3,荷載分類和荷載組合3 1 荷載分類和荷載代表值3 1.1,工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、GB.50153指出。結(jié)構(gòu)上的作用可按隨時(shí)間或空間的變異分類 還可按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)性質(zhì)分類 其中最基本的是按隨時(shí)間的變異分類、在分析結(jié)構(gòu)可靠度時(shí),它關(guān)系到概率模型的選擇、在按各類極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí),它還關(guān)系到荷載代表值及其效應(yīng)組合形式的選擇、本規(guī)范中的永久荷載和可變荷載,類同于以往所謂的恒荷載和活荷載,而偶然荷載也相當(dāng)于50年代規(guī)范中的特殊荷載,土壓力和預(yù)應(yīng)力作為永久荷載是因?yàn)樗鼈兌际请S時(shí)間單調(diào)變化而能趨于限值的荷載,其標(biāo)準(zhǔn)值都是依其可能出現(xiàn)的最大值來確定 在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中、有時(shí)也會(huì)遇到有水壓力作用的情況 對(duì)水位不變的水壓力可按永久荷載考慮。而水位變化的水壓力應(yīng)按可變荷載考慮 地震作用。包括地震力和地震加速度等,由。建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、GB,50011具體規(guī)定.偶然荷載、如撞擊、爆炸等是由各部門以其專業(yè)本身特點(diǎn).一般按經(jīng)驗(yàn)確定采用。本次修訂增加了偶然荷載一章。偶然荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可按該章規(guī)定的方法確定采用 3,1、2。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用何種荷載代表將直接影響到荷載的取值和大小、關(guān)系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全 要以強(qiáng)制性條文給以規(guī)定.雖然任何荷載都具有不同性質(zhì)的變異性、但在設(shè)計(jì)中,不可能直接引用反映荷載變異性的各種統(tǒng)計(jì)參數(shù) 通過復(fù)雜的概率運(yùn)算進(jìn)行具體設(shè)計(jì)、因此 在設(shè)計(jì)時(shí),除了采用能便于設(shè)計(jì)者使用的設(shè)計(jì)表達(dá)式外。對(duì)荷載仍應(yīng)賦予一個(gè)規(guī)定的量值,稱為荷載代表值,荷載可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求,規(guī)定不同的代表值,以使之能更確切地反映它在設(shè)計(jì)中的特點(diǎn) 本規(guī)范給出荷載的四種代表值.標(biāo)準(zhǔn)值,組合值.頻遇值和準(zhǔn)永久值 荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的基本代表值,而其他代表值都可在標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上乘以相應(yīng)的系數(shù)后得出,荷載標(biāo)準(zhǔn)值是指其在結(jié)構(gòu)的使用期間可能出現(xiàn)的最大荷載值.由于荷載本身的隨機(jī)性、因而使用期間的最大荷載也是隨機(jī)變量 原則上也可用它的統(tǒng)計(jì)分布來描述。按。工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) GB.50153的規(guī)定,荷載標(biāo)準(zhǔn)值統(tǒng)一由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大荷載概率分布的某個(gè)分位值來確定、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期統(tǒng)一規(guī)定為50年、而對(duì)該分位值的百分位未作統(tǒng)一規(guī)定.因此.對(duì)某類荷載 當(dāng)有足夠資料而有可能對(duì)其統(tǒng)計(jì)分布作出合理估計(jì)時(shí)、則在其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大荷載的分布上,可根據(jù)協(xié)議的百分位,取其分位值作為該荷載的代表值,原則上可取分布的特征值,例如均值 眾值或中值,國際上習(xí)慣稱之為荷載的特征值,Characteristic、value.實(shí)際上,對(duì)于大部分自然荷載,包括風(fēng)雪荷載。習(xí)慣上都以其規(guī)定的平均重現(xiàn)期來定義標(biāo)準(zhǔn)值,也即相當(dāng)于以其重現(xiàn)期內(nèi)最大荷載的分布的眾值為標(biāo)準(zhǔn)值.目前.并非對(duì)所有荷載都能取得充分的資料。為此。不得不從實(shí)際出發(fā).根據(jù)已有的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過分析判斷后。協(xié)議一個(gè)公稱值。Nominal,value、作為代表值,在本規(guī)范中 對(duì)按這兩種方式規(guī)定的代表值統(tǒng)稱為荷載標(biāo)準(zhǔn)值 3,1.3.在確定各類可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),會(huì)涉及出現(xiàn)荷載最大值的時(shí)域問題,本規(guī)范統(tǒng)一采用一般結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限50年作為規(guī)定荷載最大值的時(shí)域.在此也稱之為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期.采用不同的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、會(huì)得到不同的可變荷載代表值 因而也會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)的安全.必須以強(qiáng)制性條文予以確定 設(shè)計(jì)人員在按本規(guī)范的原則和方法確定其他可變荷載時(shí).也應(yīng)采用50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 以便與本規(guī)范規(guī)定的分項(xiàng)系數(shù),組合值系數(shù)等參數(shù)相匹配 3、1。4.本規(guī)范所涉及的荷載、其標(biāo)準(zhǔn)值的取值應(yīng)按本規(guī)范各章的規(guī)定采用 本規(guī)范提供的荷載標(biāo)準(zhǔn)值.若屬于強(qiáng)制性條款,在設(shè)計(jì)中必須作為荷載最小值采用、若不屬于強(qiáng)制性條款.則應(yīng)由業(yè)主認(rèn)可后采用.并在設(shè)計(jì)文件中注明,3,1、5.當(dāng)有兩種或兩種以上的可變荷載在結(jié)構(gòu)上要求同時(shí)考慮時(shí) 由于所有可變荷載同時(shí)達(dá)到其單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)可能達(dá)到的最大值的概率極小,因此、除主導(dǎo)荷載。產(chǎn)生最大效應(yīng)的荷載,仍可以其標(biāo)準(zhǔn)值為代表值外。其他伴隨荷載均應(yīng)采用相應(yīng)時(shí)段內(nèi)的最大荷載.也即以小于其標(biāo)準(zhǔn)值的組合值為荷載代表值。而組合值原則上可按相應(yīng)時(shí)段最大荷載分布中的協(xié)議分位值,可取與標(biāo)準(zhǔn)值相同的分位值 來確定 國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)組合值的確定方法另有規(guī)定、它出于可靠指標(biāo)一致性的目的、并采用經(jīng)簡化后的敏感系數(shù)α.給出兩種不同方法的組合值系數(shù)表達(dá)式,在概念上這種方式比同分位值的表達(dá)方式更為合理。但在研究中發(fā)現(xiàn)、采用不同方法所得的結(jié)果對(duì)實(shí)際應(yīng)用來說、并沒有明顯的差異??紤]到目前實(shí)際荷載取樣的局限性。因此本規(guī)范暫時(shí)不明確組合值的確定方法,主要還是在工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)、偏保守地加以確定。3.1,6,荷載的標(biāo)準(zhǔn)值是在規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載的意義上確定的,它沒有反映荷載作為隨機(jī)過程而具有隨時(shí)間變異的特性、當(dāng)結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),例如要求控制房屋的變形 裂縫。局部損壞以及引起不舒適的振動(dòng)時(shí),就應(yīng)從不同的要求出發(fā)、來選擇荷載的代表值,在可變荷載Q的隨機(jī)過程中,荷載超過某水平Qx的表示方式,國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此建議有兩種。1。用超過Qx的總持續(xù)時(shí)間Tx ti、或其與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T的比值μx。Tx.T來表示。見圖1.a、圖1,b 給出的是可變荷載Q在非零時(shí)域內(nèi)任意時(shí)點(diǎn)荷載Q,的概率分布函數(shù)FQ.Q。超越Qx的概率為p 可按下式確定,對(duì)于各態(tài)歷經(jīng)的隨機(jī)過程,μx可按下式確定,式中,q為荷載Q的非零概率。當(dāng)μx為規(guī)定時(shí),則相應(yīng)的荷載水平Qx按下式確定,對(duì)于與時(shí)間有關(guān)聯(lián)的正常使用極限狀態(tài)。荷載的代表值均可考慮按上述方式取值.例如允許某些極限狀態(tài)在一個(gè)較短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)被超過,或在總體上不長的時(shí)間內(nèi)被超過 可以采用較小的μx值,建議不大于0。1、計(jì)算荷載頻遇值Qf作為荷載的代表值、它相當(dāng)于在結(jié)構(gòu)上時(shí)而出現(xiàn)的較大荷載值 但總是小于荷載的標(biāo)準(zhǔn)值.對(duì)于在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常作用的可變荷載.應(yīng)以準(zhǔn)永久值為代表值 相應(yīng)的μx值建議取0,5,相當(dāng)于可變荷載在整個(gè)變化過程中的中間值、2,用超越Qx的次數(shù)nx或單位時(shí)間內(nèi)的平均超越次數(shù)vx,nx T.跨閾率、來表示 圖2 跨閾率可通過直接觀察確定,一般也可應(yīng)用隨機(jī)過程的某些特性、例如其譜密度函數(shù),間接確定、當(dāng)其任意時(shí)點(diǎn)荷載的均值μQ,及其跨閾率vm為已知 而且荷載是高斯平穩(wěn)各態(tài)歷經(jīng)的隨機(jī)過程,則對(duì)應(yīng)于跨閾率vx的荷載水平Qx可按下式確定。對(duì)于與荷載超越次數(shù)有關(guān)聯(lián)的正常使用極限狀態(tài),荷載的代表值可考慮按上述方式取值、國際標(biāo)準(zhǔn)建議將此作為確定頻遇值的另一種方式,尤其是當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)涉及人的舒適性。影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能和設(shè)備的使用功能的極限狀態(tài),但是國際標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于跨閾率的取值目前并沒有具體的建議。圖2.可變荷載按跨閾率確定代表值示意圖。按嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)定義來確定頻遇值和準(zhǔn)永久值目前還比較困難,本規(guī)范所提供的這些代表值,大部分還是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)并參考國外標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容后確定的 對(duì)于有可能再劃分為持久性和臨時(shí)性兩類的可變荷載 可以直接引用荷載的持久性部分,作為荷載準(zhǔn)永久值取值的依據(jù),