齊麟　張楊　孟慶鉑??

摘要：

土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計以實際工程為背景，根據(jù)設(shè)計條件按照專業(yè)規(guī)范進行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其中各種荷載與作用的輸入與組合均需根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》確定。隨著2012版GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的頒布，土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計也應(yīng)進行相應(yīng)的調(diào)整。文章介紹了新版荷載規(guī)范的修訂背景，對新規(guī)范修訂章節(jié)中涉及土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容進行了總結(jié)?；谛掳婧奢d規(guī)范，從條文適用條件、工程結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計資料準備等方面提出畢業(yè)設(shè)計相應(yīng)的調(diào)整工作，確保指導(dǎo)教師與學(xué)生能在畢業(yè)設(shè)計中準確把握與貫徹2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的修訂內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范；土木工程；畢業(yè)設(shè)計

中圖分類號：G642477文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2015）02011204

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[1]是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范體系中最重要的規(guī)范之一，直接決定了建筑結(jié)構(gòu)外力輸入的可靠性。土木工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年所學(xué)基礎(chǔ)知識與專業(yè)知識的綜合運用，是所學(xué)與所用的一次全面結(jié)合，是走向工作崗位前對專業(yè)技術(shù)工作的一次演練[2]。土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計以實際工程為背景，基于生產(chǎn)需求擬定題目，根據(jù)設(shè)計條件按照專業(yè)規(guī)范進行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其中各種荷載與作用的輸入與組合均需根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》確定。

隨著世界政治經(jīng)濟與社會文化活動的不斷變化，全球的自然環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境及社會環(huán)境發(fā)生了顯著變化。極端氣候及災(zāi)害性天氣頻發(fā)導(dǎo)致自然災(zāi)害對建筑結(jié)構(gòu)造成破壞的風險加大，恐怖襲擊造成的爆炸、撞擊等對結(jié)構(gòu)的安全造成了潛在威脅，現(xiàn)代建筑中的燃氣、電梯等設(shè)備的普及也使建筑結(jié)構(gòu)面臨的安全隱患增加。以上所有可能對建筑結(jié)構(gòu)安全造成影響的因素均需在設(shè)計時通過荷載與荷載組合進行考慮[3]。專業(yè)教師指導(dǎo)土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計，應(yīng)對《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》開展全面準確的講解，使學(xué)生理解規(guī)范各條文的制定背景、原則、過程、依據(jù)與適用條件。最新版GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》已于2012年10月1日開始施行，高等學(xué)校土木工程專業(yè)

的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作應(yīng)同步跟進，采用新的荷載規(guī)范指導(dǎo)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容。文章對新舊荷載規(guī)范的關(guān)鍵修改部分進行了對比，闡述其修訂背景，列舉由荷載規(guī)范修改造成的土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作的調(diào)整內(nèi)容，對教師準確應(yīng)用新規(guī)范開展教學(xué)

工作具有一定的指導(dǎo)意義。

一、 2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的修訂背景

2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的修訂是在全球氣候變化、全球反恐及經(jīng)濟全球化的大背景下開展的。近十幾年來，極端天氣現(xiàn)象呈現(xiàn)明顯上升趨勢，如2008年南方大面積的雨雪冰凍災(zāi)害引起了大量的房屋與電力設(shè)施的破壞，造成了重大的經(jīng)濟損失。當前全球反恐形勢嚴峻，世界各地不斷出現(xiàn)的恐怖襲擊對建筑結(jié)構(gòu)安全性造成潛在威脅?，F(xiàn)代建筑內(nèi)的燃氣、電梯、機電設(shè)備等設(shè)施加大了結(jié)構(gòu)面臨偶然荷載作用的概率，進一步增加了因偶然作用而引起連續(xù)倒塌的風險[3]。以上情況為《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》修訂的主要原因。

二、基于新版荷載規(guī)范的畢業(yè)設(shè)計調(diào)整內(nèi)容

（一）可變荷載設(shè)計使用年限調(diào)整系數(shù)

在確定荷載組合效應(yīng)設(shè)計值時2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》參考GB 50153—2008《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》[4]的規(guī)定，引入考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限的可變荷載調(diào)整系數(shù)γL?？勺兒奢d考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限調(diào)整系數(shù)是為解決設(shè)計使用年限與設(shè)計基準期不同的問題，當設(shè)計使用年限與設(shè)計基準期不同時應(yīng)采用調(diào)整系數(shù)γL對可變荷載的標準值進行調(diào)整。設(shè)計基準期是為了統(tǒng)一確定荷載與材料的標準值而規(guī)定的年限，通常為一個固定值?？勺兒奢d是一個隨機變量，其標準值是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期內(nèi)可能出現(xiàn)的最大值，由設(shè)計基準期最大荷載概率分布的某個分位值來確定。設(shè)計使用年限是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不需要進行大修即可按其預(yù)定目標使用的時間，并非一個固定值。設(shè)計使用年限的取值與結(jié)構(gòu)的用途與重要性相關(guān)，設(shè)計時通常從荷載與耐久性兩個方面來考慮設(shè)計使用年限的影響作用。設(shè)計使用年限越長，則作用于結(jié)構(gòu)上的荷載越可能具有較大的數(shù)值，所以在設(shè)計時應(yīng)提高荷載的標準值；設(shè)計使用年限越短，作用于結(jié)構(gòu)上的荷載具有較大數(shù)值的概率越小，此時可適當降低荷載的標準值，以保持結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一。

之前的荷載規(guī)范并無可變荷載設(shè)計使用年限調(diào)整系數(shù)這一概念，因此指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計時應(yīng)特別注意學(xué)生在計算荷載組合效應(yīng)代表值時是否考慮了這一系數(shù)。材料標準值的基準期通常為50年，因此結(jié)構(gòu)規(guī)范中可變荷載標準值的設(shè)計基準期統(tǒng)一規(guī)定為50年，這樣才能與荷載的分項系數(shù)、組合值系數(shù)等參數(shù)相匹配。結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限隨結(jié)構(gòu)類別的不同而變化。臨時性建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為5年，普通房屋與構(gòu)造物的設(shè)計使用年限為50年，標志性建筑與特別重要建筑的設(shè)計使用年限為100年。如果工程項目的設(shè)計使用年限為100年，則調(diào)整系數(shù)γL取1.1；如果畢業(yè)設(shè)計項目的設(shè)計使用年限為50年，則調(diào)整系數(shù)γL取1.0；如果工程項目的設(shè)計使用年限為5年，則調(diào)整系數(shù)γL可取0.9。指導(dǎo)教師應(yīng)特別注意規(guī)范中表3.2.5中的注釋部分：“當設(shè)計使用年限不為5年、50年與100年時，調(diào)整系數(shù)γL可按線性內(nèi)插確定，荷載標準值可控制的活荷載調(diào)整系數(shù)γL取1.0。”規(guī)范對荷載標準值可控制的活荷載類型進行了解釋，即那些不隨時間明顯變化的荷載，例如：樓面均布活荷載中的書庫、儲藏室、機房、停車庫以及工業(yè)樓面均布活荷載等。如果畢業(yè)設(shè)計工程項目中作用于結(jié)構(gòu)上的荷載包含以上幾種，則無論結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限取值多少，可變荷載考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限調(diào)整系數(shù)均取1.0。指導(dǎo)教師應(yīng)提醒學(xué)生注意查看規(guī)范有關(guān)注釋與條文說明，全面了解規(guī)范適用條件。

（二）樓面與屋面活荷載數(shù)值調(diào)整

隨著我國經(jīng)濟實力與生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，2012版荷載規(guī)范適當提高了部分樓面與屋面活荷載標準值取值以提高結(jié)構(gòu)的安全性，并增加了部分荷載項目?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中教室活荷載標準值由2.0 kN/m2提高至2.5 kN/m2，浴室、衛(wèi)生間活荷載標準值由2.0 kN/m2提高至2.5 kN/m2，教學(xué)樓走廊門廳以及高層結(jié)構(gòu)樓梯活荷載標準值均取3.5 kN/m2。增加了樓面、地面運動場活荷載以及屋頂運動場活荷載，其標準值分別為4.0 kN/m2與3.0 kN/m2。規(guī)范第5.2.2條中補充規(guī)定工業(yè)樓面在設(shè)備所占區(qū)域內(nèi)可不考慮操作荷載與堆料荷載，補充生產(chǎn)車間參觀走廊活荷載可取3.5 kN/m2。畢業(yè)設(shè)計計算樓面與屋面活荷載時應(yīng)注意規(guī)范的調(diào)整內(nèi)容，采用新的活荷載數(shù)值進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（三）溫度作用

溫度對結(jié)構(gòu)而言是間接作用，是引起結(jié)構(gòu)變形的原因之一。原荷載規(guī)范[5]僅涵蓋直接作用，即直接作用在結(jié)構(gòu)上的荷載。2012版荷載規(guī)范增加了一章內(nèi)容對溫度作用進行說明與規(guī)定。引起溫度作用的因素很多，2012版荷載規(guī)范僅涉及氣溫變化及太陽輻射等由氣候因素產(chǎn)生的溫度作用。考慮結(jié)構(gòu)可靠性指標以及設(shè)計表達式的統(tǒng)一，溫度作用的荷載分項系數(shù)仍取1.4，與其他可變荷載的分項系數(shù)相同。該數(shù)值與美國混凝土設(shè)計規(guī)范ACI-318[6]的取值相當。2012版荷載規(guī)范規(guī)定的溫度作用組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)及準永久值系數(shù)主要依據(jù)設(shè)計經(jīng)驗并參考歐洲規(guī)范確定。規(guī)范第9.1.3條規(guī)定溫度作用的組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)與準永久值系數(shù)分別為0.6、0.5與0.4。

2012版荷載規(guī)范將基本氣溫定義為50年一遇的月平均最高氣溫與月平均最低氣溫，分別以全國各基本氣象臺站最近30年最高溫度月的月平均最高氣溫與最低溫度月的月平均最低氣溫為樣本，按照極值Ⅰ型分布假定統(tǒng)計得到。

畢業(yè)設(shè)計中如果工程項目為室內(nèi)外溫差較大且沒有保溫隔熱面層的結(jié)構(gòu)，或者為太陽輻射較強的金屬結(jié)構(gòu)，則荷載組合中應(yīng)考慮溫度作用?？刹捎?012版荷載規(guī)范規(guī)定的均勻溫度法來考慮溫度作用對結(jié)構(gòu)的影響。均勻溫度作用對結(jié)構(gòu)的影響最大，其溫差取值與分析方法較為成熟。畢業(yè)設(shè)計說明書中應(yīng)提供結(jié)構(gòu)的初始溫度或合攏溫度，確定荷載組合時應(yīng)考慮升溫與降溫兩種工況下控制應(yīng)力與控制位移的不同。2012版荷載規(guī)范規(guī)定計算溫度作用時溫度的單位為攝氏度（℃）。

在畢業(yè)設(shè)計過程中如果計算出的溫度作用效應(yīng)較大，則應(yīng)采用有效構(gòu)造措施來減小或消除溫度作用效應(yīng)，如設(shè)置活動支座或節(jié)點，設(shè)置溫度縫，采用隔熱保溫措施等。

（四） 雪荷載調(diào)整

2012版荷載規(guī)范在編制過程中補充了全國各基本氣象臺站自1995年至2008年的極值雪壓數(shù)據(jù)，對基本雪壓進行了重新統(tǒng)計，其中新疆與東北部分地區(qū)的基本雪壓變化較大。新荷載規(guī)范規(guī)定對雪荷載敏感結(jié)構(gòu)應(yīng)采用重現(xiàn)期為100年的基本雪壓進行設(shè)計。對大跨輕質(zhì)屋蓋結(jié)構(gòu)，雪荷載常常為控制荷載。如果畢業(yè)設(shè)計工程項目為此類結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用荷載規(guī)范附錄E中表E.5所列100年重現(xiàn)期的基本雪壓計算雪荷載。

（五） 風荷載調(diào)整

風荷載部分為2012年荷載規(guī)范修訂的重點內(nèi)容，修訂內(nèi)容包括基本風壓、風速剖面、風壓體型系數(shù)及風陣響應(yīng)等方面。與原規(guī)范相比，平均風荷載略有下降，脈動風荷載略有增強，風荷載整體取值有所提高。2012版荷載規(guī)范以全國672個基本氣象臺站自1995年至2008年的最大風速資料為基礎(chǔ)，經(jīng)統(tǒng)計換算得到重現(xiàn)期分別為10年、50年與100年的基本風壓。新規(guī)范對風壓高度變化系數(shù)μz的取值進行了調(diào)整，四種地面粗糙度下風壓高度變化系數(shù)見荷載規(guī)范表8.2.1。規(guī)范表8.3.1中列出了39項各類結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)，其中第31項“高度超過45 m的矩形截面高層建筑需考慮深寬比對背風面體型系數(shù)的影響”為新增項目。矩形高層建筑的風力系數(shù)由1.3增加到1.4。新荷載規(guī)范對陣風系數(shù)表達式進行了較大修改，采用了國際通用的表達方式，畢業(yè)設(shè)計計算風荷載時應(yīng)首先根據(jù)設(shè)計條件確定是否需要計算陣風系數(shù)，如果需要則應(yīng)根據(jù)新公式進行計算。計算時不再區(qū)分幕墻門窗與其他圍護結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一根據(jù)下式計算陣風系數(shù)：

βgz=1+2gI10z10-α，

式中：βgz為陣風系數(shù)；g為峰值因子，取2.5；I10為10 m高名義湍流強度，對應(yīng)A、B、C、D四類地面粗糙度，可分別取0.12、0.14、0.23與0.39；z為計算高度。

由于公式（1）的計算過程較復(fù)雜，2012版荷載規(guī)范中表8.6.1以列表方式給出各類地面粗糙度下某些高度處的陣風系數(shù)取值，畢業(yè)設(shè)計時可直接從表中查找。

2012版荷載規(guī)范第8.4.1條規(guī)定，對于高度大于30 m且高寬比大于1.5的房屋，以及基本自振周期大于0.25 s的各種高聳結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮風壓脈動對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生順風向風振的影響。符合第8.4.3條規(guī)定的結(jié)構(gòu)，可采用風振系數(shù)法計算其順風向風荷載。根據(jù)本條規(guī)定，如果畢業(yè)設(shè)計題目中結(jié)構(gòu)高度小于30 m，或高寬比小于1.5，或結(jié)構(gòu)基本自振周期小于0.25 s，則可不必計算順風向風振。第8.4.2條為新增內(nèi)容：風敏感結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮風壓脈動對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的風振影響，其風振響應(yīng)宜根據(jù)風洞試驗所得脈動風壓結(jié)果確定，不宜采用風振系數(shù)法近似確定。如果畢業(yè)設(shè)計題目為質(zhì)量輕剛度小的索膜結(jié)構(gòu)，或跨度大于36 m的屋蓋結(jié)構(gòu)，則應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計資料中給出風洞試驗報告，使學(xué)生能根據(jù)荷載規(guī)范的要求準確計算風荷載。

三、結(jié)語

介紹了2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的修訂背景，從可變荷載設(shè)計使用年限調(diào)整系數(shù)、樓面與屋面活荷載數(shù)值調(diào)整、新增溫度作用、雪荷載調(diào)整與風荷載調(diào)整內(nèi)容等方面將新荷載規(guī)范修訂章節(jié)中涉及土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容進行了總結(jié)。基于新版荷載規(guī)范，從條文適用條件、工程結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計資料準備等方面提出畢業(yè)設(shè)計中應(yīng)相應(yīng)進行的調(diào)整工作，確保指導(dǎo)教師與學(xué)生能在畢業(yè)設(shè)計中準確理解與貫徹2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的修訂內(nèi)容。參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]. 2012.

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[4]中華人民共和國建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 50068—2001建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)計標準[S]. 2001.

[5]中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 50009—2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]. 2006.

[6]American Concrete Institute. Building Code Requirements for Structural Concrete （ACI 318-05） and Commentary （ACI 318R-05） [S]. 2005.

Abstract：

The load input and combination of graduation design of civil engineering should be based on the load code for the design of building structures. Adjustment for the graduation design of civil engineering should be made according to the revised content of load code for the design of building structures version 2012. We introduced the revision background of the new code， and summarized the main revised code contents which had connections with the graduation design. Based on the new load code， we proposed the adjustment of the graduation design from the application conditions， structure types， and design data. It will contribute to the correct interpret of the load code for the design of building structures version 2012 by teachers and student of civil engineering.

Keywords： load code for the design of building structures； civil engineering； graduation design

（編輯周沫）