《工程结构通用规范》GB55001-2021学习笔记（四合一）

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《 工程结构通用规范》GB55001-2021学习笔记（二）——混凝土垫层都要C20以上吗？ 混凝土结构最低强度等级

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《混凝土结构通用规范》GB 55008-2021第2.0.2条规定:
结构混凝土强度等级的选用应满足工程结构的承载力、刚度及耐久性需求。对设计工作年限为50年的混凝土结构，结构混凝土的强度等级尚应符合下列规定；对设计工作年限大于50年的混凝土结构，结构混凝土的最低强度等级应比下列规定提高。 1 素混凝土结构构件的混凝土强度等级不应低于C20；钢筋混凝土结构构件的混凝土强度等级不应低于C25；预应力混凝土楼板结构的混凝土强度等级不应低于C30，其他预应力混凝土结构构件的混凝土强度等级不应低C40；钢-混凝土组合结构构件的混凝土强度等级不应低于C30。 2 承受重复荷载作用的钢筋混凝土结构构件，混凝土强度等级不应低于C30。 3 抗震等级不低于二级的钢筋混凝土结构构件，混凝土强度等级不应低于C30。 4 采用500MPa及以上等级钢筋的钢筋混凝土结构构件，混凝土强度等级不应低于C30。 这里先提醒一下各位，国网公司有采用60年的设计工作年限，那混凝土的最低强度等级至少应提高一级！ 下面的讨论仍基于50年的设计工作年限。 该条是对《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010（2015年版）第4.1.2条的修改。 首先，和GB55001-2021一致，“设计使用年限”改为“设计工作年限”。 《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010（2015年版）规定，素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15，钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20，通用规范均有提高。 通用规范对预应力混凝土强度要求也有变化，并增加了钢-混凝土组合结构构件、抗震等级不低于二级、采用500MPa及以上等级钢筋的混凝土强度等级要求。 笔者建议，以后的设计非预应力钢筋混凝土直接采用C30，预应力混凝土采用C40，可减少不必要的麻烦。 基础垫层是否也应按此规定，混凝土强度等级不应低于C20呢？

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几个术语

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结构：能承受作用并具有适当刚度的由各连接部件有机组合而成的系统。（GB50068-2018）
结构构件：结构在物理上可以区分出的部件。（GB50068-2018） 基础：将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。（GB/T 50941-2014） 基础垫层：设置在基础和地基土之间，用于隔水、排水、防冻以及改善基础和地基工作条件的低强度等级混凝土层、三合土层、灰土层等。（GB/T 50941-2014） 换填垫层：挖除基础底面下一定范围内的软弱土层或不均匀土层，回填其他性能稳定、无侵蚀性、强度较高的材料，并夯压密实形成的垫层。（JGJ 79-2012） 垫层：在建筑地基上设置承受并传递上部荷载的构造层。（GB 50037-2013）

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垫层是结构构件吗？

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有一种观点认为，基础垫层属于素混凝土结构，所以要执行混凝土结构的规定。百度一下，持这观点的还真不少，但这却是不正确的！
根据上面的术语，基础是结构的组成部分，混凝土基础属于混凝土结构。基础垫层不属于基础，但也未明确是否为结构组成部分。 实际上，基础垫层定义中的“低强度等级混凝土层”已经暗示其不属于结构层。或许这还不易理解，那如果把基础垫层的材料换成三合土层、灰土层，甚至碎石层，还会认为是结构层吗？有“碎石结构”这东东吗？ 所以，垫层不是结构构件，可视为人工地基。《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2012中的换填垫层，不至于也认为是结构层吧？ 《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010中混凝土的最低强度等级是C15，但《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011中垫层混凝土强度等级最低值是C10，坚持至今不修订，也表明了规范组的一个态度：垫层不是结构构件，用碎石都可以，用低强度混凝土会有问题吗？

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结论

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垫层是在建筑地基上设置承受并传递上部荷载的构造层，不是结构构件。混凝土结构的相关标准不适用于混凝土垫层。
对于地基基础混凝土垫层，GB 50007-2011中的最低标准C10至今仍有效。虽然现在商品混凝土已经没有C10了，但你非要用的话，可以定做，也可以自拌，并非做不到。不过，大部分的地方标准早已把垫层混凝土的最低标准提高到C15，接下去极有可能会继续提高到C20。 笔者发此文的目的，不是非要用C15、C10的混凝土垫层。实际上C20混凝土和C15价格相差仅10%左右或更小，且质量更好，可靠性更高，而且不用设计人员掏钱，可能设计费反而更高，何乐而不为呢？但不能因为用了C15垫层，就说是错了，违反通用规范强条了。 最后再提醒一下，基础混凝土垫层采用C15也并非总是正确的。如《工业建筑防腐蚀设计标准》GB/T 50046-2018规定，弱腐蚀环境混凝土垫层的最低标号是C20，且不小于150厚；中腐蚀以上的，甚至不能用混凝土垫层。

《工程结构通用规范》GB55001-2021学习笔记（二）——术语篇之新瓶装旧酒

通用规范与其他标准编排上是有区别的，其一是把符号篇放在了附录，是为了体现全文强制性的特点吧。但最大的区别是没有术语篇。

起草说明中是有术语篇的，之所以没放在正文，也没像符号篇那样放在附录中，应该还有其他的目的。是因为……这个要自己猜了。

其实，通用规范的术语和其他标准存在一定的差异。笔者今天就梳理一下《工程结构通用规范》GB 55001-2021中的部分新词和旧词。

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Design Working Life

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GB 55001-2021中有这词吗？

不好意思，这是英文术语，当然，你也能从字面上翻译为——“设计工作年限”。

这是通用规范中出现的“新词”。 其实，它不算新词，只是新瓶装旧酒而已。

设计工作年限是设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按预定目的使用的年限。

这个定义怎么这么熟悉？因为它和《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068-2018、《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153-2008中“设计使用年限”的定义一模一样，甚至英文术语也一模一样，都是“design working life”！

笔者很奇怪，为什么当初“设计使用年限”不采用另一个更为贴切的英文术语“design service life”？难不成只是为十几年后的变更埋下伏笔？

“设计工作年限”主要是指设计预定的结构或结构构件在正常维护条件下的服役期限，并不意味着结构超过该期限后就不能使用了。比如我们到了退休年龄了，还可以延迟退休。通用规范将该术语统一为“设计工作年限”，更准确地表达其含义。

所以，工程设计图纸中，第一个需要做的是将“设计使用年限”改为“设计工作年限”。

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设计基准期

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设计基准期为确定可变作用代表值而选用的时间参数。

设计基准期和“设计工作年限”是两个不同的概念，注意区分。

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整体稳固性

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结构的整体稳固性是指结构应当具有完整性和一定的容错能力，避免因为局部构件的失效导致结构整体失效。

当发生可能遭遇的爆炸、撞击、罕遇地震等偶然事件及人为失误时，结构应保持整体稳固性，不应出现与起因不相称的破坏后果。当发生火灾时，结构应能在规定的时间内保持承载力和整体稳固性。

人为失误是指由于设计、施工和使用者在认知、行为和意图等方面的局限性，忽视了某些潜在的可能影响结构安全的因素。

为了防止结构出现与起因不相称的破坏，可以采取各种适当的方法或技术措施，主要包括：

1）减少结构可能遭遇的危险因素；

2）采用对可能存在的危险因素不敏感的结构类型；

3）采用局部构件被移除或损坏时仍能继续承载的结构体系；

4）避免采用无破坏预兆的结构体系；

5）采取增强结构整体性的构造措施。

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特别重要的建筑结构

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“特别重要的建筑结构”是指因具有纪念意义或特殊功能需要长期服役的重要建筑结构。其含义不同于确定安全等级时的“重要结构”。

安全等级定为一级的重要结构，如果根据其建造目的和使用功能，不需要长期服役，则其设计工作年限也不强制要求取100年。

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不可逆正常使用极限状态

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当产生超越正常使用要求的作用卸除后，该作用产生的后果不可恢复的正常使用极限状态。

比如永久性的局部损坏，或永久变形，正常使用极限状态设计时采用标准组合。是一旧词，比较冷僻。

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可逆正常使用极限状态

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当产生超越正常使用要求的作用卸除后，该作用产生的后果可以恢复的正常使用极限状态。

比如超出极限状态要求的振动或临时性的位移等，正常使用极限状态设计时采用频遇组合。是一旧词，比较冷僻。

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作用

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施加在结构上的集中力或分布力和引起结构外加变形或约束变形的原因。前者为直接作用，也称为荷载；后者为间接作用。

规范中对于直接作用的用词并未统一，有称作用，也有按旧习惯称作荷载。

《工程结构通用规范》GB55001-2021学习笔记（三）——消失的永久荷载控制组合 与众不同的工业建筑活荷载

通用规范的作用组合、分项系数等规定主要来自《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068-2018，条文规定也基本一致。但对《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012而言，却是大换血，面目全非了。其实，在四年前GB 50068-2018发布时，GB 50009-2012就应该进行修订，坚持不修订的原因，似乎是等着你出错……

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消失的永久荷载控制组合

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GB 55001-2021中列出了6种结构作用组合：

1 基本组合：

2 偶然组合：

3 地震组合：应符合结构抗震设计的规定；

4标准组合：

5 频遇组合：

6 准永久组合：

《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012原废止条文仅提供两种组合，即由可变荷载控制的效应设计值和由永久荷载控制的效应设计值。两者不仅差异显著，而且通用规范不再有永久荷载控制组合！

其实，这不是说明新规定，在《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068-2018中，早就取消了永久荷载控制组合，通用规范对应的条文，也基本“抄自”GB 50068-2018。但在GB 50068-2018发布时，GB 50009-2012中永久荷载控制组合规定仍有效，且是强制性条文，反观GB 50068-2018中的条款，却是普通条文，所以，这永久荷载控制组合还是得算一算。至于分项系数是继续取1.35，还是需相应增大，却是众说纷纭，争论不休。直至通用规范发布，官方终于宣布GB 50009-2012中对应的强制性条文废止，而这个决定，足足迟了四年。

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与众不同的工业建筑活荷载

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通用规范增大了大部分民用建筑的活荷载，但对工业建筑几无调整。这是因为工业建筑活荷载的取值与民用建筑不同。

工业建筑结构中的工艺荷载，根据工艺要求不同差异很大，对结构设计的影响较大。生产工艺荷载是根据工艺及相关专业的要求确定的，而不是像民用建筑那样通过统计分析得出，也因此变异系数通常比较小。

工业建筑的作用分项系数取值规定与民用建筑不同。对于标准值大于4kN／m²的工业房屋楼面结构的活荷载，作用分项系数可取1.4。如变电站工程的大部分设备房间。

通用规范规定，对于荷载标准值随时间变化的楼面和屋面活荷载，考虑设计工作年限的调整系数γ_L应按表3.1.16采用。当设计工作年限不为表中数值时，调整系数γ_L不应小于按线性内插确定的值。

变电站工程设计工作年限有取60年的，是否该按上表插值取γ_L=1.02？

正确答案是：γ_L仍取1.0！

注意上面的用词“荷载标准值随时间变化”，这是与GB 50009-2012第3.2.5条的不同之处。

对于荷载标准值不会随时间明显变化的荷载，如楼面均布活荷载中的书库、储藏室、机房、停车库，以及工业楼面均布活荷载等，不需要考虑设计工作年限调整系数。其实，在GB 50009-2012的条文说明中也有提到，相对含糊，但这次直接加到正文中，更加明确。

工业建筑荷载取值的另一个不同点是不考虑活荷载折减。需要注意，通用规范中4.2.4条、4.2.5条对梁、墙、柱和基础荷载的折减，均不适用工业建筑！

《工程结构通用规范》GB55001-2021学习笔记（四）——结语篇之超乎想象的风振系数

通用规范的第4.6.1条规定，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应在基本风压、风压高度变化系数、风荷载体型系数、地形修正系数和风向影响系数的乘积基础上，考虑风荷载脉动的增大效应加以确定。这条与《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012第8.1.1条其实也没有本质上的区别。

但通用规范第4.6.5条规定，主要受力结构的风荷载放大系数应根据地形特征、脉动风特性、结构周期、阻尼比等因素确定，其值不应小于1.2；围护结构的风荷载放大系数应根据地形特征、脉动风特性和流场特征等因素确定，且不应小于，其中μz为风压高度变化系数。这和GB 50009-2012第8.4.1条规定完全不同。

《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012第8.4.1条规定，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，以及基本自振周期T₁大于0.25s的各种高耸结构，应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。但通用规范不再限定范围，一概要求考虑风振的影响，且要求不小于1.2，风荷载标准值相应增大！

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风荷载脉动的增大效应

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大家都知道，计算基本风压时取的是10min平均值风速。而实际风速是动态变化的，时低则高，像波浪一样脉动，所以结构实际所受风压会大于基本风压。如结构刚度不大，还会发生随风振动的现象，所受风压将进一步增大。这就是风荷载脉动的增大效应。

对于主要受力结构，除了考虑风压本身的脉动之外，还需要考虑风引起结构振动所带来的附加荷载；而围护结构刚度一般比较大，结构效应中通常不需要考虑共振分量。因此现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012对于“主要受力结构”和“围护结构”的计算，分别采用了风振系数和阵风系数作为平均风荷载的放大倍数。通用规范将二者统一为“风荷载放大系数”。

通用规范只规定了风荷载放大系数的最低取值标准，实际的风荷载放大系数可能会大于该值，因此需同时满足荷载规范等现行标准要求。

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阵风系数

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通用规范规定的阵风系数最低值是。

笔者特意进行了试算，发现GB 50009-2012中B类场地的阵风系数取值与通用规范的最低值完全相同，很是奇怪。于是，笔者对计算公式进行推导，最终结果是两者确实是一模一样！

笔者曾“吹嘘”能做出一本GB 50009-2012的2022年局部修订版，今天就稍稍证明一下：

表8.6.1  阵风系数β_gz（通用规范修订版）

离地面高度	地面粗糙度类别
（m)	A	B	C	D
5	1.67	1.70	2.05	2.40
10	1.62	1.70	2.05	2.40
15	1.59	1.66	2.05	2.40
20	1.57	1.63	1.99	2.40
30	1.54	1.59	1.90	2.40
40	1.52	1.57	1.85	2.29
50	1.51	1.55	1.81	2.20
60	1.50	1.54	1.78	2.14
70	1.49	1.52	1.75	2.09
80	1.48	1.51	1.73	2.04
90	1.47	1.50	1.71	2.01
100	1.47	1.50	1.69	1.98

只列了100m。超过100m的，看我文章的基本是用不到的。

表中只有A类地面粗糙度的β_gz值稍有增大，其它数据均无变化。

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超乎想象的风振系数

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《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012第8.4.1条的条文说明中指出，参考国外规范及我国建筑工程抗风设计和理论研究的实践情况，当结构基本自振周期T≥0.25s时（根据正文，此处应该指的是高耸结构，下同），以及对于高度超过30m且高宽比大于1.5的高柔房屋，由风引起的结构振动比较明显，而且随着结构自振周期的增长，风振也随之增强。而对于T＜0.25s的结构和高度小于30m或高宽比小于1.5的房屋，原则上也应考虑风振影响。但已有研究表明，对这类结构，往往按构造要求进行结构设计，结构已有足够的刚度，所以这类结构的风振响应一般不大。一般来说，不考虑风振响应不会影响这类结构的抗风安全性。

以上是原封不动的原文。按此原理，对于多层建筑，不考虑风振响应也不会影响结构的抗风安全性。那么，风振系数直接按通用规范的最低值取1.2，是不是非常安全了？

笔者很希望这是正确的，这样的话计算风荷载也就是多乘一个1.2的系数，否则算一面围墙的风荷载感觉都很困难。

但笔者的试算结果完全出乎你的意料之外。

GB 50009-2012提供了风振系数的计算方法，虽然针对的是高层建筑，但建筑高度并不是风振的必要条件，所以，多层建筑应该可以按此进行计算。实际上，PKPM、理正等，也是这么做的。

笔者用Excel对国网通用设计110-A2-4计算试算，顺便也编了一个计算风振系数的函数。

计算参数：

基本风压w₀=0.7kPa，地面粗糙度B类

H=8.6m，取B=2*H=17.2m

阻尼比ζ₁=0.01(钢结构，几无填充墙，而且是轻质装配式隔墙)

T₁=0.3s（按2层钢结构估算）

计算结果：z=8.6m，βz=2.05；z=4.95m，βz=1.45。

由于是第一次手算风振系数，笔者对技术结果不是很确定，于是用理正结构工具箱进行复核，结果完全一致。

但笔者在查看PKPM计算结果时发现，结构自振周期是T₁=0.8684s！按此计算，正确值是：z=8.6m，βz=2.37；z=4.95m，βz=1.59，进一步增大。

由于110-A2-4的体型较复杂，低层屋面如果按单层建筑4.95m高度进行计算，则βz=2.25，远大于按两层建筑计算的结果。

不是说多层建筑不考虑风振系数已经足够安全了吗？怎么风荷载会是原来的两倍多？

唯一可以确定的是，我们被规范给忽悠了。至于是已经被忽悠了10年，还是刚被忽悠了半年多，然后还要继续被忽悠下去……没什么区别吧以上文章来源于雪原电力土著 ，作者徐林海

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