建筑結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類

【關(guān)鍵詞】建筑；結(jié)構(gòu)；荷載；分類  

　　使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應的各種原因稱為作用。直接施加在建筑結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力為直接作用，引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因(如地基變形、混凝土收縮、焊接變形、溫度變化或地震等)為間接作用。通常將直接作用稱為荷載，間接作用稱為××作用(如地震作用)。荷載可按隨時間、空間的變異和結(jié)構(gòu)反應特點來分類。 

　　1 按隨時間的變異分類 

　　1.1 永久荷載 

　　永久荷載是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載。 

　　永久荷載的特點是其統(tǒng)計規(guī)律與時間參數(shù)無關(guān)，可采用隨機變量概率模型來描述。例如結(jié)構(gòu)自重(材料自身重量產(chǎn)生的荷載――重力)，其量值在整個設計基準期內(nèi)基本保持不變或單調(diào)變化而趨于限值，其隨機性只是表現(xiàn)在空間位置的變異上。結(jié)構(gòu)自重習慣上稱為恒荷載，簡稱恒載。 

　　結(jié)構(gòu)上的永久荷載除結(jié)構(gòu)自重外，還包括土壓力、預應力等。當水位不變時，水壓力按永久荷載考慮。 

　　1.2 可變荷載 

　　可變荷載是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可以忽略不計的荷載。 

　　可變荷載的特點是其統(tǒng)計規(guī)律與時間參數(shù)有關(guān)，必須采用隨機過程概率模型來描述。 

　　建筑結(jié)構(gòu)上的可變荷載有樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載等。水位變化時，水壓力按可變荷載考慮。 

　　1.3 偶然荷載 

　　偶然荷載是指在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的荷載。偶然荷載的特點是在結(jié)構(gòu)設計基準期內(nèi)可能不出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)量值很大、持續(xù)時間很短。建筑結(jié)構(gòu)上的偶然荷載包括爆炸力、撞擊力。罕遇地震(千年一遇的大震)是間接作用，只能稱為偶然作用，而不是偶然荷載。 

　　2 按空間位置的變異分類 

　　荷載按空間位置的變異分類，是由于進行荷載效應組合時，必須考慮荷載在空間的位置及其所占面積大小。根據(jù)空間位置變異，荷載可分為固定荷載和自由荷載兩類。 

　　2.1 固定荷載 

　　固定荷載是指在結(jié)構(gòu)上具有固定分布的荷載。其特點是荷載出現(xiàn)的空間位置固定不變，但其量值可能具有隨機性。例如樓面上固定的設備荷載、屋面上的水箱重力等，都屬于固定荷載。 

　　2.2 自由荷載 

　　自由荷載是指在結(jié)構(gòu)上一定范圍內(nèi)可以任意分布的荷載。其特點是可以在結(jié)構(gòu)一定的空間上任意分布，出現(xiàn)的位置和量值都可能是隨機的。例如，廠房的吊車荷載、教室內(nèi)的人員荷載就是自由荷載。樓面上、屋面上的自由荷載又稱為活荷載，簡稱活載。 

　　3 按結(jié)構(gòu)的反應特點分類 

　　荷載按結(jié)構(gòu)的反應特點分類，主要是因為進行結(jié)構(gòu)分析時，對某些出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上的荷載需要考慮其動力效應。由此可分為靜態(tài)荷載和動態(tài)荷載兩類，其依據(jù)不在于荷載本身是否具有動力特性，主要在于它是否引起結(jié)構(gòu)不可忽略的加速度。 

　　3.1 靜態(tài)荷載 

　　靜態(tài)荷載是指使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度可以忽略不計的荷載。樓面上的活荷載，本身可能具有一定的動力特性，但使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動力效應可以忽略不計，歸類為靜態(tài)荷載。 

　　3.2 動態(tài)荷載 

　　動態(tài)荷載是指使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度不可以忽略不計的荷載。動態(tài)荷載或動力荷載需要用結(jié)構(gòu)動力學方法進行結(jié)構(gòu)分析，但對于吊車荷載，設計時可采用增大量值的方法按靜力荷載處理，預制構(gòu)件的搬運、吊裝受力分析也可作如此處理。 

　　3.3 永久荷載代表值 

　　永久荷載主要是結(jié)構(gòu)自重及粉刷、裝修、固定設備等的重量。變異來源于單位體積重量的變異和結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)尺寸的不定性，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)永久荷載的變異性不大，而且多為正態(tài)分布，所以一般以其分布的均值作為荷載標準值，即可按結(jié)構(gòu)設計規(guī)定的尺寸和材料或構(gòu)件單位體積的白重(或單位面積的自重)平均值確定。對于白重變異性較大的材料，尤其是制作屋面的輕質(zhì)材料，考慮到結(jié)構(gòu)的可靠性，在設計中應根據(jù)荷載對結(jié)構(gòu)的有利或不利，分別取其自重的下限值或上限值。 

　　4 可變荷載代表值 

　　4.1 可變荷載代表值的概念 

　　可變荷載應根據(jù)設計要求采用標準值、組合值、頻遇值或準永久值作為代表值。 

　　4.1.1 可變荷載標準值 

　　由于荷載本身的隨機性，最大荷載也是隨機變量，原則上也可用它的統(tǒng)計分布來描述。對某類荷載，當有足夠資料而有可能對其統(tǒng)計分布做出合理估計時，可取最大荷載分布的特征值為標準值。對大部分自然荷載，包括風荷載、雪荷載，習慣上都以其規(guī)定的平均重現(xiàn)期來定義標準值；對資料不充分的可變荷載，根據(jù)已有工程實踐經(jīng)驗，通過分析判斷，協(xié)議一個公稱值作為標準值。 

　　4.1.2 可變荷載組合值 

　　可變荷載組合值是指使組合后的荷載效應在設計基準期內(nèi)的超越概率，能與該荷載單獨出現(xiàn)時的相應概率趨于一致的荷載；或使組合后的結(jié)構(gòu)具有統(tǒng)一規(guī)定的可靠指標的荷載。可變荷載組合值可作如下理解：兩種或兩種以上的可變荷載同時作用于結(jié)構(gòu)上時，所有可變荷載都達到其單獨出現(xiàn)時可能達到的最大值的概率極小，因此除主導荷載仍可以其標準值為代表值以外，其他伴隨荷載均應以小于標準值的荷載為代表值，此值即為可變荷載組合值。 

　　4.2 可變荷載取值 

　　4.2.1 民用建筑樓面均布活荷載 

　　民用住宅、商店、辦公樓等樓面人群荷載、家具、辦公桌椅、商品柜臺等活荷載具有時間和空間變異，按均勻分布荷載建立統(tǒng)計模型，經(jīng)過大量調(diào)查，并進行統(tǒng)計分析確定取值。 

　　4.2.2 吊車荷載 

　　吊車有手動吊車、電動葫蘆和橋式吊車等類型。由小車和橋架組成，小車在橋架上作橫向移動，而橋架或大車可沿吊車梁作縱向移動。吊車荷載是單層工業(yè)廠房中主要的可變荷載。 

　　吊車豎向荷載標準值，應采用吊車的最大輪壓或最小輪壓。吊車輪壓取決于吊車自重和額定起吊重量。實踐表明，由各工廠設計生產(chǎn)的相同型號的起重機械，參數(shù)和尺寸不完全一樣，所以，結(jié)構(gòu)設計時應直接參照制造廠商的產(chǎn)品規(guī)格作為確定輪壓的依據(jù)。吊車的水平荷載分縱向和橫向兩種，分別由吊車的大車和小車的運行機構(gòu)在啟動或制動時引起的慣性力產(chǎn)生，慣性力為運行質(zhì)量與運行加速度的乘積，但必須通過制動輪與鋼軌間的摩擦傳遞給廠房結(jié)構(gòu)。因此，吊車的水平荷載取決于制動時的輪壓和它與鋼軌間的滑動摩擦系數(shù)。 

　　參考文獻 

　　[1]寧仁岐.建筑施工技術(shù).北京：高等教育出版社,2002. 

　　[2]張厚先.建筑施工技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社,2004.