建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載取值的研究

摘 要：伴隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)居住條件的要求也日益提高，越來越多的因素都在影響著荷載的指標(biāo)和審美觀點(diǎn)，如房屋結(jié)構(gòu)和裝修技術(shù)等。而荷載取值是否合理，是建筑設(shè)計(jì)中必須要考慮的一個(gè)重要指標(biāo)，它是影響整個(gè)房屋結(jié)構(gòu)的安全和建筑設(shè)計(jì)價(jià)值的關(guān)鍵。因此我們可以說，荷載取值是關(guān)乎人民生命財(cái)產(chǎn)安全和影響國(guó)計(jì)民生的大事。本文將結(jié)合荷載的分類和建筑結(jié)構(gòu)中荷載的取值情況來分析當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的荷載取值，從而確定如何在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定荷載取值。

關(guān)鍵詞：荷載取值；結(jié)構(gòu)分析；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）08-101-02

在當(dāng)代的建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，荷載以及材料的強(qiáng)度都將會(huì)達(dá)到一個(gè)相當(dāng)高的數(shù)值，而荷載又是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最基本的根據(jù)。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，針對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)來進(jìn)行綜合性分析已經(jīng)成為必不可少的設(shè)計(jì)措施和方式。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須要根據(jù)在建筑結(jié)構(gòu)上可能會(huì)同時(shí)出現(xiàn)的各種荷載，并且按照能夠正常使用的極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)分別來進(jìn)行荷載組合，從而達(dá)到取出最不利效應(yīng)組合來進(jìn)行設(shè)計(jì)的目的。

1 建筑結(jié)構(gòu)的分析

建筑結(jié)構(gòu)的作用分為直接作用和間接作用。

施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或是分布力，我們把它稱作直接作用。如設(shè)備的自重、機(jī)構(gòu)的自重以及樓面活荷載等直接作用所引起的效應(yīng)。而引起結(jié)構(gòu)外加變形或者約束變形的作用，我們則稱之為間接作用。如混凝土收縮、溫度變化、地基的地震或是變形等，這類作用所引起的效應(yīng)是非常復(fù)雜的。

事實(shí)上，我們很難計(jì)算出作用在建筑物上的荷載到底有多大，就算是有相當(dāng)完整全面的資料，對(duì)于荷載的大小也是很難估計(jì)的。但是想要著手設(shè)計(jì)，就必須做出合理的假設(shè)來避免造成嚴(yán)重的誤差。結(jié)構(gòu)必須要以適合的要求及性能的穩(wěn)定性來對(duì)各種荷載和外力做出反應(yīng)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，還要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求而采用不同的荷載數(shù)值，我們將其稱作荷載代表值，它包括荷載的組合值、標(biāo)準(zhǔn)值和準(zhǔn)永久值。

2 荷載的分類

作為一個(gè)不能確定的隨機(jī)變量，荷載所規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是50a，在這段期間里，不僅荷載的量值在變化，同時(shí)，作用在結(jié)構(gòu)上的時(shí)間持續(xù)性也會(huì)發(fā)生變化。因此，在荷載的規(guī)范中，我們可以將荷載進(jìn)行以下分類：

2.1 按照時(shí)間變異分類

2.1.1 永久荷載

是指在設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)期里，永久荷載量值不會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，就算是有變化，變化值也與平均值接近，這是可以被忽略的荷載，例如結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力、自重、土壓力等。

2.1.2 可變荷載

是指在設(shè)計(jì)期內(nèi)，量值會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，并且變化與平均值相差很大，是不能被忽略的，例如風(fēng)荷載、雪荷載、樓面活荷載、吊車荷載、屋面積灰荷載等。

2.1.3 偶然荷載

是指在設(shè)計(jì)期內(nèi)，可能出現(xiàn)或是一旦出現(xiàn)，其量值大，并且持續(xù)的時(shí)間也比較短的荷載，例如地震、爆炸力以及撞擊力等。

2.2 按照結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)分類

2.2.1 靜態(tài)荷載

是指對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了可以忽略不計(jì)的荷載，例如結(jié)構(gòu)自重和樓面活荷載等。

2.2.2 動(dòng)態(tài)荷載

是指對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不可忽略的加速度，例如地震、高層建筑的風(fēng)荷載以及吊車荷載等。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的荷載取值

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑功能也變得日益復(fù)雜，對(duì)結(jié)構(gòu)所需要的荷載計(jì)算也就有了更高的要求。因此，荷載取值的準(zhǔn)確性在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的地位也逐漸凸顯出來。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007—2011）的規(guī)定，對(duì)根據(jù)不同的承載力來確定荷載取值進(jìn)行了全面的分析，并且還要結(jié)合施工的圖紙?jiān)趯彶檫^程當(dāng)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤做法，指出荷載取值應(yīng)該注意的事項(xiàng)。建立荷載的概率模型，并確定其在設(shè)計(jì)過程中對(duì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的分析，這是如何確定荷載取值重要手段。統(tǒng)計(jì)參數(shù)主要是針對(duì)可變荷載而言，可變荷載是指除了永久性荷載之外的其他各種形式的荷載，它主要與時(shí)間相關(guān)。理論上，隨機(jī)過程概率分布模型是我們確定荷載的主要手段，但是就目前來說，我們對(duì)各類荷載隨機(jī)過程的性質(zhì)和樣本函數(shù)知之甚少，方便起見，我們通常采用極值統(tǒng)計(jì)法或者是平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程概率模型來描述。

在荷載取值中，需要計(jì)算出每個(gè)房間單位面積的家具重量、人員重量以及單位面積臨時(shí)堆放物品的重量，然后再根據(jù)持久性活荷載和臨時(shí)性活荷載的不同要求來進(jìn)行組合，最后得出每個(gè)房間的持久性活荷載單位面積的重量和臨時(shí)性活荷載單位面積的重量。根據(jù)所得到的房間單位面積重量，我們可以按照不同的功能將房間進(jìn)行合理的分類，并對(duì)每種類型的房間進(jìn)行分析，畫出房間直方圖，根據(jù)直方圖來做分布假設(shè)，對(duì)假設(shè)的分布再進(jìn)行檢驗(yàn)，最后能夠得出每種情況下荷載的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)值。

4 荷載取值的作用

建筑結(jié)構(gòu)在施工和使用的過程中所受到的各種各樣直接作用都被稱作荷載。通常情況下，荷載取值要略高于建筑使用期間結(jié)構(gòu)上的實(shí)際平均荷載值，目前條件下，我國(guó)的荷載取值方法還比較落后，這也要求我們?cè)诮窈笱芯亢奢d取值方面，還有很多需要研究和注意的事項(xiàng)。

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員首先要對(duì)荷載進(jìn)行計(jì)算，并取其代表值。在荷載確定了以后，才可以根據(jù)其作用、形式和大小來計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，最后再對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。也就是說，建筑物的某部分構(gòu)件，是承重還是非承重、能承受多大的荷載，這都會(huì)有其最大值和極限值，一旦超出了這個(gè)極限值，那么建筑物的結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生變形，會(huì)遭到嚴(yán)重破壞，輕者只會(huì)降低建筑物的使用壽命，嚴(yán)重的可能會(huì)造成一系列安全事故，威脅生命安全。因此，這就要求建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員必須充分的了解并掌握建筑的結(jié)構(gòu)形式、荷載的作用和影響。

5 結(jié)語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，人們的生活水平日益提高，對(duì)居住條件的要求也越來越高，人身安全和財(cái)產(chǎn)安全被高度重視起來。而現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是相當(dāng)復(fù)雜和重要的，我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性和耐久性方面的水平還比較低。因此，建筑結(jié)構(gòu)中的荷載取值問題變得越來越重要，它是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中必須考慮的重要指標(biāo)，如果荷載取值不當(dāng)，將會(huì)造成嚴(yán)重的后果。如何提高荷載標(biāo)準(zhǔn)成為結(jié)構(gòu)安全研究的重要形式。荷載取值是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的基礎(chǔ)，對(duì)于各種形式的荷載取值都要按照各自的荷載組合來進(jìn)行計(jì)算，這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中理清概念，嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行荷載取值。

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作者簡(jiǎn)介：王紅（1980-），女，漢族，遼寧沈陽(yáng)人任職于泛華建設(shè)集團(tuán)有限公司沈陽(yáng)設(shè)計(jì)分公司。研究方向：建筑結(jié)構(gòu)。