荷载分类、代表值定义与各规范荷载组合
荷载的代表值与荷载组合方法
Loads & Structural Design Methods
土木工程学院 哈尔滨工业大学
Spring, 2013
第五章 荷载的代表值与荷载组合方法
第五章 荷载的代表值与荷载组合方法
主要内容
5.1 荷载的代表值 5.2 荷载效应组合方法
第五章 荷载的代表值与荷载组合方法
5.1 荷载的代表值
例题
三种荷载作用: – 恒荷载 G – 持久性活荷载 L1(t) – 临时性活荷载 L2 (t) – 风荷载 W (t)
设计基准期为T 50 年 。
各荷载分时段长度分别为：G 50 年
L1 L2 10 年
w 1 年
按 JCSS 组合法和 Turkstra 组合法给出上述荷载的可能组合。
max
0≤t≤T
ห้องสมุดไป่ตู้
Si
(t)
max
0≤t≤ i
Si1(t)
max
0≤t≤ n1
Sn
(t
)
5.2 荷载效应组合方法
Sm1
max
t[0,T ]
S1
(t
)
max t1
S2
(t)
max t 2
S3
(t
)
max
t n1
Sn
(t
)
Sm2
S1
(t0
)
max
t[0,T ]
2. 计算方法 确定原则：要求结构在单一可变荷载作用下的可靠度与 在两个及其以上可变荷载作用下的可靠度保持一致。
Qc cQk
荷载组合系数
桥梁设计荷载
第4.2.2条 预加力 在结构进行正常使用极限状态设计和使用 阶段应力计算时，应作为永久作用计算其主效 应和次效应，并计入相应阶段的预应力损失， 但不计由于偏心距增大引起的附加效应； 在结构进行承载能力极限状态设计时，预 加力不作为作用，而将预应力钢筋作为结构抗 力的一部分，但在连续梁等超静定结构中，仍 需考虑预加力引起的次效应。
支座摩阻力
F = µ ⋅W
偶然作用
偶然作用
偶然作用是指在结构使用期间出现的 概率很小，一旦出现，其值很大且持续时 间很短的作用。《桥规》中的偶然荷载包 括地震作用、船舶或漂流物的撞击作用和 汽车撞击作用。
地震作用
在地震区建造桥梁，必须考虑地震作用。
第4.4.1条 地震作用 地 震 动 峰 值 加 速 度 等 于 0.10g 、 0.15g 、 0.20g、0.30g地区的公路桥涵，应进行抗震设 计。 地震作用的计算及结构的设计，应符合现 行《公路工程抗震设计规范》的规定。
车辆荷载
前轮： 0.3×0.2 中、后轮： 0.6×0.2 各荷载等 级采用相同的 车辆荷载。
横向布载
车道荷载横向分布系数应按设计车道数如下图布 置车辆荷载进行计算。
横向布载
桥涵设计车道数应符合下表的规定：
桥面宽度 车辆单向行驶时 车辆双向行驶时 W<7.0 7.0≤W<10.5 6.0≤W<14.0 10.5≤W<14.0 14.0≤W<17.5 14.0≤W<21.0 17.5≤W<21.0 21.0≤W<24.5 21.0≤W<28.0 24.5≤W<28.0 28.0≤W<31.5 28.0≤W<35.0 桥涵设计车道数 1 2 3 4 5 6 7 8
建筑荷载规范
建筑荷载规范建筑荷载规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的结构设计。
是根据《建筑结构设计统一标准》(GB50068-2001)规定的原则制订的。
建筑结构设计中涉及的作用包括直接作用(荷载)和间接作用(如地基变形、混凝土收缩、焊接变形、温度变化或地震等引起的作用)。
本规范仅对荷载作出规定。
本规范采用的设计基准期为50年。
建设结构设计中涉及的作用或荷载,除按本规范执行外,尚应符合现行的其他国家标准的规定。
建筑荷载分类和荷载代表值结构上的荷载，可分为下列三类:1.永久荷载,例如结构自重、土压力,预应力等。
2.可变荷载,例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。
3.偶然荷载,例如爆炸力、撞击力等。
注：自重是指材料自身重量产生的荷载(重力)。
建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值。
对永久荷载，应采用标准值作为代表值。
对可变荷载，应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值。
对偶然荷载，应根据试验资料，结合工程经验确定其代表值。
永久荷载标准值：对结构自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定；对常用材料和构件，其自重可参照本规范附录一采用；对于某些自重变异较大的材料和构件(如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件等)，自重的标准值应根据对结构的不利状态，取上限值或下限值。
注:对常用材料和构件可参考本规范附录A采用。
可变荷载标准值，应按本规范各章中的规定采用。
承载能力极限状态设计或正常使用极限状态按短期效应组合设计，应采用组合值作为可变荷载的代表值。
可变荷载组合值，应为可变荷载标准值乘以荷载组合系数。
正常使用极限状态按频遇组合设计时，应采用频遇值,准永久值作为可变荷载的代表值:按准永久组合设计时,应采用准永久值作为可变荷载代表值。
可变荷载准永久值，应为可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数。
可变荷载准永久值应取可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数。
荷载的分类及代表值
根据设计基准期内的荷载统计数据，计算出荷载在设计基准期内 的平均值。
应用范围
适用于需要长期承受荷载的结构或构件，如桥梁、房屋等。
频遇值
定义
频遇值是指在设计基准期内，荷 载超过准永久值的次数大于等于 一定概率的荷载值。
计算方法
根据设计基准期内的荷载统计数 据，计算出满足特定概率要求的 荷载值。
临时荷载的代表值确定方法
集中荷载
根据临时荷载的大小和作用位置，采用等效集中荷载作为代 表值。
分布荷载
对于作用面积较大的临时荷载，如施工堆载、吊车等，采用 分布荷载作为代表值。
活荷载的代表值确定方法
标准值法
根据设计规范规定的活荷载标准值， 考虑一定的动力系数作为代表值。
组合值法
根据结构在不同使用条件下可能承受 的最大活荷载，采用组合系数计算其 代表值。
应用范围
适用于需要控制结构或构件在长 期使用过程中出现过大变形的场 合，如高层建筑、大跨度结构等。
03
不同类型荷载的代表值 确定方法
永久荷载的代表值确定方法
恒定值法
根据结构自重和其他长期不变荷载， 采用平均值作为代表值。
统计法
对于某些难以确定恒定值的永久荷载 ，如地震、风等，采用统计法计算其 代表值。
标准值是指荷载在正常使用极限状态下的代表值，用
于计算结构或构件的承载能力、裂缝宽度和变形等。
计算方法
02 根据荷载规范和设计经验，通过统计分析、试验和计
算等方法确定。
应用范围
03
适用于各类结构、构件和材料，是结构设计中的重要
参数。
准永久值
定义
准永久值是指在设计基准期内，荷载对结构或构件产生的作用效 应的平均值。
结构荷载有哪些代表值
荷载代表值指设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值。
荷载都存在变异性，是随机变量。
结构设计时，为了适应不同的极限状态下的设计要求，《建筑结构荷载规范》（GB 500092001）给出了各类荷载的代表值。
对永久荷载采用标准值为代表值；对可变荷载则应根据设计要求分别采用标准值，频遇值，准永久值或组合值为代表值。
（1）荷载标准值。
荷载标准值是结构设计时采用的荷载基本代表值，荷载的其他代表值是以其为基础乘以适当的系数后得到的。
荷载的标准值为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（例如众值、均值、中值或某个分位值）。
（2）永久荷载的标准值。
永久荷载变异性不大，一般以平均值作为荷载标准值，即可按结构设计规定的尺寸和材料的平均密度确定。
（3）可变荷载的标准值。
可变荷载的标准值由数理统计方法确定，通常要求有95%的保证率。
由于已有资料的不足，目前有些可变荷载的标准值主要由历史工程经验而定。
（4）可变荷载频遇值。
对可变荷载，取在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值为频遇值。
其大小等于可变荷载标准值Qk乘以频遇值系数Ψf.（5）可变荷载准永久值。
对可变荷载，取在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值为准永久值。
其大小等于可变荷载标准值Qk乘以准永久系数Ψq.（6）可变荷载组合值。
当考虑两种或两种以上的可变荷载在结构上同时作用时，由于所有可变荷载同时达到其单独出现的最大值的可能性极小。
故除主导可变荷载仍以标准值为代表值外，其他伴随可变荷载应取其标准值乘以小于1的组合系数Ψc，得到可变荷载的组合值。
(整理)建筑结构荷载规范
3荷载分类和荷载效应组合3.1荷载分类和荷载代表值3.1.1结构上的荷载可分为下列三类：1永久荷载，例如结构自重、土压力、预应力等。
2可变荷载，例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。
3偶然荷载，例如爆炸力、撞击力等。
注：自重是指材料自身重量产生的荷载（重力）。
3.1.2建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值。
对永久荷载应采用标准值作为代表值。
对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。
对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。
3.1.3永久荷载标准值，对结构自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。
对于自重变异较大的材料和构件（如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件等），自重的标准值应根据对结构的不利状态，取上限值或下限值。
注：对常用材料和构件可参考本规范附录A采用。
3.1.4可变荷载的标准值，应按本规范各章中的规定采用。
3.1.5承载能力极限状态设计或正常使用极限状态按标准组合设计时，对可变荷载应按组合规定采用标准值或组合值作为代表值。
可变荷载组合值，应为可变荷载标准值乘以荷载组合值系数。
3.1.6正常使用极限状态按频遇组合设计时，应采用频遇值、准永久值作为可变荷载的代表值；按准永久组合设计时，应采用准永久值作为可变荷载的代表值。
可变荷载频遇值应取可变荷载标准值乘以荷载频遇值系数。
可变荷载准永久值应取可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数。
3.2荷载组合1.2.1建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。
2.2.2对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载（效应）组合，并应采用下列设计表达式进行设计：yoSWR（3.2.2）式中yo——结构重要性系数；S——荷载效应组合的设计值；R——结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。
分清荷载代表值、标准值、组合值、频遇值、准永久值、及设计值
分清荷载代表值、标准值、组合值、频遇值、准永久值、及设计值荷载代表值：设计中用以验算极限状态所用的荷载量值，例如标准值、组合值、频遇值、准永久值。
组合值：对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值。
频遇值：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。
准永久值：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值设计值：荷载代表值与荷载分项系数的乘积。
标准值：荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（例如均值、众值、中值、或某个分位值）。
在设计时除了采用能便于设计者使用的设计表达式外，对荷载仍应赋予一个规定的量值，即荷载代表值，荷载可根据不同的设计要求规定不同的代表值，以使之能更确切地反映它在设计中的特点。
荷载规范中给出4种代表值：标准值、组合值、频遇值、准永久值。
对永久荷载应该用标准值作为代表值，对可变荷载应根据设计要求用标准值、组合值、频遇值、准永久值作为代表值。
荷载标准值是荷载的基本代表值，其他代表值都可以在标准值的基础上乘以相应的系数后得出。
由于荷载本身的随机性，因而使用期间的最大荷载亦是随机变量，可以用其统计分布来描述，按照《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）的规定，标准值由设计基准期内最大荷载概率分布的某个分位值来确定（但未具体规定分位值，此为数理统计概念，可以简单理解为符合正态分布），设计基准期统一为50年。
当对荷载有足够的资料而有可能对其统计分布作出合理的估计时，取分位值作为荷载的代表值，原则上可取分布的特征值。
目前并非所有的荷载都能取得充分的的资料，根据工程实践协议一个公称值（Nominal value）作为代表值，以上两种方式确定的代表值统称为荷载标准值。
砼结构设计规范中主要谈谈材料方面的问题。
首先，砼强度等级的确定原则为：砼强度总体分布的平均值减去1.645倍标准差（保证率为95%，实际就是符合正态分布）。
建筑结构荷载规范
中华人民共和国国标《建筑构造荷载规范》GB 50009一2023局部修订条文及条文阐明3.1 荷载分类和荷载代表值3.2 荷载组合对于基本组合，荷载效应组合旳设计值 S 应从下列组合值中取最不利值确定： 1）由可变荷载效应控制旳组合：∑=++=ni Qik Ci Qi k Q Q Gk G S S S S 211ψγγγ （-1）式中 γG ——永久荷载旳分项系数，应按第 条采用；γQ i ——第 i 个可变荷载旳分项系数，其中 γQ1 为可变荷载 Q 1 旳分项系数，应按第 条采用；S Gk ——按永久荷载原则值G k 计算旳荷载效应值；S Q i k ——按可变荷载原则值Q i k 计算旳荷载效应值，其中S Q1k 为诸可变荷载效应中起控制作用者；ψc i ——可变荷载Q i 旳组合值系数，应分别按各章旳规定采用； n ——参与组合旳可变荷载数。
2）由永久荷载效应控制旳组合：∑=+=ni Qik Ci Qi Gk G S S S 1ψγγ （-2）注：1 基本组合中旳设计值仅合用于荷载与荷载效应为线性旳状况。
2 当对S Q1k 无法明显判断时，逐次以各可变荷载效应为S Q1k ，选其中最不利旳荷载效应组合。
3 （取消此注）。
基本组合旳荷载分项系数，应按下列规定采用：1.永久荷载旳分项系数：1）当其效应对构造不利时—对由可变荷载效应控制旳组合，应取1.2；—对由永久荷载效应控制旳组合，应取1.35；2）当其效应对构造有利时旳组合，应取1.0。
2. 可变荷载旳分项系数：—一般状况下应取1.4；—对原则值不不大于4kN/m2旳工业房屋楼面构造旳活荷载应取1.3。
3. 对构造旳倾覆、滑移或漂浮验算，荷载旳分项系数应按有关旳构造设计规范旳规定采用。
4 楼面和屋面活荷载民用建筑楼面均布活荷载旳原则值及其组合值，频遇值和准永久值系数，应按表4.1.1旳规定采用。
表4.1.1 民用建筑楼面均布活荷载原则值及其组合值、频遇值和准永久值系数注：1. 本表所给各项活荷载合用于一般使用条件，当使用荷载较大或状况特殊时，应按实际状况采用。
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荷载分类及取值荷载分类类型代表值
永久荷载例如结构自重、土压力，预应力等。
标准值
偶然荷载例如爆炸力、撞击力等（自重是指材料自身重量产生的
荷载（重力））
标准值、组合值、
频
遇值或准永久值
可变荷载例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、
风荷载、雪荷载等
按建筑结构使用的
特
点确定
荷载代表值定义
荷载代表值定义
标准值荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载分布的特征值
对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计金准期内的超越概率，能与该荷载组合值单独出现是的相应概率趋于一致的荷载值，或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。
组合值=标准值×组合系数
频遇值对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越概
率为规定频率的荷载值
准永久值对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载
值
注：设计基准期，为确定设计可变荷载代表值而选定的时间参数。
建筑结构设计所考虑的荷载统计参数，都是按设计基准期为50年确定的，如设计时所采用其他设计基准期，则必须另行确定在该基准期内最大荷载的概率分布及相应的统计参数。
设计使用年限，设计使用年限是设计规定的一个时期，在这一规定的时期内，只需要进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。
荷载组合
基本组合永久荷载+可变荷载的组合承载能力
荷极限状态
偶然组合
永久荷载+可变荷载+一个偶然荷载，以及偶然事件发生后
受
损结构整体稳定性验算时，永久荷载+可变荷载的组合
载
标准组合采用标准值或组合值为荷载代表值的组合组
合正常使用
极限状态
频遇组合对可变荷载采用频遇值或准永久值为荷载代表值的组合
准永久组合对可变荷载采用准永久值为代表值的组合
使用状态、设计组合、适用计算及分项系数
验算状态荷载效应
组合
适用计算
抗力取值
分项系数
规范标准组合
正常使用按地基承载力确定基底面积及埋深；
按单桩承载力确定桩数；
地基承载力特
征
值或单桩承载
力
特征值
极限状态验算基础裂缝宽度
准永久组合地基变形（含沉降、差异沉降、倾斜）
（不计风荷载和地震作用）；
分项系数1.0
地基挡墙、地基或滑坡稳定；
基础抗浮稳定
分项系数1.0
基础
3.0.5
承载能力极限状态基本组合
确定基础或桩基承台高度；
确定支挡结构截面；
计算基础或支挡结构内力，确定配
筋
相应分项系数和验算材料强度；
挡土墙压力及滑坡推力
按单桩承载力确定桩数或布桩；
基桩或复合基
桩
承载力特征值计算水平地震作用、风荷载作用下的
正常使用标准组合
桩基水平位移；
验算坡地、岸边建筑桩基整体稳定（抗
极限状态震设防区，应采用地震作用效应和荷桩基
载效应标准自合）；3.1.7
承台和桩基裂缝控制验算
准永久组合桩基沉降或水平位移；承台和桩基裂缝控制验算
承载能力极限状态基本组合
计算桩基结构承载力、确定桩基尺
寸
和配筋；
按地基承载力确定支护结构或构件的
基础底面积及埋深；
按单桩承载力确定桩数；
基桩或复合基
桩
承载力特征值标准组合计算锚杆面积、锚杆杆体与砂浆的锚
正常使用极限状态
固长度、锚杆锚固体与岩土层的锚
固
长度；
计算支护结构抗裂；
边坡计算支护结构变形、锚杆变形及地基3.3.2
准永久组合
沉降（不计风荷载和地震作用）（相
应
限值为支护结构、锚杆或地基变形的
允许值）
承载能力极限状态基本组合
确定支护结构截面、基础高度、计
算
基础或支护结构内力、确定配筋和
验
算材料强度
分项系数1.0。