建筑结构荷载规范

钢结构基础

设计专项基础模块第六部分建筑结构荷载1建筑结构荷载本章讲述了建筑结构承受的各种作用，包括直接作用和间接作用。主要讲述了《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）中的各种荷载。讨论了荷载的分类，荷载代表值，各类荷载标准值的确定。本章提要本章内容1.1

荷载的分类1.2

荷载代表值1.3

永久荷载标准值1.4

楼面和屋面活荷载1.5

雪荷载1.6

风荷载1.1荷载的分类在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。例如结构自重、土压力、预应力等。永久荷载不随时间变化，长期作用在结构上，在结构上的作用位置也不变。1.1.1永久荷载1.1.2可变荷载在结构使用期间，其值随时间变化，且变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。可变荷载的大小随时间而变，作用位置可变，且像风荷载、吊车荷载等能引起结构振动，使结构产生加速度。1.1.3偶然荷载在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如爆炸力、撞击力等。1.2荷载代表值

《荷载规范》规定：对永久荷载应采用标准值作为代表值。对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。1.2.1荷载标准值

荷载标准值是荷载的基本代表值，指结构在使用期间可能出现的最大荷载值。荷载标准值统一由设计基准期（50年）最大荷载概率分布的某个分位值来确定，有永久荷载标准值（Gk)和可变荷载标准值（Qk）。1.2.2可变荷载组合值当结构同时承受两种或两种以上的可变荷载时，考虑到荷载同时达到最大值的可能性较小，因此除主导荷载（产生最大荷载效应的荷载）仍以其标准值为代表值外，对其它伴随荷载，可以将它们的标准值乘以一个小于或等于1的荷载组合系数作为代表值，称为可变荷载组合值，即1.2.3可变荷载频遇值

在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。它相当于在结构上时而或多次出现的较大荷载，但总是小于荷载的标准值。其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载频遇值系数：1.2.4可变荷载准永久值在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准值一半（可以理解为总持续时间不低于25年）的荷载值，也就是经常作用于结构上的可变荷载。其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载准永久值系数：1.3永久荷载标准值

永久荷载主要包括构件的自重、构造层的自重等。恒荷载的变异性不大，故其标准值可根据构件或构造层的设计尺寸和材料或构件的单位自重确定。常见材料和构件的单位自重见附表1。对于自重变异较大的材料和构件（如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件等），自重的标准值应根据对结构的不利状态，取上限值或下限值。1.4楼面和屋面活荷载

楼面活荷载是指作用在楼面上的人员、家具、设备等荷载。按楼面等效均布活荷载的确定方法，将实际荷载换算成为等效均布活荷载，再经统计分析后，确定活荷载的标准值。民用建筑楼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见表1.1。设计墙、柱及基础时应对各层楼面的楼面活荷载标准值进行折减。楼面活荷载折减系数见表1.2、表1.31.4.1民用建筑楼面均布活荷载表1.1民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数表1.2楼面活荷载折减系数表1.3活荷载按楼层数的折减系数墙、柱、基础计算截面以上的层数12~34~56~89~20＞20计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数1.00(0.900.850.700.650.600.551.4.2屋面均布活荷载屋面上的活荷载因“上人”和“不上人”而不同。上人的屋面承受人群和施工检修等荷载；不上人的屋面只承受施工检修时施工、检修人员以及堆料等重力。屋面均布活荷载见表1.4。表1.4屋面均布活荷载项次类别标准值(kN/m2)组合值系数ψc频遇值系数ψf准永久值系数ψq1不上人的屋面0.50.70.502上人的屋面2.00.70.50.43屋顶花园3.00.70.60.51.4.3施工和检修荷载及栏杆水平荷载设计屋面板、檩条，钢筋混凝土挑檐、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）应取1.0kN，并应在最不利位置处进行验算。

（1）对于轻型构件或较宽构件，当施工荷载超过上述值时，应按实际情况验算，或采用加垫板、支撑等临时设施承受。

（2）当计算挑檐、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、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔2.5~3.0m取一个集中荷载。

（3）楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶部水平荷载，应按下列规定采用：

①住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，应取0.5kN/m；

②学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取1.0kN/m。当采用荷载准永久组合时，可不考虑施工和检修荷载及栏杆水平荷载。1.4.4荷载动力系数结构受动力作用时，应将荷载增大，这个增大系数就叫荷载动力系数。建筑结构设计的动力计算，在有充分依据时，可将重物或设备的自重乘以动力系数后，按静力计算进行设计。搬运和装卸重物以及车辆起动和刹车时的动力系数，可采用表1.1~1.3，其动力荷载只传至楼板和梁。1.5雪荷载

雪荷载是指房屋上由积雪而产生的荷载。雪荷载是作用在屋面上的。《荷载规范》规定，屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：

基本雪压是雪荷载的基准压力，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年一遇最大值确定。屋面上的雪荷载标准值不等于基本雪压，而应将基本雪压乘以屋面积雪分布系数μr。屋面积雪分布系数μr的意义是基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。具体数值见表1.5。设计建筑结构及屋面的承重构件时，可按下列规定考虑积雪的分布情况：

①屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况考虑；

②屋架可分别按积雪全跨和半跨均匀分布的情况考虑；

③框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况考虑。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、0；雪荷载分区应按规范中的规定采用。表1.5屋面积雪分布系数μr

风荷载的大小与基本风压、风压高度变化系数、风荷载体型系数和风振系数有关。《荷载规范》规定，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：

（1）

当计算主要承重结构时

（2）

当计算围护结构时1.6风荷载1.6.1基本风压

基本风压是风荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密度，按公式w0=1/2pv02确定的风压值。基本风压可从《荷载规范》附录中查得。风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取0.6、0.4、0。1.6.2风压高度变化系数风速是随距地面的高度增加而增加的，故风压也是随离地面高度增加而增加的。风速随高度的变化规律主要取决于地面的粗糙程度。但当离地面450m以上时，风速即不受地面粗糙程度的影响，风压高度变化系数为常数。

地面粗糙度是指风在到达结构物以前吹越过2km范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状况的等级。规范将地面粗糙度分为A、B、C、D四类。

A类——指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

B类——指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；

C类——指有密集建筑群的城市市区；

D类——指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。1.6.3风荷载体型系数

风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与来流风压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。几种常见体型建筑物的风荷载体型系数见表1.6。表1.6常见建筑物的风荷载体型系数μs

1.6.4风振系数

《荷载规范》规定，以风振系数βz来描述动力反应的影响。规定对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，以及基本自振周期T1大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，应采用风振系数来描述风压脉动的影响，具体计算方法见规范。对于高度低于30m或高宽比小于1.5的房屋以及自振周期T1＜0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，取βz=1.0。一、抗震的基本知识震级：衡量一次地震释放能量大小的等级震级的测试方法：利用标准地震仪距离震中100公里处记录的以微米为单位的最大水平地面位移。基本烈度：一个地区的基本烈度是指该地区在今后50年期限内,在一般场地条件下可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度。地震烈度：地震时在一定地点振动的强烈程度。

一次地震，只有一个震级，而在不同的地区却有不同的烈度（12个）建筑抗震设防分类乙类建筑——丙类建筑——丁类建筑——甲类建筑——属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑属于甲、乙、丁类建筑以外的一般建筑属于抗震次要建筑抗震设防目标（三水准设防目标）第一水准：第二水准：第三水准：当遭受到多遇的低于本地区设防烈度的地震(简称小震)影响时，建筑一般应不受损坏或不需修理仍能继续使用。即“小震不坏”当遭受到本地区设防烈度影响时，建筑可能有一定的损坏，经一般修理或不经修理仍能继续使用。即“中震可修”当遭受到高于本地区设防烈度的罕遇地震(简称大震)时，建筑不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。即“大震不倒”建筑抗震设计方法（两阶段设计方法）第一阶段设计：第二阶段设计：按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力，以及在小震作用下验算结构的弹性变形以满足第一水准抗震设防目标在大震作用下验算结构的弹塑性变形以满足第三水准抗震设防目标以抗震构造措施来加以保证第二水准抗震设防目标的要求二、地震作用的计算方法建筑物由于地震而发生强迫震振动的过程中，作用在结构上的惯性力。由力学知：加速度反应谱曲线体系的加速度地震作用反应谱理论单质点弹性体系多质点弹性体系单质点弹性体系计算简图质点（单层房屋、水塔）惯性力位移最大加速度地面运动位移最大加速度加速度反应谱曲线（地震影响系数曲线）—P28设计特征周期与场地类别有关与设防烈度有关P29表2-10三、等效水平荷载计算方法底部剪力法振型分解反应谱方法弹性时程分析法1.8度地区Ⅰ、Ⅱ场地；2.7度地区，高度大于100m；3.8度地区Ⅲ、Ⅳ场地，高度大于80m；4.9度地区，高度大于60m。高度不超过40m，以剪切变形为主，刚度与质量沿高度分布比较均匀的建筑物一般高层建筑物用于下列建筑：1.底部剪力法FEK：结构总水平地震作用的标准值α1：相应于结构基本周期T1的α值Geq：结构等效总重力荷载代表值Gi：第i层重力荷载代表值(永久荷载与可变荷载的组合值）（底部剪力）1.底部剪力法Fi：作用在I质点上的水平地震作用标准值2.振型分解反应谱方法用集中质量法，把n层结构简化为n个质点组成的n

个自由度的体系，求得其振型。(1)第j振型，第i质点等效水平地震作用标准值:━相应于第j振型自振周期的地震影响系数━第j振型参与系数━第j振型第i质点的水平相对位移━集中于质点i的重力荷载代表值(2)求解结构水平地震效应用Fji分别求出第j个振型下结构的内力和位移