结构设计中的永久荷载效应

摘要：永久荷载在结构设计中的效应看似简单却非常重要，需准确理解规范方可掌握，否则会给工程带来不安全，本文仅就此做些归纳，提些感想，以便与同行交流提高。

关键词：永久荷载 有利 不利 分项系数 组合标准值效应

中图分类号：TU312文献标识码：A文章编号：

1．荷载组合条件

荷载与荷载效应（包括地震作用与地震作用效应、温度与温度效应）成线形关系是极限状态各种组合的前提，为在实际中实现这一前提，将理论与实际的接近通过假定来实现，而差异是通过构造完成。如材料符合均匀性和连续性的假定，更多材料还要符合各向同性假定，截面变形符合平截面假定，这样就可按弹性理论进行计算。若荷载和效应不成线性关系，不可直接按效应叠加，应根据规范规定、工程实际和实验、经验确定。

2．永久荷载取值

2.1永久荷载标准、设计值：

永久荷载标准值一般按其自重平均值确定。但因施工误差、其制作尺寸和密度等的变异，对变异性不可忽视的材料（如薄楼板因其有效高度的变异性对薄板的正截面承载力影响显著），其标准值的取值要考虑其对结构有利和不利影响分别取其下限和上限，建筑的二次装修面层及其自重也要按此考虑。

土压力和预应力随时间单调变化并趋于限值，也看成是永久荷载。水压力当水位不变时也可按永久荷载考虑。

永久荷载设计值是承载能力极限状态基本组合中，永久荷载效应标准值乘以荷载分项系数的积。

2.2重力荷载代表值：

在地震组合中，建筑的某质点重力荷载代表值是结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和，永久荷载标准值含在重力荷载代表值中。

2.3重力荷载设计值：

楼层重力荷载设计值就是弹性计算时不考虑重力二阶效应的不利影响及高层建筑的整体稳定性计算时取永久荷载标准值的1.2倍与1.4倍的楼面可变荷载标准值的组合值。永久荷载标准值的1.2倍被包含在其中。

3．永久荷载在各种组合效应设计值中的作用

3．1基本组合中

基本组合中必须考虑永久荷载效应控制和可变荷载效应控制两种情况并分别计算比较，最后还要考虑结构重要性系数。

永久荷载分项系数确定为：当其效应对结构不利时，由可变荷载效应控制组合时应取1.2；由永久荷载控制组合时应取1.35；当永久荷载效应对结构有利时（与可变荷载效应异号时），不应大于1.0。

温度是间接作用，温度作用效应在符合线性变化规律时，视同可变荷载考虑。

砌体结构按承载能力极限状态设计时，永久荷载标准值效应不再有1.0情况。

以下就永久荷载效应在两种构件的基本组合中的影响为例来说明：

3．1．1在受弯构件中

连续的梁板及框架等，永久荷载的分项系数应按其对结构有利影响和不利影响分别选取各自的分项系数后，与不布置和布置可变荷载进行效应叠加，以带悬臂的内跨梁为例，见下图：（组合值系数取0.7）

左图为永久荷载的效应组合，右图为可变荷载的效应组合。P为均布永久荷载，q为均布可变荷载；括号内数表示可变荷载控制的在计算跨内的永久荷载不利和情况及可变荷载情况。

3．1．2在受压构件中

偏心受压构件在不同的N和M组合下进行构件截面设计时，永久荷载控制和可变荷载控制中都要考虑多种内力组合（即不同的N和M组合），永久荷载效应的分项系数取值要根据有利和不利情况取不同的值。

M与N的关系为二次抛物线关系。见图二

小偏心情况（曲线BC段）：随着N增大，M在减小；在相同的M值下，N越大越不安全，N越小越安全，这时永久荷载对N是不利的，因而分项系数为在永久荷载控制时为1.35，在可变荷载控制时为1.2。

大偏心情况（曲线AB段）：在某一M值下，N越大越安全，N越小越不安全。因为永久荷载对N是有利的，因而分项系数不能超过1.0；大偏心时因截面出现拉应力，即在柱受拉侧钢筋要向着屈服发展，N的有利作用在于减弱受拉区的出现和发展直至转换为小偏心。

按大偏心计算配筋后随着受压区钢筋承载能力增强也可能变回小偏心，这时应再次按小偏压计算，最终比较确定。M和N同时变化时，无法判断分项系数取值，而必须实算后才能得出结论。

长柱情况：柱长细比增大，侧向挠度引起附加弯矩对承载力的影响已不能忽视，重力二阶效应使得荷载与效应不再成线性关系，而通过区分荷载是否引起结构侧移来考虑其作用，对引起结构侧移的用增大系数法简化或用有限元来解决。

3．2荷载偶然组合的效应和正常使用极限状态中

在偶然组合及正常使用极限状态中，永久荷载效应值均取其标准值计算，但荷载偶然组合的效应设计值要考虑结构重要性系数。

3．3地震作用状况

结构构件的地震作用效应在与其他荷载效应的基本组合中，永久荷载是含在重力荷载代表值当中的，而重力荷载的分项系数也要考虑对结构有利和不利的影响，有利时取不大于1.0，不利时取1.2。

地震作用状况下，对于构筑物，当验算结构抗倾覆或滑移时，重力荷载分项系数不应小于0.9。

地震作用效应因结构延性要求而调整均引起永久荷载相应变化。

3．4稳定性方面

3．4．1基坑支护结构是结构使用期短的围护结构，基本组合时可采用简化原则，永久荷载和可变荷载一同考虑，基本组合的效应设计值取标准组合的效应设计值的1.25倍，而以轴力为主的构件时此系数为1.35。

3．4．2在高层建筑的整体稳定性计算中以及在判定不考虑重力二阶效应影响时，其楼层重力荷载设计值是将放大永久荷载标准值与放大楼面荷载标准值的组合值一并考虑的，而其中的永久荷载取标准值的1.2倍。

3．4．3在抗连续倒塌拆除构件法设计中，永久荷载依据是否与被拆除竖向构件相连而取竖向荷载放大系数为2或1，当拆除某构件不能满足结构抗连续倒塌设计要求时，在该构件表面附加80kN/m2侧向偶然荷载作用设计值时，此时的永久荷载只考虑永久荷载标准值的效应。

3．4．4砌体结构作为刚体，验算整体稳定性时，要考虑永久荷载效应控制和可变荷载效应控制，同时都要考虑结构重要性系数。

永久荷载效应的系数：当永久荷载效应控制时，对结构不利时，永久荷载控制时为1.35，可变荷载控制时，为1.2；两种控制情况对结构有利时均为0.8。

3．4．5在验算结构倾覆、滑移时，永久荷载抵抗倾覆和滑移时的作用是有利的，其标准值要乘以一个小于1的值，如砌体结构中挑梁抗倾覆力矩设计值就采用系数0.8；而起倾覆作用的永久荷载则应按基本组合考虑，分项系数按永久荷载和可变荷载控制分别取1.35或1.2。

挡土墙在计算抗倾覆及滑移时，则采用(墙体永久荷载与其土压力的有利竖直分量之和的效应)/(土压力的不利效应)分别取1.6和1.3方式解决。

3．5地基基础设计

确定基础底面及埋深、按单桩承载力确定桩数、验算基础裂缝宽度为标准组合，而计算地基变形时为准永久组合，它们的永久荷载均为标准值。

确定基础、承台高度、支挡结构等为承载能力极限状态的基本组合，与承载能力极限状态的基本组合分析是一样的。

计算挡土墙、地基或滑坡稳定及基础抗浮验算时，分项系数为1。

基础存在浮力时抗浮稳定性验算建筑物自重及压重之和与浮力作用值的比值不小于1.05倍。

4．结论

荷载会使结构整体产生效应影响，永久荷载的影响效应也是变化多端的，尤其是承载能力极限状态的基本组合、地震作用状况、稳定性验算和抗连续倒塌设计中，有时无法直接判选分项系数或荷载代表值倍数，但理解永久荷载效应的规范规定原则，即结构达到性能一致的可靠性是非常必要和重要的。

参考文献：

[1] 国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2012.

[2] 国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2010.

[3] 国家标准《地基基础设计规范》GB50007-2011.

[4] 国家标准《砌体结构设计规范》GB50003-2011.

[5] 行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010.