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[作者] 刘孝国 中国建筑科学研究院有限公司 北京构力科技有限公司 北京 [关键词] 荷载组合 （本篇共2283字，阅读时长大约7分钟） 结构设计需要进行承载能力极限状态计算及结构正常使用极限状态的验算。承载能力极限状态计算包括结构的倾覆验算、结构滑移验算、结构漂浮验算、构件承载力的计算及构件抗震承载力验算等；结构构件正常使用极限状态验算包括楼盖结构的竖向自振频率验算、构件变形验算、构件裂缝验算及构件挠度验算等。无论是承载能力极限状态计算还是正常使用极限状态验算都需要根据不同的荷载形式，采用不同的分项系数，确定出最不利的荷载组合效应。 但是确定最不利的荷载效应设计值的关键是要找出哪一组可变荷载或永久荷载是在结构设计中起控制作用的。事实上这是一件比较困难的事，不同的设计目标有不同的答案。不同的结构类型、位于不同地区的建筑其控制的荷载可能不同；同一个结构中的不同构件其控制的荷载可能不同；同一个构件中的不同截面其控制的荷载可能不同；甚至同一构件两个方向控制的荷载组合也可能不同；即使是同一截面中的不同内力（剪力、弯矩、轴力）其控制的荷载也可能不同。因此，确定最不利的荷载效应设计值一定要针对每一个设计目标分别进行。 以最简单的钢筋混凝土框架梁为例，要分别就跨中弯矩和剪力、支座弯矩和剪力找出最不力荷载效应设计值。以混凝土框架柱为例，要分别计算柱轴压比对应的最不利荷载组合，柱底和柱顶X，Y两个方向纵筋对应的最不利荷载效应，还要计算柱剪力对应的最不利组合。 01 建筑结构的荷载及作用分类 按《建筑结构荷载规范》GB5009-2012（后续简称“荷载规范”）3.1.1条，荷载可以分为三大类，永久荷载、可变荷载及偶然荷载，每一类荷载下又包含多种具体的荷载，如可变荷载包括楼面活荷载、屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载、温度作用等，在进行荷载最不利效应设计值的确定时需要考虑各种可能存在的情况，进行荷载组合。  对抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，同时要进行结构抗震设计，需考虑结构在多遇地震作用下的构件截面抗震验算级相应的变形验算。截面抗震验算时需要考虑结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的组合。 02 荷载及作用分项系数取值 结构设计基本组合的荷载分项系数取值按荷载规范3.2.4执行，永久荷载分项系数需要考虑区分永久荷载效应对结构不利或者有利，采用不同的值。需要注意的是，当永久荷载效应对结构有利时，永久荷载的分项系数取值不大于1.0。  《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2018（后续简称“可靠性标准”）对于永久作用和可变作用分项系数的取值按表8.2.9采用。按可靠性标准取消了永久荷载对结构不利时，由永久荷载效应控制的组合永久荷载分项系数取1.35的规定。同时也提出了当永久荷载效应对结构有利时，永久荷载的分项系数取值不大于1.0的规定。  《建筑工程抗浮技术标准》JGJ 476-2019（后续简称“抗浮标准”）要求对结构抗浮验算时，结构自重、内部固定设备、结构上部填筑体等荷载类型下，对于抗浮稳定有利和不利时，分项系数的取值是不同的。一般情况下，上部竖向荷载对结构抗浮总是有利的，只有个别情况下，有可能某局部范围的不均匀竖向荷载会加大相邻底板的上翘程度，这种情况属于竖向荷载对抗浮验算不利的情况。  《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016版）（后续简称“抗规”）对于结构地震作用分项系数的取值按表5.4.1采用，水平地震及竖向地震单独考虑时的分项系数为1.3。  03 荷载及作用的组合方式 结构承载能力极限状态计算包括结构倾覆验算、结构滑移验算、结构漂浮验算、构件承载力的计算及构件抗震承载力验算等，通常采用荷载的基本组合；结构构件正常使用极限状态验算包括楼盖结构的竖向自振频率验算、构件变形验算、构件裂缝验算及构件挠度验算等，通常采用荷载的准永久组合；对预应力混凝土构件挠度及裂缝验算按照荷载的标准组合；按地基承载力确定基础底面积及埋深或者按单桩承载力确定桩数采用正常使用极限状态下的标准组合；计算挡土墙、地基或滑坡稳定以及基础抗浮稳定时，作用效应按承载能力极限状态下作用的基本组合，但分项系数取1.0。 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（2015版）（后续简称“混规”）3.3.2条要求结构承载能力极限状态验算采用荷载的基本组合。荷载规范3.2.7要求结构正常使用极限状态验算采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合。   《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011（后续简称“地基规范”）3.0.5条对荷载及作用的组合方式要求如下。  04 荷载及作用的基本组合 按荷载规范3.2.3基本组合效应设计值，对于最不利荷载效应组合，由可变荷载控制的效应设计值，需要考虑多组可变荷载同时组合的问题。对由永久荷载控制的效应设计值，需要考虑从多组可变荷载中找出最不利荷载。   地震作用效应和其他荷载效应的基本组合按抗震规范5.4.1的相关详细组合进行，一般结构仅考虑重力荷载代表值效应与地震作用考虑，但对风荷载主控的结构，要考虑风荷载与地震作用及重力荷载代表值的效应同时组合，并且取风荷载组合系数0.2。由于控制组合的复杂性，设计中无法明确判断出那种情况属于风荷载主控，这就导致完全按抗规进行荷载组合无法实现。因此，对于风荷载与重力荷载代表值效应及地震作用的组合要参考其他规范。高规对于风荷载和地震作用效应同时组合给出了明确的要求。  《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（后续简称“高规”）5.6.3条重力荷载代表值效应与地震作用及风荷载组合按5.6.3执行，同时按表5.6.4要求，仅对60m以上的高层建筑考虑重力荷载、风荷载与地震作用同时组合，这样在设计中就明确了荷载的准确组合情况。 高规5.6.1条对持久状况和短暂设计状况的组合仅考虑永久荷载、楼面活荷载与风荷载之间的组合，对于荷载规范中的其他活荷载之间的组合，如温度效应、雪荷载等高规并没有给出如何进行组合。 从上述各本规范的组合情况来看，在设计中要实现对工程中可能出现的多种荷载进行组合，仅使用单一的规范是无法解决组合问题的，要考虑多本规范之间的关系，对设计中的组合进行系统梳理。当然如果采用结构设计软件，仅仅需要简单的选择相关参数就可以实现多种荷载形式的组合了。 明日待续......
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