摘 要:活荷載是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的考慮因素。活荷載屬于可變荷載,它與永久荷載區(qū)別在于其隨時(shí)間和空間變異性,而這種變異性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響又是不可忽略的,只能通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)考慮其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。規(guī)范組對(duì)各種類型房屋樓面活荷載進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)得到了各種民用建筑均布活荷載值!督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB5009-2012(以下簡(jiǎn)稱《荷載規(guī)范》)規(guī)定設(shè)計(jì)時(shí)不同的樓面活荷載應(yīng)采取相應(yīng)的折減系數(shù)。本文就此問(wèn)題結(jié)合設(shè)計(jì)人員比較廣泛采用的PKPM系列軟件展開(kāi)討論,如何采用程序?qū)崿F(xiàn)其合理性。
關(guān)鍵詞:活荷載;折減,PKPM軟件
一般民用建筑的樓面均布活荷載按《荷載規(guī)范》查出的標(biāo)準(zhǔn)值,是建筑物正常使用情況下的最大荷載值,通常略高于建筑物使用期間實(shí)際荷載的平均值。實(shí)際情況下這樣大的活荷載滿布整個(gè)樓面的可能性是很小的,同時(shí)滿布各層樓面的概率則更小。因此在設(shè)計(jì)梁、墻、柱和基礎(chǔ)時(shí),還要考慮實(shí)際荷載沿樓面分布的變異情況,也即在確定梁、墻、柱和基礎(chǔ)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),還應(yīng)按樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以折減系數(shù)后使用。由于房屋類別的不同,對(duì)于不同性質(zhì)的房屋,樓面活荷載應(yīng)該根據(jù)情況采用不同的折減系數(shù)。
一、規(guī)范條文的理解
《荷載規(guī)范》第5.1.2及5.1.3條規(guī)定了樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)的折減系數(shù)(此處從略,詳見(jiàn)規(guī)范條文)。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下問(wèn)題:
第一、樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值折減只是針對(duì)樓面層折減,對(duì)于屋面層并不折減。
第二、設(shè)計(jì)樓面梁時(shí)的折減系數(shù)只是影響梁,而不應(yīng)該影響與其相連的豎向構(gòu)件柱或墻
或基礎(chǔ)。
第三、有關(guān)柱、墻、基礎(chǔ)計(jì)算時(shí)活荷載折減系數(shù)的規(guī)定,一定要注意其所列的是“計(jì)算截面以上的層數(shù)”而不是房屋的計(jì)算層數(shù)或自然層數(shù),不少設(shè)計(jì)人就誤認(rèn)為房屋第1計(jì)算層的活荷載折減系數(shù)是1.0,第2、3計(jì)算層的活荷載折減系數(shù)是0.85,第4、5計(jì)算層的活荷載折減系數(shù)是0.7,以此類推,這是完全錯(cuò)誤的。
二、PMPM程序?qū)τ跇敲婊詈奢d折減的實(shí)現(xiàn)
在使用PKPM結(jié)構(gòu)軟件過(guò)程中,有多處可以完成活荷載的折減,然而各種方法各有利弊,各有自己的適用性,用戶可以選擇合適的一種方法或者多種方法的組合來(lái)完成。
。ㄒ唬 PMCAD中的活荷載折減:
在PMCAD“荷載設(shè)置”菜單中可以進(jìn)行樓面活荷載折減的選取。這種方法的缺點(diǎn)是通過(guò)折減樓面外加荷載來(lái)實(shí)現(xiàn)的,這樣會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)墻、柱、基礎(chǔ)等的內(nèi)力都同時(shí)受到影響,對(duì)后面SATWE中的墻、柱、基礎(chǔ)的活荷載折減產(chǎn)生疊加折減,不是很合理,但目前由于程序沒(méi)有別的地方能進(jìn)行樓面梁的折減,因此對(duì)樓面梁活荷載的折減注意不能與SATWE中的柱、墻活荷載折減同時(shí)使用。
此外《荷載規(guī)范》對(duì)于不同類別的房屋提出了不同的折減系數(shù),情況復(fù)雜,而程序很難區(qū)分不同活荷載類型,此點(diǎn)還有待PKPM程序日后能有所改進(jìn)。
特別提示:如用戶需要查詢或核對(duì)某根墻柱上的折減系數(shù),可以在PMCAD執(zhí)行一次樓面荷載導(dǎo)荷后,在命令欄中鍵入“PM3JSHOW”命令可查看各柱截面以上的樓層數(shù),而且每根柱的活荷載折減系數(shù)在各層配筋文件中也有輸出。
。ǘ㏒ATWE中的活荷載折減:
SATWE參數(shù)定義菜單中,如圖2所示,用戶可以根據(jù)情況選擇是否折減“柱、墻設(shè)計(jì)時(shí)活荷載”及“傳給基礎(chǔ)的活荷載”,軟件取《荷載規(guī)范》表5.1.2的折減系數(shù)作為默認(rèn)值,用戶也可以對(duì)這些折減系數(shù)進(jìn)行修改。
這里有幾點(diǎn)需要注意:
1、該折減系數(shù)是有限元分析之后在進(jìn)行內(nèi)力組合時(shí)考慮的,因此不會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的其它構(gòu)件的設(shè)計(jì),但是如果在PMCAD建模中設(shè)置了樓面活荷載折減,則此處的折減為二次折減,折減過(guò)多,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不安全。因此建議在進(jìn)行墻、柱、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)PMCAD中選擇“不折減活荷載”。
2、程序在折減墻柱活荷載時(shí),對(duì)斜撐并不進(jìn)行折減。
3、SATWE程序文本結(jié)果WNL*.OUT和WWNL*.OUT中的活荷載工況內(nèi)力都還沒(méi)進(jìn)行過(guò)折減,是在計(jì)算設(shè)計(jì)內(nèi)力的時(shí)候才進(jìn)行折減的。
(三)JCCAD中的活荷載折減:
當(dāng)上部結(jié)構(gòu)采用SATWE軟件進(jìn)行計(jì)算分析,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用JCCAD軟件時(shí),活荷載折減有兩種方式:
a) 按樓層數(shù)折減
b) 按樓面梁從屬面積折減。
第一種方式應(yīng)該在基礎(chǔ)程序JCCAD中輸入,如圖3所示,上部結(jié)構(gòu)分析程序中輸入的活荷載按樓層折減系數(shù)( SATWE參數(shù)定義中的【活荷信息】中的“柱、墻設(shè)計(jì)時(shí)活荷載”和“傳給基礎(chǔ)的活荷載”兩項(xiàng))對(duì)傳給基礎(chǔ)的荷載沒(méi)有影響, JCCAD軟件讀取SATWE豎向構(gòu)件內(nèi)力時(shí)讀取的是單工況標(biāo)準(zhǔn)值,沒(méi)有進(jìn)行活荷載折減。第二種方式在PMCAD建模時(shí)輸入。當(dāng)兩處同時(shí)進(jìn)行折減時(shí),折減系數(shù)會(huì)連乘,導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏于不安全。因此通常應(yīng)僅在一個(gè)地方折減即可。
三、JCCAD中的荷載輸入問(wèn)題
JCCAD軟件能夠讀取PM、TAT、SATWE、PMSAP軟件傳給基礎(chǔ)的荷載,也能由用戶自己輸入附加荷載,如這兩類荷載同時(shí)存在,程序自動(dòng)將其疊加。許多設(shè)計(jì)人在采用JCCAD軟件進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),為了簡(jiǎn)單省事對(duì)于上部荷載往往一律采用“PM恒+活”,其實(shí)這樣是不合理的,甚至?xí)斐梢欢ǖ陌踩[患。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中宜采用“SATWE恒+活”、“TAT恒+活”、“PMSAP恒+活”才合理。
“PM恒+活”與“SATWE恒+活”在導(dǎo)荷方式以及構(gòu)件內(nèi)力的讀取上存在很大差異,必須對(duì)二者的實(shí)質(zhì)性差別有所了解才能夠更加合理地進(jìn)行選取。
a) 導(dǎo)荷方式的區(qū)別
“PM恒+活”的導(dǎo)荷方式與傳統(tǒng)的手算相近,不考慮豎向剛度變形協(xié)調(diào),各柱、墻或支撐等豎向構(gòu)件承擔(dān)的荷載主要與它們相應(yīng)的受荷面積有關(guān),與本身的構(gòu)件剛度無(wú)關(guān);SATWE、TAT、PMSAP等程序的計(jì)算與柱、墻或支撐等構(gòu)件的剛度有關(guān),考慮其豎向剛度變形協(xié)調(diào),因此“PM恒+活”與“SATWE恒+活”的荷載分布會(huì)有差異,甚至在結(jié)構(gòu)剛度差異大的情況下二者豎向構(gòu)件內(nèi)力的分布會(huì)存在極大的差異,但是二者的荷載總值應(yīng)該基本相同,不應(yīng)該存在較大差異。
b)內(nèi)力(彎矩、剪力和軸力)選取的區(qū)別
“PM恒+活”中只有作用在桿件形心的軸力,沒(méi)有彎矩和軸力,而“SATWE恒+活”有軸力、彎矩和剪力。獨(dú)立式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)由于其整體性比較差,彎矩不應(yīng)該被忽略。對(duì)于一般的多層框架結(jié)構(gòu)通常會(huì)在基礎(chǔ)上設(shè)置拉梁,拉梁能起到一定的平衡柱底彎矩的作用,柱下獨(dú)立基礎(chǔ)(柱下獨(dú)基或柱下樁承臺(tái))可以按照軸心受壓考慮。但是對(duì)于柱距跨度大的建筑,尤其是工業(yè)廠房或者體育場(chǎng)館等空曠結(jié)構(gòu),往往許多情況下是偏心彎矩起控制作用,如果采用“PM恒+活”由于其只有作用在桿件形心的軸力,沒(méi)有彎矩和剪力,會(huì)存在一定的安全隱患,此時(shí)合理設(shè)計(jì)應(yīng)該采用“SATWE恒+活”。
參考文獻(xiàn):
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