摘要:我國建筑設計的發(fā)展,讓人們對建筑的要求不僅僅滿足于基本居住生活,現(xiàn)代建筑為了滿足不同的居住需求,建筑形態(tài)越來越多樣化,建筑結構越來越復雜。每個建筑的結構設計不同,建筑物各自的荷載值也不同。荷載值是建筑工程中的一個重要指標,它能衡量房屋結構的可靠性和安全性。本文將通過荷載值的類型和對建筑結構設計的影響進行深入分析和研究,找出適合現(xiàn)代建筑結構的荷載值的合理方法 

  關鍵詞:建筑結構;結構設計;荷載值;問題研究;取值 

  一、前言 

  建筑設計的發(fā)展和地震等災害的頻繁發(fā)生讓結構質量的好壞越來越受到社會各界的重視,我國建筑結構的安全使用性能和穩(wěn)定性能還存在很大的提升空間,特別是和發(fā)達國家相比,存在很大的差距。在建筑結構設計中荷載取值非常重要,但是我國在這方面的理論和實踐還有不足。所以在建筑結構設計中要拓寬對荷載取值的研究和加強荷載布置的分析方法。 

  荷載指的是使結構或構件產(chǎn)生內力和變形的外力及其它因素,是在建筑中對結構的承載力、變形、裂縫、穩(wěn)定性等進行驗算的依據(jù),再根據(jù)不同的結構要求選取對建筑結構負面影響最大的組合進行結構計算。這種計算方式能夠有效提高建筑物的結構質量。我國建筑規(guī)范對荷載值的計算有一套“公認”方法,但是荷載計算實際上沒有絕對的公式和方法,因為每個建筑有不同的建筑結構,所以計算要因時而異、因地而異。所以荷載值的確定對設計師的理論知識和實踐精要要求非常高,設計師要對整個結構的承載能力和性能以及結構構件之間的相互作用都要了解透徹。 

  二、荷載類型 

  施加在結構上的集中力或者分布力稱為荷載。荷載根據(jù)時間的長久分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載。永久荷載是施加在工程結構上不變的(或其變化與平均值相比可以忽略不計的)荷載。如結構自重、外加永久性的承重、非承重結構構件和建筑裝飾構件的重量、土壓力等。因為恒載在整個使用期內總是持續(xù)地施加在結構上,所以設計結構時,必須考慮它的長期效應。結構自重,一般根據(jù)結構的幾何尺寸和材料容重的標準值(也稱名義值)確定。;可變荷載,是施加在結構上的由人群、物料和交通工具引起的使用或占用荷載和自然產(chǎn)生的自然荷載?勺兒奢d的隨機性表現(xiàn)在空間的變異方面,變化和平均值難以忽略,包括建筑上的活動人群、自然界的風、雨、雪荷載等;偶然荷載有可能出現(xiàn)的荷載,而且一旦出現(xiàn),量值較大,包括地震、汽車撞擊作用等持續(xù)很短的荷載等。 

  一個建筑的承載力是有最大值和極限值的,在最大值和極限值范圍內能夠保證建筑安全和穩(wěn)定,一旦超出其最大值或極限值會使結構受到破壞,甚至降低建筑物的經(jīng)濟壽命,一旦建筑發(fā)生安全事故就會給人們的人身安全帶來嚴重威脅,所以結構設計人員在進行建筑結構設計時首先要進行荷載計算,然后再根據(jù)荷載值計算結構內力,再進行構件計算。 

  長久荷載和可變荷載是荷載值研究的主要兩個方面,在結構設計中取兩者中較大值: 

  在實際設計過程中,建筑物的實際荷載是很難去準確計算的,即使資料完整,計算手段先進也避免不了荷載計算誤差。在目前來說,荷載取值辦法是根據(jù)結構設計的具體情況做合理假設,采取半經(jīng)驗半概率性的方法。所以在荷載取值上要對很多標準和方法進行研究和分析。 

  三、荷載的標準值 

  《建筑結構荷載規(guī)范》中對荷載的標準值做了一些定義,特別是對住宅、辦公樓、商店的樓面荷載做了調查和統(tǒng)計,采用適當?shù)母怕式y(tǒng)計模型。 

  1、屋面活荷載要在考慮適當提高屋蓋系統(tǒng)設計安全的前提下,給予修訂 

  2、屋面積灰荷載,根據(jù)歷史積灰荷載值,按照一定除塵設施及3-6個月的嚴格清灰制度下,根據(jù)灰塵的厚度及灰容重來計算。 

  3、民用建筑樓面活荷載,根據(jù)等效均布荷載平均值加2倍均方差來取用 

  4、工業(yè)建筑樓面活荷載,按照等效換算原則,一般取上限,并參考沿用數(shù)據(jù)后予以確定。 

  四、荷載效應的合理組合 

  標準組合、永久組合、頻遇組合是正常使用極限狀態(tài)設計的荷載效應組合,根據(jù)結構設計規(guī)范可以在不同的情況下使用這些組合。 

  標準組合也可以稱為短期效應組合,砼受力裂縫控制符合建筑一級、二級要求時,采用荷載標準組合計算。驗算構件撓度和基礎抗裂計算也可以使用標準組合;永久組合在某種意義上來說是相對于標準組合,是長期效應組合方式。永久組合更多地考慮荷載長期效益對結構構件正常使用狀態(tài)影響的分析。在地基基礎計算,可以使用永久組合。對于裂縫控制不應出現(xiàn)拉應力時刻也可以采用永久組合;頻遇組合是一種新的組合模式,所以應用范圍比較狹窄,主要集中在吊車梁設計和橋梁結構設計中。每一種荷載組合都是適用的條件和限制,所以要根據(jù)不同的設計要求采取不同的荷載組合。 

  五、概率極限狀態(tài)設計計算 

  概率極限狀態(tài)設計計算是目前國際上較為先進的結構設計方法,它能夠根據(jù)結構的形式、材料、尺寸來確定結構的可靠指標。前蘇聯(lián)在20世紀50年代就提出了極限狀態(tài)計算法,它根據(jù)荷載系數(shù)、材料系數(shù)、工作條件系數(shù)統(tǒng)一起來形成安全系數(shù),形成了結構的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)驗算內容:對砼拉應力進行驗算;對砼受力構件裂縫寬度驗算;要控制變形構件,對受彎力構件撓度驗算;如果對樓蓋結構的舒適度有要求,對豎向自動振頻率來驗算;構件延性驗算。 

  概率極限狀態(tài)設計原則是一概率為基礎保證結構設計失效概率足夠小,從而保證結構的安全性、適用性和耐久性。 

  六、荷載取值中的重點 

  多高層建筑是現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展的一個標志,因為建筑土地緊張致使建筑類型往多層方向發(fā)展。很多多層建筑結構設計就需要考慮到垂直活荷載折減系數(shù)的取值。按照我國《荷載規(guī)定》,計算墻柱梁基礎時,樓面或者標準值應該乘以規(guī)定的折減系數(shù),施工活荷載一般在1.0—1.5KN/㎡。樓層數(shù)目為1—6層時,垂直活荷載的折減系數(shù)為0.7,7—8層時,為0.65—0.6,9層以上為0.55。因為折減系數(shù)取值具有經(jīng)驗性和概率性,所以在計算強、柱基礎以上是一二層的時候,折減系數(shù)是比較準確的,在三四層以上的時候就偏向于保守。所以結構設計師一定要按規(guī)范來取值計算荷載,保證荷載值最大限度的符合結構設計的實際情況。 

  多層建筑層數(shù)不小于1層,高度不小于28米時,做抗震設計時應計算豎向地震作用。在多層民用建筑中,有地震作用組合時,僅考慮水平地震作用,不考慮地震作用和風荷載。房屋高度不大于60米時不考慮風荷載,大于60米時應考慮風荷載。通常采用風洞試驗來確定建筑物的風荷載。地震區(qū)的高層建筑進行抗震設防,6度設防不需計算地震作用,只需要采取必要的抗震措施,7—9度時要進行設防并且要計算地震作用。10度以上要進行專門的研究。多層建筑的荷載組合要符合《建筑結構荷載規(guī)范》、《建筑抗震設計規(guī)范》、《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》等規(guī)定。 

  七、結語 

  現(xiàn)在荷載值的確定上有很大的差異性,對結構設計的安全性和穩(wěn)定性都有一定的影響,所以在結構設計中一定要提高荷載值運算的方法和技術,研究符合實際變化規(guī)律的荷載理論模型。結構計算過程中,合理采取和布置結構荷載值。 

  參考文獻: 

  [1]張同明,建筑結構荷載與結構反應[J]。山西建筑,2001(6). 

  [2]李仁美,高層建筑樁基持力層荷載試驗分析應用研究[J],四川建材,2008(3). 

  [3]《建筑結構荷載規(guī)范》(GB 50009-2012) 

  [4]《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(JGJ 3-2010)