60年基准期荷载统计分析.doc

60年设计基准期荷载统计分析摘 要：本文主要研究60年设计基准期下恒荷载和可变荷载的标准值其中，恒荷载不随时间变化，其统计参数可直接参考现行规范而对于可变荷载，采用了60年基准期下的荷载超越概率与现行规范50年基准期下荷载超越概率一致的原则，对建筑结构60年基准期的可变荷载标准值进行了具体分析，并给出了楼面活荷载、风荷载和雪荷载相应的统计参数关键词：设计基准期 恒荷载 可变荷载 超越概率 荷载标准值Keywords: Designed reference period Dead load Variable load Exceedance probabilityCharacteristic value of load结构物作为一个实体，在建造和使用过程中会受到建筑物本身及外来的各种作用作用是一个总称，包括直接作用和间接作用直接作用为结构上的集中力或分布荷载，习惯上称为荷载建筑结构所承受的荷载，包括结构自重、固定设备重、楼面活荷载、风荷载、雪荷载等其中，结构自重、固定设备重属于永久作用，而楼面活荷载、风荷载、雪荷载属于可变作用1. 60年基准期恒荷载统计参数建筑结构设计中的恒荷载，通常是指楼面板及抹面层、垫层、保温层等的自重。

恒荷载属于永久作用，在设计基准期内必然出现，且基本上不随时间变化因此，恒荷载可直接用随机变量来描述，记为我国在20世纪80年代，曾对恒荷载进行了调查统计和分析，经统计假设检验，认为服从正态分布，概率分布函数为[1] (1.1)即恒载的统计参数为 (1.2) (1.3)通常不考虑设计基准期对永久荷载的影响，60年设计基准期下的恒载统计参数与50年一样[1]，即，2. 60年基准期可变荷载统计参数分析1.2.2.1. 荷载概率模型在《建筑结构设计统一标准》(GBJ68—84)中，将可变荷载统一模型化为平稳二项随机过程，即假定：(1) 荷载一次持续施加于结构上的时间长度为，而在设计基准期内可分为个相等的时段，即；(2) 在每一时段上荷载出现的概率为，不出现的概率为；(3) 在每一时段上，当荷载出现时，其幅值是非负随机变量，且在不同时段上其概率分布函数相同，这种概率分布称为任意点时荷载概率分布；(4) 不同时段上的幅值随机变量是相互独立的，且与在时段上荷载是否出现也相互独立；以上假定，实际上是将荷载随机过程的样本函数模型化为等时段的矩形波函数[1]。

我国在20世纪70年代末至80年代初，曾对楼面活荷载、风荷载、雪荷载进行了调查统计和分析,经法检验，认为它们服从极值型分布可变荷载任意时点的分布函数可统一表示为： (2.1)则设计基准期内的最大值的概率分布为 (2.2)式中，为在时期内荷载的平均变动次数，且[4] (2.3) (2.4)2.2. 《建筑结构设计统一标准》（GBJ68-84）中对应的可变荷载统计参数《建筑结构设计统一标准》规定：荷载设计基准期为50年；楼面活荷载的标准值为；风、雪荷载的重现期为30年一遇楼面活荷载一般包括持久性楼面活荷载和临时性楼面活荷载表 21给出了标准对建筑结构可变荷载的调查统计和分析的结果[1]表 21 建筑结构的荷载统计参数（标准）荷载种类任意时点、时段荷载设计基准期最大荷载持久性楼面活荷载办公楼50.2570.4610.4060.292住宅50.3360.3210.4710.229临时性楼面活荷载办公楼50.2370.6860.4410.369住宅50.3120.5390.5230.322风荷载不按风向500.4550.4711.1090.193按风向500.4100.4710.9990.193雪荷载500.3590.7121.1390.2252.3. 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）中对应的可变荷载统计参数现行规范规定：荷载的设计基准期不变，仍为50年；楼面活荷载的标准值由标准的上调至；风、雪荷载的重现期由30年一遇上调至50年一遇。

表 22列出了我国现行规范对建筑结构可变荷载的调查统计和分析的结果[2]表 22 建筑结构的荷载统计参数（规范）荷载种类任意时点、时段荷载设计基准期最大荷载持久性楼面活荷载办公楼50.1930.4610.3050.292住宅50.2520.3210.3530.229临时性楼面活荷载办公楼50.1780.6860.3310.369住宅50.2340.5390.3920.322风荷载不按风向500.4130.4711.0070.193按风向500.3720.4710.9070.193雪荷载50—0.712—0.225根据JCSS组合规则，由表 22可以看出，设计基准期最大活荷载，由任意时点持久性活荷载与设计基准期最大临时性活荷载相组合得到([3],[4])，即 (2.5) (2.6)现行规范规定楼面活荷载标准值，根据表 22，可得表 23表 23 部分楼面活荷载统计参数荷载种类办公楼任意时点持久性活荷载0.3860.178设计基准期最大临时性活荷载0.6620.244设计基准期最大活荷载1.0480.302住宅任意时点持久性活荷载0.5040.162设计基准期最大临时性活荷载0.7840.252设计基准期最大活荷载1.2880.300由于设计基准期最大活荷载服从极值型概率分布，即 (2.7) (2.8) (2.9)根据表 23，由式和，可得表 24。

表 24 设计基准期最大活荷载统计参数荷载种类办公楼设计基准期最大活荷载4.2470.912住宅设计基准期最大活荷载3.7071.132因为楼面活荷载标准值，根据表 24和式，计算可得办公楼楼面活荷载、住宅楼面活荷载的保证率分别为和[5]因为年最大风、雪荷载服从极值型分布，则与年最大风、雪荷载保证率对应的风荷载标准值为[6]： (2.10) (2.11) (2.12)式中，、—分别为风、雪荷载年最大值概率分布的均值与标准差； —风、雪荷载年最大值分布函数； —风、雪荷载标准值； —重现期，即年一遇当重现期为30年时，设计基准期内荷载保证率记为；当重现期为50年时，设计基准期内荷载保证率记为，则 (2.13)即原标准中，风、雪荷载在设计基准期内的保证率为；而在现行规范中，风、雪荷载保证率提高到2.4. 60年基准期下可变荷载统计参数当设计基准期为60年时，显然现行规范中的荷载统计参数已不满足实际情况，需要调整。

依据荷载等超概率原则，计算出60年设计基准期下的可变荷载统计参数依然采用现行规范中的荷载设置水平，住宅楼面活荷载、办公楼楼面活荷载的保证率分别为97.4％和99.0％；风、雪荷载在设计基准期内的保证率为36.4%图21 60年基准期可变荷载统计参数修正流程图由于楼面活荷载服从极值型分布，即 (2.14)由式，得 (2.15) (2.16)简化得 (2.17)以住宅为例，因为住宅楼面活荷载的保证率为97.4%，由式可得 (2.18)式中，—设计基准期对应的楼面活荷载标准值； —分别为设计基准期对应的楼面活荷载的均值和标准差又因为 (2.19) (2.20)式中，—分别为任意时点楼面活荷载的均值和标准差； —设计基准期 内荷载平均变化次数。

根据式、和，及表 22，由JCSS组合规则，可求出60年基准期楼面活荷载统计参数，具体见表 25表 25 60年基准期下楼面活荷载标准值办公楼住宅0.3860.17810.5040.16210.3550.2440.4680.2520.6350.17860.7300.16260.6960.2440.8200.2521.0820.302—1.3240.300—保证率(%)99.097.42.032.040.5330.6490.2790.227将表 25的结果汇总后，见表荷载类型（均值系数）（变异系数）办公楼1.0820.3022.040.5300.279住宅1.3240.3002.040.6490.227注：办公楼楼面活荷载标准值实际为2.03，为统一起见，取2.04，偏安全参考文献[7]指出，用平稳随机过程模型计算风、雪荷载，是有缺陷的其一，对于最大风压而言，假设作用在基本时段内不变化此假设是与实际情况不符的，如取为一年，则一年时段内的。