摘要：《建筑结构可靠度设计统一标准》调整了建筑结构安全度的设置水平，提高了相关作用的分项系数取值，并在作用的基本组合中取消了当永久荷载效应为主时起控制作用的组合式。本文主要分析了恒活载分项系数的调整对建筑结构带来的影响，旨在说明对结构设计安全性方面的提高。
关键词：分项系数；结构设计；荷载效应；规范条文
建筑结构的安全性一直是工程设计人员和广大房屋建筑使用者最为关注的问题，结构安全也是建筑工程最为重要的质量指标之一。而建筑结构设计的安全性是一个复杂的、系统的体系，包括安全等级的划分、设计理念和方法、结构质量检验与控制等诸多方面。建筑结构的安全应使建筑物具备应有的安全性、耐久性和实用性。
为保证建筑结构符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量等要求，我们引入了结构可靠度的概念。在规定的时间和条件下，工程结构完成预定功能的概率。结构能够完成预定功能的概率，称为可靠概率；结构不能完成预定功能的概率，称为失效概率。工程结构设计的目的,就是力求最佳的经济效益,将失效概率限制在人们实践所能接受的适当程度上。失效概率愈小，可靠度愈大，两者是互补的，为此国家制定了《建筑结构可靠度设计统一标准》。
现行规范《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2018于2019年4月1日执行。较原规范GB50068-2001进行了全面的调整。如增加了地震设计状况，对建筑结构抗震设计引入了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计理念；完善了既有结果可靠性评定的规定；新增了结构整体稳固性设计和结构耐久性极限状态设计的相关规定。其中对建筑结构计算影响最为直接的是调整了建筑结构安全度的设置水平，提高了相关作用的分项系数取值，并在作用的基本组合中取消了当永久荷载效应为主时起控制作用的组合式。因此研究建筑结构的作用分项系数在结构计算中的影响显得尤其重要，下表一分别列举了我国规范调整前后和国际规范采用的分项系数。由此可以看出，现行规范对恒活载分项系数进行了提高，但相较国际规范取值仍偏小。
表一
基于恒活载分项系数的调整，根据规范中荷载效应的基本组合规定，现对以下三种工况进行比较讨论：
工况一（原规范）：max｛1.2D+1.4L,1.35D+1.4ψc×L｝
工况二（现行规范）：1.3D+1.5L
工况二（国际规范）：1.4D+1.6L
由于大多数情况下ψc=0.7，工况一可调整为：max｛1.2D+1.4L,1.35D+0.98L｝
1.讨论工况一的荷载效应影响：
当1.2D+1.4L≤1.35D+0.98L，易得2.8≤D/L；
即当恒载取值大于活荷载2.8倍时，由组合1.35D+0.98L起控制作用。
2.讨论工况一与工况二的荷载效应影响：
1.2D+1.4L≤1.3D+1.5L恒成立；
当1.35D+0.98L≤1.3D+1.5L，易得10.4≤D/L；
即当恒载取值大于活荷载10.4倍时，由组合1.3D+1.5L起控制作用。由此可以得出，新规范取消了恒载起控制作用时恒载分项系数取1.35的规定，在恒载与活荷载的比值为10左右时，基本组合荷载效应与原规范相当，而这样的情况一般出现在顶板非消防车区域的荷载效应下，而对于一些深埋人防工程，可能还会出现更大的恒活载比值，这时新规范的恒活载分项系数取值安全系数明显提高。
3.讨论工况一与工况三的荷载效应影响：
1.2D+1.4L≤1.4D+1.6L恒成立；
1.35D+0.98L≤1.4D+1.6L恒成立；
即国际规范的恒活载分项系数荷载效应组合较老规范的两种荷载效应组合均显著提高。
根据以上三种情况的讨论，可以看到随着恒活载分项系数的提高，可以简化荷载效应组合计算式，合理提高结构计算中的荷载效应，进而提高结构的安全可靠性。从结构计算的源头，提高了恒活载比值较大的结构的安全储备，能有效的减少和避免诸如一些地下室顶板施工浇筑阶段因施工荷载控制不到位、安全储备不足导致的坍塌。
对于恒活载分项系数的提高，仅从荷载效应组合式进行对比，难以分析出对建筑结构产生的影响，还需要具体结合工程实例进一步研究。以某框剪结构（如图一）为例进行分析，在不改变结构模型和计算参数的前提下，分别计算设防烈度为6（0.05g）、7（0.1g）、8（0.2g）、9（0.4g）的情况下，工况一、工况二、工况三的结构分析指标。
图一
通过对结构模型的计算，可以看到恒活荷载分项系数的调整，在不同地震控制影响下均对构件内力产生不同程度的影响。低烈度区构件配筋原来可能由构造控制的，经过恒活荷载分项系数的调整可能变为计算配筋控制；高烈度区的计算配筋也随着恒活荷载分项系数的调整而发生不同程度的变化。具体数据详见表二。
表二
对表二中各设防烈度和工况下的结构配筋分类进行纵横向比较，重点对工况二与工况一、工况三与工况一进行各构件配筋分析，易得钢筋工况分析表，详见下表三。
表三
通过对结构配筋计算的对比分析，可以看到随着抗震设防烈度和恒活荷载分项系数的提高，结构不同构件的配筋均出行了不同程度的增加。在同一抗震设防烈度下，结构各构件随着恒活荷载分项系数的提高，配筋量增长比例呈现大致均匀的变化，说明分项系数对结构内力和配筋的影响呈线性规律。随着抗震设防烈度的提高，钢筋配筋率出现大幅度的增加，说明结构配筋受地震作用影响较大，而高烈度区地震作用对结构内力和构件配筋起控制作用。在对不同结构构件配筋进行横向比较中，发现梁柱配筋对恒活荷载分项系数的变化较为敏感，而墙柱、墙梁和边缘构件受恒活荷载分项系数的调整影响基本可以忽略，说明根据“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计理念，结构构件在地震作用下为保证延性破坏，构件设计遵循了“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的思想。墙柱、墙梁等相关构件主要由地震作用控制设计，受恒活荷载分项系数的影响较小。
建筑结构设计涉及参数众多，这些参数都在不同的角度影响着结构的安全性，参数与参数之间并非独立存在，而是相互关联、互相影响的。在设计中一般需要重点关注结构的自振周期、侧向刚度、层间位移角、位移比、剪重比等参数，其中刚重比和抗剪承载力均会受到恒活荷载分项系数的影响。刚重比与结构等效侧向刚度和重力荷载设计值等参数有关，恒活荷载分项系数的提高，使重力荷载设计值变大，导致刚重比变小，就会使结构构件的刚重比出现小于规范限值的情况，进而需要增加墙、柱、梁等受力构件的截面，以提高结构的抗侧刚度。抗剪承载力与混凝土标号、墙柱实配钢筋、与墙柱连的梁实配钢筋和层高等参数有关，根据模型的计算，墙、柱、梁的实配钢筋均有不同程度的提高，因此也会提高构件截面的抗剪承载力。受这些关联参数的影响，配套的也需要对《建筑结构荷载规范》、《混凝土结构设计规范》、《高层建筑混凝土结构设计规程》、《建筑地基基础设计规范》等技术标准中的关联参数进行相应调整。
根据以上分析，恒活荷载分项系数相较老规范在现行规范中的提高，使建筑结构的构件尺寸和配筋产生不同程度的增加，其中对于低烈度地区以梁柱为主要受力构件的框架结构影响较大，对于高烈度地区以剪力墙为主要受力构件的高层剪力墙结构和筒体结构影响较小。现行规范《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2018的调整，虽然比国际规范标准略低，但相较老规范显著提高了建筑结构的可靠性，是在结合我国具体国情和经济发展的阶段进行的调整，随着我国技术和经济的不断发展，我国的建筑结构规范体系还将进一步优化发展，与国际标准接轨。
参考文献
[1]住建部.建筑结构可靠度设计统一标准.北京：中国建筑工业出版社，2002
[2]住建部.建筑结构可靠度设计统一标准.北京：中国建筑工业出版社，2019
论文作者:张犁慌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/9
标签：荷载论文; 系数论文; 工况论文; 结构论文; 建筑结构论文; 分项论文; 构件论文; 《基层建设》2019年第17期论文;