《建筑结构荷载规范》发展历程与最新进展

引用文献:

金新阳 陈凯 唐意. 《建筑结构荷载规范》发展历程与最新进展[J]. 建筑结构,2019,49(19):49-54,32.

Jin Xinyang Chen Kai Tang Yi. Development and latest progress of Load code for the design of building structures[J]. Building Structure,2019,49(19):49-54,32.

作者:金新阳 陈凯 唐意
单位:中国建筑科学研究院
摘要:回顾了国家标准《建筑结构荷载规范》编制修订的发展历程,总结归纳各版本的主要内容及技术特点。该规范自20世纪50年代诞生以来共有5个主要的修订版本。1954年发布的最初版本(结规-1-54)以引进吸收国外标准为主。我国自主研编的1974年版本(TJ 9-74)内容基本本地化且较为完整。1987年版本(GBJ 9-87)采纳基于概率的极限状态设计方法,并进行了大规模的荷载调查和活荷载组合方法研究,使本标准进入国际先进标准的行列。现行的2012年版本(GB 50009—2012)不仅针对大跨和超高层建筑结构设计需求补充完善了大量风荷载、雪荷载内容,还新增了温度作用和偶然荷载,规范的适应性和技术水准显著提升。根据国家工程标准改革的部署,该规范内容将纳入正在编制中的全文强制规范中,适用范围扩展到工程结构,取值水准也将适当提高,以提升我国的结构可靠性水准,并与国际标准接轨。
关键词:建筑结构 荷载规范 标准值 全文强制规范 可靠性水准
作者简介:金新阳,硕士,研究员,博士生导师,Email:jinxinyang@cabrtech.com。
基金:

0 引言

   结构上的作用和荷载是结构设计的重要依据,荷载取值是否合理,荷载计算是否恰当,将直接影响结构设计的安全性和经济合理性。国家标准《建筑结构荷载规范》作为一本覆盖所有结构设计规范的基础性标准,其荷载取值标准直接关系到建筑结构设计的安全性和经济性,并可通过对荷载标准全局性的控制从而提升所有结构的安全水准。该规范自20世纪50年代诞生至今,在我国工程建设中发挥了重要作用。在这本规范几十年的发展历程中,围绕建筑结构荷载的问题和历次规范修订,开展了大量的科学研究工作和工程实践活动,取得了大量科研成果,并在历次版本更新中得到很好的体现[1]。在漫长的规范研究和发展过程中,朱振德、张相庭、陈基发等老前辈们为建筑结构荷载规范的发展做了大量艰苦卓绝的工作,作出了卓越贡献。从1954年颁布实施的《荷载暂行规定》(结规-1-54)到2012年颁布实施的《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012),荷载规范历经了5次大的修订,总共形成了7个版本(表1)。

   本文回顾了该规范编制修订的发展历程,总结归纳了各版本的主要内容及技术特点,呈现建筑结构荷载规范发展脉络。由此可以追踪规范重要数据、公式以及技术规定的来龙去脉,更加全面正确地掌握和使用规范。同时还将简要介绍正在编制中的与结构设计准则和作用相关的全文强制规范的动态和进展。

   荷载规范历次版本一览 表1


序号
实施年份 规范名称 版本编号

1
1954 《荷载暂行规定》 结规-1-54

2
1958 《荷载暂行规定》 结规-1-58

3
1974 《工业与民用建筑结构荷载规范》 TJ 9-74

4
1987 《建筑结构荷载规范》 GBJ 9-87

5
2001 《建筑结构荷载规范》 GB 50009—2001

6
2006 《建筑结构荷载规范》(2006版) GB 50009—2001

7
2012 《建筑结构荷载规范》 GB 50009—2012

    

1 初始版本结规-1-54

1.1 版本概况

   中华人民共和国成立伊始,百废待兴,一场全国范围的大规模基本建设即将铺开。工程设计和建设必须标准先行,20世纪50年代初,在国家建筑工程部组织领导下,陆续编制发布一批建筑工程设计规范,其中之一就是《荷载暂行规定》(结规-1-54),于1954年9月颁布实施。经过几年的工程应用实践,在征集全国设计院意见的基础上修订完成了1958年版的《荷载暂行规定》(结规-1-58)[2],主要对荷载组合规则、荷载系数以及风荷载、雪荷载等内容进行了修订。

   该版荷载规范和其它基本同时期编制发布的结构设计规范一样,主要内容是引进参考前苏联的规范,荷载和各中材料强度的取值结合了我国的实际情况,基本奠定了建筑结构荷载规范的基本框架。

1.2 主要内容特点

   结规-1-54共4章和两个附录,附录1为计算塔形建筑物振动周期的近似公式,附录2为材料及建筑构件重量表。

   第1章一般规定,分别是荷载分类、荷载组合和荷载系数。规范把荷载分为主要荷载、附加荷载和特殊荷载3类。主要荷载包括自重、使用荷载、行载、雪荷载(北纬42°以北地区)、土压力、水压力和温度变化,是指经常作用在结构上的荷载,其中把车辆等运输荷载也包括进来了,范围比较宽泛。附加荷载包括风荷载、短期作用的雪荷载、不正常动力荷载及安装用吊车荷载、气温变化等,是指临时作用于结构上的荷载,尤其值得注意的是,将短期雪荷载、安装吊车荷载以及气温变化从主要荷载中分离出来了。特殊荷载包括地震力、水灾引起的水压力、生产事故和停产引起的温度变化等,是指偶然作用于结构上的荷载,可见当初是把地震作用列为偶然荷载的,同时又把洪水水压力和事故温度变化等列为偶然荷载。

   荷载组合分为主要荷载组合、附加荷载组合以及特殊荷载组合3种情况。结构设计要考虑主要荷载组合、主要荷载与附加荷载组合中的不利组合情况,对于特殊荷载组合,要视结构所处条件及耐久性要求个别考虑。采用容许应力设计时,安全系数由各结构规范确定;采用极限状态设计时,荷载应乘以超载系数。除自重外,计算荷载为附加荷载组合时应乘以0.9,特殊荷载组合时应乘以0.8,计算倾覆、滑移和稳定时应乘以0.8。

   第2章使用荷载。分别规定了楼板均布荷载、栏杆荷载、荷载折减、动力系数、以及有关吊车荷载的3条。均布活荷载值及超载系数以表格方式给出,其中住宅、办公楼、旅馆楼面均布活荷载、不上人屋面均布活荷载标准值一直沿用到20世纪末版本中。在计算一般居住和公共建筑物的承重墙、柱及基础时,楼板的均布荷载根据楼层数从2~7层,可以分别折减5%~45%。计算承受震动与冲击力的结构时,动力荷载的动力系数从1.1~1.5,最大可到1.8。

   第3章吊车荷载。分别规定了吊车垂直荷载、吊车垂直冲击力和吊车水平冲击力。

   第4章雪荷载。分别规定雪荷载计算、全国平原雪荷载分区和屋面雪荷载分布。规范奠定了雪荷载的计算模式,即屋面水平投影面上的雪荷载由与屋面形式有关系数的与单位面积上雪荷载的乘积确定。给出了全国最大雪深分区图,将雪深分为5个区域,平原地区雪荷载10~40kg/m2,山区雪荷载25~200kg/m2。限于当初气象资料缺乏,数据比较笼统粗糙。

   第5章风荷载,包括风荷载的计算、风压值的采用、塔形结构振动系数、空气动力系数。风荷载按一般空旷平坦地面上20m高度处、保证率为1.67%的10min平均风速V为标准。分别按沿海地区V2/16、一般内陆地区V2/17、青藏高原V2/18进行风压换算。经统计计算绘制出全国最大风压分布图。位于避风地点建筑物的风压值可折减0.5~0.8;临时性建筑风压值可折减0.8~0.9;重要的纪念性建筑可增大1.1~1.2倍。不同高度的风压乘以按指数率变化的风压高度换算系数,指数α值取0.16~0.38,一般取0.25。塔形结构周期超过0.5s时考虑1.5~2.0的振动系数。虽然风荷载的规定比较简单粗糙,但基本轮廓已经形成。

2 自主编制的版本TJ 9—74

2.1 修订背景及研编概况

   随着国内建设经验的积累,迫切需要编制我国自主的建筑结构荷载规范和其它结构设计规范。由国家建工部组织于20世纪60年代初开始编制工作,并开展了相关的试验研究和调查统计工作。开展了宿舍楼面荷载、办公室楼面荷载、以及部分轻工业和化学工业厂房的楼面荷载的调查研究,开展了风荷载、雪荷载气象资料的收集和调查统计,同时还进行了大量的风洞模型试验,对吊车荷载也进行了实测和调查,主要成果反映在1970年出版的《建筑结构设计荷载》一书中。1971年由国家建委建筑科学研究院牵头对《荷载暂行规定》(结规-1-58)进行全面修订。修订重点包括:1)改进荷载组合方法,调整荷载系数取值,改变旧的荷载组合方法比较偏于保守的问题。2)增加工业厂房楼面活荷载及屋面积灰荷载。3)修改吊车荷载不符合我国情况的问题。4)补充和修正各地区的风、雪气象资料,改进统计方法和取值标准,更新基本风荷载、雪荷载取值。5)增加山区风压、沿海风压相关规定。6)大量补充增加亟需的新型结构和建筑的风载体型系数。7)增加高耸结构风振问题的有关规定,提出更为确切的计算方法和标准。

   编制组在1971至1972年调查了几十个省市、几百个工厂、设计科研单位、地方机关和学校等,搜集到大量关于工业楼面荷载、吊车荷载、屋面积灰荷载、风雪气象、山区和沿海风速、风压以及其他有关资料。进行了大量的楼面荷载分布试验、吊车荷载试验和风洞试验。全国500多个地点的风压和200多个地点的雪压分析,绘制了风压、雪压分布图。与正在修订编制的各结构设计规范进行了对口和协同工作,并开展了基于新荷载规范和新结构设计规范的试设计和标准设计。于1974年6月24日批准发布,规范更名为《工业与民用建筑结构荷载规范》(TJ 9-74)[3],自1974年12月1日起试行。

2.2 TJ 9-74主要修订内容与特点

   (1)修订荷载组合方法及荷载系数的取值。新规范明确了“遇风组合”的概念,即规定仅当参与组合的可变荷载多于1个且其中包含风荷载时,可变荷载组合系数取0.9,其他情况均取1.0;当有可靠设计经验时组合系数可以小于0.9;删除超载系数有关规定,统一在结构设计规范的总安全系数或容许应力中考虑;明确地震荷载及其组合应按现行《工业与民用建筑抗震设计规范》采用。

   (2)补充楼面活荷载,新增工业楼面活荷载。增加了“工业建筑楼面活荷载”一节,增加附录二“楼面等效均布活荷载的换算方法”和附录三“工业厂房楼面活荷载”。在全国有代表性的80多个工厂实际调查总结的基础上,按照车间类别,板、次梁(预制板肋)、主梁、以及预制、现浇梁板的代表性跨度,分别拟定了这些工业厂房的里面活荷载。

   (3)新增屋面积灰荷载。给出常见厂房屋面积灰荷载取值,规定特殊位置积灰荷载放大系数,并规定积灰荷载应与屋面活荷载和雪荷载的较大值同时考虑。有重点地选择了冶金、机械、水泥等量大面广且以往发生积灰事故较多的四种工业厂房,对全国有代表性的35个厂的70个车间进行了实际调查和测定工作。规范强调所用的积灰荷载只能保证在一定清灰期限内是安全的,主要还要看清积灰制度的执行情况。应按照设计和管理的要求,共同配合监督清灰制度的贯彻执行。

   (4)增加吊车荷载。将吊车荷载明确界定为竖向荷载和水平荷载,竖向荷载为最大轮压和最小轮压,水平为纵向水平荷载和横向水平荷载,吊车荷载取值基本保持不变。进一步明确考虑多台吊车数量的规定,竖向荷载单层单跨和单层多跨分别最多考虑2台和4台,水平荷载单层单跨或多跨最多考虑2台,多层吊车按实际情况考虑。增加吊车荷载动力系数的规定,对吊车梁及其连接件分别按竖向和横向给出吊车荷载动力系数。

   (5)修改基本风压和雪压的取值标准和统计方法,首次给出完整的全国基本风压、雪压发布图。基本雪压取为一般空旷平坦地面上统计得到30年一遇最大积雪重量,基本风压取为空旷平坦地面、离地10m高、统计得到的30年一遇10min平均最大风速为标准经换算确定。

   (6)新增山区风压和沿海风压。山间盆地和山谷闭塞地形调整系数取0.75~0.85;与风向一致的谷口和山口调整系数取1.20~1.40;沿海海面和岛屿根据离岸距离调整系数取1.20~1.70。

   (7)补充了风载体型系数。进行了大量单模型和组合模型的风洞试验,增补了双跨、三跨屋盖、带天窗挡风板、带下沉式天窗、带雨蓬、靠山建筑、站台建筑、开敞式建筑和旋转壳顶以及烟囱、搭桅、皮带栈桥和架空管道等构筑物的体型系数,共制定了39种常见屋面的体型系数。

   (8)修改了风振系数。总结了国内有关单位的实测数据和设计经验,参考了国内外资料,通过系统对比计算,按照构筑物的自振周期和结构类型分别确定了各自的风振系数。

3 基于极限状态设计方法的版本GBJ 9-87

3.1 修订背景及研编概况

   20世纪70年代末80年代初,我国即将迎来工程建设的大发展,对荷载规范的研究也取得进展。特别是1976年由国家建委组织立项的课题“建筑结构安全度与荷载组合”,历时数年,取得了活荷载调查统计、荷载组合规则及荷载组合系数等主要研究成果,集中体现在1984年颁布的《建筑结构设计统一标准》(GBJ 68-84)中。沿海基本风压研究、近地面风特性实测研究以及高层建筑风荷载体型系数风洞试验研究等,为风荷载修订提供依据。1981年由中国建筑科学研究院会同有关单位对《工业与民用建结构筑荷载规范》(TJ 9-74)进行全面修订。1988年7月1日实施,改名为《建筑结构荷载规范》(GBJ 9-87)[4]

3.2 GBJ 9-87主要修订内容及特点

   (1)统一了荷载代表值的取值标准。在新增的“荷载分类和荷载代表值”一节中,依据《建筑结构设计统一标准》的原则,对不同类别的荷载分别规定了荷载代表值,并针对各个设计状态分别规定了应采用的荷载代表值。主要目的是要让荷载标准值和各代表值的取法,能够统一并适应到新的基于概率的极限状态设计方法上来。统一了永久荷载和可变荷载标准值的统计理论和取值标准,统一了基本风压和雪压为年极值统计所得重现期为30年的最大值。

   (2)改进了荷载效应组合方法,增列了荷载分项系数。分别给出承载能力极限状态设计采用的基本组合公式,以及正常使用极限状态设计采用荷载的短期效应组合和长期效应组合公式。规定永久荷载分项系数根据效应对结构不利和有利分别取1.2和1.0,可变荷载分项系数取1.4,楼面活荷载标准值大于4.0kN/m2时取1.3。规定有风荷载参与组合时组合系数取0.6,其他情况取1.0,简化计算组合系数有风荷载取0.85,其他取1.0。

   (3)增加可变荷载准永久值系数。为配合正常使用极限状态长期荷载效应设计的准永久组合公式,对规范所列所有可变荷载规定了各自不同的准永久值系数。楼屋面活荷载取0.3~0.8,工业建筑楼面活荷载取0.60~0.85;吊车荷载软钩取0.5~0.7,硬钩取0.95;雪荷载东北地区取0.20,新疆北部地区取0.15,其它地区取0;风荷载取0。

   (4)调整和补充民用和工业建筑楼面活荷载。固定座位看台由3.5kN/m2调整为2.5kN/m2,商店由3.0kN/m2增加到3.5kN/m2,藏书库、档案库由4.0kN/m2增加到5.0kN/m2,增加了停车库等效均布活荷载,单向板楼盖4.0kN/m2,双向板楼盖和无梁楼盖2.5kN/m2

   (5)修改和扩充了民用建筑楼面活荷载的折减系数。楼面梁活荷载折减系数由单一的0.7修改为按梁从属面积折减,设计墙、柱、基础时活荷载按楼层的折减,从大于9层折减0.55,扩充到大于20层。

   (6)修改了不上人屋面活荷载。不上人屋面活荷载增加一档,由钢结构或钢筋混凝土结构承重的钢筋混凝土屋面均布活荷载取0.7。弥补承受永久荷载为主的自重较大的混凝土屋盖结构可靠度偏低的问题。

   (7)修改吊车横向水平荷载取值,增加多台吊车组合。增加吊车横向水平荷载,由分配到一边轨道修改为平均分配到两边轨道。增加多台吊车的组合,规定计算排架时多台吊车的竖向荷载根据吊车的工作制取折减系数0.80~0.95。简化并减小了吊车荷载动力系数取值,竖向荷载取1.05~1.10,横向荷载不再考虑动力系数。

   (8)修订了全国各地基本雪压和基本风压。当地基本雪压的统计样本是依据年最大雪深气象记录数据和所在地区的平均积雪密度得到的。东北及新疆北部地区为150kg/m2,华北及西北地区为130kg/m2,淮河、秦岭以南地区为150kg/m2,其中浙江、江西取200kg/m2。重现期取30年。基本风速统计样本来自全国300多个基本气象台站1955年到1981年的年最大风速记录,统一采用离地10m高度、10min平均的年最大风速资料为样本,采用极值I型分布,重现期取30年。

   (9)补充屋面积雪分布系数。增加了单跨不带天窗的单坡、双坡及拱形屋面的不均匀积雪分布系数,增加了单跨双坡带天窗屋面均匀积雪分布系数。扩充了多跨锯齿形屋面积雪分布系数。进一步明确设计屋面板和檀条按积雪不均匀分布的最不利情况考虑,屋架可分别按积雪全跨和半跨均匀分布的情况考虑,设计框架和柱按积雪全跨均匀分布情况考虑。

   (10)修改风压高度变化系数。地面粗糙度类别由陆上和海上两类修改为A,B,C三类。对A,B,C类地面粗糙度指数α分别取0.12,0.16和0.20。

   (11)增加常见平面类型的高层建筑体型系数。

   (12)修改了结构顺风向风振的计算方法。基于多自由度结构随机振动的理论,采用振型分解计算方法,经大量试算给出适用于高耸结构和高层建筑的风振系数计算公式,大大提升了我国规范中风振计算的理论水平,提高了风振系数的计算精度和适用范围。

4 21世纪版本GB 50009—2001

4.1 修订背景

   20世纪90年代中期,在我国建筑工程界开展了关于结构可靠度的大讨论,讨论的焦点是是否要大幅度提高我国建筑结构设计的可靠度水准,最后结论是要在新一轮规范修订中适当提高结构可靠度。本次荷载规范修订,承担了总体上提高结构可靠性的主要作用,分别在荷载组合、活荷载标准值以及基本风压和雪压诸方面给予提高。该版本于2006年作了局部修订,主要修改山坡风荷载和横风向风荷载计算内容,编号为GB 50009—2001 (2006版)[5]

4.2 主要修订内容

(1)修订荷载基本组合。

   摒弃原规范“遇风组合”的旧概念,不再区分参与组合的可变荷载是否含风荷载,当可变荷载多于1组时均要考虑荷载折减。对不同的可变荷载分别给出各自不同的组合值系数,分别在各章节中与标准值一同给出。活荷载的组合值系数0.7~0.9,吊车荷载组合值系数软钩0.7、硬钩0.95,雪荷载组合值系数0.7,风荷载组合值系数0.6。在荷载基本组合式中,增加由永久荷载效应控制的组合,此时永久荷载分项系数取1.35。

(2)修订正常使用极限状态荷载组合。

   修改后的组合式分别为标准组合、频遇组合和准永久组合3种情况。实际上是将原规范的短期效应组合分为标准组合和频遇组合,原规范的长期效应组合改为准永久组合。同时在各可变荷载的规定中增加了频遇值系数,活荷载0.5~0.9,吊车荷载0.6~0.95,雪荷载0.6,风荷载0.4。

(3)调整部分楼面均布活荷载标准值。

   住宅、宿舍旅馆、办公楼、医院病房、托儿所和幼儿园由l.5提高到2.0(单位为kN/m2,后文省略)。新增通风和电梯机房6.0。补充非固定隔墙每延米自重的1/3作为楼面活荷载的附加值,该值不小于1.0。补充当书架超过2m时,应按每米书架高度均布活荷载不小于2.5。增加消防车通道客车均布活荷载标准值。

(4)调整屋面均布活荷载。

   不上人中屋面由0.3~0.7,统一调整为0.5。考虑到轻型屋面结构规范该值可能偏大,附注中允许作0.2的增减。增加屋顶花园活荷载标准值3.0,此值不包括花圃土石材料的自重。增加直升机停机坪局部荷载标准值和作用面积。

(5)修改吊车工作级别。

   重新划分了起重机的工作级别,共分为8个工作级别。

(6)修订基本雪压和基本风压。

   收集补充了全国基本气象台站1981年到1995年的风雪观察资料,对全国各气象台站的基本雪压和基本风压进行了重新统计,平均重现期由30年改为50年。在更新并保留全国基本雪压图和全国基本风压图的同时,以列表方式给出全国652个主要气象站台的10,50和100年一遇的基本雪压和风压值。增加的规范附录D,给出基本雪压和风压的确定方法,雪压和风速的统计计算方法,以及任意重现期雪压和风压值的计算公式。

(7)修订地面粗糙度。

   对原来的A,B两类参数保持不变,C类系指有密集建筑群的城市市区,其粗糙度指数α由0.2提高至0.22,梯度风高度仍取400m。增加有密集建筑群且有大量高层建筑的大城市市区D类,其粗糙度指数取0.3,梯度风高度取450m。

5 现行版本GB 50009—2012

5.1 修订背景

   本次修订是在全球气候变化、全球反恐及我国大量大跨空间结构和超高层建筑建设需求的背景下进行的。全球气候变化带来的极端气候事件不断,台风、暴雪及低温灾害频频出现。为此规范修订除关注传统风雪荷载外,新增了温度作用。恐怖袭击、现代交通工具以及燃气、电梯等现代生活设施的普及,结构面临承受偶然荷载的几率大大增加,在新版规范中增加偶然荷载以及偶然作用组合很有必要。为适应大跨超高层建筑设计需要,很有必要对风、雪荷载进行全面修订与扩充,将国内该领域研究的最新成果纳入规范。于2009年启动规范的全面修订工作,2012年10月颁布实施[6,7,8,9,10]

5.2 主要修订内容

   (1)扩充荷载规范的涵盖范围和内容。增加了“第4章永久荷载”、“第9章温度作用”和“第10章偶然荷载”,增加了“附录B消防车荷载考虑覆土厚度的折减系数”、“附录H横风向及扭转风振的等效风荷载”和“附录J高层建筑顺风向和横风向风振加速度计算”。

   (2)修订荷载组合。增加可变荷载考虑设计使用年限的调整系数,对楼面和屋面活荷载,对应设计使用年限5年、50年和100年,调整系数分别取0.9,1.0和1.1,其它年限的调整系数取值容许线性内插;对于荷载标准值可控制的可变荷载,如书库、储藏室、机房、停车库,设备自重为主的工业楼面,以及吊车荷载等,设计使用年限调整系数取1.0。对雪荷载、风荷载,采用重现期来调整可变荷载,按本规范规定的方法计算基本雪压和基本风压。删除一般框架、排架结构简化荷载组合表达式。增加偶然荷载组合表达式。

   (3)修订楼面和屋面活荷载。提高部分楼面的活荷载标准值,教室、浴室、卫生间由2.0kN/m2增加到2.5kN/m2,教学楼走廊门厅及除多层住宅以外的楼梯活荷载均取3.5kN/m2,增加屋顶运动场活荷载4.0kN/m2。消防车活荷载增加板跨不小于2m的单向板和板跨不小于3m×3m的双向板的消防车活荷载标准值35kN/m2,允许消防车活荷载按板跨线性插值,设计墙、柱时,消防车荷载明确可按可能出现的消防车台数按实际情况考虑,设计基础时可不考虑消防车荷载;允许消防车活荷载按板顶覆土厚度进行折减。栏杆顶部水平活荷载由0.5kN提高至1.0kN;对公共场所的栏杆,还增加栏杆竖向荷载1.2kN,水平与竖向荷载分别考虑。

   (4)修订双层吊车参与组合的规定。对双层吊车的单跨厂房宜按上层和下层吊车分别不多于2台进行组合;对双层吊车的多跨厂房宜按上层和下层吊车分别不多于4台进行组合,且当下层吊车满载时,上层吊车应按空载计算;上层吊车满载时,下层吊车不应计入。

   (5)修订补充雪荷载。在原规范数据的基础上,补充了全国各台站自1995年至2008年的年极值雪压数据,重新统计各城市的基本雪压。调整了积雪为0的屋面最大坡度,增加各类屋面积雪不均匀分布情况。

   (6)修订补充静力风荷载。补充了全国各台站自1995年至2008年的年极值风速数据,重新统计基本风压。C,D两类粗糙度的梯度风高度分别由400m和450m提高到450m和550m,B类地貌的指数值由0.16修改为0.15。规定体型系数绝对值不小于0.1,表示在屋面设计时除考虑一定的负压外,还应考虑0.1的正压力。高度超过45m的矩形平面高层建筑,当建筑平面的深宽比D/B≤0.1时,风力系数由原规范的1.3增加到1.4。给出了高层建筑群单个施扰建筑下的干扰系数取值范围,对顺风向风荷载取1.00~1.10,对横风向风荷载取1.00~1.20;细化了屋面和墙面的局部体型系数,反映了位置与尺度对局部体型系数的影响。内部压力系数考虑了开洞对内压系数的影响。增加了有关风洞试验要求的条文。阵风系数采用了更直观和国际通用的表达方式。在阵风系数的应用中,不再区分幕墙门窗与其它围护结构,统一都要考虑阵风系数。

   (7)补充完善了风振响应计算。顺风向风振系数改用了以背景分量和共振分量为主要参数的表达方式。规定大跨度空间结构宜依据风洞试验结果按随机振动理论计算风振响应。根据我国风洞试验结果,给出了高层建筑横风向和扭转风振等效静力风荷载计算方法。给出顺风向风荷载、横风向风振等效风荷载及扭转风振等效风荷载组合工况。顺方向风荷载为主时可以不考虑与横风向及扭转风荷载的组合,横风向风荷载为主时,顺方向风荷载取0.6,扭转风荷载可以不考虑与其他方向风荷载组合。给出高层建筑顺风向和横风向风振加速度计算方法。

   (8)温度作用。基本气温定义为当地50年一遇的月平均最高气温Tmax和月平均最低气温Tmin。根据统计给出全国各城市的基本气温值和全国基本气温分布图。给出结构最大温升工况和最大温降工况的均匀温度作用标准值计算公式。

   (9)在偶然荷载中,给出炸药、燃气、粉尘等引起的爆炸荷载的等效均布静力荷载标准值计算公式,以及有通口板燃气爆炸等效静力均布荷载计算公式,给出顺行方向的汽车撞击力标准值以及直升飞机非正常着陆时引起的竖向等效静力撞击力标准值计算公式,规定电梯竖向撞击荷载标准值。

6 荷载规范最新进展

   依据国家工程建设标准改革的整体部署,荷载规范的内容将纳入到正在编制的全文强制《工程结构设计准则与作用》(暂用名)规范中。这本规范的适用范围将扩展到整个工程结构领域,除了房屋建筑结构外,还将包括铁路工程、公路工程、港口工程、水工结构和市政工程。主要内容包括结构安全等级、设计使用年限、设计方法等结构设计的基本准则,结构作用组合,以及各类结构作用。

   结构作用包括用永久荷载、楼面和屋面活荷载、人群荷载、起重机荷载、雪荷载、风荷载、地震作用、温度作用、偶然作用、水流力和冰压力、其他作用。该规范除包含所有现行荷载规范的作用外,将地震作用统一纳入本规范,另外增加了人群作用、水流力和冰压力和其他作用,主要是为了适应其他工程结构的需求。

   除了扩大适用范围外,该规范在作用分项系数和作用的取值水准上也将适当提高,以提升我国的结构可靠性水准并与国际标准接轨[11]。房屋建筑的永久荷载分项系数分别由1.20和1.35统一提高到1.30;可变荷载分项系数由1.3和1.4提高到1.4和1.5。提高以后的作用分析系数与新版《建筑结构可靠性设计统一标准》(GB 50068—2019)的规定一致。公共用途类建筑楼面均布活荷载将作适当提高,具体变化见表2。

   活荷载提高 表2


建筑用途
原活荷载
/(kN/m2)
提高后活荷载
/(kN/m2)

办公楼、试验室、阅览室、会议室、
医院门诊室
2.00 2.50

食堂、公共餐厅、饭店
2.50 3.00

商店、展览厅、车站、港口、机场大厅
3.50 4.00

健身房、演出舞台、运动场、舞厅
4.00 4.50

书库、档案库、贮藏室
5.00 6.00

    

    

参考文献[1] 金新阳,建筑结构荷载规范史料纵览精选[M].北京:中国建筑工业出版社,2018.
[2] 荷载暂行规定:结规-1-58[S].北京:建筑工程出版社,1958.
[3] 工业与民用建筑荷载规范:TJ 9-74[S].北京:中国建筑工业出版社,1974.
[4] 建筑结构荷载规范:GBJ 9-87[S].北京:中国计划出版社,1987.
[5] 建筑结构荷载规范:GB 50009—2001[S].2006年版.北京:中国建筑工业出版社,2006.
[6] 建筑结构荷载规范:GB 50009—2012[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.
[7] JIN XINYANG,ZHAO JIDA.Development of design code for building structures in China[J].Structural Engineering International,2012,22(2):195-201.
[8] 金新阳.建筑结构荷载规范修订原则与要点[J].建筑结构学报,2011,32(12):79-85.
[9] 金新阳,陈凯,唐意.国家标准建筑结构荷载规范修订概要[J].建筑结构,2011,41(11):12-15.
[10] 金新阳.建筑结构荷载规范理解与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2013.
[11] 金新阳.建筑结构荷载取值水准比较研究与规范修订建议[J].建筑结构,2017,47(7):1-4.
Development and latest progress of Load code for the design of building structures
Jin Xinyang Chen Kai Tang Yi
(China Academy of Building Research)
Abstract: The development course of compilation and revision of the national standard Load Code for the Design of Building Structures was reviewed, and the main contents and technical characteristics of each edition were summarized. Since its birth in the 1950 s, there have been five major revisions of the code. The first edition(structural code 1-54) published in 1954 mainly introduced and absorbed contents of foreign standards. The content of the 1974 edition(TJ 9-74) independently edited by China was basically localized and relatively complete. The 1987 edition(GBJ 9-87) adopted the probability-based limit state design method, and carried out large-scale load investigation and live load combination method research, making this standard rank among the international advanced standards. The current version of 2012(GB 50009—2012) not only improves a lot of wind and snow loads, but also adds temperature effects and accidental loads to meet the structural design requirements of large-span and super high-rise buildings. The adaptability and technical level of the code have been significantly improved. According to the deployment of the national engineering standard reform, the content of the code will be included in the full-text compulsory code being compiled. The scope of application will be extended to the engineering structure, and the value level will be improved appropriately, so as to improve the reliability level of China′s structure and conform to international standards.
Keywords: building structure; load code; characteristic value; full-text compulsory code; reliability level;
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