關于標準值設計值特征值和荷載效應組合

1、.關于標準值、設計值、特征值 (后面有 荷載效應組合)2007-08-25 21:48一、原因 與鋼、混凝土、砌體等材料相比，土屬于大變形材料，當荷載增加時，隨著地基變形的相應增長，地基承載力也在逐漸加在，很難界定出下一個真正的“極限值”，而根據(jù)現(xiàn)有的理論及經(jīng)驗的承載力計算公式，可以得出不同的值。因此，地基極限承載力的確定，實際上沒有一個通用的界定標準，也沒有一個適用于一切土類的計算公式，主要依賴根據(jù)工程經(jīng)驗所定下的界限和相應的安全系數(shù)加以調(diào)整，考慮一個滿足工程的要求的地基承載力值。它不僅與土質、土層埋藏順序有關，而且與基礎底面的形狀、大小、埋深、上部結構對變形的適應程度、地下水位的升降、地區(qū)

2、經(jīng)驗的差別等等有關，不能作為土的工程特性指標。 另一方面，建筑物的正常使用應滿足其功能要求，常常是承載力還有潛力可挖，而變形已達到可超過正常使用的限值，也就是變表控制了承載力。 因此，根據(jù)傳統(tǒng)習慣，地基設計所用的承載力通常是在保證地基穩(wěn)定的前提下，使建筑物的變形不超過其允許值的地基承載力，即允諾承載力，其安全系數(shù)已包括在內(nèi)。無論對于天然地基或樁基礎的設計，原則均是如此。 隨著建筑結構設計統(tǒng)一標準（GBJ68-84）施行，要求抗力計算按承載能力極限狀態(tài)，采用相應于極限值的“標準值”，并將過去的總安全系數(shù)一分為二，由荷載分項系數(shù)和抗力分項系數(shù)分擔，這給傳統(tǒng)上根據(jù)經(jīng)驗積累、采用允許值的地基設計帶來了

3、困擾。 建筑地基基礎設計規(guī)范（GBJ789）以承力的允許值作為標準值，以深寬修正后的承載力值作為設計值，引起的問題是，抗力的設計值大于標準值，與建筑可靠度設計統(tǒng)一標準（GB500682001）規(guī)定不符，因此本次規(guī)范進行了修訂。 二、對策 建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準（GB500682001）鑒于地基設計的特殊性，將上一版“應遵守本標準的規(guī)定”修改為“宜遵守本標準規(guī)定的原則”，并加強了正常使用極限狀態(tài)的研究。而建筑結構荷載規(guī)范（GB500092001）也完善了正常使用極限狀態(tài)的表達式，認可了地基設計中承載力計算可采用正常使用極限狀態(tài)荷載效應標準組合。 “特征值”一詞，用以表示按正常使用極限狀態(tài)計算

4、時采用的地基承載力和單樁承載力的值。 三、應用 用作抗力指標的代表值有標準值和特征值。當確定巖土抗剪強度和巖石單軸抗壓強度指標時用標準值；由荷載試驗確定承載力時取特征值，載荷試驗包括深層、淺層、巖基、單樁、錨桿等，見規(guī)范有關附錄。 地基承載力特征值fak是由荷載試驗直接測定或由其與原位試驗相關關系間接確定和由此而累積的經(jīng)驗值。它相于載荷試驗時地基土壓力變形曲線上線性變形段內(nèi)某一規(guī)定變形所對應的壓力值，其最大值不應超過該壓力變形曲線上的比例界限值。 修正后的地基承載力特征值fa是考慮了影響承載力的各項因素后，最終采用的相應于正常使用極限狀態(tài)下的設計值的地基允許承載力。 單樁承載力特征值Ra是由載

5、荷試驗直接測定或由其與原位試驗的相關關系間接推定和由此而累積的經(jīng)驗值。它相應于正常使用極限狀態(tài)下允許采用單樁承載力設計值。 當按地基承載力計算以確定基礎底面積和埋深或按單樁承載力確定樁的數(shù)量時，傳至基礎或承臺底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態(tài)采用標準組合，相應的抗力限值采用修正后的地基承載力特征值或單樁承載力特征值。即SC，C為抗力或變形的限值；pkfa（地基）；QkRa（樁基）。此時特征值fa、Ra即為正常使用極限狀態(tài)下的抗力設計值。 當根據(jù)材料性質確定基礎或樁臺的高度、支擋結構截面、計算基礎或支擋結構內(nèi)力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結構傳來的荷載效應和相應的基底板應按承載能力極限狀態(tài)

6、下荷載效應的基本組合，即0SR計算，此時地基反力p、樁頂下反力Ni和主動土壓力Ea等相應為荷載設計值，要采用相應的分項系數(shù)。 因此，閱讀地質報告時，若為“特征值”則為允許值，安全系數(shù)已包括在內(nèi)；若為“標準值”，則為極限值，應考慮相應的抗力分項系數(shù)。GBJ789規(guī)范（老規(guī)范）有基本值、標準值、設計值說法 GBJ500072002規(guī)范（新規(guī)范）只有特征值的說法老規(guī)范中 f=fk+b*r*（b-3）+ d*r0*（d-0.5） fk=f*f0 f0土工試驗得出的單一的未經(jīng)離散性修正的原始值，基本值；原位測試，查老規(guī)范表可得f回歸修正系數(shù)fk經(jīng)離散性修正的數(shù)值，標準值；f是經(jīng)深寬修正后的數(shù)值，設計值。

7、 新規(guī)范取消了“基本值、標準值、設計值”說法，代之以“特征值”的說法，概念更明確，強調(diào)了“原位”，取消了查表法取得地基承載力基本值（也有標準值）這一籠統(tǒng)做法。 新規(guī)范中fa=fak+b*r*（b-3）+ d*rm*（d-0.5） fak（未經(jīng)深寬修正的）地基承載力特征值，就是老規(guī)范中標準值fk； fa算基礎或支擋結構內(nèi)力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結構傳來的荷載效應和相應的基底板應按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，即0SR計算，此時地基反力p、樁頂下反力Ni和主動土壓力Ea等相應為荷載設計值，要采用相應的分項系數(shù)。 GBJ789規(guī)范（老規(guī)范）有基本值、標準值、設計值說法 GBJ500

8、072002規(guī)范（新規(guī)范）只有特征值的說法老規(guī)范中 f=fk+b*r*（b-3）+ d*r0*（d-0.5） fk=f*f0 f0土工試驗得出的單一的未經(jīng)離散性修正的原始值，基本值；原位測試，查老規(guī)范表可得f回歸修正系數(shù)fk經(jīng)離散性修正的數(shù)值，標準值；f是經(jīng)深寬修正后的數(shù)值，設計值。 新規(guī)范取消了“基本值、標準值、設計值”說法，代之以“特征值”的說法，概念更明確，強調(diào)了“原位”，取消了查表法取得地基承載力基本值（也有標準值）這一籠統(tǒng)做法。 新規(guī)范中fa=fak+b*r*（b-3）+ d*rm*（d-0.5） fak（未經(jīng)深寬修正的）地基承載力特征值，就是老規(guī)范中標準值fk； fa是經(jīng)深寬修正后

9、的地基承載力特征值，就是老規(guī)范中設計值f新老規(guī)范中，由公式f=Mb*r*b+Md*r0*d+Mc*Ck fa=Mb*r*b+Md*rm*d+Mc*Ck得出的f，fa不說自明畢生受益系列概念(2)-地基地基承載力的概念(參見（1）地基承載力：地基所能承受荷載的能力。（2）地基容許承載力：保證滿足地基穩(wěn)定性的要求與地基變形不超過允許值，地基單位面積上所能承受的荷載。（3）地基承載力基本值：按標準方法試驗，未經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計處理的數(shù)據(jù)?？捎赏恋奈锢硇再|指標查規(guī)范得出的承載力。（4）地基承載力標準值：在正常情況下，可能出現(xiàn)承載力最小值，系按標準方法試驗，并經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計處理得出的數(shù)據(jù)?？捎梢巴忤b別結果和動力觸探

10、試驗的錘擊數(shù)直接查規(guī)范承載力表確定，也可根據(jù)承載力基本值乘以回歸修正系數(shù)即得。（5）地基承載力設計值：地基在保證穩(wěn)定性的條件下，滿足建筑物基礎沉降要求的所能承受荷載的能力?？捎伤苄院奢d直接，也可由極限荷載除以安全系數(shù)得到，或由地基承載力標準值經(jīng)過基礎寬度和埋深修正后確定。（6）地基承載力的特征值：正常使用極限狀態(tài)計算時的地基承載力。即在發(fā)揮正常使用功能時地基所允許采用抗力的設計值。它是以概率理論為基礎，也是在保證地基穩(wěn)定的條件下，使建筑物基礎沉降計算值不超過允許值的地基承載力。在設計建筑物基礎時，各行業(yè)使用規(guī)范不同，地基容許承載力、地基承載力設計值與特征值在概念上有所不同，但在使用含義上相當簡

11、單的說地基承載力標準值、地基承載力設計值是老規(guī)范的表述方式，特征值是新規(guī)范的表述方式，其取值方法大概相同，考慮的修正有所區(qū)別荷載效應組合load effect combination按極限狀態(tài)設計時，為保證結構的可靠性而對同時出現(xiàn)的各種荷載效應設計值規(guī)定的組合。所謂荷載效應，是指在某種荷載作用下結構的內(nèi)力或位移。按照概率統(tǒng)計和可靠度理論把各種荷載效應按一定規(guī)律加以組合，就是荷載效應組合。一般用途的高層建筑結構承受的豎向荷載有結構、填充墻、裝修等自重（永久荷載）和樓面使用荷載、雪荷載等（可變荷載）；水平荷載有風荷載及地震作用。各種荷載可能同時出現(xiàn)在結構上，但是出現(xiàn)的概率不同。通常，在各種不同荷載

12、作用下分別進行結構分析，得到內(nèi)力和位移后，再用分項系數(shù)與組合系數(shù)加以組合。建筑結構荷載規(guī)范（GB50009-2001，以下簡稱為荷載規(guī)范）上給出的自重及使用荷載、雪荷載等值，以及風荷載及地震等效荷載值都稱為荷載標準值。各種標準荷載獨立作用產(chǎn)生的內(nèi)力及位移稱為荷載效應標準值，在組合時各項荷載效應應乘以分項系數(shù)及組合系數(shù)。分項系數(shù)是考慮各種荷載可能出現(xiàn)超過標準值的情況而確定的荷載效應增大系數(shù)，而組合系數(shù)則是考慮到某些荷載同時作用的概率較小，在疊加其效應時要乘以小于1的系數(shù)。例如，風荷載和地震作用同時達到最大值的概率較小，因此在風荷載和地震作用組合時，風荷載乘以組合系數(shù)0.2。1）基本組合是屬于承載

13、力極限狀態(tài)設計的荷載效應組合，它包括以永久荷載效應控制組合和可變荷載效應控制組合，荷載效應設計值取兩者的大者。兩者中的分項系數(shù)取值不同，這是新規(guī)范不同老規(guī)范的地方，它更加全面地考慮了不同荷載水平下構件地可靠度問題。 在承載力極限狀態(tài)設計中，除了基本組合外，還針對于排架、框架等結構，又給出了簡化組合。 2）標準組合、頻遇組合和準永久組合是屬于正常使用極限狀態(tài)設計的荷載效應組合。 標準組合在某種意義上與過去的短期效應組合相同，主要用來驗算一般情況下構件的撓度、裂縫等使用極限狀態(tài)問題。在組合中，可變荷載采用標準值，即超越概率為5的上分位值，荷載分項系數(shù)取為1.0?？勺兒奢d的組合值系數(shù)由荷載規(guī)范給出。

14、 頻遇組合是新引進的組合模式，可變荷載的頻遇值等于可變荷載標準值乘以頻遇值系數(shù)（該系數(shù)小于組合值系數(shù)），其值是這樣選取的：考慮了可變荷載在結構設計基準期內(nèi)超越其值的次數(shù)或大小的時間與總的次數(shù)或時間相比在10左右。頻遇組合目前的應用范圍較為窄小，如吊車梁的設計等。由于其中的頻遇值系數(shù)許多還沒有合理地統(tǒng)計出來，所以在其它方面的應用還有一段的時間。 準永久組合在某種意義上與過去的長期效應組合相同，其值等于荷載的標準值乘以準永久值系數(shù)。它考慮了可變荷載對結構作用的長期性。在設計基準期內(nèi)，可變荷載超越荷載準永久值的概率在50左右。準永久組合常用于考慮荷載長期效應對結構構件正常使用狀態(tài)影響的分析中。最為典

15、型的是：對于裂縫控制等級為2級的構件，要求按照標準組合時，構件受拉邊緣混凝土的應力不超過混凝土的抗拉強度標準值，在按照準永久組合時，要求不出現(xiàn)拉應力。 還有就是荷載分項系數(shù)的取值問題新的荷載規(guī)范中恒載的分項系數(shù)在實際工作中怎么??？什么時候取1.35什么時候取1.2？1.2恒1.4活 1.35恒0.7*1.4活 抗浮驗算時取0.9 砌體抗浮取0.8 1.35G+0.7*1.4Q>1.2G+1.4Q G/Q>2.8 所以當恒載與活載的比值大于2.8時,取1.35G+0.7*1.4Q 否則,取1.2G+1.4Q 對一般結構來說,1.樓板可取1.2G+1.4Q 2.屋面樓板可取1.35G+

16、0.7*1.4Q 3.梁柱(有墻)可取1.35G+0.7*1.4Q 4.梁柱(無墻)可取1.2G+1.4Q 5.基礎可取1.35G+0.7*1.4Q經(jīng)查，在高規(guī)3.2.2條文件說明中有，在荷載規(guī)范沒有。現(xiàn)把相關規(guī)范條文抄錄如下：建筑結構荷載規(guī)范 GB 50009-2001 (2006 年版)：7.1.2 基本風壓應按本規(guī)范附錄D.4中附表D.4給出的50年一遇的風壓采用，但不得小于0.3kNm2。對子高層建筑、高聳結構以及對風荷載比較敏感的其他結構，基本風壓應適當提高，并應由有關的結構設計規(guī)范具體規(guī)定。條文說明：7.1.2基本風壓0是根據(jù)全國各氣象臺站歷年來的最大風速記錄，按基本風壓的標準要求

17、，將不同風儀高度和時次時距的年最大風速，統(tǒng)一換算為離地10m高，自記1Omin平均年最大風速(m/s)。根據(jù)該風速數(shù)據(jù)，按附錄D的規(guī)定，經(jīng)統(tǒng)計分析確定重現(xiàn)期為50年的最大風速，作為當?shù)氐幕撅L速0。再按貝努利公式確定基本風壓。以往，國內(nèi)的風速記錄大多數(shù)根據(jù)風壓板的觀測結果，刻度所反映的風速，實際上是統(tǒng)一根據(jù)標準的空氣密度=1.25kgm3按上述公式反算而得，因此在按該風速確定風壓時，可統(tǒng)一按公式計算。鑒于通過風壓板的觀測，人為的觀測誤差較大，再加上時次時距換算中的誤差，其結果就不太可靠，當前各氣象臺站已累積了較多的根據(jù)風杯式自記風速儀記錄的10min平均年最大風速數(shù)據(jù)，因此在這次數(shù)據(jù)處理時，基

18、本上是以自記得數(shù)據(jù)為依據(jù)。因此在確定風壓時，必須考慮各臺站觀測當時的空氣密度，當缺乏資料時，也可參考附錄D的規(guī)定采用。與雪荷載相同，規(guī)范將基本風壓的重現(xiàn)期由以往的30年統(tǒng).一改為50年，這樣，在標準上將與國外大部分國家取得一致。但經(jīng)修改后，各地的基本風壓并不是全在原有的基礎上提高10，而是根據(jù)新的風速觀測數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計分析后重新確定的。為了能適應不同的設計條件，風荷載也可采用與基本風壓不同的重現(xiàn)期，附錄D給出相應的換算公式。資料表明，修訂后的基本風壓值與原規(guī)范的取值相比，總體上雖已提高了10，但對風荷載比較敏感的高層建筑和高聳結構，以及自重較輕的鋼木主體結構，其基本風壓值仍可由各結構設計規(guī)范，根據(jù)結構的自身特點，考慮適當提高其重現(xiàn)期；對于圍護結構，其重要性與主體結構相比要低些，可仍取50年；對于其他設計情況，其重現(xiàn)期也可由有關的設計規(guī)