土木工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容調(diào)整

齊麟　張楊　孟慶鉑??

摘要：

土木工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)以實(shí)際工程為背景，根據(jù)設(shè)計(jì)條件按照專(zhuān)業(yè)規(guī)范進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其中各種荷載與作用的輸入與組合均需根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》確定。隨著2012版GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的頒布，土木工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。文章介紹了新版荷載規(guī)范的修訂背景，對(duì)新規(guī)范修訂章節(jié)中涉及土木工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)?；谛掳婧奢d規(guī)范，從條文適用條件、工程結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備等方面提出畢業(yè)設(shè)計(jì)相應(yīng)的調(diào)整工作，確保指導(dǎo)教師與學(xué)生能在畢業(yè)設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確把握與貫徹2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的修訂內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范；土木工程；畢業(yè)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642477文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：

10052909（2015）02011204

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[1]是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范體系中最重要的規(guī)范之一，直接決定了建筑結(jié)構(gòu)外力輸入的可靠性。土木工程專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用，是所學(xué)與所用的一次全面結(jié)合，是走向工作崗位前對(duì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)工作的一次演練[2]。土木工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)以實(shí)際工程為背景，基于生產(chǎn)需求擬定題目，根據(jù)設(shè)計(jì)條件按照專(zhuān)業(yè)規(guī)范進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其中各種荷載與作用的輸入與組合均需根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》確定。

隨著世界政治經(jīng)濟(jì)與社會(huì)文化活動(dòng)的不斷變化，全球的自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境及社會(huì)環(huán)境發(fā)生了顯著變化。極端氣候及災(zāi)害性天氣頻發(fā)導(dǎo)致自然災(zāi)害對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成破壞的風(fēng)險(xiǎn)加大，恐怖襲擊造成的爆炸、撞擊等對(duì)結(jié)構(gòu)的安全造成了潛在威脅，現(xiàn)代建筑中的燃?xì)狻㈦娞莸仍O(shè)備的普及也使建筑結(jié)構(gòu)面臨的安全隱患增加。以上所有可能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全造成影響的因素均需在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)荷載與荷載組合進(jìn)行考慮[3]。專(zhuān)業(yè)教師指導(dǎo)土木工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》開(kāi)展全面準(zhǔn)確的講解，使學(xué)生理解規(guī)范各條文的制定背景、原則、過(guò)程、依據(jù)與適用條件。最新版GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》已于2012年10月1日開(kāi)始施行，高等學(xué)校土木工程專(zhuān)業(yè)

的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)工作應(yīng)同步跟進(jìn)，采用新的荷載規(guī)范指導(dǎo)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容。文章對(duì)新舊荷載規(guī)范的關(guān)鍵修改部分進(jìn)行了對(duì)比，闡述其修訂背景，列舉由荷載規(guī)范修改造成的土木工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)工作的調(diào)整內(nèi)容，對(duì)教師準(zhǔn)確應(yīng)用新規(guī)范開(kāi)展教學(xué)

工作具有一定的指導(dǎo)意義。

一、 2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的修訂背景

2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的修訂是在全球氣候變化、全球反恐及經(jīng)濟(jì)全球化的大背景下開(kāi)展的。近十幾年來(lái)，極端天氣現(xiàn)象呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，如2008年南方大面積的雨雪冰凍災(zāi)害引起了大量的房屋與電力設(shè)施的破壞，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前全球反恐形勢(shì)嚴(yán)峻，世界各地不斷出現(xiàn)的恐怖襲擊對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全性造成潛在威脅?，F(xiàn)代建筑內(nèi)的燃?xì)?、電梯、機(jī)電設(shè)備等設(shè)施加大了結(jié)構(gòu)面臨偶然荷載作用的概率，進(jìn)一步增加了因偶然作用而引起連續(xù)倒塌的風(fēng)險(xiǎn)[3]。以上情況為《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》修訂的主要原因。

二、基于新版荷載規(guī)范的畢業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)整內(nèi)容

（一）可變荷載設(shè)計(jì)使用年限調(diào)整系數(shù)

在確定荷載組合效應(yīng)設(shè)計(jì)值時(shí)2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》參考GB 50153—2008《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》[4]的規(guī)定，引入考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限的可變荷載調(diào)整系數(shù)γL?？勺兒奢d考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限調(diào)整系數(shù)是為解決設(shè)計(jì)使用年限與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期不同的問(wèn)題，當(dāng)設(shè)計(jì)使用年限與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期不同時(shí)應(yīng)采用調(diào)整系數(shù)γL對(duì)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是為了統(tǒng)一確定荷載與材料的標(biāo)準(zhǔn)值而規(guī)定的年限，通常為一個(gè)固定值?？勺兒奢d是一個(gè)隨機(jī)變量，其標(biāo)準(zhǔn)值是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能出現(xiàn)的最大值，由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大荷載概率分布的某個(gè)分位值來(lái)確定。設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不需要進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目標(biāo)使用的時(shí)間，并非一個(gè)固定值。設(shè)計(jì)使用年限的取值與結(jié)構(gòu)的用途與重要性相關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)通常從荷載與耐久性?xún)蓚€(gè)方面來(lái)考慮設(shè)計(jì)使用年限的影響作用。設(shè)計(jì)使用年限越長(zhǎng)，則作用于結(jié)構(gòu)上的荷載越可能具有較大的數(shù)值，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提高荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；設(shè)計(jì)使用年限越短，作用于結(jié)構(gòu)上的荷載具有較大數(shù)值的概率越小，此時(shí)可適當(dāng)降低荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，以保持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。

之前的荷載規(guī)范并無(wú)可變荷載設(shè)計(jì)使用年限調(diào)整系數(shù)這一概念，因此指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意學(xué)生在計(jì)算荷載組合效應(yīng)代表值時(shí)是否考慮了這一系數(shù)。材料標(biāo)準(zhǔn)值的基準(zhǔn)期通常為50年，因此結(jié)構(gòu)規(guī)范中可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期統(tǒng)一規(guī)定為50年，這樣才能與荷載的分項(xiàng)系數(shù)、組合值系數(shù)等參數(shù)相匹配。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限隨結(jié)構(gòu)類(lèi)別的不同而變化。臨時(shí)性建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為5年，普通房屋與構(gòu)造物的設(shè)計(jì)使用年限為50年，標(biāo)志性建筑與特別重要建筑的設(shè)計(jì)使用年限為100年。如果工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)使用年限為100年，則調(diào)整系數(shù)γL取1.1；如果畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)使用年限為50年，則調(diào)整系數(shù)γL取1.0；如果工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)使用年限為5年，則調(diào)整系數(shù)γL可取0.9。指導(dǎo)教師應(yīng)特別注意規(guī)范中表3.2.5中的注釋部分：“當(dāng)設(shè)計(jì)使用年限不為5年、50年與100年時(shí)，調(diào)整系數(shù)γL可按線性?xún)?nèi)插確定，荷載標(biāo)準(zhǔn)值可控制的活荷載調(diào)整系數(shù)γL取1.0。”規(guī)范對(duì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值可控制的活荷載類(lèi)型進(jìn)行了解釋?zhuān)茨切┎浑S時(shí)間明顯變化的荷載，例如：樓面均布活荷載中的書(shū)庫(kù)、儲(chǔ)藏室、機(jī)房、停車(chē)庫(kù)以及工業(yè)樓面均布活荷載等。如果畢業(yè)設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目中作用于結(jié)構(gòu)上的荷載包含以上幾種，則無(wú)論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限取值多少，可變荷載考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限調(diào)整系數(shù)均取1.0。指導(dǎo)教師應(yīng)提醒學(xué)生注意查看規(guī)范有關(guān)注釋與條文說(shuō)明，全面了解規(guī)范適用條件。

（二）樓面與屋面活荷載數(shù)值調(diào)整

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力與生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，2012版荷載規(guī)范適當(dāng)提高了部分樓面與屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值以提高結(jié)構(gòu)的安全性，并增加了部分荷載項(xiàng)目。《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中教室活荷載標(biāo)準(zhǔn)值由2.0 kN/m2提高至2.5 kN/m2，浴室、衛(wèi)生間活荷載標(biāo)準(zhǔn)值由2.0 kN/m2提高至2.5 kN/m2，教學(xué)樓走廊門(mén)廳以及高層結(jié)構(gòu)樓梯活荷載標(biāo)準(zhǔn)值均取3.5 kN/m2。增加了樓面、地面運(yùn)動(dòng)場(chǎng)活荷載以及屋頂運(yùn)動(dòng)場(chǎng)活荷載，其標(biāo)準(zhǔn)值分別為4.0 kN/m2與3.0 kN/m2。規(guī)范第5.2.2條中補(bǔ)充規(guī)定工業(yè)樓面在設(shè)備所占區(qū)域內(nèi)可不考慮操作荷載與堆料荷載，補(bǔ)充生產(chǎn)車(chē)間參觀走廊活荷載可取3.5 kN/m2。畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算樓面與屋面活荷載時(shí)應(yīng)注意規(guī)范的調(diào)整內(nèi)容，采用新的活荷載數(shù)值進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（三）溫度作用

溫度對(duì)結(jié)構(gòu)而言是間接作用，是引起結(jié)構(gòu)變形的原因之一。原荷載規(guī)范[5]僅涵蓋直接作用，即直接作用在結(jié)構(gòu)上的荷載。2012版荷載規(guī)范增加了一章內(nèi)容對(duì)溫度作用進(jìn)行說(shuō)明與規(guī)定。引起溫度作用的因素很多，2012版荷載規(guī)范僅涉及氣溫變化及太陽(yáng)輻射等由氣候因素產(chǎn)生的溫度作用。考慮結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)以及設(shè)計(jì)表達(dá)式的統(tǒng)一，溫度作用的荷載分項(xiàng)系數(shù)仍取1.4，與其他可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)相同。該數(shù)值與美國(guó)混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范ACI-318[6]的取值相當(dāng)。2012版荷載規(guī)范規(guī)定的溫度作用組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)及準(zhǔn)永久值系數(shù)主要依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并參考?xì)W洲規(guī)范確定。規(guī)范第9.1.3條規(guī)定溫度作用的組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)與準(zhǔn)永久值系數(shù)分別為0.6、0.5與0.4。

2012版荷載規(guī)范將基本氣溫定義為50年一遇的月平均最高氣溫與月平均最低氣溫，分別以全國(guó)各基本氣象臺(tái)站最近30年最高溫度月的月平均最高氣溫與最低溫度月的月平均最低氣溫為樣本，按照極值Ⅰ型分布假定統(tǒng)計(jì)得到。

畢業(yè)設(shè)計(jì)中如果工程項(xiàng)目為室內(nèi)外溫差較大且沒(méi)有保溫隔熱面層的結(jié)構(gòu)，或者為太陽(yáng)輻射較強(qiáng)的金屬結(jié)構(gòu)，則荷載組合中應(yīng)考慮溫度作用。可采用2012版荷載規(guī)范規(guī)定的均勻溫度法來(lái)考慮溫度作用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。均勻溫度作用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響最大，其溫差取值與分析方法較為成熟。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中應(yīng)提供結(jié)構(gòu)的初始溫度或合攏溫度，確定荷載組合時(shí)應(yīng)考慮升溫與降溫兩種工況下控制應(yīng)力與控制位移的不同。2012版荷載規(guī)范規(guī)定計(jì)算溫度作用時(shí)溫度的單位為攝氏度（℃）。

在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中如果計(jì)算出的溫度作用效應(yīng)較大，則應(yīng)采用有效構(gòu)造措施來(lái)減小或消除溫度作用效應(yīng)，如設(shè)置活動(dòng)支座或節(jié)點(diǎn)，設(shè)置溫度縫，采用隔熱保溫措施等。

（四） 雪荷載調(diào)整

2012版荷載規(guī)范在編制過(guò)程中補(bǔ)充了全國(guó)各基本氣象臺(tái)站自1995年至2008年的極值雪壓數(shù)據(jù)，對(duì)基本雪壓進(jìn)行了重新統(tǒng)計(jì)，其中新疆與東北部分地區(qū)的基本雪壓變化較大。新荷載規(guī)范規(guī)定對(duì)雪荷載敏感結(jié)構(gòu)應(yīng)采用重現(xiàn)期為100年的基本雪壓進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)大跨輕質(zhì)屋蓋結(jié)構(gòu)，雪荷載常常為控制荷載。如果畢業(yè)設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目為此類(lèi)結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用荷載規(guī)范附錄E中表E.5所列100年重現(xiàn)期的基本雪壓計(jì)算雪荷載。

（五） 風(fēng)荷載調(diào)整

風(fēng)荷載部分為2012年荷載規(guī)范修訂的重點(diǎn)內(nèi)容，修訂內(nèi)容包括基本風(fēng)壓、風(fēng)速剖面、風(fēng)壓體型系數(shù)及風(fēng)陣響應(yīng)等方面。與原規(guī)范相比，平均風(fēng)荷載略有下降，脈動(dòng)風(fēng)荷載略有增強(qiáng)，風(fēng)荷載整體取值有所提高。2012版荷載規(guī)范以全國(guó)672個(gè)基本氣象臺(tái)站自1995年至2008年的最大風(fēng)速資料為基礎(chǔ)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)換算得到重現(xiàn)期分別為10年、50年與100年的基本風(fēng)壓。新規(guī)范對(duì)風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz的取值進(jìn)行了調(diào)整，四種地面粗糙度下風(fēng)壓高度變化系數(shù)見(jiàn)荷載規(guī)范表8.2.1。規(guī)范表8.3.1中列出了39項(xiàng)各類(lèi)結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)，其中第31項(xiàng)“高度超過(guò)45 m的矩形截面高層建筑需考慮深寬比對(duì)背風(fēng)面體型系數(shù)的影響”為新增項(xiàng)目。矩形高層建筑的風(fēng)力系數(shù)由1.3增加到1.4。新荷載規(guī)范對(duì)陣風(fēng)系數(shù)表達(dá)式進(jìn)行了較大修改，采用了國(guó)際通用的表達(dá)方式，畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)應(yīng)首先根據(jù)設(shè)計(jì)條件確定是否需要計(jì)算陣風(fēng)系數(shù)，如果需要?jiǎng)t應(yīng)根據(jù)新公式進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)不再區(qū)分幕墻門(mén)窗與其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一根據(jù)下式計(jì)算陣風(fēng)系數(shù)：

βgz=1+2gI10z10-α，

式中：βgz為陣風(fēng)系數(shù)；g為峰值因子，取2.5；I10為10 m高名義湍流強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)A、B、C、D四類(lèi)地面粗糙度，可分別取0.12、0.14、0.23與0.39；z為計(jì)算高度。

由于公式（1）的計(jì)算過(guò)程較復(fù)雜，2012版荷載規(guī)范中表8.6.1以列表方式給出各類(lèi)地面粗糙度下某些高度處的陣風(fēng)系數(shù)取值，畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)可直接從表中查找。

2012版荷載規(guī)范第8.4.1條規(guī)定，對(duì)于高度大于30 m且高寬比大于1.5的房屋，以及基本自振周期大于0.25 s的各種高聳結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響。符合第8.4.3條規(guī)定的結(jié)構(gòu)，可采用風(fēng)振系數(shù)法計(jì)算其順風(fēng)向風(fēng)荷載。根據(jù)本條規(guī)定，如果畢業(yè)設(shè)計(jì)題目中結(jié)構(gòu)高度小于30 m，或高寬比小于1.5，或結(jié)構(gòu)基本自振周期小于0.25 s，則可不必計(jì)算順風(fēng)向風(fēng)振。第8.4.2條為新增內(nèi)容：風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的風(fēng)振影響，其風(fēng)振響應(yīng)宜根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)所得脈動(dòng)風(fēng)壓結(jié)果確定，不宜采用風(fēng)振系數(shù)法近似確定。如果畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為質(zhì)量輕剛度小的索膜結(jié)構(gòu)，或跨度大于36 m的屋蓋結(jié)構(gòu)，則應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)資料中給出風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告，使學(xué)生能根據(jù)荷載規(guī)范的要求準(zhǔn)確計(jì)算風(fēng)荷載。

三、結(jié)語(yǔ)

介紹了2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的修訂背景，從可變荷載設(shè)計(jì)使用年限調(diào)整系數(shù)、樓面與屋面活荷載數(shù)值調(diào)整、新增溫度作用、雪荷載調(diào)整與風(fēng)荷載調(diào)整內(nèi)容等方面將新荷載規(guī)范修訂章節(jié)中涉及土木工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)?；谛掳婧奢d規(guī)范，從條文適用條件、工程結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備等方面提出畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)相應(yīng)進(jìn)行的調(diào)整工作，確保指導(dǎo)教師與學(xué)生能在畢業(yè)設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確理解與貫徹2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的修訂內(nèi)容。參考文獻(xiàn)：

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Abstract：

The load input and combination of graduation design of civil engineering should be based on the load code for the design of building structures. Adjustment for the graduation design of civil engineering should be made according to the revised content of load code for the design of building structures version 2012. We introduced the revision background of the new code， and summarized the main revised code contents which had connections with the graduation design. Based on the new load code， we proposed the adjustment of the graduation design from the application conditions， structure types， and design data. It will contribute to the correct interpret of the load code for the design of building structures version 2012 by teachers and student of civil engineering.

Keywords： load code for the design of building structures； civil engineering； graduation design

（編輯周沫）