《建筑结构荷载规范》有关问题的探讨

《建筑结构荷载规范》有关问题的探讨

中南建筑设计院郑小庆

内容摘要：本文探讨的是《建筑结构荷载规范》中有关荷载效应控制的组合、地下室抗浮、地下室外墙和底板的荷载组合以及消防车等效均布荷载的确定等内容。

一、荷载效应控制的组合：

在《建筑结构荷载规范》（以下简称荷载规范）GB50007-2002中，增加了“由永久荷载效应控制的设计组合值”，其目的是使结构可靠度达到目标值。对于结构整体由电脑软件计算而言，是由可变荷载效应控制的组合确定荷载效应组合的设计值还是由永久荷载效应控制的组合确定荷载效应组合的设计值作为设计荷载，该项选择易如反掌。然而，对于一些需要人工计算的构件，如楼梯、悬挑板、简支楼板等，就要计算两种组合值来比较大小，取其大者作为设计值。

在设计中发现，如果构件的计算中只有一个活荷载，就可以通过简单的方法判定由何种荷载效应的组合值作为设计值。由于只有一个活荷载，所以，荷载规范的公式（3.2.3-1）可以写成：

S=γG S GK +γQ1 S Q1K (1)

上式是由可变荷载效应控制的组合，其中：γG= 1.2，γQ1=1.4 。

S GK --- 按永久荷载标准值GK 计算的荷载效应值。

S Q1K --- 按可变荷载标准值Q1K 计算的荷载效应值。

同时，由永久荷载效应控制的组合值的表达式（3.2.3-2）可以写为：

S=γG S GK +γQ1ψC1 S Q1K (2)

其中：γG = 1.35，γQ1 =1.4 ，ψC1 =0.7 。

为寻求（1）和（2）式的关系，可设（1）≥（2），各系数代入后，得到：

1.2 S GK +1.4 S Q1K≥ 1.35 S GK +0.98 S Q1K (3)

化简，得： S Q1K / S GK≥ 0.36 (4)

式（4）的意义在于只要可变荷载效应值与永久荷载效应值的比值大于0.36，设计值就是由可变荷载效应控制的组合值。反之亦然。为了方便记忆，0.36可以近似取为1/3，误差小于设计值的1%。因此，只要可变荷载效应值与永久荷载效应值的比值大于1/3，设计值就是由可变荷载效应控制的组合值。

以下是两个例外：

1．活荷载标准值大于4KN/m2的工业厂房楼面结构

此时（2）式的γQ1 =1.3 ，重复以上步骤，可得：

S Q1K / S GK≥ 0.3 (5)

公式（5）的意义由读者自行体会。由于活荷载比较大，一般情况下，设计值就是由可变荷载效应控制的组合值。

2．荷载规范中表4.1.1中的第6、7项

该两项为书库、档案库、贮藏室、密集柜书库、通风机房、电梯机房等场所，其共同的特点是活荷载较大，所以，设计值也基本是由

可变荷载效应控制的组合值。

二、地下室抗浮验算：

由于曾经发生多起建筑地下室上浮事故，现在设计过程中，地下室的抗浮验算也显得十分重要。但在荷载规范中，除了在第3.2.5条说明结构抗浮验算时永久荷载的分项系数为0.9外，没有进一步明确应该按哪一个公式计算。显然，结构的抗浮计算的组合值不管是取可变荷载效应控制的组合还是取永久荷载效应控制的组合都显得不恰当。关键在于水浮力的分项系数如何取值？水浮力应算为永久荷载还是可变荷载？有人设计时将水浮力的分项系数取为1.2，也有的取为1.4。

在《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002中的第5.2.3条明确说明，抗浮的设计稳定性系数KS=1.05，抗浮验算时，抵抗力应只计入永久荷载作用，可变荷载和侧壁上的摩擦力不应计入，抵抗力采用标准值。在《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332-2002的第4.2.10条也说明：对埋设在地表水或地下水以下的管道，应根据设计条件计算管道结构的抗浮稳定。计算时各项作用均应取标准值，并应满足抗浮稳定性抗力系数不低于1.10。

借鉴市政结构规范的条款，笔者认为在抵抗上浮的结构永久荷载乘以0.9的前提下，地下水的浮力只需取标准值，当前者大于后者时，结构的抗浮验算就是安全的。用公式表示，则为：

γG S GK≥ S WK (6)

其中：γG = 0.9

S GK --- 按永久荷载标准值GK 计算的荷载效应值。

S WK --- 地下水对结构产生浮力的标准值。

结构的抗浮并不需要很大的安全度，（6）式与市政结构规范有关抗浮的安全度相当。地下水对建筑产生的浮力不会大于相同排水体量的物体浸入纯净水液所产生的浮力。

三、筏板下的向上反力组合系数

对于采用筏板基础的建筑，其筏板下的反力比较单一，无论是全部由地基土承担还是部分由地下水的浮力承担，其反力总值是不变的。对于风荷载较小同时抗震设防烈度在6度及6度以下地区（比如武汉市），基础设计的荷载基本组合设计值一般取荷载标准组合值乘以 1.35，即为《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002的公式（3.0.5-4）。在水平力比较小的情况下，作用于基础的竖向力主要由结构的永久荷载产生。所以，基础设计时应采用由永久荷载效应控制的基本组合。

对于采用桩基础（CFG桩除外）同时带地下室的建筑，筏板下的向上反力主要由地下水的浮力产生。此时地下水位的取值可为50年内最高的地下水位，而不是取为室外地面标高。在底板产生设计反力的地下水位与地下室整体抗浮的地下水位取值是可以不同的。因为虽然发生过地下室整体浮起的事故，却鲜见地下室底板受到地下水的上顶作用而发生破坏的现象。地下室底板设计时，地下水荷载的分项系

数可取1.35，底板自重的分项系数取1.0。

四、地下室外墙计算的荷载组合：

地下室外墙的平时荷载大致可分为三类，一是土的侧压力；二是地下水的侧压力；三是地面堆载或汽车荷载产生的侧压力。

该状况可以采用荷载规范公式（3.2.3-2）。荷载规范的第3.1.1条已经说明土压力为永久荷载，所以，地下室外墙计算时土的侧压力分项系数应为1.35；一般说来，地下水位的变化不是很快，在此处可视为永久荷载，地下水侧压力的荷载效应组合时分项系数可为1.35；地面堆载或汽车荷载产生侧压力的组合分项系数可取0.98或1.0。

关于地下室外墙计算的荷载组合存在一定的争议，笔者认为：既然是由永久荷载控制效应的组合，就应该按照荷载规范公式（3.2.3-2）计算。

五、消防车等效均布荷载：

关于消防车的等效均布荷载，荷载规范中的表4.1.1写明：对于板跨不小于2米的单向板楼盖，取35.0 kN/m2；对于双向板楼盖和无梁楼盖（柱网尺寸不小于6m×6m）,取20.0 kN/m2。按照上述要求进行设计，结构板当然是安全的。但是，考察消防车实际可能产生的荷载，感觉这个结果过于笼统，而且比较保守。

消防车等效均布荷载取值的困难在于其荷载作用的不确定性，即