各类设计规范中的疑问解答

各类设计规范中的疑问解答【问题1】关于建筑结构荷载规范（GB 500092012）（简称荷载规范）中的消防车荷载，有以下疑问：1）消防车荷载按照规范表5.1.1项次8取值，要不要再考虑动力系数？2）规范表5.1.1项次8中规定，双向板楼盖（板跨不小于3m3m）时，消防车荷载取为35.0kN/m2，但是，表下的注释4又规定，“第8项消防车荷载，当双向板楼盖板跨介于3m3m6m6m之间时，应按跨度线性插值确定”，二者是不是矛盾？3）规范附录B规定消防车活荷载按照覆土厚度确定折减系数，如何理解？【解答】（1）作用于楼盖的车辆，理应考虑其动力效应。不过，文献1认为，规范表格给出的是等效均布活荷载，已经计入了动力系数，故直接使用即可。（2）根据表5.1.1下的注释4并结合该条的条文说明可知，对于双向板楼盖，消防车荷载的取值方法是：板跨为3m3m时取35.0kN/m2，板跨为6m6m时取20.0kN/m2，其间按照线性内插确定。实际上，从条文说明还可以知道消防车荷载对于单向板楼盖时的确定方法：板跨为2m时取为35.0kN/m2，板跨为4m时取为25.0kN/m2。文献1可以支持以上观点。关于消防车荷载的取值，该书还指出：1）矩形双向板楼盖时，可分别以矩形的短边和长边作为正方形的边长确定出相应数值，然后再取平均值；2）单向板板跨小于2m，以及双向板板跨小于3m3m，应按汽车轮压换算成不小于35.0kN/m2的数值；3）注意区分“板跨”与“柱网”。例如，柱网尺寸8m8m，主梁中间设十字次梁，双向板的板跨为4m4m，应按4m4m确定消防车荷载取值。为便于汽车轮压的等效，这里给出规范条文说明中所说的“重型消防车”的尺寸数据。一台消防车总重(包括消防车自重+满水重)300kN，共有2个前轮，4个后轮，每个前轮重30kN，每个后轮重60kN，每个轮子作用面积0.2m0.6m。平面尺寸与排列见图1。图1 消防车的尺寸（3）消防车荷载之所以会成为楼面活荷载，是因为这里针对的是地下车库顶板。目前，住宅小区常设置与高层住宅地下室连在一起的大型全埋式地下车库，其上为集中绿地，这时，消防车道往往会压在地下车库顶板之上。2001版荷载规范对消防车等效均布活荷载的取值规定比较粗略，未对地下室顶板覆土时荷载的折减方法做出明确规定，也未给出工程中常用的35m跨度双向板的荷载取值（只规定“板跨不小于2m单向板取35kN/m2，板跨不小于6m6m的双向板取20kN/m2”）。之所以考虑覆土厚度影响，是因为消防车的轮压在经过覆土到达地下车库顶板之间会有一个扩散的过程，导致消防车荷载效应减小。扩散的原理，可参照荷载规范附录C。同样扩散角的情况下，覆土厚度越大，折减系数越小（见附表B.0.1、B.0.2）。由于不同土的扩散角不同，所以，需要“折算”成一种“标准情况”。依据条文说明，是将扩散角为35作为标准情况（因为，相当于说，对扩散角的情况覆土厚度是不折算的）。关于消防车荷载，详细情况还可参考文献2，3。【问题2】荷载规范5.3.1条中，屋顶运动场地活荷载标准值为3kN/m2，但是条文说明中却说“参照体育馆的运动场，屋顶运动场地的活荷载值为4.0kN/m2”，如何理解？【解答】笔者查阅了荷载规范的征求意见稿和送审稿，发现这两个版本的条文说明均是“参照体育馆的运动场，屋顶运动场地的活荷载值为4.0kN/m2”，但正文中将屋顶运动场地活荷载标准值取为4kN/m2的，只有征求意见稿。因此可以推知，曾有将屋顶运动场地活荷载标准值取为4kN/m2的意向，但最终未能实现。另外，考虑到荷载规范的修订说明中也指出“本条文说明不具备与规范正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握条文内容的参考”，故当正文与条文说明不一致时应以正文为准。另外，关于“运动场”与“运动场地”，文献4指出，前者适用于各种体育运动和球类，后者仅适用于做操、小型球类等低强度运动。当屋顶场地也用于跑、跳等剧烈运动时，则按运动场的4kN/m2取值。该书同时还指出，规范条文说明中“运动场地”应为“运动场”。【问题3】混凝土结构设计规范（GB 500102010）（简称混凝土规范）6.2.4条的条文说明中说到：“对排架结构，当采用本规范第B.0.4条计算二阶效应后，不再按本条规定计算P-效应；当排架柱未按本规范第B.0.4条计算其侧移二阶效应时，仍应按本规范第B.0.4条考虑其P-效应”，似乎有误。我认为应是“当排架柱未按本规范第B.0.4条计算其侧移二阶效应时，仍应按本条考虑其P-效应”。请解释。【解答】笔者认为，规范的B.0.4条虽然归属于附录B，而附录B的标题为“近似计算偏压构件侧移二阶效应的增大系数法”，但规范的B.0.4条并非只是考虑侧移二阶效应（即P-效应），而是同时考虑了P-效应和P-效应，这一点，在5.3.4条的条文说明中可以找到证据：“需要提醒注意的是，附录B.0.4条给出的框架结构二阶效应计算公式，其中也考虑了P-效应的影响”。所以，6.2.4条的条文说明无误。【问题4】对混凝土规范6.2.17条有疑问：规范6.2.4条在计算ns时已经计入附加偏心距ea，这样，在本条建立平衡方程，就应该直接按照6.2.4条确定的M计算，把其等效为一个偏心压力即可。现在，6.2.17条采用ei=e0+ea作为偏心距，是不是重复考虑了ea？【解答】笔者认为，可以有两种思路考虑附加偏心距ea：（1）在杆件的端部考虑ea，则控制截面的弯矩M应按下式计算：然后，以此M等效为一个偏心压力建立平衡方程，即在规范图6.2.17中将ei改为e0=M/N。（2）在控制截面考虑附加偏心距ea，这时，按照规范思路推导出的ns计算式应为：然后，采用偏心距为ei=e0+ea建立平衡方程（此处e0=M/N）。由规范6.2.3条可知，不考虑附加弯矩影响时应取M=M2，因此，采用第2种思路将能照顾到取M=M2这种情况。故笔者认为，规范计算ns的公式（6.2.4-3）若不考虑ea从概念上讲会更合适，而且，得到的ns稍大，偏于安全。【问题5】钢结构设计规范（GB50017-2003）（简称钢规）中，对于轴心受压构件，需要保证局部稳定，例如，对于工字形截面的翼缘板，要求自由外伸宽度与厚度之比这时，用Q235钢能满足的截面，如果改用Q345钢，由于fy的提高，局部稳定可能不满足，导致无法使用。如何解释这种现象？【解答】笔者认为，可以这样理解：依据国外规范的思路，对于轴心受压构件，应满足截面承载力和构件承载力两项要求。比照我国规范做法，前者相当于强度验算，不再赘述。对于后者，国外的做法是，先进行截面等级划分，若板件宽厚比不满足最低限值要求，则称作“薄柔截面”，此时，通常采用“有效宽度法”计算其构件承载力。我国规范的通常做法是，在保证局部稳定的前提下进行整体稳定验算。若局部稳定不满足，则无法验算（规范5.4.6条规定，H形、工形、箱形截面轴心受压构件的腹板，当高厚比超限之后采用两侧各20宽度验算整体稳定性，属于简化的有效宽度法，是一个例外，因为翼缘宽厚比超限之后如何处理，并没有规定）。无法验算仅仅是规范的不完善所致，并非构件承载力不足。若构件采用Q235钢材且截面满足规范规定的宽厚比限值，则稳定承载力可达到215A，满足轴压力N215A为合格。若采用Q345钢材，由于宽厚比超限，稳定承载力会比310A有所降低，但只要大于轴压力N仍可视为合格（规范5.4.6条即是这个思路）。而且，算例表明，比310A降低后的承载力仍高于215A。关于规范的缺陷，文献5指出，规范5.4节宽厚比限值公式中的宜修改为，式中，为材料的抗力分项系数，。即在应力未用足的情况下，宽厚比的限值可放宽。【问题6】关于考虑腹板屈曲后强度的梁，有以下疑问：1）有观点认为，依据钢规4.3.1条，当时，尚应计算腹板的稳定性，是否如此？2）公式（4.4.1-3）记作，式中的Wx，规范没有解释，是否与4.2节中相同，为“按受压纤维确定的梁毛截面模量”？【解答】（1）单纯从字面上看，由于“当时，尚应按本规范第4.3.3条至第4.3.5条的规定计算腹板的稳定性”在这一段的最末，所以，容易被理解为考虑腹板屈曲后强度的梁尚应在时计算腹板的稳定性。但该观点是错误的。对于梁的腹板，有两种方法考虑其局部稳定性：一是不允许其发生局部失稳，即各区格应稳定验算符合要求，见规范第4.3.3条至第4.3.5条。二是允许其发生局部失稳，即考虑屈曲后强度，这时，梁截面应满足4.4.1条的要求，公式（4.4.1-1）是一个强度条件，相当于受弯和受剪的相关公式。（2）Meu=xeWxf是从截面承载力角度提出的，是对xWxf考虑了一个折减，e为折减系数，Meu与构件稳定承载力无关。因此，Wx实际上应取Wx,min，即“按较小翼缘边缘确定的梁毛截面模量”。规范此处取毛截面模量而不是净截面模量应是一种近似。【问题7】对于压弯构件弯矩作用平面外的整体稳定，应采用钢规的式（5.2.2-3）计算，即：如果是构件单轴对称截面，这里面就有两个问题：1）计算y时应按y还是yz查表？2）b应按照附录B.5的规定进行，这里面也要用到y，是按y还是yz？【解答】从规范第205页的条文说明可知，单轴对称截面压杆绕对称轴屈曲属于弯扭屈曲，88规范时作为一种简化将其视为弯曲屈曲，但降低为c类截面考虑。2003版规范采用换算长细比yz以考虑弯扭屈曲，应该属于更精细的分析。故笔者认为，上面公式第一项中的y应按yz取值。b的取值依据规范公式（B.5-3）公式（B.5-5）进行，从规范第194页的条文说明看，这里的b公式是按照典型截面的非弹性屈曲得到。另一方面，我们也注意到对于b的计算公式，2003版对88版是有所改进的，况且，规范128页明确指出适用范围为“T形截面（弯矩作用在对称轴平面，绕x轴）”，所以，笔者认为，这里计算b时用到的y不必用yz代替。【问题8】关于砌体结构设计规范（GB500032011）7.4节挑梁的抗倾覆，有如下疑问：1）若挑梁处于顶层，倾覆点是按规范7.4.2条确定，还是取为墙外边缘？2）关于抗倾覆的计算模型，是采用图2（a）还是图2（b）？（a）（b）图2 挑梁倾覆力矩计算简图【解答】从力学上分析，挑梁处于顶层时，由于抗倾覆荷载小，因此，与处于其他楼层相比，倾覆点至墙外边缘的距离会变小。但是，考虑到规范7.4.2条并未区分此种情况，故从执行规范角度看，采用偏于保守的7.4.2条更为合理。文献1亦持此观点。确定倾覆点位置的目的在于计算倾覆力矩，而采用图2（a）形式会较为简便且偏于保守，故教科书中一般按此计算简图计算。由于外部的倾覆荷载不会分布于x0范围内，故图2（b）模型更接近于真实的受力状态，但是，对O点位置取矩，会稍麻烦。结构师专业考试命题组给出的解答，曾采用此计算模型。笔者认为，两种做法的差别很小，均可以采用。【问题9】对于换填垫层法，建筑地基处理技术规范（JGJ792012）的4.2.1条规定应满足，解释为“垫层底面处土的自重压力值”，请问，应按照换填前的土层计算还是换填后的土层计算？【解答】笔者认为，这个问题可按下述理解：（1）从概念上讲，“自重压力值”应按照原状土层求得。文献6在讲到“自重压力值”时指出：“在附加应力和自重应力相加时，这个自重应力是表示土层的常驻应力，即在工程尚未施工时在该处已经存在的应力，与是否设置地下室没有任何关系，总是从自然地面算起的”。在地基基础设计规范（GB500072011）的5.2.7条，计算软弱下卧层顶面处的附加压力值时，要用到基础底面的附加压力，即基底处外荷载与基础自重、基础上部土重引起的压力之和，减去基底处土的自重压力，公式表达为pk-pc，pc按照原状土层的重度求得。（2）规范此处如果严格按照自重压力的定义操作，会导致一个问题：当换填垫层材料的重度大于原土层重度时，会有额外的附加应力产生，而此部分“额外的附加应力”在公式中又找不到合适的位置添加进去。基于此，文献7指出pcz应按照垫层材料及垫层以上回填土料的容重计算。文献8对pcz的解释是“垫层底面处回填土和垫层的自重压力值”。（3）需要提及的是，文献9给出的例题2以及例题3均按照原状土计算pcz。但是，在对例题3的解释特别提到“该例题中垫层重度大于地基土重度，计算垫层底面处附加应力时应考虑其影响，另外，如果垫层顶面高于原地面，亦应考虑其附加荷载的影响”。【问题10】设防烈度为8度、乙类建筑，房屋高度为38m的框架结构，满足建筑抗震设计规范（GB500112010）（简称抗规）表6.1.1中最大适用高度为40m的要求。查表6.1.2确定抗震等级时，由于是乙类建筑，依据建筑工程抗震设防分类标准GB50223-2008的3.0.3条，应提高1度即按照9度考虑，可是，表中9度时只有24m的情况。如何处理？【解答】在抗规表6.1.2中，框架结构、9度时只有房屋高度24m的情况是与表6.1.1对应的。对于提出的问题，文献10指出，此时内力调整不提高，只要求抗震构造措施“高于一级”，大体与高层建筑混凝土结构技术规程特一级的构造要求相当。【问题11】混凝土规范的11.4.16条、抗规的6.3.6条以及高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ32010）（简称高规）的6.4.2条都规定了柱的轴压比限值，仔细对比，发现表下注释有差别：沿全高设置井字复合箍、复合螺旋箍、连续复合螺旋箍这三种情况，均可以将轴压比限值增加0.10，在这一点上，三本规范是一致的。但是，此时的最小配箍特征值v如何确定，抗规有一句“上述三种箍筋的最小配箍特征值均应按增大的轴压比由本规范表6.3.9确定”，而其他两本规范没有。如何理解规范间的差别？另外，如何理解混凝土规范表11.4.16下注释5中的“但箍筋的配箍特征值仍应按轴压比增加0.10的要求确定”？【解答】笔者将现行的三本规范（均为2010版）与各自的上一版本对比发现：2010版抗规对3种“轴压比限值增加0.10”的情况（表现为注释3），说法上有改进，特意在“配箍特征值”的前面添加了修饰语“最小”，因此，可以推测，并非对上一版本的直接引用。2010版混凝土规范和高规的注释4（对应于3种“轴压比限值增加0.10”的情况）较上一版本均删去了配箍特征值按“增大的轴压比”确定这句话，注释5却一字未改（依旧用“仍”，语法逻辑上表明前文还有一个同样的“按轴压比增加0.10”，而现在并不存在）。三本规范的条文说明均没有解释为什么作此改动。考虑到三本规范尽管都是2010版，但是混凝土规范和高规的颁布迟于抗规，因此，笔者认为，前2本规范应是为了避免误解对抗规作出了修正。以一个例题说明笔者的观点：某钢筋混凝土框架结