4 结构上的作用

4.0.1 结构上的某些作用，例如楼面活荷载和风荷载，它们各自出现与否以及数值大小，在时间上和空间上均彼此互不相关，故称为在时间上和在空间上互相独立的作用。这种作用在计算其效应和进行组合时，可按单独的作用处理。

4.0.2
1 作用按随时间的变异分类，是对作用的基本分类。它直接关系到概率模型的选择，而且按各类极限状态设计时所采用的作用代表值一般与其出现的持续时间长短有关。
1）永久作用的特点是其统计规律与时间参数无关，故可采用随机变量概率模型来描述。例如结构自重，其量值在整个设计基准期内基本保持不变或单调变化而趋于限值，其随机性只是表现在空间位置的变异上。
2）可变作用的特点是其统计规律与时间参数有关，故必须采用随机过程概率模型来描述。例如楼面活荷载、风荷载等。
3）偶然作用的特点是在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值是很大的。例如爆炸、撞击、罕遇的地震等。
2 作用按随空间位置的变异分类，是由于进行荷载效应组合时，必须考虑荷载在空间的位置及其所占面积大小。
1）固定作用的特点是在结构上出现的空间位置固定不变，但其量值可能具有随机性。例如，房屋建筑楼面上位置固定的设备荷载、屋盖上的水箱等。
2）自由作用的特点是可以在结构的一定空间上任意分布，出现的位置及量值都可能是随机的。例如，楼面的人员荷载等。
3 作用按结构的反应分类，主要是因为进行结构分析时，对某些出现在结构上的作用需要考虑其动力效应（加速度反应）。作用划分为静态或动态作用的原则，不在于作用本身是否具有动力特性，而主要在于它是否使结构产生不可忽略的加速度。有很多作用，例如民用建筑楼面上的活荷载，本身可能具有一定的动力特性，但使结构产生的动力效应可以忽略不计，这类作用仍应划为静态作用。
对于动态作用，在结构分析时一般均应考虑其动力效应。有一部分动态作用，例如吊车荷载，设计时可采用增大其量值（即乘以动力系数）的方法按静态作用处理。另一部分动态作用，例如地震作用、大型动力设备的作用等，则须采用结构动力学方法进行结构分析。
作用按时间、按空间位置、按结构反应进行分类，是三种不同的分类方法，各有其不同的用途。例如吊车荷载，按随时间变异分类为可变作用，按随空间位置变异分类为自由作用，按结构反应分类为动态作用。每种作用按此分类方法各属何类，需依据作用的性质具体确定。本条中的举例，旨在说明分类的基本概念，而不是全部的分类。

4.0.3 施加在结构上的荷载，不但具有随机性质，而且一般还与时间参数有关，所以用随机过程来描述是适当的。
在一个确定的设计基准期T内，对荷载随机过程作一次连续观测（例如对某地的风压连续观测50年），所获得的依赖于观测时间的数据就称为随机过程的一个样本函数。每个随机过程都是由大量的样本函数构成的。
荷载随机过程的样本函数是十分复杂的，它随荷载的种类不同而异。目前对各类荷载随机过程的样本函数及其性质了解甚少。对于常见的楼面活荷载、风荷载、雪荷载等，为了简化起见，采用了平稳二项随机过程概率模型，即将它们的样本函数统一模型化为等时段矩形波函数，矩形波幅值的变化规律采用荷载随机过程｛Q（t），t∈[0，T]｝中任意时点荷载的概率分布函数F_Q（x）＝P｛Q（t₀）≤x，t₀∈[0，T]｝来描述。
对于永久荷载，其值在设计基准期内基本不变，从而随机过程就转化为与时间无关的随机变量｛G（t）＝G，t∈[0，T]｝，所以样本函数的图像是平行于时间轴的一条直线。此时，荷载一次出现的持续时间τ＝T，在设计基准期内的时段数r＝T/τ＝1，而且在每一时段内出现的概率p＝1。
对于可变荷载（住宅、办公楼等楼面活荷载及风、雪荷载等），其样本函数的共同特点是荷载一次出现的持续时间τ＜T，在设计基准期内的时段数r＞1，且在T内至少出现一次，所以平均出现次数m＝pr≥1。不同的可变荷载，其统计参数τ、p以及任意时点荷载的概率分布函数F_Q（x）都是不同的。
对于住宅、办公楼楼面活荷载及风、雪荷载随机过程的样本函数采用这种统一的模型，为推导设计基准期最大荷载的概率分布函数和计算组合的最大荷载效应（综合荷载效应）等带来很多方便。
当采用一次二阶矩极限状态设计法时，必须将荷载随机过程转化为设计基准期最大荷载

因T已规定，故Q_T是一个与时间参数t无关的随机变量。
各种荷载的概率模型必须通过调查实测，根据所获得的资料和数据进行统计分析后确定，使之尽可能反映荷载的实际情况，并不要求一律选用平稳二项随机过程这种特定的概率模型。

4.0.4 任意时点荷载的概率分布函数F_Q（x）是结构可靠度分析的基础。它应根据实测数据，运用χ²检验或K-S检验等方法，选择典型的概率分布如正态、对数正态、伽马、极值Ⅰ型、极值Ⅱ型、极值Ⅲ型等来拟合，检验的显著性水平统一取0.05。显著性水平是指所假设的概率分布类型为真而经检验被拒绝的最大概率。
荷载的统计参数，如平均值、标准差、变异系数等，应根据实测数据，按数理统计学的参数估计方法确定。当统计资料不足而一时又难以获得时，可根据工程经验经适当的判断确定。

4.0.5 荷载代表值有荷载的标准值、组合值、频遇值和准永久值，本次修订中增加了频遇值。根据各类荷载的概率模型，荷载的各种代表值均应具有明确的概率意义。

4.0.6 根据概率极限状态设计方法的要求，荷载标准值应根据设计基准期内最大荷载概率分布的某一分位值确定。在原标准的编制过程中，各类荷载的标准值维持了当时规范的取值水平，只对个别不合理者作了适当调整。
各类荷载标准值的取值水平分别为：
永久荷载标准值一般相当于永久荷载概率分布（也是设计基准期内最大荷载概率分布）的0.5分位值，即正态分布的平均值。对易于超重的钢筋混凝土板类构件（屋面板、楼板等）的调查表明，其标准值相当于统计平均值的0.95倍。由此可知，对大多数截面尺寸较大的梁、柱等承重构件，其标准值按设计尺寸与材料重力密度标准值计算，必将更接近于重力概率分布的平均值。
对于某些重量变异较大的材料和构件（如屋面的保温材料、防水材料、找平层以及钢筋混凝土薄板等），为在设计表达式中采用统一的永久荷载分项系数而又能使结构构件具有规定的可靠指标，其标准值应根据对结构的不利状态，通过结构可靠度分析，取重力概率分布的某一分位值确定，例如0.95或0.05分位值。计算分析表明，按第7章给出的设计表达式设计，对承受自重为主的屋盖结构，由保温、防水及找平层等产生的恒荷载宜取高分位值的标准值，具体数值应符合荷载规范的规定。
根据统计资料，新修订的荷载规范规定的楼面活荷载标准值（2.0kN/m²），对于办公楼楼面活荷载相当于设计基准期最大荷载平均值加3.16倍标准差，对于住宅楼面活荷载相当于设计基准期最大荷载平均值加2.38倍标准差。
根据统计资料，荷载规范规定的风荷载标准值接近于设计基准期最大风荷载的平均值。某些部门和地区曾反映，对于风荷载较敏感的高耸结构，规范规定的风荷载标准值偏低，有些输电塔还发生过风灾事故。新修订的建筑结构荷载规范已将风、雪荷载标准值由原来规定的“三十年一遇”值，提高到“五十年一遇”值。

4.0.7 荷载组合值是对可变荷载而言的，主要用于承载能力极限状态的基本组合中，也用于正常使用极限状态的标准组合中。组合值是考虑施加在结构上的各可变荷载不可能同时达到各自的最大值，因此，其取值不仅与荷载本身有关，而且与荷载效应组合所采用的概率模型有关。荷载组合值系数S_Gk可根据荷载在组合后产生的总作用效应值在设计基准期内的超越概率与考虑单一作用时相应概率趋于一致的原则确定，其实质是要求结构在单一可变荷载作用下的可靠度与在两个及以上可变荷载作用下的可靠度保持一致。

4.0.8 荷载频遇值也是对可变荷载而言的，主要用于正常使用极限状态的频遇组合中。根据国际标准ISO 2394:1998，频遇值是设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与设计基准期的比值小于0.1的荷载代表值。

4.0.9 荷载准永久值也是对可变荷载而言的。主要用于正常使用极限状态的准永久组合和频遇组合中。准永久值反映了可变荷载的一种状态，其取值系按可变荷载出现的频繁程度和持续时间长短确定。国际标准ISO 2394:1998中建议，准永久值根据在设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与设计基准期的比值为0.5确定。对住宅、办公楼楼面活荷载及风雪荷载等，这相当于取其任意时点荷载概率分布的0.5分位值。准永久值的具体取值，将由建筑结构荷载规范作出规定。在结构设计时，准永久值主要用于考虑荷载长期效应的影响。

4.0.10 目前，由于对许多偶然作用尚缺乏研究，缺少必要的实际观测资料，因此，偶然作用的代表值及有关参数，常常只能根据工程经验、建筑物类型等情况，经综合分析判断确定。对有观测资料的偶然作用，则应建立符合其特性的概率模型，给出有明确概率意义的代表值。