淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載取值問題

秦瑩

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們對(duì)于建筑物要求也越來越高，質(zhì)量要求使人們的最基本要求，在此基礎(chǔ)上，人們還需要建筑物造型美觀，有一定的視覺享受。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，荷載取值是設(shè)計(jì)師必須要考慮的一個(gè)因素，因?yàn)檫@一因素直接影響到建筑結(jié)構(gòu)的安全使用。從某種意義上來講，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載取值直接影響到我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本文主要分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載取值問題，以供大家參考。

【關(guān)鍵詞】荷載取值；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)；荷載模型

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑行業(yè)正以迅猛的速度不斷發(fā)展，并在市場經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著越來越重要的地位。由于人們的生活水平不斷提高，人們對(duì)于建筑物的要求也越來越高，不僅要求其質(zhì)量達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，更需要達(dá)到美觀效果。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師都需要對(duì)建筑荷載進(jìn)行測算取值，然后將這一類測算取值限定一個(gè)范圍，這就是荷載取值。建筑中荷載的量值會(huì)根據(jù)建筑物的地區(qū)、功能和是用期限的不同而不同。下文首先分析了建筑結(jié)構(gòu)中荷載的分類，并由此而展開詳細(xì)分析了荷載的概率模型和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的荷載取值，以供大家參考。

1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載的分類

在人們對(duì)建筑物要求越來越高的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)師必須要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行全面且綜合分析，這樣才能夠滿足人們越來越高的要求。通常情況下，建筑結(jié)構(gòu)中的荷載會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，大致可分為三種類型，即永久荷載、可變荷載以及偶然荷載。（1）永久荷載的取值與時(shí)間期限沒有太大的關(guān)系，它主要是隨著空間的形式而變動(dòng)的，也就是說，用集合在主要是通過既變的概率模型來描述的。（2）可變荷載的變化則包括時(shí)間變化與空間形式兩個(gè)方面，所以設(shè)計(jì)師在對(duì)其進(jìn)行計(jì)算的過程中必須要采用隨機(jī)概率模式進(jìn)行計(jì)算，這樣才能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)進(jìn)行完整的設(shè)計(jì)，并能夠有效的提高其管理水平。（3）偶然荷載。這種通常不會(huì)出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其量值就會(huì)非常大，從而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)起到極大的限制作用。

隨著時(shí)間的變化，樓面活荷載取值也會(huì)隨之不斷變化，大致可分為兩個(gè)部分，即持久性活荷載以及臨時(shí)性活荷載。所謂持久性活荷載指的是在樓面上的某一個(gè)部位中存在著一直不變動(dòng)的荷載，在非必要的情況下，這些荷載不會(huì)發(fā)生較大的變化；而臨時(shí)性活荷載也就是因?yàn)槟撤N原因使建筑結(jié)構(gòu)短暫出現(xiàn)荷載，這種荷載的出現(xiàn)是沒有一定的規(guī)律性的。

根據(jù)空間位置的變異性我們可將可在分為固定荷載以及可變荷載。固定荷載也就是在建筑結(jié)構(gòu)的某個(gè)空間中，其荷載力分布固定且均勻；而可變荷載也就是在建筑結(jié)構(gòu)的某個(gè)空間中，其荷載力是任意分布的，沒有一定的規(guī)律性。

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的荷載反應(yīng)將其分為靜態(tài)作用以及動(dòng)態(tài)作用兩大類，所謂靜態(tài)作用也就是荷載對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件沒有產(chǎn)生加速度的作用；而動(dòng)態(tài)作用也就是荷載對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件產(chǎn)生了一定的加速度作用，不得不對(duì)其進(jìn)行綜合考慮。

在我國現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中已對(duì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行了定義。在實(shí)際工作中，設(shè)計(jì)師已經(jīng)對(duì)民用住宅、寫字樓等各種建筑物進(jìn)行了分析與調(diào)查，并且將空間形式與時(shí)間變動(dòng)考慮在其中，采用了合理的概率統(tǒng)計(jì)模型。在概率統(tǒng)計(jì)模型當(dāng)中，為了使荷載力平均分布，我們將建筑物中各個(gè)房間的面積進(jìn)行平均荷載，雖然這種做法不盡合理，但是其計(jì)算結(jié)構(gòu)不會(huì)給建筑物帶來嚴(yán)重的后果，并且便于設(shè)計(jì)師的調(diào)查與統(tǒng)計(jì)。目前，我國建筑物當(dāng)中基礎(chǔ)電氣設(shè)備越來越多，裝修也越來越普遍，傳統(tǒng)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值已經(jīng)不適應(yīng)我國的發(fā)展現(xiàn)狀，這就需要我們對(duì)其進(jìn)行改革。在對(duì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行研究的過程中，需要設(shè)計(jì)師從實(shí)際情況出發(fā)，擬定一個(gè)荷載的概率模型，從而限定建筑物的各種荷載取值。

2.荷載的概率模型

描述荷載有2種常用的概率模型，一種是隨機(jī)變量概率模型，另一種是隨機(jī)過程概率模型。對(duì)于恒載，其值隨時(shí)間變化很小，近似保持恒定的量值，可以按隨機(jī)變量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)于作用在結(jié)構(gòu)上的活荷載，在整個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，它不但在空間上具有變異性，而且在時(shí)間上也具有變異性，其值隨時(shí)間而變化，因此，活荷載應(yīng)該采用隨機(jī)過程的概率模型進(jìn)行分析。平穩(wěn)隨機(jī)過程指出，只要影響過程的主要因素不隨時(shí)間發(fā)生變化，就可以認(rèn)為是平穩(wěn)過程。樓面活荷載在規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期內(nèi)，影響它的主要因素一般不會(huì)隨時(shí)間有明顯的改變，故樓面活荷載在整個(gè)時(shí)軸上的概率模型可以看作是平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程模型，《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中采用的概率模型就是平二項(xiàng)隨機(jī)過程模型。持久性活荷載的量值可用隨機(jī)場模型描述，模型由4個(gè)部分組成：反映同一類建筑物持久性活荷載總體的平均值，反映同一類建筑物之間荷載差異的隨機(jī)變量，反映同一建筑物不同樓層之間荷載差異的隨機(jī)變量，反映同一樓層不同位置荷載變化的隨機(jī)場，有的模型還考慮了不同樓層荷載間的相關(guān)性。對(duì)于臨時(shí)性活荷載，一般將樓面分為若干區(qū)塊，統(tǒng)計(jì)每一區(qū)塊內(nèi)的集中荷載大小及數(shù)目，然后再建立隨機(jī)場模型。由于臨時(shí)性活荷載并不經(jīng)常出現(xiàn)，而且離散性大，完全用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析有定困難，一般要參考或結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行處理。

在確定了持久性活荷載和臨時(shí)性活荷載量值的概率模型后，還要根據(jù)設(shè)計(jì)需要，將其等效為均布荷載，等效的條件要與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中內(nèi)力和變形的分析相適應(yīng)，分析內(nèi)容包括梁跨中彎矩、梁跨中剪力、內(nèi)柱內(nèi)力等。

3.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載取值

建立荷載的概率模型，確定其在設(shè)計(jì)中針對(duì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的分析，是荷載統(tǒng)計(jì)和分析中對(duì)荷載取值定位的重要內(nèi)容。統(tǒng)計(jì)參數(shù)主要是針對(duì)可變荷載而言的，除了永久性荷載之外其他各種荷載形式都可以認(rèn)為是可以變動(dòng)的荷載?？勺兒奢d與時(shí)間有關(guān)，理論上應(yīng)采用隨機(jī)過程概率分布模型，鑒于目前對(duì)各類荷載隨機(jī)過程的樣本函數(shù)及其性質(zhì)了解不多，為了簡化，多采用極值統(tǒng)計(jì)法或平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程概率模型來描述。荷載取值要根據(jù)每個(gè)房間的各種家具的重量綜合，再根據(jù)每個(gè)房間的面積。求出每個(gè)房間單位面積的家具重量，以及每個(gè)房間單位面積的人員重量和單位面積的臨時(shí)堆放物品重量，然后根據(jù)持久性活荷載以及臨時(shí)性活荷載的不同要求進(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以及臨時(shí)性活荷載單位面積的重量。根據(jù)得到的房間單位面積的重量，將房間按不同的使用功能分類，并對(duì)每種房間進(jìn)行分析，畫直方圖、根據(jù)直方圖假設(shè)分布、對(duì)假設(shè)的分布用x2法和K—s檢驗(yàn)法分別進(jìn)行檢驗(yàn)，最后得出每種情況下荷載的統(tǒng)計(jì)參數(shù)以及在一定分位值下的標(biāo)準(zhǔn)值。

4.結(jié)論

在我國社會(huì)日益發(fā)展的今天，人民生活水平與生活質(zhì)量不斷提高，對(duì)于建筑物的要求也就越來越高。我們對(duì)既有的建筑物進(jìn)行嚴(yán)格分析，結(jié)果表明建筑結(jié)構(gòu)還存在著一定的問題，例如不夠安全可靠、使用壽命短等，所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，為了延長建筑工程的使用壽命，充分發(fā)揮建筑的使用功能，設(shè)計(jì)師必須要從實(shí)際情況出發(fā)，嚴(yán)格計(jì)算荷載標(biāo)準(zhǔn)值，并提高其準(zhǔn)確性。 [科]

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