大、填充墙比较少，恒载和未折减 的活荷载（WEC=1）占结构总质量的比例相当，可变荷载参与结构总质量的比例对地震作用 计算结果影响较大。从表1可见，

12、WEC值从0.5增大至1.0，结构的总质量增加了 25.36%， 周期延长了 11.04%，首层地震剪力增加了 16.52%（X向）和18.69%（Y向）。由于规范没有相关规定，多层工业厂房结构设计中WEC的取值比较随意，过低的WEC值将 造成多层工业厂房地震作用计算结果偏小、抗震安全度不足。建议抗震规范1修订时补充 WEC的取值指引，使设计工作有章可循。3多层工业厂房WEC的取值原则3.1应优先按楼面活荷载的实际情况计算重力荷载代表值多层工业厂房楼面活荷载与生产工艺密切相关。当工艺明确、资料齐备时，生产使用或安装 检修时设备、管道、运输工具等所产生的荷载大小、位置都是确定的。这些都属于持久性

13、可 变荷载，在设计基准期内除非厂方改变了生产工艺、或者用于出租的厂房更换了租赁方，否 则一般变化不大。对这类情况应按实际楼面活荷载大小直接计算重力荷载代表值，此时 WEC=1.0。除上述持久性可变荷载外，多层工业厂房楼面还有临时性可变荷载，如无设备区域的操作荷 载（包括操作人员、一般工具、零星原料和成品的自重等），属于楼面上偶尔出现短期荷载， 其大小和位置随时间显著变化，难以精准确定，只能按等效均布活荷载考虑。此类可变荷载 的WEC值可参考下节的原则来确定。3.2采用等效均布楼面活荷载来计算重力荷载代表值时WEC的合理取值范围当实际楼面活荷载的资料不足而一时又难以获得时，只能采用等效均布楼面活

14、荷载来计算重 力荷载代表值。等效均布活荷载在一般情况下仅按内力等值的原则来确定，不能直接反映实 际楼面活荷载的大小。此时应结合工程经验经分析判断确定WEC值。WEC取值下限荷载规范中准永久值是持久性可变荷载的代表值，在设计基准期50年内可变荷载达到和 超过该值的总持续时间为25年，其作用被认为与恒载相当。因此可认为发生地震时楼面可 变荷载准永久值的遇合概率几乎是100%，除非厂房刚好处于空置的状态。故建议多层工业 厂房WEC值的下限是荷载规范中的准永久系数（下文用符号“Wq”表示），WEC3Wq。 对算例1中的商品性通用多层厂房，参考广东省荷载规定5Wq=0.8，相应WEC30.8。另外 对照

15、荷载规范第4.2.3条中Wq30.6的规定，多层工业厂房的WEC值不宜小于0.7，任何 情况下不应小于0.6。WEC取值上限荷载规范提供了可变荷载组合系数（下文用符号“WC”表示），用于考虑两种或两种以上 普通可变荷载同时作用于结构时的组合问题。地震作用特点是在设计基准期内不一定出现、 而一旦出现其量值可能很大（尤其是罕遇地震），其时间变异性与普通可变荷载有很大的区 别。因此笔者认为不宜以荷载规范中的 此 作为WEC的取值上限，而且WEC的取值上限 应小于WC。可变荷载频遇值是设计基准期50年内荷载达到和超过该值的总持续时间小于5年的荷载代 表值，可以认为地震发生时可变荷载频遇值的遇合概率比较

16、大。对照荷载规范4表4.1.1频 遇值系数（下文用符号“W”表示）和抗震规范1 表5.1.3WEC值，一般民用建筑大体满足 Wq W WECWWf的规律，从实用角度建议多层工业厂房WEC的取值上限为Wf。4结论建议（1）建议抗震规范1修订时，对多层工业厂房采用等效均布楼面活荷载计算重力荷载代表 值的情况，补充WEC的取值规定。（2）工艺明确、资料齐备的多层工业厂房，应按实际楼面活荷载大小来计算重力荷载代表 值，WEC=1.0。（3）当采用等效均布活荷载计算重力荷载代表值时，建议WEC值的下限是荷载规范中的 准永久系数Wq，上限为频遇值系数Wf，即WqWWECWWf。具体建议如下：1）对荷载规范

17、附录C所列的6类工业厂房，可直接参考其Wf和Wq值来确定WEC取值 范围；对厂区内配套的多层仓库，可根据储存物质的类型、参考荷载设计手册6附录二的Wq 值来确定WEC取值范围；2）对商品性通用多层厂房，建议取WEC30.8 ；对商品性通用厂房配套的多层仓库，其可变 荷载在地震时遇合概率比厂房大，建议其WEC值比厂区内其他厂房增加0.1，但调整后不宜 大于0.95；3）多层工业厂房的WEC值不宜小于0.7，任何情况下不应小于0.6。参考文献：中华人民共和国建设部.GB50011-2001 （2008年版）建筑抗震设计规范M.北京： 中国建筑工业出版社，2008.混凝土结构设计规范算例编委会.混凝

18、土结构设计规范算例M.北京：中国建 筑工业出版社，2003.龚思礼.建筑抗震设计手册（第二版）M.北京：中国建筑工业出版社，2002中华人民共和国建设部.GB50009-2001 （2006年版）建筑结构荷载规范M.北京：中国建筑工业出版社，2006.广东省建设委员会.DBJ15-2-90建筑结构荷载规范M.广州：1990.陈基发，沙志国.建筑结构荷载设计手册（第二版）M.北京：中国建筑工业出版 社，2004.张军.重力荷载代表值的相关计算及应用J.建筑结构技术通讯，2007年7月：1-2，9.工业建筑楼面均布活荷载应分三次输入电算程序讨论工业建筑楼面均布活荷载，应分三次输入电算程序进行计算，

19、然后对 三次电算结果进行选择，选取符合设计规范的结果用于工程设计，以 避免楼面活荷载选用过大而带来的浪费。一般的民用建筑，楼面均布 活荷载，在规范中只列出一个值，例如办公楼，只列出活荷载标准值 2.0 kN/m2。至于活荷载在传递过程中的折减，在规范中已有明确的 折减系数，这些折减系数也反映在电算过程中。因此，电算时只要将 活荷2.0 kN/m2输入程序中，电算的结果就是所需要的正确结果，所 以民用建筑的结构，只要一次电算就能完成（至于优化设计多算几次 则另当别论）。工业建筑的楼面均布活荷载，它的特点是没有民用建 筑楼面活荷载的折减系数，活荷载在传递过程中的折减，是以楼面均 布活荷载在板、次梁

20、、主梁的不同标准值中直接表达出来的。例如 2006版的建筑结构荷载规范GB50009-2002中表C.0.1，以序号1 的一类金工车间为例（板跨N1.2m、次梁间距N1.2m），楼面均布活 荷载有三个标准值，即板22.0 kN/m2，次梁14.0 kN/m2，主梁 9.0 kN/m2。这就是说，计算板、次梁、主梁时所用的楼面活荷载是 不一样的，不能只用一个板的楼面活荷载22.0 kN/m2 一算到底，这 将导致很大的浪费。但一般的民用建筑的结构电算程序一次只能输入 一个活荷载，因此，正确的做法应该是分三次输入楼面活荷载值。在 本例中，第一次输入22.0 kN/m2,只取结构电算结果中板的有关数

21、 据，作为楼板的设计依据，此次电算的次梁和主梁的结果，由于偏大， 一律不要。第二次输入14.0 kN/m2,只取结构电算结果中次梁的有 关数据作为次梁的设计依据，其余板和主梁的电算结果，对于板来说 不够安全，对于主梁仍偏大，因此两者都不要。同理，第三次输入 9.0 kN/m2,只取结构电算结果中主梁、柱（墙）、基础的有关数据 作为主梁、柱（墙）、基础的设计依据，而此次电算的板和次梁的结 果都偏小，不能取用。经过以上将不同的楼面活荷载分三次输入电算 程序后，对板、次梁、主梁所选取的结果才是符合规范要求的。长期 以来，工业建筑楼面活荷载是由设计院的工艺设计人员以“土建要求” 的方式提供给土建设计人

22、员的，往往是一个房间只提供一个数值，这 样做对于民用建筑的楼面活荷载来说是可行的，但对于工业建筑来说 就不够了。其后果是土建设计人员只好将这一个数据从楼板至基础一 传到底而不折减，往往造成工程设计的浪费。今后如果仍然由工艺设 计人员向土建设计人员提供楼面活荷载值的话，为了避免工作中的失 误，建议工艺设计人员应与土建设计人员一起共同对工程中房间的名 称，按照2006版的建筑结构荷载规范GB50009-2002中表 C.0.1 C.0.6核对，先把房间名称搞准确后，然后再按表 C.0.1C.0.6准确确定板、次梁、主梁的楼面活荷载的标准值，最后 再按此结果进行分三次输入的电算工作。计算地震作用时，

23、工业建筑的活荷载组合值系数取值今天被问的问题：12层，建筑高度60m,轻工厂房，计算地震作用时，一般轻 工厂房（活载为6kN/m2）的活荷载组合值系数取0.7足够未？建筑抗震设计规范GB50011-2010第5.1.3条（强制性条文）：计算地震作用 时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值 之和。各可变荷载的组合值系数，应按表5.1.琛用。表5,1.3组合值系数可变荷载种类组合值系数雪荷载0.5屋面积灰荷载0.5屋面活荷载不计入按实际情况计算的楼面活荷载1.0按等效均布荷载计算的藏书库、档案库0.8楼面活荷载其他民用建筑0.5起重机悬吊物重力硬钩吊车0.3软钩吊车不

24、计入注：硬钩吊车的吊重较大时，组合值系数应按实际情况采用。高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010第4.3.6条：计算地震作用时，建筑 结构的重力荷载代表值应取永久荷载标准值和可变荷载组合值之和。可变荷载的 组合值系数应按下列规定采用：1雪荷载取0.5；2楼面活荷载按实际情况计算时取1.0；按等效均布活荷载计算时，藏书库、档 案库、库房取0.8, 一般民用建筑取0.5。根据建筑结构荷载规范GB50009-2001（2006年版）第4.1.1条，一般藏书库、 档案库、储藏室的楼面活荷载标准值为5.0KN/m2,密集柜书库为12.0。根据全 国民用建筑工程设计技术措施结构（结构体系）（2009

25、年版）附录F，商业库 房楼地面活荷载标准值为1080KN/m2，物资库房楼地面活荷载标准值为4.035.0KN/m2。可见无论是抗规还是高规，等效均布活荷载4.0KN/m2时组合值系数取0.8，活 荷载 V4.0KN/m2 时取 0.5。对于工业建筑，规范未予以明确。但可以根据其楼面等效均布活荷载标准值的大 小参考取值。对于楼面活荷载为6KN/m2的工业厂房，计算地震作用时，活荷载 的组合值系数取0.8比较妥当。附带的问题是：多层层数比较少，按0.8取就算了（对含钢量影响较小），高层 可以取0.7吗？ Deer认为从抗震设计的概念来说，层数越多或者活荷载数值越大， 与地震作用耦合的可能性越大，

26、更不应该降低标准。再论PKPM中的重力荷载代表值系数与活荷载质量折减系 数2012-04-09 18:34:58|分类：PKPM专区|标签：|字号大中小订阅看了 2010版PKPM的说明，终于大概知道老版本（如2005版）PKPM中“重力荷载代表值系数”与“活荷载质量折减系 数”这两个概念的用意，“活荷载质量折减系数”用于地震作用计算，实际对应抗规5.1.3条计算重力荷载代表值时的“可 变荷载的组合值系数”，而“重力荷载代表值系数”用于地震验算，对应于抗规5.4.1条文说明2中的“抗震验算中作用 组合值系数”，而该条文说明还指出“本规范继续沿用78规范在验算和计算地震作用时（除吊车悬吊重力外）

27、对重力荷载均 采用相同的组合值系数的规定，可简化计算，并避免有两种不同的组合值系数。”即规范在地震作用计算和地震验算时， 为简化计算，采用相同的组合值系数。基于此点，在2010版PKPM中已将老版本在“地震信息”输入界面中用到的“活荷 载质量折减系数”以及在“荷载组合”输入信息中用到的“重力荷载代表值系数”分别称为“活载重力荷载代表值组合系数”和 “活载重力代表值系数”，并在2010版的说明中指出“这两处系数含义不同，但取值应相同。”、“当地震信息页中修改 了活荷重力代表值组合系数时，荷载组合页中活荷重力代表值系数将联动改变。”PKPM老版本“重力荷载代表值系数“与”活荷载质量折减系数”输入界

28、面:设计信息削筋信息荷载组合！地下室信息！砌体结构I总信息|风荷载皓息 地需信息 清荷隋息！调篷信息|结构规则性信息-L规则本规则考虑偶建偏心 考虑戏向地震作用没计地震滂目- r - r -设防烈度(0.05g-J场地类别|口上海二1框架抗需等皱|特级二J 觐力墙抗焉等级| 口特织二J计箕振型个数结构的强尼比稣s特征周期T诺.物0.9多遇抛震黝向系救最大值顼4-按中震域大震)不屈月艮做结构设罕遇地再费.响系数最大值斜支抗仰1力构件方向附加地震数口相应角度度帮助2010版PKPM已在“地震信息”和“荷载组合”输入信息界面分别改用“活载重力荷载代表值组合系数”和“活载重力代表值系数”三、地震信息X向福嗣隔蛙麻心Y罔相酣富蛆咐计苴振图慢瓯重身就免祀我值沮隆来敖密甬既比匮停瞒胴T秒7旭春耕向虽数是方恒甬坤说沥葡师&瞬F 他匍度愆八、荷载组合2010版PKPM对“活载重力荷载代表值组合系数”和“活载重力代表值系数”的说明:W）活荷重力荷载代表值组含系教竺壁顼字地喉作用时-尊力荷载代表值取恒载的标箜与活载丝值之 和于亲商的可更看蓦其酢膏值系数奇靡不同，用声奇在此处修改序缺看盾为在WMASS文件中“各层的质量、质心坐标信息”项中输出的“活载产生的总质量 为组合值