1129译文AS NZS 11700 Supp 1Structural design actionsGenera.docx
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1129译文ASNZS11700Supp1StructuraldesignactionsGenera
AS/NZS1170.0附录1:
2002
NZS1170.0附录1:
2002
结构设计荷载—一般原理—注解
(AS/NZS1170.0:
2002的附录)
源自于澳大利亚,作为AS1170.1-1989的一部分。
源子于新西兰,作为NZS4203:
1976的一部分。
新西兰旧版本NZS4203:
1992。
AS1170.1-1989与NZS4203:
1992部分内容一同修订、合并与重新命名为AS/NZS1170.0附录1:
2002。
版权
(C)澳大利亚标准认证机构/新西兰标准认证机构
版权所有。
未经出版商书面许可,本标准的任何部分内容不得以任何形式或任何方式翻印或复制,包括影印在内。
由澳大利亚标准认证机构(GPO邮箱5420,悉尼,NSW2001)与新西兰标准认证机构(私人邮箱2439,惠灵顿6020)联合发行。
ISBN0733744702
前言
本注解由澳大利亚和新西兰联合准则委员会BD-006编制,《结构物一般设计要求与荷载》作为AS/NZS1170.0《结构设计荷载》第0部分:
一般原理的附录。
本注解内容部分取代AS1170.1-1989《结构物最低设计荷载,第1部分:
静荷载与活荷载》与NZS4203:
1992《建筑物一般结构设计与设计荷载惯例规范》(第2卷)。
本注解文件中提供了关于本标准要求的背景资料与指南。
本注解文件的条款号采用字母“C”作为前缀,使其同与之直接相关联的本标准条款号区分开来。
如果某个条款没有注解内容,则表示无需对此条款进行解释。
AS/NZS1170系列标准将供具备一定资质的专业人员使用。
AS/NZS1170系列标准中列出了接受无结构设计基本程序。
在特殊情况(例如,房屋结构)下提供专业解决方案的其他标准可基于这些标准中所述方法。
AS/NZS1170系列标准中包括含有工程判断要素的条款。
这说明工程设计是一项基于科学并采用艺术与技能的创新性活动。
鸣谢
澳大利亚标准认证机构对本注解文件做出重要贡献的以下成员致以感谢:
G.Boughton先生
P.Kleeman先生
LamPham博士
R.Potter先生
目录
第C1节范围与概述4
C1.1范围4
C1.2应用范围7
C1.3参考文件7
C1.4定义8
C1.5符号8
第C2节结构设计程序9
C2.1概述9
C2.2极限状态10
C2.3正常使用极限状态10
第C3节年超越概率(仅供在新西兰使用)11
C3.1概述11
C3.2重要级别11
C3.3设计使用寿命11
C3.4年超越概率11
第C4节荷载组合12
C4.1概述12
C4.2极限状态荷载组合12
C4.3正常使用极限状态下的荷载组合15
C4.4循环荷载16
第C5节分析方法17
C5.1概述17
C5.2结构模型17
第C6节结构稳定性19
C6.1概述19
C6.2荷载路径19
第C7节验证方法21
C7.1概述21
C7.2极限状态21
C7.3正常使用极限状态21
附录CA专项研究23
附录CB设计试验数据的运用25
附录CC使用极限指南27
附录CD与AS1170.4-1993一同使用的因数28
附录CE与AS1170.3-1990一同使用的因数29
附录CZ附加荷载信息30
澳大利亚标准认证机构/新西兰标准认证机构
澳大利亚/新西兰标准
结构设计荷载-一般原理-注解(AS/NZS1170.0:
2002的附录)
第C1节范围与概述
C1.1范围
本注解文件应同AS/NZS1170.0:
2002一起阅读。
文件中对某些规定进行了解释,在某些情况下,并对满足本标准要求的方法提出了建议。
同时还提供了参考文件清单供进一步阅读理解。
本标准(AS/NZS1170.0)已经修订为澳大利亚/新西兰联合标准。
其中对包括建筑物在内的结构物结构设计的基本程序作出了规定。
其他文件可能与建筑物设计详情相关(例如:
安全出口的设计),这些详情在结构物设计中并非必要的。
本标准中包括极限状态设计法的基本原理,以便设计师对结构物的设计进行确认。
目的在于,通过设计确认拟建建筑物能够承受与结构物目的用途以及设计使用寿命相适应的已知或可预知荷载类型。
材料设计标准中确定了结构阻力。
多数基本原理与某些文本内容(例如,大多数定义与符号)均引自于ISO标准,包括ISO2394、ISO3898、ISO4356与ISO8930。
本标准中所述一般原理与任何结构物的设计相关。
但是,这些信息对于某些结构物类型而言并不重要,因为其设计更为复杂(由于结构物的固有特性所造成)或涉及其中并不包含的荷载(荷载类型或荷载案例)或其他标准中给出了设计标准。
结构物与结构构件应设计为与其在使用寿命中的目的用途相适应。
ISO2394中说明了以下内容:
“尤其是,它们应满足相应的可靠度,以下目的:
(a)在所有预期荷载下应性能完好。
(b)能够承受在施工与预期使用期间所产生的极限荷载与频发荷载。
(c)结构坚固。
”
这三个目的对设计方面的适用性、极限与疲劳强度以及渐坍(结构稳定性)进行了说明。
专项研究
如果设计中所采用的方法或信息不属于标准判断范围之内,则根据建筑物条例规定一般需要通过审批。
因此,将需要进行“专项研究”。
专项研究指的是确定本标准中未特别说明的、在设计过程中使用信息的一种方法。
其中可能包含与本标准不同或包含在本标准中的信息(见附录A及其注解)。
专项研究的结果在本标准范围之外。
专项研究工作可以在设计师对任何建筑物进行设计时开展,并应满足相关管理部门的要求。
附录B中应包括作为专项研究工作一部分的测试。
附录CA中给出了未包含在内的其他荷载信息,包括—
(i)运动效应;
(ii)施工荷载;以及
(iii)临时荷载。
其他结构物类型
以下出版物中给出了结构物设计的有用的以及必要的信息,如下所示:
(A)HB77,关于桥梁设计。
(B)AS4678,关于挡土结构物的设计。
(C)AS3995,关于格子塔与桅杆的设计,其中包括输电结构物。
(D)AS3962,关于游艇码头的设计。
(E)AS3826、ISO2394与ISO13822,关于现有结构物的评估。
(F)AS2159,关于打桩设计。
(G)AS/NZS4676,关于公共设施电杆的设计。
(H)AS1418,关于起重机的设计。
(I)AS/NZS1576,关于脚手架的设计。
(J)AS3610,关于模板的设计。
(K)AS2156.2,关于步行轨道结构物的设计。
烟囱的设计可以要求使用专家出版物。
离岸结构物的设计要求使用关于风、波浪、气流与地震的其他信息。
基于可靠性考虑的高风险结构物(如坝)一般要求符合相关责任管理部门的特殊要求。
C1.2应用范围
C1.3参考文件
本注解文件中涉及以下文件:
AS
1418起重机(包括卷扬机与绞盘)
2156步行轨道
2156.2第2部分:
基础设施设计
2159打桩-设计与安装
2327复合结构物
2327.1第1部分:
简支梁
AS
3610混凝土模板
3826加强现有结构物的抗震强度
3962游艇码头设计指南
3995钢网格塔与桅杆的设计
4040金属屋顶与墙面覆层的测试方法
4040.3第3部分:
飓风区风压阻力
4678挡土构筑物
HB77澳大利亚桥梁设计规范
AS/NZS
1170结构设计荷载
1170.0第0部分:
一般原理
1170.1第1部分:
永久性荷载、外加荷载与其他荷载
1170.2第2部分:
风载
1576脚手架
1576.1第1部分:
一般要求
4673冷轧不锈钢结构物
4676公共设施电杆结构设计要求
ISO
2394结构物可靠性一般原理
3898结构物设计基础-符号-一般-通用符号
4356结构物设计基础-正常使用极限状态下建筑物的变形
8930结构物可靠性一般原理-同等条款清单
10137结构物设计基础-建筑物抗震适用性
13822结构物设计基础-现有结构物的评估
其他文件详见第C4.3条与附录CZ。
C1.4定义
定义出自于或基于ISO2394与ISO8930,除非这些标准中涉及的设计容量、荷载、验证试验与原型试验。
C1.5符号
AS/NZS1170.0中采用的符号应遵循ISO3898中给出的指南要求。
本注解中采用相同的符号以及以下符号:
P-∆=荷载与挠度影响(二阶分析)。
第C2节结构设计程序
C2.1概述
澳大利亚与新西兰规章制度中采用的标准不同,且本标准内容包括这些国家专用的条款。
在澳大利亚参考《澳大利亚建筑物规范》,在新西兰,参考第3节中的规定。
条款中包括如何特殊结构物环境荷载相应等级的内容以及相关材料设计标准。
材料设计标准包括以下内容:
AS
1720木制结构物
1720.1第1部分:
设计方法
2159打桩-设计与安装
2327组合结构物
2327.1第1部分:
简支梁
3600混凝土结构物
3700圬工结构
4100钢结构
4678挡土构筑物
AS/NZS
1664铝结构物
1664.1第1部分:
极限状态设计
4065混凝土公共设施电杆
4600冷轧钢结构
4673冷轧不锈钢结构物
4676公共设施电杆结构设计要求
4677钢制公共设施电杆
NZS
3101混凝土结构物标准
3101.1第1部分:
混凝土结构物设计
3404钢结构标准
3404.1第1部分:
钢结构标准
3603木制结构物标准
4223建筑物玻璃装配
4230圬工结构的设计
4297抗震建筑物的工程设计
C2.2极限状态
本标准中所述荷载以外的其他荷载与结构物的设计相关,在对结构物进行分析之前,应在第2.2条中给出的程序中添加以下步骤:
(a)确定任何其他相应荷载值。
(b)确定任何其他相应荷载的和值。
这将成为特殊设计的主题内容。
C2.3正常使用极限状态
使用可靠性准则及其极限值的选择未包含在本标准范围中。
附录C中给出了一些相关建议。
使用可靠性准则的选择可能要求进行专项研究。
本标准中所述荷载以外的其他荷载与结构物的设计相关,在对结构物进行分析之前,应在第2.3条中给出的程序中添加以下步骤:
(a)确定任何其他相应荷载值。
(b)确定任何其他相应荷载的和值。
第C3节年超越概率(仅供在新西兰使用)
C3.1概述
C3.2重要级别
结构物的“重要级别”与故障发生的原因相关,并在超越极限状态下可能性确认(明确或暗示)中予以反映。
C3.3设计使用寿命
设计使用寿命指的是基准时间期限,单位为年。
它是一种用于选择不同荷载超越概率的概念。
并不意味着,当设计使用寿命达到时,结构物将垮塌;也并非意味着,设计使用寿命必须完全与设计师规定的目的使用寿命一致,或与施工材料的耐久性一致。
C3.4年超越概率
年超越概率主要取决于所选择的抽象“重要级别”以及结构物的“设计使用寿命”。
一旦确定某个结构物的“重要级别”与“设计使用寿命”,通过此条款便可以获得荷载的年超越概率。
对于每种概率,本标准中给出了环境荷载设计值(例如,AS/NZS1170.2)。
ISO2394中建议,材料设计标准中给出了不同重要级别材料的特殊因数。
风载与地震荷载标准中给出的重要因数目前包含在表3.1与3.2中的差异内容。
“普通结构物”通常采用荷载校准与材料设计标准,其设计使用寿命假定为50年。
在结构物使用寿命期间,校准时通常采用10%的超越概率。
因此,普通结构物上施加的风载与地震荷载,规定采用1/500的年超越概率。
对其他设计使用寿命作出调整,以在相应使用寿命期间提供结构物相应的恒定安全故障等级。
提供随社区重要性变化而变化的结构物安全性。
如果设计使用寿命低于25年,需要采用等于25年的年超越概率。
提供使用此结构物的个体所预期的人身安全等级。
第C4节荷载组合
C4.1概述
第4节中给定的荷载组合与极限状态结构物设计标准一同使用。
其中不包括所有相关荷载与荷载组合。
荷载组合在特殊材料结构标准中给出(例如,预应力组合在混凝土设计标准中给出)或可以通过附录A与B进行进一步调查确定。
在许多情况下,荷载、环境影响以及结构物的预期特性随时间变化。
这些变化通过选择设计状况进行考虑。
每个设计状况代表一个特定的时间间隔以及相关的危险、条件与相关结构极限状况。
每种设计状况通过使用组合公式进行单独检查。
荷载组合。
本标准中给出的荷载组合是在澳大利亚与新西兰最常使用的荷载组合。
同时,它们与美国荷载与阻力因素设计(LRFD)在形式上类似,且符合ISO2394规定。
确定荷载组合的原理为,每种组合代表一种特殊的设计状况与一种特殊的组合,可靠性与相应荷载幅度变化一致。
值得注意的是,荷载组合采用荷载而非荷载影响进行表示。
当结构性能为线性时,允许荷载影响叠加。
当考虑非线性材料与/或几何性能时,组合中的荷载应在分析之前进行组合。
选择表示组合的格式(即方括号表示函数)建议,不必直接加上荷载影响。
在大多数组合中,除了永久性荷载之后,可变荷载之一采用极限值,而其他可变荷载采用与其“任意时间点”假定值。
在这些组合中,设计状况被当做一种瞬变状况,且认为在相同时间内将经历第二次极限荷载的可能性较小。
任意时间点风载与地震荷载值低,且这些荷载在涉及极限瞬态荷载组合时忽略不计。
外加荷载因数(例如,ψc、ψs、ψl)反映所考虑荷载可变性的各个方面(任意时间点、短期、长期)。
开展专项研究(附录A)用于确定荷载设计值,相应组合因数应作为研究的一部分工作进行确定。
荷载可变性应在确定荷载因数时予以考虑。
C4.2极限状态荷载组合
C4.2.1稳定性
结构物及其部分的设计要求能够预防因倾覆、滑动或上升所造成的不稳定性。
对于每种潜在的不稳定性,应假定存在一种与潜在不稳定性一致的机构,当考虑倾覆时,在将产生支承压力区域的矩心取力矩。
为了评估稳定性极限状态,必要将提供稳定作用的荷载部分与产生不稳定作用的部分分开。
特别是,永久性荷载必须与以下各项分开:
(a)提供稳定性的结构物重量部分,且设计极限稳定性见第4.2.1(a)条;以及
(b)造成不稳定性的结构物重量部分,且设计极限不稳定性见第4.2.1(b)条。
上述内容用于计算稳定作用(Ed,stb)与不稳定作用(Ed,dst)。
在第7.2.1条中一起研究。
例如,考虑图C4.1中所示悬臂,其中反向间隔重量为G1,悬臂梁重量为G2,反向间隔上的外加荷载为Q1,悬臂梁上的外加荷载为Q2,点B处锚固装置的设计能力为RB。
点A处的倾覆作用正在研究之中。
悬臂梁
设计能力
图C4.1锚固悬臂梁稳定性考虑示例
稳定作用包括反向间隔的重量G1,但并非反向间隔内的外加荷载(外加何在可能随时撤销)。
因此,在第4.2.1(a)条中:
Ed,stb=0.9G1×a
不稳定作用包括悬臂梁的重量G2以及悬臂梁Q2的外加荷载(外加何在可能达到极限值)。
因此,在第4.2.1(b)条中:
Ed,dst=(1.2G2×b)+(1.5Q2×c)
因此,方程7.1中:
Ed,stb+RB≥Ed,dst:
(0.9G1×a)+(RB×d)≥(1.2G2×b)+(1.5Q2×c)
对于存在上升作用的设计状况(例如,地下储罐),第4.2.3条中地压与地下水相应设计极限荷载值为0.9G。
C4.2.2强度
永久性荷载。
永久性荷载因数(1.2)基于一种假设,即永久性荷载的变化系数为10%。
在某些状况下不能这样假设。
必须对永久性荷载作出守恒估计,或换句话说,永久性荷载的部分应视为一种外加荷载。
在永久性荷载减少的情况下,其他荷载影响(例如,稳定极限状况)因数为0.9。
在这种情况下,需要对永久性荷载进行仔细评估,且只有不能从结构物撤销的永久性荷载部分应纳入考虑范畴。
表4.1中所示长期安装机械设备的因数与永久性荷载相关。
其中包括安装的机械设备在预期设计使用寿命期间进行更换以及更换机械设备重量较轻等情况。
外加荷载。
外加荷载通常包括两种情况:
持久性荷载(在某个建筑物内保持相对恒定,例如,家具与住户)以及特殊荷载(因人或物的群集所造成)。
对于某些材料(例如,木材),外加荷载的持续时间很重要(长期与短期因数见表4.1)。
在计算特殊荷载作用时,可能减少荷载作用的外加荷载部分应取零值。
冲击作用。
在设计中考虑到冲击作用时,冲击作用应视为外加荷载的一部分,即在相关组合中替代(Q+冲击力)Q。
风载。
对于风载(Wu),风力因数为1.0,包括准静态与动态影响,如AS/NZS1170.2中所示。
当采用其他标准或方法或风洞试验获得风载时,可能要求采用使用其他荷载因数。
在这种情况下,应考虑专家建议。
地震荷载。
对于地震荷载,在设计中需注意地震阻力延伸性是确定荷载等级的一个重要设计标准。
.
C4.2.3雪载、液压、雨水积水、地下水与地压荷载组合
本条款中给出的因数与组合荷载一同采用,组合荷载在稳定性与强度极限状态下采用符号Su表示。
使用这些组合荷载要求考虑设计状况或荷载可能发生的状况。
例如,如果荷载持续时间可以视为结构物使用寿命的一份非常小的部分,则组合荷载与其他个别短期极限状况并无关联。
(b)与(c)项。
当液压采用高度与密度进行定义时,可以类似按照永久性荷载进行处理。
当液压包括动态作用时,这一点并不适用。
(d)项。
根据AS/NZS1170.1中所述假设情况,最大雨水积水荷载被视为具备低可变性,且采用与永久性荷载相同的因数。
(e)项。
根据AS/NZS1170.1中所述假设情况,地下水荷载同样十分明确。
采用与永久性荷载相同的因数。
(f)项。
根据AS4678中的规定,组合因数1.0应与地压一同使用。
对于采用其他方法确定的地压,在建议采用荷载因数1.5时应抱着怀疑的态度。
设计时应考虑发生外加荷载的可能性以及增加的过载(永久性荷载)。
C4.2.4火灾荷载组合
对于强度极限状态,这种组合荷载应采用相同的原理获得(见第C4.2.2条)。
火灾荷载被视为一种极限荷载。
因此,其他荷载(G与Q)可以采用其任意时间点的荷载值。
注意这是一种在火灾试验状况中所采用的一种荷载组合。
C4.3正常使用极限状态下的荷载组合
每个结构物的正常使用要求不同。
某些正常使用问题起因于未指定的影响,如温度变化与水分移动。
本标准中不能对影响正常使用的原因作出规定或列出这些原因。
因此,本标准中列出了许多荷载,这些荷载之中有些为短期与长期作用所设计。
设计师应负责预测可能发生的状况以及选择对这些状况进行校验的组合荷载。
典型挠度组合荷载包括以下内容:
(a)短期荷载条件:
(i)[G、Ws]
(ii)[G、ψsQ]
(iii)[G、ψlQ、Ws]
(iv)[G、ψlQ、Es]
(v)[G、ψlQ、Ss]
(b)对于长期荷载状况:
(i)[G]
(ii)[G、ψlQ]
(iii)[G、ψlQ、Ss]
其中,
Ss表示第4.2.3条中所述活动的正常使用荷载,组合因数为1.0。
因数ψ表示正常使用极限状态下外加荷载的可能性,其值经低于中AS/NZS1170.1给出的极限值(见第C4.1条)。
长期作用荷载组合反映了在短时设计期间将发生的可能荷载状况。
长期作用荷载组合反映了在长期设计期间将发生的可能荷载组合。
可变荷载的相应值为结构物设计使用寿命期间的预期荷载平均值的预估值。
以下参考文件中采用了表4.1中所示荷载因数的推理分析:
PHAM,L.与DAYAH,R.H.,“地板活荷载”,澳大利亚第十届结构物力学与材料会议纪要,阿德莱德,1986。
C4.4循环荷载
AS4040.3中给出了风载作用下疲劳试验要求。
第C5节分析方法
C5.1概述
本章节中对分析方法所基于的一般原理进行了说明。
由于结构条件的多变性以及有效方法的广泛性,其中并未给出具体的方法。
分析方法基于描述结构物特性的模型。
此模型将包括一系列关于结构物材料特性、几何可变性以及材料特性的假设情况。
其中某些模型被纳入材料设计标准,而有些模型在技术出版物中可以找到。
在某些情况下,在设计过程中,将无法获得可靠的结构特性模型。
因此,可能必须进行测试,对所使用的模型进行测试或对现有模型作出补充(见附录A与B)。
当需要进行动态分析时,注明风载与地震荷载的相关标准。
材料标准与地震荷载表中给出了需要评估P-∆作用时的状况。
材料标准中对如何在分析方法中对可能使用材料的特性进行假设做出了指示。
在这种状况下,这些标准中也可以采用上/下界法。
C5.2结构模型
静态分析。
静态荷载模型通常基于构件及其连接件之间的力与变形关系的选择。
如果位移与变形作用会增加10%以上的荷载影响,则位移与变形作用应在极限状态(包括静态平衡)环境中予以考虑。
机构结构、二级效应与局部纵弯应在强度极限状态中予以考虑。
一般而言,正常使用极限状态与疲劳状态的结构分析模型可以为线性模型。
如果在分析中假定与线弹性特性发生背离,则由此而对其正常使用产生的影响应予以考虑。
动态分析。
当动态荷载可以作为准静态荷载时,动态荷载应通过将其纳入静态值或在静态荷载中采用等效动态放大系数因数进行分析。
对于某些等效动态放大系数,必须确定其固有频率。
在某些情况下(例如,逆风振动或地震活动),荷载影响可以通过采用模型分析的方法根据材料特性与几何特性进行确定。
对于正规结构物,仅与基本模式相关,模型分析可以通过采用等效静态荷载分析进行替代,这取决于振型、固有频率与阻尼。
在某些情况下,动态荷载可以采用时间关系曲线或频率范围进行表示,结构响应可以通过采用相应的方法进行确定。
火灾荷载模型。
对火灾设计进行结构分析时,应采用相应火灾荷载模型(例如,结构物内或外发生的火灾),包括热荷载与机械荷载。
不应忽略高温下的结构特性变化。
火灾设计的内涵比结构特性的内涵(本标准的主题内容)较广,且必须包括生命安全相关问题,例如,住户疏散时间、烟火控制以及有效保护系统的效果(请参考相关建筑物条例)等。
对发生火灾期间以及火灾之后外墙或围墙的稳定性进行分析。
结构分析应包括整个外墙面板因火灾而向外坍塌的可能性。
如果墙壁向外坍塌,则表示对人与财产造成高风险,而且应采取措施对风险进行控制。
第C6节结构稳定性
C6.1概述
结构物的设计与施工方法将确保其不会因火灾、爆炸、撞击或人为错误影响而造成达到与损坏原因不相称程度的损坏。
潜在的损坏可以通过采用以下方式进行避免或限制:
(a)避免、消除或减少结构物可能遭遇的危害。
(b)选择一种危害敏感度低的结构形式。
(c)选择一种足以承受结构物单独构件或有限部分临时拆卸或发生可接受局部损坏的结构类型与设计。
(d)尽可能避免结构系统在无警告的情况下发生坍塌。
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