浅析建筑结构设计时的结构荷载取值

 【摘 要】随着我国社会经济的不断发展和城市化水平的日益提高，人民的物质生活和精神生活都达到了一个新的层次，这对于住房条件的要求也不断提升，其中以住房的安全最为主要。而荷载取值是影响整个建筑结构安全的关键，是建筑设计中必须要考虑的重要指标。因此我们可以说，荷载取值不仅关乎人民的生命财产安全更是影响国计民生的大事。本文将通过介绍荷载的分类和当前建筑结构设计中的荷载取值，对如何在建筑结构设计中确定荷载取值问题展开讨论。

　　【关键词】荷载取值；结构分析 

　　在当代的建筑结构当中，荷载以及材料的强度都将会达到一个相当高的数值，而荷载又是建筑结构设计中最基本的根据。因此，在结构设计的过程中，针对每一个环节来进行综合性分析已经成为必不可少的设计措施和方式。建筑结构的设计必须要考虑到同时作用在建筑物上的荷载，之后按照可以正常使用的极限值来进行荷载的组合，以期能够达到得出最不利效应组合从而进行设计的目的。 

　　一、建筑结构的分析 

　　建筑结构的作用可以分为直接作用和间接作用。 

　　施加在结构上的集中力或是分布力，我们称之为直接作用。例如建筑设备和机构的自重，以及楼面活荷载等作用所引起的效应。而引起结构外加变形或者约束变形的作用，我们则称之为间接作用。例如混凝土收缩、温度变化、地基的地震或是变形等等，这一类作用所引起的效应是相当复杂的。 

　　事实上，我们很难计算出作用在建筑物上的荷载到底有多大，即使是有相当完整并且全面的资料，我们也很难准确的估计出荷载的大小。想要着手设计，就必须做出合理的假设来避免造成严重的误差。建筑结构一定要以最适合的要求和性能对各种荷载和外力做出反应，在建筑结构设计的过程中，还要根据不同的设计要求而采用不同的荷载数值，我们将其称作荷载代表值，它包括荷载的组合值、标准值和准永久值。 

　　二、荷载的分类 

　　作为一个不能确定的随机变量，荷载所规定的建筑结构设计基准时间为50年，在这一过程中，荷载的数量值会随着时间的变化而改变，与此同时，时间持续性也会在建筑结构上发生变化，那么，在荷载取值的规定中，我们可以将荷载进行以下分类： 

　　（一）按照时间变异分类 

　　1.所谓永久荷载，即于设计的基准期内，其永久荷载量值并未出现由时间变化而引发变化的情况，即便发生变化，变化值也与平均值接近，这种荷载是可以被忽略的，如结构的自重、预应力、土压力等。 

　　2.所谓可变荷载，即在设计期内，量值会随着时间的变化而变化，并且变化与平均值相差很大，是不能被忽略的，例如风荷载、雪荷载、楼面活荷载、吊车荷载、屋面积灰荷载等。 

　　3.所谓偶然荷载，即在设计期内，可能会出现的量值大、持续的时间较短的荷载，比方说地震、爆炸和撞击力等。 

　　（二）依照结构动力反应来分类 

　　1.所谓静态荷载，即对结构产生的可以忽略不计的荷载，例如结构自重和楼面活荷载等。 

　　2.所谓动态荷载，即对结构产生的不可忽略的荷载，比方说地震、高层建筑的风荷载以及吊车荷载等。 

　　三、结构设计中的荷载取值 

　　根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50009—2012）的规定，对根据不同的承载力来确定荷载取值进行了全面的分析，并且还要结合施工的图纸在审查过程当中出现的错误做法，指出荷载取值应该注意的事项。建立荷载的概率模型，并确定其在设计过程中对统计参数的分析，这是如何确定荷载取值重要手段。统计参数主要是针对可变荷载而言，可变荷载是指除了永久性荷载之外的其他各种形式的荷载，它主要与时间相关。理论上，随机过程概率分布模型是我们确定荷载的主要手段，但是就目前来说，我们对各类荷载随机过程的性质和样本函数知之甚少，方便起见，我们通常采用极值统计法或者是平稳二项随机过程概率模型来描述。 

　　在荷载取值中，需要计算出每个房间单位面积的家具重量、人员重量以及单位面积临时堆放物品的重量，然后再根据持久性活荷载和临时性活荷载的不同要求来进行组合，最后得出每个房间的持久性活荷载单位面积的重量和临时性活荷载单位面积的重量。根据所得到的房间单位面积重量，我们可以按照不同的功能将房间进行合理的分类，并对每种类型的房间进行分析，画出房间直方图，根据直方图来做分布假设，对假设的分布再进行检验，最后能够得出每种情况下荷载的统计参数和标准值。实际工作进行结构计算时，我们应注意以下几点： 

　　1）第 5.1.1条中汽车通道及客车停车库荷载，它是直接作用在楼面上的等效荷载，仅可用于楼面板设计计算，用于楼面梁、柱、墙及基础计算时应按第5.1.2条要求折减。对于双向板楼盖和无梁楼盖其板跨在不小6mx6m或者单项楼盖（板跨不小于2米）和双向楼盖（板跨不小于3米x3米）时，时才可以按规范取值。当不满足规范的规定时，应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则，换算为等效均布荷载，不可以直接取用规范数值（当板跨与规范限定数值差别不大时，当进行近似计算时也可取规范数值）。用PKPM计算基础时，同样按规范的规定对等效荷载进行折减。 

　　2）对于消防车荷载，由于荷载标准值很大，但出现概率很小，作用时间短。在墙柱设计时应允许作较大的折减。《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）5.1.3中规定设计墙柱时消防车荷载可按实际情况考虑；设计基础时可不考虑消防车荷载。 

　　3）活荷载的折减与荷载类型、从属面积和构件类型有关。承担的面积越大，其活荷载同时出现的概率就越小，一般说来次梁的从属面积较小而主梁的从属面积较大，且传力途径一般为板到次梁再到主梁。所以主梁的折减系数比次梁小。目前我们所用的大部分程序（如PKPM），没有对活荷载分类的功能，也就不可能按规范要求折减。规范的本条要求原则上只适合于手算。当程序取用表5.1.2的活荷载折减系数时，应特别注意裙房与主楼整体计算的高层建筑，避免裙房部分按主楼的层数取用相应的折减系数，同时应注意计算楼层与实际楼层的区别，特别是计算楼层与实际楼层层数相差较多时（如错层结构等）。 

　　总结： 

　　因此，建筑结构中的荷载取值问题变得越来越重要，它是建筑结构设计当中必须考虑的重要指标，如果荷载取值不当，将会造成严重的后果。如何提高荷载标准成为结构安全研究的重要形式。荷载取值是建筑结构设计当中的基础，对于 各种形式的荷载取值都要按照各自的荷载组合来进行计算，这就要求设计人员在设计过程中理清概念，严格按照规范要求进行荷载取值。 

　　参考文献： 

　　[1]《建筑地基基础设计规范》（GB50009 —2012） 

　　[2]《建筑地基基础设计规范》（GB50009 —2012） 

　　[3]孙希玉.建筑结构设计中荷载取值问题的探讨[J].大科技，2012（16）. 

　　[4]徐思，胡细玲.浅谈建筑结构设计中荷载取值与组合[J].电子世界，2012（16）.