多層工業(yè)廠房可變荷載地震組合值系數(shù)的取值

1、多層工業(yè)廠房可變荷載地震組合值系數(shù)的取值博主按：本文發(fā)表于2010年4月的廣東土木與建筑（CN44-1386/TU），是針對2008年 版抗規(guī)寫的。現(xiàn)2010版抗規(guī)已頒布實施，但對本文的問題還是沒有詳細的規(guī)定,本文的建議仍 有實際參考價值。摘要：當多層工業(yè)廠房采用等效均布樓面活荷載計算重力荷載代表值時，現(xiàn)行建筑抗震設 計規(guī)范（GB50011-2001，2008年版）第5.1.3條中未明確規(guī)定對應的可變荷載地震組合值 系數(shù)WEC值。通過兩個典型工程算例比較，發(fā)現(xiàn)WEC值對多層工業(yè)廠房地震作用計算結果 影響明顯；討論分析了多層工業(yè)廠房WEC的取值原則，提出了一些具體取值建議，可供多 層工業(yè)廠房抗震

2、設計參考。關鍵詞：可變荷載地震組合值系數(shù)；地震作用；重力荷載代表值；抗震設計；多層工業(yè)廠房Discussions on Value of Live Load Seismic Combination Coefficient for Multi-storey Factory BuildingAbstract： The clause 5.1.3 of Code for Seismic Design of Building （GB50011-2001, 2008 version） has not specified live load seismic combination coefficient W

3、EC for multi -storey factory building. The paper presents two typical calculation ex amples to demonstrate the importance of WEC for seismic design of multi-storey factory building, discusses rational range of WEC. Recommendations on values of WEC under different circumstances are also provided, whi

4、ch can be reference for seismic design of multi-storey factory building.Keywords： live load seismic combination coefficient； seismic impact； gravity load representative value； seismic design； multi-storey factory building0引言許多結構工程師在設計多層工業(yè)廠房時，直接采用了設計軟件中可變荷載地震組合值系數(shù) （下文用符號“WEC”表示）的默認值進行結構分析，WEC默認值一般為0.

5、5,實際上只適 用于一般民用建筑?？拐鹨?guī)范1第5.1.3條沒有明確規(guī)定多層工業(yè)廠房的等效均布樓面活荷 載WEC值，僅在附錄G.0.2提出對多層鋼結構廠房“應根據(jù)行業(yè)的特點，對樓面檢修荷載、 成品或原料堆積樓面荷載、設備和料斗及管道內的物料等，采用相應的組合值系數(shù)”。參考有關文獻，混凝土規(guī)范算例2中“框架結構算例一”（某輕工工廠的生產綜合樓）取 WEC=0.8；抗震設計手冊3指出，多層工業(yè)廠房可取大于一般民用建筑的WEC值，但該手冊 也沒有給出具體的取值建議。為此通過兩個典型工程算例比較了 WEC值對地震作用計算結果的影響，討論分析多層工業(yè) 廠房WEC的取值原則，提出了一些具體取值建議。1 工程

6、算例1.1算例1（某四層工業(yè)廠房）某商品性通用工業(yè)廠房位于廣州市番禺區(qū)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構，其建筑平面如圖1所示，共4層?；撅L壓0.6kN/m2,地面粗糙類別B類；安全等級為二級，結構重要性系 數(shù)Y 0=1.0；按丙類進行抗震設防，抗震設防烈度7度，地震分組第1組，基本加速度值0.1g， 場地類別為III類，場地特征周期0.45s。建設單位擬在建成后將廠房出租，故設計時生產工藝情況不明，只能按建設單位要求取14 層樓面等效均布活荷載10kN/m2，另外上人天面均布活荷載2kN/m2、不上人梯屋天面均布 活荷載0.5kN/m2。圖1某四層廠房平面圖以變形縫右側的結構單兀為例，考慮非承重填充

7、墻數(shù)量較少而取周期折減系數(shù)WT=0.90 ；在其他條件不變情況下改變WEC值， 總于表1。采用PKPM系列軟件SATWE進行計算，主要計算結果匯表1不同甲EC值對應的主要計算結果(某四層廠房)活載CQC法X向心CQC法Y向. 恒載產產生結構的第一振地震作用下JQ震作用甲廠 生的總的總總質量型振動的首層剪力地震作用EC皿下的首層質量(t)質量(t)(t)周期(kN)剪力(kN)1098.1468.50.53232.74331.21.08611523.460.63232.71318.34550.91.11101519.41582.50.73232.71538.04770.71.13551569.0

8、1640.50.83232.71757.74990.41.15941617.41697.40.93232.71977.45210.11.18291664.81753.21.03232.72197.15429.81.20601711.11808.01.2算例2 (某五層宿舍)某宿舍與算例1位于同一廠區(qū)，建筑平面如圖2所示，共5層。15層樓面等效均布活荷載 2kN/m2, WT=0.60，其余條件同算例1。主要計算結果匯總于表2。圖2 某五層宿舍平面圖表2不同甲EC值對應的主要計算結果(某五層宿舍)甲EC恒載產生的總質量(t)活載產生 的總 質量(t)結構的總質量(t)第一振 型振動 周期CQC

9、法 X向地震作 用下的首 層剪力(kN)CQC 法 Y向地震作 用下的首 層剪力(kN)0.54284.2362.24646.41.01511825.72215.10.64284.2434.74718.91.02371842.52235.30.74284.2507.14791.31.03221859.32255.50.84284.2579.64863.71.04061875.92275.50.94284.2652.04936.21.04891892.52295.31.04284.2724.45008.61.05721908.92315.12 W EC值對地震作用計算結果的影響地震作用是慣性力，

10、與發(fā)生地震時結構的有效質量(即抗震規(guī)范1 中的“重力荷載代表值”) 直接相關。討論WEC值的大小，實際上是研究抗震計算時樓面等效均布活荷載標準值中有 多少的比例應該計入結構的有效質量。因為可變荷載具有較大的時間變異性，當?shù)卣鸢l(fā)生時， 樓面等效均布活荷載達到其最大值(標準值)的概率極小。因此等效均布活荷載標準值所形 成的質量應乘以WEC （W1 ）予以折減，在加上恒載形成的質量，作為結構的有效質量。WEC值是計算結構自振周期、地震作用標準值和結構構件地震作用的基本組合等抗震計算的 重要參數(shù)。從算例計算結果可見，隨著WEC值增大，結構總質量相應增大，結構剛度不變， 結構自振周期變長，總體地震作用都

11、有所增加。但WEC值對一般民用建筑和多層工業(yè)廠房 的影響程度明顯不同：（1）一般民用建筑的等效均布樓面活荷載標準值較小，同時宿舍、住宅等有較多填充墻， 恒載占結構總質量的絕大部分，可變荷載參與結構總質量的比例對地震作用的計算結果影響 不大。算例2中WEC值從0.5增大至1.0，結構的總質量僅增加了 7.79%，周期僅延長了 4.15%， 首層地震剪力僅增加了 4.56%（X向）和4.51%（Y向）。（2）多層工業(yè)廠房的等效均布樓面活荷載標準值一般較大、填充墻比較少，恒載和未折減 的活荷載（WEC=1）占結構總質量的比例相當，可變荷載參與結構總質量的比例對地震作用 計算結果影響較大。從表1可見，

12、WEC值從0.5增大至1.0，結構的總質量增加了 25.36%， 周期延長了 11.04%，首層地震剪力增加了 16.52%（X向）和18.69%（Y向）。由于規(guī)范沒有相關規(guī)定，多層工業(yè)廠房結構設計中WEC的取值比較隨意，過低的WEC值將 造成多層工業(yè)廠房地震作用計算結果偏小、抗震安全度不足。建議抗震規(guī)范1修訂時補充 WEC的取值指引，使設計工作有章可循。3多層工業(yè)廠房WEC的取值原則3.1應優(yōu)先按樓面活荷載的實際情況計算重力荷載代表值多層工業(yè)廠房樓面活荷載與生產工藝密切相關。當工藝明確、資料齊備時，生產使用或安裝 檢修時設備、管道、運輸工具等所產生的荷載大小、位置都是確定的。這些都屬于持久性

13、可 變荷載，在設計基準期內除非廠方改變了生產工藝、或者用于出租的廠房更換了租賃方，否 則一般變化不大。對這類情況應按實際樓面活荷載大小直接計算重力荷載代表值，此時 WEC=1.0。除上述持久性可變荷載外，多層工業(yè)廠房樓面還有臨時性可變荷載，如無設備區(qū)域的操作荷 載（包括操作人員、一般工具、零星原料和成品的自重等），屬于樓面上偶爾出現(xiàn)短期荷載， 其大小和位置隨時間顯著變化，難以精準確定，只能按等效均布活荷載考慮。此類可變荷載 的WEC值可參考下節(jié)的原則來確定。3.2采用等效均布樓面活荷載來計算重力荷載代表值時WEC的合理取值范圍當實際樓面活荷載的資料不足而一時又難以獲得時，只能采用等效均布樓面活

14、荷載來計算重 力荷載代表值。等效均布活荷載在一般情況下僅按內力等值的原則來確定，不能直接反映實 際樓面活荷載的大小。此時應結合工程經驗經分析判斷確定WEC值。WEC取值下限荷載規(guī)范中準永久值是持久性可變荷載的代表值，在設計基準期50年內可變荷載達到和 超過該值的總持續(xù)時間為25年，其作用被認為與恒載相當。因此可認為發(fā)生地震時樓面可 變荷載準永久值的遇合概率幾乎是100%，除非廠房剛好處于空置的狀態(tài)。故建議多層工業(yè) 廠房WEC值的下限是荷載規(guī)范中的準永久系數(shù)（下文用符號“Wq”表示），WEC3Wq。 對算例1中的商品性通用多層廠房，參考廣東省荷載規(guī)定5Wq=0.8，相應WEC30.8。另外 對照

15、荷載規(guī)范第4.2.3條中Wq30.6的規(guī)定，多層工業(yè)廠房的WEC值不宜小于0.7，任何 情況下不應小于0.6。WEC取值上限荷載規(guī)范提供了可變荷載組合系數(shù)（下文用符號“WC”表示），用于考慮兩種或兩種以上 普通可變荷載同時作用于結構時的組合問題。地震作用特點是在設計基準期內不一定出現(xiàn)、 而一旦出現(xiàn)其量值可能很大（尤其是罕遇地震），其時間變異性與普通可變荷載有很大的區(qū) 別。因此筆者認為不宜以荷載規(guī)范中的 此 作為WEC的取值上限，而且WEC的取值上限 應小于WC?？勺兒奢d頻遇值是設計基準期50年內荷載達到和超過該值的總持續(xù)時間小于5年的荷載代 表值，可以認為地震發(fā)生時可變荷載頻遇值的遇合概率比較

16、大。對照荷載規(guī)范4表4.1.1頻 遇值系數(shù)（下文用符號“W”表示）和抗震規(guī)范1 表5.1.3WEC值，一般民用建筑大體滿足 Wq W WECWWf的規(guī)律，從實用角度建議多層工業(yè)廠房WEC的取值上限為Wf。4結論建議（1）建議抗震規(guī)范1修訂時，對多層工業(yè)廠房采用等效均布樓面活荷載計算重力荷載代表 值的情況，補充WEC的取值規(guī)定。（2）工藝明確、資料齊備的多層工業(yè)廠房，應按實際樓面活荷載大小來計算重力荷載代表 值，WEC=1.0。（3）當采用等效均布活荷載計算重力荷載代表值時，建議WEC值的下限是荷載規(guī)范中的 準永久系數(shù)Wq，上限為頻遇值系數(shù)Wf，即WqWWECWWf。具體建議如下：1）對荷載規(guī)范

17、附錄C所列的6類工業(yè)廠房，可直接參考其Wf和Wq值來確定WEC取值 范圍；對廠區(qū)內配套的多層倉庫，可根據(jù)儲存物質的類型、參考荷載設計手冊6附錄二的Wq 值來確定WEC取值范圍；2）對商品性通用多層廠房，建議取WEC30.8 ；對商品性通用廠房配套的多層倉庫，其可變 荷載在地震時遇合概率比廠房大，建議其WEC值比廠區(qū)內其他廠房增加0.1，但調整后不宜 大于0.95；3）多層工業(yè)廠房的WEC值不宜小于0.7，任何情況下不應小于0.6。參考文獻：中華人民共和國建設部.GB50011-2001 （2008年版）建筑抗震設計規(guī)范M.北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2008.混凝土結構設計規(guī)范算例編委會.混凝

18、土結構設計規(guī)范算例M.北京：中國建 筑工業(yè)出版社，2003.龔思禮.建筑抗震設計手冊（第二版）M.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002中華人民共和國建設部.GB50009-2001 （2006年版）建筑結構荷載規(guī)范M.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.廣東省建設委員會.DBJ15-2-90建筑結構荷載規(guī)范M.廣州：1990.陳基發(fā)，沙志國.建筑結構荷載設計手冊（第二版）M.北京：中國建筑工業(yè)出版 社，2004.張軍.重力荷載代表值的相關計算及應用J.建筑結構技術通訊，2007年7月：1-2，9.工業(yè)建筑樓面均布活荷載應分三次輸入電算程序討論工業(yè)建筑樓面均布活荷載，應分三次輸入電算程序進行計算，

19、然后對 三次電算結果進行選擇，選取符合設計規(guī)范的結果用于工程設計，以 避免樓面活荷載選用過大而帶來的浪費。一般的民用建筑，樓面均布 活荷載，在規(guī)范中只列出一個值，例如辦公樓，只列出活荷載標準值 2.0 kN/m2。至于活荷載在傳遞過程中的折減，在規(guī)范中已有明確的 折減系數(shù)，這些折減系數(shù)也反映在電算過程中。因此，電算時只要將 活荷2.0 kN/m2輸入程序中，電算的結果就是所需要的正確結果，所 以民用建筑的結構，只要一次電算就能完成（至于優(yōu)化設計多算幾次 則另當別論）。工業(yè)建筑的樓面均布活荷載，它的特點是沒有民用建 筑樓面活荷載的折減系數(shù)，活荷載在傳遞過程中的折減，是以樓面均 布活荷載在板、次梁

20、、主梁的不同標準值中直接表達出來的。例如 2006版的建筑結構荷載規(guī)范GB50009-2002中表C.0.1，以序號1 的一類金工車間為例（板跨N1.2m、次梁間距N1.2m），樓面均布活 荷載有三個標準值，即板22.0 kN/m2，次梁14.0 kN/m2，主梁 9.0 kN/m2。這就是說，計算板、次梁、主梁時所用的樓面活荷載是 不一樣的，不能只用一個板的樓面活荷載22.0 kN/m2 一算到底，這 將導致很大的浪費。但一般的民用建筑的結構電算程序一次只能輸入 一個活荷載，因此，正確的做法應該是分三次輸入樓面活荷載值。在 本例中，第一次輸入22.0 kN/m2,只取結構電算結果中板的有關數(shù)

21、 據(jù)，作為樓板的設計依據(jù)，此次電算的次梁和主梁的結果，由于偏大， 一律不要。第二次輸入14.0 kN/m2,只取結構電算結果中次梁的有 關數(shù)據(jù)作為次梁的設計依據(jù)，其余板和主梁的電算結果，對于板來說 不夠安全，對于主梁仍偏大，因此兩者都不要。同理，第三次輸入 9.0 kN/m2,只取結構電算結果中主梁、柱（墻）、基礎的有關數(shù)據(jù) 作為主梁、柱（墻）、基礎的設計依據(jù)，而此次電算的板和次梁的結 果都偏小，不能取用。經過以上將不同的樓面活荷載分三次輸入電算 程序后，對板、次梁、主梁所選取的結果才是符合規(guī)范要求的。長期 以來，工業(yè)建筑樓面活荷載是由設計院的工藝設計人員以“土建要求” 的方式提供給土建設計人

22、員的，往往是一個房間只提供一個數(shù)值，這 樣做對于民用建筑的樓面活荷載來說是可行的，但對于工業(yè)建筑來說 就不夠了。其后果是土建設計人員只好將這一個數(shù)據(jù)從樓板至基礎一 傳到底而不折減，往往造成工程設計的浪費。今后如果仍然由工藝設 計人員向土建設計人員提供樓面活荷載值的話，為了避免工作中的失 誤，建議工藝設計人員應與土建設計人員一起共同對工程中房間的名 稱，按照2006版的建筑結構荷載規(guī)范GB50009-2002中表 C.0.1 C.0.6核對，先把房間名稱搞準確后，然后再按表 C.0.1C.0.6準確確定板、次梁、主梁的樓面活荷載的標準值，最后 再按此結果進行分三次輸入的電算工作。計算地震作用時，

23、工業(yè)建筑的活荷載組合值系數(shù)取值今天被問的問題：12層，建筑高度60m,輕工廠房，計算地震作用時，一般輕 工廠房（活載為6kN/m2）的活荷載組合值系數(shù)取0.7足夠未？建筑抗震設計規(guī)范GB50011-2010第5.1.3條（強制性條文）：計算地震作用 時，建筑的重力荷載代表值應取結構和構配件自重標準值和各可變荷載組合值 之和。各可變荷載的組合值系數(shù)，應按表5.1.琛用。表5,1.3組合值系數(shù)可變荷載種類組合值系數(shù)雪荷載0.5屋面積灰荷載0.5屋面活荷載不計入按實際情況計算的樓面活荷載1.0按等效均布荷載計算的藏書庫、檔案庫0.8樓面活荷載其他民用建筑0.5起重機懸吊物重力硬鉤吊車0.3軟鉤吊車不

24、計入注：硬鉤吊車的吊重較大時，組合值系數(shù)應按實際情況采用。高層建筑混凝土結構技術規(guī)程JGJ3-2010第4.3.6條：計算地震作用時，建筑 結構的重力荷載代表值應取永久荷載標準值和可變荷載組合值之和?？勺兒奢d的 組合值系數(shù)應按下列規(guī)定采用：1雪荷載取0.5；2樓面活荷載按實際情況計算時取1.0；按等效均布活荷載計算時，藏書庫、檔 案庫、庫房取0.8, 一般民用建筑取0.5。根據(jù)建筑結構荷載規(guī)范GB50009-2001（2006年版）第4.1.1條，一般藏書庫、 檔案庫、儲藏室的樓面活荷載標準值為5.0KN/m2,密集柜書庫為12.0。根據(jù)全 國民用建筑工程設計技術措施結構（結構體系）（2009

25、年版）附錄F，商業(yè)庫 房樓地面活荷載標準值為1080KN/m2，物資庫房樓地面活荷載標準值為4.035.0KN/m2?？梢姛o論是抗規(guī)還是高規(guī)，等效均布活荷載4.0KN/m2時組合值系數(shù)取0.8，活 荷載 V4.0KN/m2 時取 0.5。對于工業(yè)建筑，規(guī)范未予以明確。但可以根據(jù)其樓面等效均布活荷載標準值的大 小參考取值。對于樓面活荷載為6KN/m2的工業(yè)廠房，計算地震作用時，活荷載 的組合值系數(shù)取0.8比較妥當。附帶的問題是：多層層數(shù)比較少，按0.8取就算了（對含鋼量影響較?。?，高層 可以取0.7嗎？ Deer認為從抗震設計的概念來說，層數(shù)越多或者活荷載數(shù)值越大， 與地震作用耦合的可能性越大，

26、更不應該降低標準。再論PKPM中的重力荷載代表值系數(shù)與活荷載質量折減系 數(shù)2012-04-09 18:34:58|分類：PKPM專區(qū)|標簽：|字號大中小訂閱看了 2010版PKPM的說明，終于大概知道老版本（如2005版）PKPM中“重力荷載代表值系數(shù)”與“活荷載質量折減系 數(shù)”這兩個概念的用意，“活荷載質量折減系數(shù)”用于地震作用計算，實際對應抗規(guī)5.1.3條計算重力荷載代表值時的“可 變荷載的組合值系數(shù)”，而“重力荷載代表值系數(shù)”用于地震驗算，對應于抗規(guī)5.4.1條文說明2中的“抗震驗算中作用 組合值系數(shù)”，而該條文說明還指出“本規(guī)范繼續(xù)沿用78規(guī)范在驗算和計算地震作用時（除吊車懸吊重力外）

27、對重力荷載均 采用相同的組合值系數(shù)的規(guī)定，可簡化計算，并避免有兩種不同的組合值系數(shù)?！奔匆?guī)范在地震作用計算和地震驗算時， 為簡化計算，采用相同的組合值系數(shù)。基于此點，在2010版PKPM中已將老版本在“地震信息”輸入界面中用到的“活荷 載質量折減系數(shù)”以及在“荷載組合”輸入信息中用到的“重力荷載代表值系數(shù)”分別稱為“活載重力荷載代表值組合系數(shù)”和 “活載重力代表值系數(shù)”，并在2010版的說明中指出“這兩處系數(shù)含義不同，但取值應相同?！?、“當?shù)卣鹦畔㈨撝行薷?了活荷重力代表值組合系數(shù)時，荷載組合頁中活荷重力代表值系數(shù)將聯(lián)動改變?！盤KPM老版本“重力荷載代表值系數(shù)“與”活荷載質量折減系數(shù)”輸入界

28、面:設計信息削筋信息荷載組合！地下室信息！砌體結構I總信息|風荷載皓息 地需信息 清荷隋息！調篷信息|結構規(guī)則性信息-L規(guī)則本規(guī)則考慮偶建偏心 考慮戲向地震作用沒計地震滂目- r - r -設防烈度(0.05g-J場地類別|口上海二1框架抗需等皺|特級二J 覲力墻抗焉等級| 口特織二J計箕振型個數(shù)結構的強尼比穌s特征周期T諾.物0.9多遇拋震黝向系救最大值頊4-按中震域大震)不屈月艮做結構設罕遇地再費.響系數(shù)最大值斜支抗仰1力構件方向附加地震數(shù)口相應角度度幫助2010版PKPM已在“地震信息”和“荷載組合”輸入信息界面分別改用“活載重力荷載代表值組合系數(shù)”和“活載重力代表值系數(shù)”三、地震信息X向福嗣隔蛙麻心Y罔相酣富蛆咐計苴振圖慢甌重身就免祀我值沮隆來敖密甬既比匱停瞞胴T秒7旭春耕向雖數(shù)是方恒甬坤說瀝葡師&瞬F 他匍度愆八、荷載組合2010版PKPM對“活載重力荷載代表值組合系數(shù)”和“活載重力代表值系數(shù)”的說明:W）活荷重力荷載代表值組含系教竺壁頊字地喉作用時-尊力荷載代表值取恒載的標箜與活載絲值之 和于親商的可更看驀其酢膏值系數(shù)奇靡不同，用聲奇在此處修改序缺看盾為在WMASS文件中“各層的質量、質心坐標信息”項中輸出的“活載產生的總質量 為組合值