建筑结构设计中荷载值的确定问题研究

 　摘要：我国建筑设计的发展，让人们对建筑的要求不仅仅满足于基本居住生活，现代建筑为了满足不同的居住需求，建筑形态越来越多样化，建筑结构越来越复杂。每个建筑的结构设计不同，建筑物各自的荷载值也不同。荷载值是建筑工程中的一个重要指标，它能衡量房屋结构的可靠性和安全性。本文将通过荷载值的类型和对建筑结构设计的影响进行深入分析和研究，找出适合现代建筑结构的荷载值的合理方法 

　　关键词：建筑结构；结构设计；荷载值；问题研究；取值 

　　一、前言 

　　建筑设计的发展和地震等灾害的频繁发生让结构质量的好坏越来越受到社会各界的重视，我国建筑结构的安全使用性能和稳定性能还存在很大的提升空间，特别是和发达国家相比，存在很大的差距。在建筑结构设计中荷载取值非常重要，但是我国在这方面的理论和实践还有不足。所以在建筑结构设计中要拓宽对荷载取值的研究和加强荷载布置的分析方法。 

　　荷载指的是使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素，是在建筑中对结构的承载力、变形、裂缝、稳定性等进行验算的依据，再根据不同的结构要求选取对建筑结构负面影响最大的组合进行结构计算。这种计算方式能够有效提高建筑物的结构质量。我国建筑规范对荷载值的计算有一套“公认”方法，但是荷载计算实际上没有绝对的公式和方法，因为每个建筑有不同的建筑结构，所以计算要因时而异、因地而异。所以荷载值的确定对设计师的理论知识和实践精要要求非常高，设计师要对整个结构的承载能力和性能以及结构构件之间的相互作用都要了解透彻。 

　　二、荷载类型 

　　施加在结构上的集中力或者分布力称为荷载。荷载根据时间的长久分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。永久荷载是施加在工程结构上不变的（或其变化与平均值相比可以忽略不计的）荷载。如结构自重、外加永久性的承重、非承重结构构件和建筑装饰构件的重量、土压力等。因为恒载在整个使用期内总是持续地施加在结构上，所以设计结构时，必须考虑它的长期效应。结构自重，一般根据结构的几何尺寸和材料容重的标准值（也称名义值）确定。；可变荷载，是施加在结构上的由人群、物料和交通工具引起的使用或占用荷载和自然产生的自然荷载。可变荷载的随机性表现在空间的变异方面，变化和平均值难以忽略，包括建筑上的活动人群、自然界的风、雨、雪荷载等；偶然荷载有可能出现的荷载，而且一旦出现，量值较大，包括地震、汽车撞击作用等持续很短的荷载等。 

　　一个建筑的承载力是有最大值和极限值的，在最大值和极限值范围内能够保证建筑安全和稳定，一旦超出其最大值或极限值会使结构受到破坏，甚至降低建筑物的经济寿命，一旦建筑发生安全事故就会给人们的人身安全带来严重威胁，所以结构设计人员在进行建筑结构设计时首先要进行荷载计算，然后再根据荷载值计算结构内力，再进行构件计算。 

　　长久荷载和可变荷载是荷载值研究的主要两个方面，在结构设计中取两者中较大值： 

　　在实际设计过程中，建筑物的实际荷载是很难去准确计算的，即使资料完整，计算手段先进也避免不了荷载计算误差。在目前来说，荷载取值办法是根据结构设计的具体情况做合理假设，采取半经验半概率性的方法。所以在荷载取值上要对很多标准和方法进行研究和分析。 

　　三、荷载的标准值 

　　《建筑结构荷载规范》中对荷载的标准值做了一些定义，特别是对住宅、办公楼、商店的楼面荷载做了调查和统计，采用适当的概率统计模型。 

　　1、屋面活荷载要在考虑适当提高屋盖系统设计安全的前提下，给予修订 

　　2、屋面积灰荷载，根据历史积灰荷载值，按照一定除尘设施及3-6个月的严格清灰制度下，根据灰尘的厚度及灰容重来计算。 

　　3、民用建筑楼面活荷载，根据等效均布荷载平均值加2倍均方差来取用 

　　4、工业建筑楼面活荷载，按照等效换算原则，一般取上限，并参考沿用数据后予以确定。 

　　四、荷载效应的合理组合 

　　标准组合、永久组合、频遇组合是正常使用极限状态设计的荷载效应组合，根据结构设计规范可以在不同的情况下使用这些组合。 

　　标准组合也可以称为短期效应组合，砼受力裂缝控制符合建筑一级、二级要求时，采用荷载标准组合计算。验算构件挠度和基础抗裂计算也可以使用标准组合；永久组合在某种意义上来说是相对于标准组合，是长期效应组合方式。永久组合更多地考虑荷载长期效益对结构构件正常使用状态影响的分析。在地基基础计算，可以使用永久组合。对于裂缝控制不应出现拉应力时刻也可以采用永久组合；频遇组合是一种新的组合模式，所以应用范围比较狭窄，主要集中在吊车梁设计和桥梁结构设计中。每一种荷载组合都是适用的条件和限制，所以要根据不同的设计要求采取不同的荷载组合。 

　　五、概率极限状态设计计算 

　　概率极限状态设计计算是目前国际上较为先进的结构设计方法，它能够根据结构的形式、材料、尺寸来确定结构的可靠指标。前苏联在20世纪50年代就提出了极限状态计算法，它根据荷载系数、材料系数、工作条件系数统一起来形成安全系数，形成了结构的极限状态。极限状态验算内容：对砼拉应力进行验算；对砼受力构件裂缝宽度验算；要控制变形构件，对受弯力构件挠度验算；如果对楼盖结构的舒适度有要求，对竖向自动振频率来验算；构件延性验算。 

　　概率极限状态设计原则是一概率为基础保证结构设计失效概率足够小，从而保证结构的安全性、适用性和耐久性。 

　　六、荷载取值中的重点 

　　多高层建筑是现代建筑业发展的一个标志，因为建筑土地紧张致使建筑类型往多层方向发展。很多多层建筑结构设计就需要考虑到垂直活荷载折减系数的取值。按照我国《荷载规定》，计算墙柱梁基础时，楼面或者标准值应该乘以规定的折减系数，施工活荷载一般在1.0—1.5KN/。楼层数目为1—6层时，垂直活荷载的折减系数为0.7，7—8层时，为0.65—0.6，9层以上为0.55。因为折减系数取值具有经验性和概率性，所以在计算强、柱基础以上是一二层的时候，折减系数是比较准确的，在三四层以上的时候就偏向于保守。所以结构设计师一定要按规范来取值计算荷载，保证荷载值最大限度的符合结构设计的实际情况。 

　　多层建筑层数不小于1层，高度不小于28米时，做抗震设计时应计算竖向地震作用。在多层民用建筑中，有地震作用组合时，仅考虑水平地震作用，不考虑地震作用和风荷载。房屋高度不大于60米时不考虑风荷载，大于60米时应考虑风荷载。通常采用风洞试验来确定建筑物的风荷载。地震区的高层建筑进行抗震设防，6度设防不需计算地震作用，只需要采取必要的抗震措施，7—9度时要进行设防并且要计算地震作用。10度以上要进行专门的研究。多层建筑的荷载组合要符合《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》等规定。 

　　七、结语 

　　现在荷载值的确定上有很大的差异性，对结构设计的安全性和稳定性都有一定的影响，所以在结构设计中一定要提高荷载值运算的方法和技术，研究符合实际变化规律的荷载理论模型。结构计算过程中，合理采取和布置结构荷载值。 

　　参考文献： 

　　[1]张同明，建筑结构荷载与结构反应[J]。山西建筑，2001（6）. 

　　[2]李仁美，高层建筑桩基持力层荷载试验分析应用研究[J]，四川建材，2008（3）. 

　　[3]《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012） 

　　[4]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）