《工程結構通用規範》GB55001-2021學習筆記（四合一）

《工程結構通用規範》GB55001-2021學習筆記（二）——術語篇之新瓶裝舊酒

通用規範與其他标準編排上是有區别的，其一是把符号篇放在了附錄，是為了體現全文強制性的特點吧。但最大的區别是沒有術語篇。

起草說明中是有術語篇的，之所以沒放在正文，也沒像符号篇那樣放在附錄中，應該還有其他的目的。是因為……這個要自己猜了。

其實，通用規範的術語和其他标準存在一定的差異。筆者今天就梳理一下《工程結構通用規範》GB 55001-2021中的部分新詞和舊詞。

Design Working Life

GB 55001-2021中有這詞嗎？

不好意思，這是英文術語，當然，你也能從字面上翻譯為——“設計工作年限”。

這是通用規範中出現的“新詞”。 其實，它不算新詞，隻是新瓶裝舊酒而已。

設計工作年限是設計規定的結構或結構構件不需進行大修即可按預定目的使用的年限。

這個定義怎麼這麼熟悉？因為它和《建築結構可靠性設計統一标準》GB 50068-2018、《工程結構可靠性設計統一标準》GB 50153-2008中“設計使用年限”的定義一模一樣，甚至英文術語也一模一樣，都是“design working life”！

筆者很奇怪，為什麼當初“設計使用年限”不采用另一個更為貼切的英文術語“design service life”？難不成隻是為十幾年後的變更埋下伏筆？

“設計工作年限”主要是指設計預定的結構或結構構件在正常維護條件下的服役期限，并不意味着結構超過該期限後就不能使用了。比如我們到了退休年齡了，還可以延遲退休。通用規範将該術語統一為“設計工作年限”，更準确地表達其含義。

所以，工程設計圖紙中，第一個需要做的是将“設計使用年限”改為“設計工作年限”。

設計基準期

設計基準期為确定可變作用代表值而選用的時間參數。

設計基準期和“設計工作年限”是兩個不同的概念，注意區分。

整體穩固性

結構的整體穩固性是指結構應當具有完整性和一定的容錯能力，避免因為局部構件的失效導緻結構整體失效。

當發生可能遭遇的爆炸、撞擊、罕遇地震等偶然事件及人為失誤時，結構應保持整體穩固性，不應出現與起因不相稱的破壞後果。當發生火災時，結構應能在規定的時間内保持承載力和整體穩固性。

人為失誤是指由于設計、施工和使用者在認知、行為和意圖等方面的局限性，忽視了某些潛在的可能影響結構安全的因素。

為了防止結構出現與起因不相稱的破壞，可以采取各種适當的方法或技術措施，主要包括：

1）減少結構可能遭遇的危險因素；

2）采用對可能存在的危險因素不敏感的結構類型；

3）采用局部構件被移除或損壞時仍能繼續承載的結構體系；

4）避免采用無破壞預兆的結構體系；

5）采取增強結構整體性的構造措施。

特别重要的建築結構

“特别重要的建築結構”是指因具有紀念意義或特殊功能需要長期服役的重要建築結構。其含義不同于确定安全等級時的“重要結構”。

安全等級定為一級的重要結構，如果根據其建造目的和使用功能，不需要長期服役，則其設計工作年限也不強制要求取100年。

不可逆正常使用極限狀态

當産生超越正常使用要求的作用卸除後，該作用産生的後果不可恢複的正常使用極限狀态。

比如永久性的局部損壞，或永久變形，正常使用極限狀态設計時采用标準組合。是一舊詞，比較冷僻。

可逆正常使用極限狀态

當産生超越正常使用要求的作用卸除後，該作用産生的後果可以恢複的正常使用極限狀态。

比如超出極限狀态要求的振動或臨時性的位移等，正常使用極限狀态設計時采用頻遇組合。是一舊詞，比較冷僻。

作用

施加在結構上的集中力或分布力和引起結構外加變形或約束變形的原因。前者為直接作用，也稱為荷載；後者為間接作用。

規範中對于直接作用的用詞并未統一，有稱作用，也有按舊習慣稱作荷載。

《工程結構通用規範》GB55001-2021學習筆記（三）——消失的永久荷載控制組合 與衆不同的工業建築活荷載

通用規範的作用組合、分項系數等規定主要來自《建築結構可靠性設計統一标準》GB 50068-2018，條文規定也基本一緻。但對《建築結構荷載規範》GB 50009-2012而言，卻是大換血，面目全非了。其實，在四年前GB 50068-2018發布時，GB 50009-2012就應該進行修訂，堅持不修訂的原因，似乎是等着你出錯……

消失的永久荷載控制組合

GB 55001-2021中列出了6種結構作用組合：

1 基本組合：

2 偶然組合：

3 地震組合：應符合結構抗震設計的規定；

4标準組合：

5 頻遇組合：

6 準永久組合：

《建築結構荷載規範》GB 50009-2012原廢止條文僅提供兩種組合，即由可變荷載控制的效應設計值和由永久荷載控制的效應設計值。兩者不僅差異顯著，而且通用規範不再有永久荷載控制組合！

其實，這不是說明新規定，在《建築結構可靠性設計統一标準》GB 50068-2018中，早就取消了永久荷載控制組合，通用規範對應的條文，也基本“抄自”GB 50068-2018。但在GB 50068-2018發布時，GB 50009-2012中永久荷載控制組合規定仍有效，且是強制性條文，反觀GB 50068-2018中的條款，卻是普通條文，所以，這永久荷載控制組合還是得算一算。至于分項系數是繼續取1.35，還是需相應增大，卻是衆說紛纭，争論不休。直至通用規範發布，官方終于宣布GB 50009-2012中對應的強制性條文廢止，而這個決定，足足遲了四年。

與衆不同的工業建築活荷載

通用規範增大了大部分民用建築的活荷載，但對工業建築幾無調整。這是因為工業建築活荷載的取值與民用建築不同。

工業建築結構中的工藝荷載，根據工藝要求不同差異很大，對結構設計的影響較大。生産工藝荷載是根據工藝及相關專業的要求确定的，而不是像民用建築那樣通過統計分析得出，也因此變異系數通常比較小。

工業建築的作用分項系數取值規定與民用建築不同。對于标準值大于4kN／m²的工業房屋樓面結構的活荷載，作用分項系數可取1.4。如變電站工程的大部分設備房間。

通用規範規定，對于荷載标準值随時間變化的樓面和屋面活荷載，考慮設計工作年限的調整系數γ_L應按表3.1.16采用。當設計工作年限不為表中數值時，調整系數γ_L不應小于按線性内插确定的值。

變電站工程設計工作年限有取60年的，是否該按上表插值取γ_L=1.02？

正确答案是：γ_L仍取1.0！

注意上面的用詞“荷載标準值随時間變化”，這是與GB 50009-2012第3.2.5條的不同之處。

對于荷載标準值不會随時間明顯變化的荷載，如樓面均布活荷載中的書庫、儲藏室、機房、停車庫，以及工業樓面均布活荷載等，不需要考慮設計工作年限調整系數。其實，在GB 50009-2012的條文說明中也有提到，相對含糊，但這次直接加到正文中，更加明确。

工業建築荷載取值的另一個不同點是不考慮活荷載折減。需要注意，通用規範中4.2.4條、4.2.5條對梁、牆、柱和基礎荷載的折減，均不适用工業建築！

《工程結構通用規範》GB55001-2021學習筆記（四）——結語篇之超乎想象的風振系數

通用規範的第4.6.1條規定，垂直于建築物表面上的風荷載标準值，應在基本風壓、風壓高度變化系數、風荷載體型系數、地形修正系數和風向影響系數的乘積基礎上，考慮風荷載脈動的增大效應加以确定。這條與《建築結構荷載規範》GB 50009-2012第8.1.1條其實也沒有本質上的區别。

但通用規範第4.6.5條規定，主要受力結構的風荷載放大系數應根據地形特征、脈動風特性、結構周期、阻尼比等因素确定，其值不應小于1.2；圍護結構的風荷載放大系數應根據地形特征、脈動風特性和流場特征等因素确定，且不應小于

《建築結構荷載規範》GB 50009-2012第8.4.1條規定，對于高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋，以及基本自振周期T₁大于0.25s的各種高聳結構，應考慮風壓脈動對結構産生順風向風振的影響。但通用規範不再限定範圍，一概要求考慮風振的影響，且要求不小于1.2，風荷載标準值相應增大！

風荷載脈動的增大效應

大家都知道，計算基本風壓時取的是10min平均值風速。而實際風速是動态變化的，時低則高，像波浪一樣脈動，所以結構實際所受風壓會大于基本風壓。如結構剛度不大，還會發生随風振動的現象，所受風壓将進一步增大。這就是風荷載脈動的增大效應。

對于主要受力結構，除了考慮風壓本身的脈動之外，還需要考慮風引起結構振動所帶來的附加荷載；而圍護結構剛度一般比較大，結構效應中通常不需要考慮共振分量。因此現行國家标準《建築結構荷載規範》GB 50009-2012對于“主要受力結構”和“圍護結構”的計算，分别采用了風振系數和陣風系數作為平均風荷載的放大倍數。通用規範将二者統一為“風荷載放大系數”。

通用規範隻規定了風荷載放大系數的最低取值标準，實際的風荷載放大系數可能會大于該值，因此需同時滿足荷載規範等現行标準要求。

陣風系數

通用規範規定的陣風系數最低值是

筆者特意進行了試算，發現GB 50009-2012中B類場地的陣風系數取值與通用規範的最低值完全相同，很是奇怪。于是，筆者對計算公式進行推導，最終結果是兩者确實是一模一樣！

筆者曾“吹噓”能做出一本GB 50009-2012的2022年局部修訂版，今天就稍稍證明一下：

表8.6.1  陣風系數β_gz（通用規範修訂版）

隻列了100m。超過100m的，看我文章的基本是用不到的。

表中隻有A類地面粗糙度的β_gz值稍有增大，其它數據均無變化。

超乎想象的風振系數

《建築結構荷載規範》GB 50009-2012第8.4.1條的條文說明中指出，參考國外規範及我國建築工程抗風設計和理論研究的實踐情況，當結構基本自振周期T≥0.25s時（根據正文，此處應該指的是高聳結構，下同），以及對于高度超過30m且高寬比大于1.5的高柔房屋，由風引起的結構振動比較明顯，而且随着結構自振周期的增長，風振也随之增強。而對于T＜0.25s的結構和高度小于30m或高寬比小于1.5的房屋，原則上也應考慮風振影響。但已有研究表明，對這類結構，往往按構造要求進行結構設計，結構已有足夠的剛度，所以這類結構的風振響應一般不大。一般來說，不考慮風振響應不會影響這類結構的抗風安全性。

以上是原封不動的原文。按此原理，對于多層建築，不考慮風振響應也不會影響結構的抗風安全性。那麼，風振系數直接按通用規範的最低值取1.2，是不是非常安全了？

筆者很希望這是正确的，這樣的話計算風荷載也就是多乘一個1.2的系數，否則算一面圍牆的風荷載感覺都很困難。

但筆者的試算結果完全出乎你的意料之外。

GB 50009-2012提供了風振系數的計算方法，雖然針對的是高層建築，但建築高度并不是風振的必要條件，所以，多層建築應該可以按此進行計算。實際上，PKPM、理正等，也是這麼做的。

筆者用Excel對國網通用設計110-A2-4計算試算，順便也編了一個計算風振系數的函數。

計算參數：

基本風壓w₀=0.7kPa，地面粗糙度B類

H=8.6m，取B=2*H=17.2m

阻尼比ζ₁=0.01(鋼結構，幾無填充牆，而且是輕質裝配式隔牆)

T₁=0.3s（按2層鋼結構估算）

計算結果：z=8.6m，βz=2.05；z=4.95m，βz=1.45。

由于是第一次手算風振系數，筆者對技術結果不是很确定，于是用理正結構工具箱進行複核，結果完全一緻。

但筆者在查看PKPM計算結果時發現，結構自振周期是T₁=0.8684s！按此計算，正确值是：z=8.6m，βz=2.37；z=4.95m，βz=1.59，進一步增大。

由于110-A2-4的體型較複雜，低層屋面如果按單層建築4.95m高度進行計算，則βz=2.25，遠大于按兩層建築計算的結果。

不是說多層建築不考慮風振系數已經足夠安全了嗎？怎麼風荷載會是原來的兩倍多？

唯一可以确定的是，我們被規範給忽悠了。至于是已經被忽悠了10年，還是剛被忽悠了半年多，然後還要繼續被忽悠下去……沒什麼區别吧以上文章來源于雪原電力土著 ，作者徐林海

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