建筑結(jié)構(gòu)作用（荷載）的構(gòu)成問題研究

萬 鵬

（寧夏煤礦設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 寧夏 銀川 750011）

0 引言

建筑結(jié)構(gòu)所承受的荷載，主要有豎向荷載和水平荷載兩大類。豎向荷載包括結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備重、樓面活荷載和雪荷載，水平荷載則有風(fēng)荷載和地震作用兩種。除此以外還承受施工荷載、溫度作用等等。

1 建筑結(jié)構(gòu)的作用

1.1 豎向荷載

建筑結(jié)構(gòu)所承受的豎向荷載有結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備重、樓面活荷載和雪荷載。結(jié)構(gòu)自重可由各構(gòu)件的截面尺寸、長度、裝飾材料情況，根據(jù)各種材料自重按 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009－2001）中規(guī)定取值進(jìn)行計算。樓面活荷載一般是指由于使用該建筑物而產(chǎn)生的，在正常使用情況下可能出現(xiàn)的最大荷載。對于住宅結(jié)構(gòu)，樓面活荷載主要是指人群走動、室內(nèi)家具、書籍資料、貯存物品、陳列樣品等。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計結(jié)果，鋼筋混凝土高層民用建筑單位面積的總重（包括活荷載、隔斷重量）與層數(shù)、設(shè)防烈度有關(guān):

（1）框架、框架－剪力墻結(jié)構(gòu)體系大約為12～14kN/m2

（2）剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)體系大約為13～16kN/m2

其中活荷載平均約2kN/m2～3kN/m2，僅占全部豎向荷載的15%～20%。因此，活荷載不利布置所產(chǎn)生的影響較小。另一方面，高層建筑物的層數(shù)和跨數(shù)都很多，不利布置的方式繁多，難以一一計算，所以在工程設(shè)計中，一般將恒載和活荷載合并計算，按滿載考慮，不再逐一按活荷載不利布置計算。如果活荷載較大，可將滿布荷載計算所得的框架梁彎矩乘以1.1～1.2的系數(shù)加以放大，以考慮活荷載不利位置所產(chǎn)生的影響。

雪荷載是房屋屋面的主要荷載之一。在我國寒冷地區(qū)及其它大雪地區(qū)，因雪荷載導(dǎo)致屋面結(jié)構(gòu)以及整個結(jié)構(gòu)破壞的事例時有發(fā)生。尤其是大跨度結(jié)構(gòu)，對雪荷載更為敏感。因此，在有雪地區(qū)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須考慮雪荷載的影響。

1.2 風(fēng)荷載

在世界建筑歷史中，至今還沒有一幢建筑物被風(fēng)吹垮。但在風(fēng)荷載作用下，外墻窗戶的破壞，部分構(gòu)件的吹落卻屢有發(fā)生。高層建筑物中除了地震作用的水平力以外，主要的側(cè)向荷載是由風(fēng)產(chǎn)生的，在荷載組合時往往起控制作用。因而風(fēng)對高層建筑物的作用，已引起了結(jié)構(gòu)工程師的高度重視。

1.3 地震作用

建筑結(jié)構(gòu)所承受的“地震力”實際上是由于地震地面運(yùn)動引起的動態(tài)作用所產(chǎn)生的，屬于間接作用。實際作用在建筑上的地震作用是很復(fù)雜的，復(fù)雜性主要表現(xiàn)在以下兩個方面:

（1）地面運(yùn)動的復(fù)雜性，包括多向性、非平穩(wěn)隨機(jī)性。地震是地面不僅作水平運(yùn)動，而且作豎向運(yùn)動和轉(zhuǎn)動。

（2）結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，包括結(jié)構(gòu)的非線形、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響、構(gòu)件節(jié)點的聯(lián)結(jié)等。

1.4 施工荷載

進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)施工階段的安全性分析是保證結(jié)構(gòu)施工安全，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)早期損傷的重要措施。要進(jìn)行施工階段的安全性分析，首先必須了解結(jié)構(gòu)的施工荷載。在現(xiàn)澆混凝土樓層施工時需要考慮的基本荷載有:豎向靜荷載和豎向動荷載、水平風(fēng)荷載、設(shè)備的豎向荷載和橫向沖擊荷載、模板的傾斜支撐構(gòu)件引起的豎向和水平?jīng)_擊荷載，除了這些基本荷載外，施工時還必須考慮澆灌混凝土?xí)r的非對稱性荷載，以及由于堆積混凝土戲堆放施工材料所產(chǎn)生的集中荷載，這種特殊荷載往往能使新澆灌的混凝土出現(xiàn)裂縫或斷裂，在某些情況下，還可以導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部或整體破壞。

2 作用類型

2.1 作用按時間變異的分類

作用按時間變異的分類，是對作用的基本分類，因為它直接關(guān)系到概率模型的選擇，而且按各類極限狀態(tài)設(shè)計時所采用的代表值一般也與其出現(xiàn)的持續(xù)時間長短有關(guān)。按時間變異的特點可分為:

（1）永久作用:指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計的作用。例如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、水壓力、預(yù)加應(yīng)力、基礎(chǔ)沉陷、焊接變形等，它們的量值在整個設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)保持不變，隨機(jī)性只是表現(xiàn)在空間的變異上。永久作用的特點是其統(tǒng)計規(guī)律與時間參數(shù)無關(guān)，故可用隨機(jī)變量模型來描述。

（2）可變作用:指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)其值隨時間變化，且其變化與其平均值相比不可忽略的作用。例如樓面或橋面上的活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、波浪荷載、吊車荷載、溫度變化等。可變作用的特點是其統(tǒng)計規(guī)律與時間參數(shù)有關(guān)，故必須采用隨機(jī)過程模型來描述。

（3）偶然作用:指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)可能出現(xiàn)但不一定出現(xiàn)的作用。它的出現(xiàn)帶有偶然性，其量值很大，但持續(xù)時間很短。例如，地震力、爆炸力、汽車、船只或漂流物的撞擊力。

2.2 作用按空間位置變異的分類

作用的空間位置不同，對作用效應(yīng)的計算有明顯的影響，因此有必要按作用空間位置的變異來分類。

（1）固定作用:指在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的作用，但是其量值可能是隨機(jī)的。例如，工業(yè)廠房樓面上位置固定的設(shè)備，屋面上的水箱等。

（2）可動作用:指在結(jié)構(gòu)空間位置上的一定范圍內(nèi)可以在任意分布的作用，其出現(xiàn)的位置及量值都可能是隨機(jī)的。例如，樓面和橋面上活荷載、汽車荷載、吊車荷載，以及風(fēng)荷載等。

2.3 作用按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類

作用按結(jié)構(gòu)反應(yīng)的分類，主要是因為進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時，對某些出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)上的作用需要考慮動力效應(yīng) （加速度反應(yīng)）。按動力效應(yīng)的特點，可分為:

（1）靜態(tài)作用:指對結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不產(chǎn)生動力效應(yīng)（加速度反應(yīng)）或其動力效應(yīng)可以忽略不計的作用。例如，結(jié)構(gòu)自重、土重及土側(cè)壓力，民用和一般工業(yè)建筑樓面及橋面上的活荷載等。

（2）動態(tài)作用:指對結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的動力效應(yīng)的作用。例如，工業(yè)廠房的吊車荷載、設(shè)備振動、作用在高聳結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載、橋梁上的車輛荷載以及地震等。

對于動態(tài)作用，在結(jié)構(gòu)分析時，一般均應(yīng)考慮其動力效應(yīng)。有些動態(tài)作用，例如吊車荷載及車輛荷載，設(shè)計時可采用增大其量值（即乘以動力系數(shù)）的方法后按靜態(tài)作用處理。對于大型設(shè)備的振動及地震等，因動力效應(yīng)比較大，故須按結(jié)構(gòu)動力學(xué)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

3 結(jié)束語

一般民用建筑的樓面均布活荷載（標(biāo)準(zhǔn)值），是建筑物正常使用情況下的最大荷載值，也就是經(jīng)常出現(xiàn)的荷載最大值，通常要高于建筑物使用期間實際荷載的平均值網(wǎng)。由于在小面積上堆積資料、物品、雜物可能產(chǎn)生很大的荷載，根據(jù)使用要求，可以把這些荷載放置于任意合適的部位。但是這樣大的荷載滿布于整個樓面的可能性是很小的，至于同時滿布各層樓面的機(jī)會更小。因此，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，對于結(jié)構(gòu)的不同部位，應(yīng)按承載面積和承載層數(shù)予以折減，考慮該項荷載降低的系數(shù)。

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