纪长城
黑龙江省建筑设计研究院
【摘 要】现代建筑结构形式呈现出多样化的特点，而结构形式不同，建筑物的荷载值自然也不相同，而这有直接影响了建筑结构设计。荷载值是建筑结构设计必须要考虑的一个因素，这是因为荷载值不仅反映出建筑结构的安全性，也关系到建筑结构的可靠性。本文主要是对建筑结构设计中荷载值的确定问题进行分析，希望有所帮助。
【关键词】建筑结构；结构设计；荷载值；确定
建筑结构荷载值是否达到标准要求，直接关系到灾害发生时，建筑结构是否能够承受相应的破坏力。有些建筑物，一遇到危害情况，建筑结构损害就非常严重，这就说明，这些建筑物荷载值不正确。大量的工程实践让设计人员意识到荷载值确定的重要性，只是荷载值确定的方法与公式并不规范，因此设计人员需要依据建筑结构具体形式确定。
一、建筑结构荷载种类
所谓建筑结构荷载，简单的说就是指施加到结构上力，可以是集中力，也可以是分布力。结构荷载按照时间长短，可以分为三种类型，第一种为永久荷载，即施加到建筑工程结构上的荷载不会发生任何的变化，或者说即便发生变化，也基本上与平均值相等，因此完全可以忽略不计。建筑结构自身重量、永久性承重以及土压力等都属于永久性荷载。由于永久荷载在使用期间，随着时间的延长，荷载也会持续性的增加，因此在进行结构设计时，设计人员必需要对永久荷载产生的后期效应进行考虑。结构自重是最容易确定的荷载值，通常情况下，设计人员只需要按照结构尺寸、材料容量就可以确定。第二种为可变荷载。施工过程中，由于施工人员、物料或者是其他机械工具，需要临时在结构上，而出现的荷载。可变荷载具有一定的随机性，而这些随机性最典型的表现就是空间变异，空间变化等。其中建筑上人群、风雪等都是比较常见的建筑结构可变荷载。第三种是偶然荷载。此种荷载通常情况下，不会出现，但是一旦出现，荷载值就会非常大，比如地震、汽车碰撞等产生的荷载，这些偶然荷载，荷载值比较大，但持续的时间比较短，引发的后果也非常严重。
任何种类的建筑荷载值都有一定的限度，在没有超过限度的情况下，建筑安全可以保证，但是如果超出最大值，建筑物将会遭受非常大的破坏，可能直接坍塌，这将对居住居民产生非常大影响。也正是因为如此，设计人员在进行设计时，才需要对建筑结构荷载进行确定，之后按照确定的荷载值计算出建筑结构能够承受的内力，而后再计算出所使用的构件。
由于偶然荷载几乎不会出现，因此建筑结构设计中的荷载值确定，主要考虑的就是长久荷载与可变荷载，设计出现计算出两者的最大值。事实上，建筑荷载无法精确的计算出来，即便资料非常完整，计算方法非常现将，也无法确定计算中不会出现任何误差。就现阶段来说，设计人员通常是按照结构设计实际情况，而后再给出合理假设，既结合自己的经验，又考虑概率性的问题，最终确定一个数值。
二、建筑结构设计中荷载值的确定
1、荷载标准值的确定
《建筑结构荷载规范》中对荷载的标准值做了一些定义，特别是对住宅、办公楼、商店的楼面荷载做了调查和统计，采用适当的概率统计模型。
屋面活荷载要在考虑适当提高屋盖系统设计安全的前提下，给予修订；屋面积灰荷载，根据历史积灰荷载值，按照一定除尘设施及3-6个月的严格清灰制度下，根据灰尘的厚度及灰容重来计算；民用建筑楼面活荷载，根据等效均布荷载平均值加2倍均方差来取用；工业建筑楼面活荷载，按照等效换算原则，一般取上限，并参考沿用数据后予以确定。
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2、荷载效应的科学有效的组合
标准组合、永久组合、频遇组合是正常使用极限状态设计的荷载效应组合，根据结构设计规范可以在不同的情况下使用这些组合。
标准组合也可以称为短期效应组合，砼受力裂缝控制符合建筑一级、二级要求时，采用荷载标准组合计算。验算构件挠度和基础抗裂计算也可以使用标准组合；永久组合在某种意义上来说是相对于标准组合，是长期效应组合方式。永久组合更多地考虑荷载长期效益对结构构件正常使用状态影响的分析。在地基基础计算，可以使用永久组合。对于裂缝控制不应出现拉应力时刻也可以采用永久组合；频遇组合是一种新的组合模式，所以应用范围比较狭窄，主要集中在吊车梁设计和桥梁结构设计中。每一种荷载组合都是适用的条件和限制，所以要根据不同的设计要求采取不同的荷载组合。
3、概率极限状态荷载值确定
概率极限状态设计计算是目前国际上较为先进的结构设计方法，它能够根据结构的形式、材料、尺寸来确定结构的可靠指标。前苏联在20世纪50年代就提出了极限状态计算法，它根据荷载系数、材料系数、工作条件系数统一起来形成安全系数，形成了结构的极限状态。极限状态验算内容：对砼拉应力进行验算；对砼受力构件裂缝宽度验算；要控制变形构件，对受弯力构件挠度验算；如果对楼盖结构的舒适度有要求，对竖向自动振频率来验算；构件延性验算。概率极限状态设计原则是一概率为基础保证结构设计失效概率足够小，从而保证结构的安全性、适用性和耐久性。
4、荷载取值中的要点问题
多高层建筑是现代建筑业发展的一个标志，因为建筑土地紧张致使建筑类型往多层方向发展。很多多层建筑结构设计就需要考虑到垂直活荷载折减系数的取值。按照我国《荷载规定》，计算墙柱梁基础时，楼面或者标准值应该乘以规定的折减系数，施工活荷载一般在1.0—1.5KN/㎡。楼层数目为1—6层时，垂直活荷载的折减系数为0.7，7—8层时，为0.65—0.6，9层以上为0.55。因为折减系数取值具有经验性和概率性，所以在计算强、柱基础以上是一二层的时候，折减系数是比较准确的，在三四层以上的时候就偏向于保守。所以结构设计师一定要按规范来取值计算荷载，保证荷载值最大限度的符合结构设计的实际情况。
多层建筑层数不小于1层，高度不小于28米时，做抗震设计时应计算竖向地震作用。在多层民用建筑中，有地震作用组合时，仅考虑水平地震作用，不考虑地震作用和风荷载。房屋高度不大于60米时不考虑风荷载，大于60米时应考虑风荷载。通常采用风洞试验来确定建筑物的风荷载。地震区的高层建筑进行抗震设防，6度设防不需计算地震作用，只需要采取必要的抗震措施，7—9度时要进行设防并且要计算地震作用。10度以上要进行专门的研究。多层建筑的荷载组合要符合《高层建筑混凝土结构技术规程》等规定。
三、结语
综上所述，可知荷载值的确定对建筑结构设计非常重要，关系到建筑结构的安全稳定性。因此设计人员一定要重视这个问题。虽然偶然荷载基本上不会发生，但是设计人员也应该考虑到这一问题，以免发生偶然荷载时，对建筑物以及居住者产生非常不利的影响。
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论文作者:纪长城
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第20期
论文发表时间:2016/8/22
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