荷载的代表值及其分析

不同荷载都具有不同性质的变异性。在设计中，不可能直接引用反映荷载变异性的各种统计参数，通过复杂的概率运算进行具体设计。因此，在设计时，除了采用能便于设计者使用的设计表达式外，对荷载还应赋予一个规定的量值，称为荷载代表值。在极限状态设计表达式中荷载是以代表值的形式出现的，荷载可根据不同的设计要求，规定不同的代表值，以使之能更确切地反映它在设计中的特点。《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）给出了荷载的4种代表值，即标准值、组合值、频遇值和准永久值，其中标准值是荷载的基本代表值，其他代表值是标准值乘以相应的系数后得出的。结构设计时，应根据各种极限状态的设计要求采用不同的荷载代表值。对永久荷载应采用标准值作为代表值。对可变荷载应采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。对偶然荷载应按建筑结构使用特点确定其代表值。

1.荷载标准值

荷载标准值是荷载的基本代表值，是指在结构使用期间可能出现的最大荷载值。由于荷载本身的随机性，使用期间的最大荷载实际上是一个随机变量。《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068—2001）以设计基准期最大荷载概率分布的某个分位置作为该荷载的标准值。

目前，并非对所有荷载都能取得充分的资料，为此，不得不从实际出发，根据已有的工程实践经验，通过分析判断后，协议一个公称值（nominal value）作为代表值。《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）规定，对于结构自身重力可以根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定。可变荷载通常还与时间有关，是一个随机过程，如果缺乏大量的统计资料，也可以近似地按随机变量来考虑。按照ISO国际标准的建议，可变荷载标准值应由设计基准期内最大荷载统计分布，取其平均值减1.645倍标准差确定。考虑到我国的具体情况和规范的衔接，《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）采用的基本上是经验值。其他的荷载代表值都可在标准值的基础上乘以相应的系数后得出。对某类荷载，当有足够资料而有可能对其统一分布做出合理估计时，则在其设计基准期最大荷载的分布上，可根据协议的百分位，取其分位值作为该荷载的代表值，原则上可取分布的特征值（例如，均值、众值或中值），国际上习惯称之为荷载的特征值（characteristic value）。实际上，对于大部分自然荷载，包括风、雪荷载，习惯上都以其规定的平均重现期来定义标准值，也就是相当于以其重现期内最大荷载的分布的众值为标准值。需要说明的是，我国《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）提供的荷载标准值属于强制性条款，在设计中必须作为荷载最小值采用；若不属于强制性条款，则应当由业主认可后采用，并在设计文件中注明。

2.可变荷载组合值

当有两种或两种以上的可变荷载在结构上要求同时考虑时，由于所有可变荷载同时达到其单独出现时可能达到的最大值的概率极小，因此，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值之外，其他伴随荷载均应采用小于其标准值的组合值为荷载代表值，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率与该荷载单独出现时的概率趋于一致。原则上组合值可按相应时段最大荷载分布中的协议分位值来确定。但是考虑到目前实际荷载取样的局限性，《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）并未明确荷载组合值的确定方法，主要还是在工程设计的经验范围内，偏保守地加以确定。

可变荷载组合值＝荷载组合值系数×可变荷载标准值

3.可变荷载频遇值和准永久值(www.xing528.com)

可变荷载的标准值反映了最大荷载在设计基准期内的超越概率，但没有反映出超越的持续时间长短。当结构按正常使用极限状态的要求进行设计时，需要从不同要求出发，选择频遇值或准永久值作为可变荷载代表值。

在可变荷载的随机过程中，荷载超过某水平荷载x有两种形式：其一是在设计基准期T内，荷载超过x的次数nx或平均跨阈率vx（单位时间内超过x的平均次数）；其二是超过x的总持续时间Tx=∑ti，或与设计基准期T的比率ux＝Tx/T。当考虑结构的局部损坏或疲劳破坏时，设计中应根据荷载可能出现的次数，也就是通过vx来确定其频遇值；当考虑结构在使用中引起不舒适感时，就应根据较短的持续时间，也就是通过ux来确定其频遇值，一般取ux＝0.1。频遇值相当于在结构上时而出现的较大荷载值。

可变荷载频遇值是正常使用极限状态按频遇组合设计所采用的一种可变荷载代表值。在设计基准期内，荷载达到和超过该值的总持续时间仅为设计基准期的一小部分。

可变荷载频遇值＝荷载频遇值系数×可变荷载标准值

准永久值在设计基准期内具有较长的总持续时间Tx，对结构的影响犹如永久荷载，一般取ux＝0.5。如果可变荷载被认为是各态历经的平稳随机过程，则准永久值相当于荷载分布中的中值；对于有可能划分为持久性荷载和临时性荷载的可变荷载，可以直接引用荷载的持久性部分，作为准永久荷载，并取其适当的分为值为准永久值。可变荷载准永久值是正常使用极限状态按准永久组合所采用的可变荷载代表值。在结构设计时，准永久值主要考虑荷载长期效应的影响。在设计基准期内，达到和超过该荷载值的总持续时间约为设计基准期的一半。

可变荷载准永久值＝荷载准永久值系数×可变荷载标准值