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浅谈建筑结构设计中荷载的取值与组合

更新时间:2009-03-28

引言

所谓荷载是指建筑物在施工及后期使用过程中,所受到的各种力的作用。荷载是结构设计的基本依据,荷载取值的准确与否直接影响到建筑结构的安全和建筑设计的价值。而在不同的结构设计中,要求取不同的荷载组合,按最不利的进行设计,验算其安全性,以满足结构承载力、稳定、变形、裂缝等要求。本文就结构设计中荷载取值和荷载组合谈一谈个人的认识。

1 荷载标准值与荷载设计值

荷载标准值可视为一个标准的数值,其他代表值如组合值、频遇值、准永久值都是在标准值的基础上乘以一个折减系数。荷载设计值是荷载代表值(标准值、组合值、频遇值、准永久值)乘以荷载分项系数后的值。简单地理解,荷载设计值是为了安全起见而人为地对标准值放大之后的数值。

连锁企业的经济管理模式是以原公司为主,以各个分公司为辅的,并以公司的服务宗旨为核心,建立一条纽带式的经济发展道路。连锁企业的母公司向子公司输送资金、技术、人才,子公司在盈利后,给自己的员工下发工资,然后定期向母公司上交收益和进货的钱,久而久之,就形成了一条完整的经济链。连锁企业是大势所趋,是我们企业始终坚定不渝的发展必经之路。

在结构计算中,对于挠度、刚度、裂缝等变形计算,需要采用标准组合或准永久组合外(也就是采用标准值计算),其余如强度、内力、配筋等计算均采用设计值。

2 建筑结构设计中的荷载取值

在建筑结构设计过程中,结构设计师应明了建筑中各个位置的使用功能,并依据当前适用的荷载规范,做出合理的荷载取值。然而荷载规范对建筑物中的一些荷载并未给出明确的取值或取值方法,需要结构设计师根据以往的经验自行处理。

对于住宅和办公楼的屋面做法,只要建筑专业和甲方未专门提出较重的保温防水做法要求,笔者认为一般屋面恒荷载在4.0 kN/m2左右,与实际情况不会有较大出入。做方案和估算时,不宜将屋面做法拘泥于在做法图集中所查的自重,否则偏于不安全。这是因为一般屋面做法均有排水坡度,坡度最高点的做法厚度才是控制点。

2.1 恒荷载

对于一般民用建筑的活荷载,可在GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中查到,而某些有专门用途的建筑物楼面均布活荷载标准值在规范中未列入,但在实际的工程中却经常用到,现予以补充,供参考选用(见表1)。

此外,对住宅建筑中轻质隔墙(固定或非固定隔墙)的自重,笔者将其按恒荷载考虑,并且统一取值2.0 kN/m2。对于固定隔墙自重按恒荷载考虑,这在荷载规范上是有明文规定的。而对于位置有可能灵活自由布置的隔墙,荷载规范的取值方法是把每延米长墙重的1/3作为楼面活荷载的附加值,其实就是将墙重线荷载乘以一个折减系数后作为活载计算。笔者通过对几个工程的实践比较,认为这两种方法只是算法和分类角度的不同,都是近似方法,计算结果相差不多。如果非要追究其到底划归为恒载合适还是活载合适,几乎没有实际的工程意义。因此,笔者将轻质隔墙一律算为恒荷载,避免了计算轻质隔墙的线荷载再乘以一个折减系数的计算步骤,实践证明简单快捷,易于操作。

在这些门楣题注中,可以提供时代信息的要素为4类:落款日期、涉及官员、题字贤士、旌表人及事迹。本文选取以下11组案例做比较研究(图2~13、表1、2)。

2.2 活荷载

现在住户在购买了商品房之后往往要进行二次装修,为了给装修、改造留有适当余地,楼面做法恒荷载笔者往往取值2.0 kN/m2。这样在对构件截面和配筋估算时,不必追问建筑专业楼面做法的具体细节和查阅相关图集构造,更不必手算楼面做法自重,从而比较主动。

(1)根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的规定,“混凝土结构的承载能力极限状态是结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏、发生不适于继续承载的变形或因结构局部破坏而引发的连续倒塌。”通俗地讲,承载能力极限状态是构件已经破坏、不能使用的状态,针对这种状态下的结构设计,应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载(效应)组合。

补偿方式:补偿方式建议采用固定费用法或长期协议的方式。基本原则为对电厂按照容量进行分配,并辅以一定的激励或惩罚措施。

 

1 某些有专门用途的建筑物楼面均布活荷载

  

序号楼面用途标准值/(kN/m2)准永久值系数Ψq组合值系数Ψc1阶梯教室30.60.72微机电子计算机房30.50.73大型电子计算机房≥5,或按实际0.70.74银行金库及票据仓库100.90.95制冷机房80.90.76水泵房100.90.77变配电房100.90.78发电机房100.90.79设浴缸、坐厕的卫生间40.50.710有分隔的蹲厕公共卫生间(包括填料、隔墙)80.60.711管道转换层40.60.712电梯井道下有人到达房间的顶板≥50.50.713通风机平台≤5号通风机68号通风机80.850.7

3 荷载效应组合

荷载组合是“按极限状态设计时,为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载设计值的规定”。其实这个定义不够准确,因为组合里面也有荷载标准值、准永久值等荷载代表值。所以,正确的表述应该是“对各种荷载设计值或代表值进行组合”。

关于活荷载还需要特别指出一个常识数据,这在规范中没有提到,纯粹来源于工程经验。就是地下一层顶板(或近似为±0.000板)的活荷载取值,较其他部位的楼层结构板有特殊的地方,它不再按照各个房间的功能查规范对应取值,而是将各个房间活荷载一律取4.0~8.0 kN/m2。这是由于施工到±0.000时,施工单位往往会将施工所用材料堆放在地下一层的顶板上,以便于施工时取用。考虑到这个实际情况,将该楼层楼板活荷载加大一些是合理的。同时需要注意的是,当地下一层顶板活荷载取4.0~8.0 kN/m2时,此时恒荷载中的隔墙自重取值可小一些,因为在堆放大批的施工备料时,隔墙的施工往往尚未完成,否则会限制材料的随意堆放。

3.1 荷载组合的依据

根据GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》的规定,“建筑结构设计中应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载,按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载(效应)组合,并应取各自的最不利的效应组合进行设计。”

3.2 承载能力极限状态计算

表1中,第10项的活荷载标准值已经把填料重、蹲厕之间的隔墙重包含在内,但不包含卫生间的外围墙以及男女卫生间之间的隔墙。第7项变配电机房取值10 kN/m2,是由于在变电室里布置了很多排巨大的高压电气控制柜,柜子内盘绕着很多匝很粗的电线圈,这种房间的功能和布局势必造成楼面的活载很大。第8项发电机房,设备一般不会直接搁置在结构楼板上,否则设备工作时的起伏振动和其他动力因素会对楼板产生不利影响。为此,设备与楼板之间通常要做设备基础,以缓解设备动力振动对结构从不利影响。所以,这里不仅有设备自重,还有基础的质量。

由永久荷载控制的效应设计值可表示为:

S1=γGSGK+γQSQK=1.2SGK+1.4SQK

(1)

(2)基本组合荷载效应的控制。对于基本组合,荷载效应组合的设计值应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合中取最不利值确定。对于荷载基本组合的效应设计值S1,当只有一种可变荷载时,由可变荷载控制的效应设计值可表示为:

S1=γGSGK+γQΨcSQK=1.35SGK+1.4×0.7SQK=1.35SGK+0.98SQK

2)采集并丰富道路的路况信息。如寒冷城市或大雪后的冰雪路面、松软的沙地路面、颠簸不平的土路或搓衣板路、草原路面、弯曲的山路、涉水路面、道路易积水路面等各种路况信息及长度信息;采集道路宽度信息、安全防护措施、道路前方是否存在路墩、沿途汽车充电桩分布等的信息。

(2) 令1.35SGK+0.98SQK>1.2SGK+1.4SQK,可得:SGK/SQK>2.8。即恒荷载标准值产生的效应值大于活荷载标准值产生的效应值2.8倍时,基本组合效应设计值由永久荷载控制。

3.3 正常使用极限状态计算

根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的规定,“混凝土结构的正常使用极限状态,是指结构或结构构件达到正常使用的某项规定限值或耐久性能的某种规定状态。”通俗地理解,构件达到正常使用极限状态时还可以勉强使用,对于这种状态下的结构设计,应根据不同的设计要求,采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合。

3)工艺出水中TN去除率较低、NO3--N含量较高。其主要原因是渗沥液处理后期尾水中的BOD5浓度较低而TN浓度较高,使得BOD5/TN<3~5,后续的反硝化过程缺乏碳源,同时受到营养元素磷源锐减的限制。

3.4 荷载效应组合的应用

在结构设计中,需要具体情况具体对待,根据不同的计算内容选择不同的荷载组合。例如基础部分的设计,有时用到基本组合即设计值,有时却要反常地用到标准组合即标准值。对于刚参加工作的年轻设计人员,常常会形成惯性思维,将设计值(基本组合)从上部结构一用到底,特别是在确定基础底面积时仍采用设计值,而且错算的基底面积和采用正确方法计算的数值又相差不多,导致虽然计算错误但不易被发现。为了避免混淆,做到概念清楚,笔者将结构设计中的部分荷载组合列于表2,以帮助读者区分。

传统成本管理指的是对于成本的控制和组织运转等多方面的协调活动。通常包括:成本方针;成本目标;成本策划;成本控制。传统成本管理是企业管理的重要一环,其高低体现着一个企业整体管理水平的高低,对企业降低成本,增强核心竞争力有很大意义。但是,随着经济的不断发展,传统的成本管理存在许多问题。

 

2 结构设计中的部分荷载效应组合

  

项目类别计算内容荷载组合地基承载力计算确定基础底面积以及埋深正常使用极限状态下的标准组合,采用标准值地基变形计算建筑物沉降正常使用极限状态下的准永久组合,采用标准值稳定性验算土压力、滑坡推力、地基以及斜坡的稳定性承载力极限状态下的基本组合,但分项系数取1.0,实际是采用标准值基础承载力计算基础或桩基承台高度、结构截面、结构内力、配筋以及材料强度验算承载力极限状态下的基本组合,采取相应的分项系数,采用设计值钢筋混凝土受弯构件计算受弯构件的最大挠度正常使用极限状态下的准永久组合,采用标准值钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件计算裂缝控制计算裂缝控制为一级、二级时,采用荷载标准组合计算裂缝控制为三级时,按荷载准永久组合并考虑长期作用影响进行计算砌体结构整体稳定性验算倾覆、滑移、漂浮计算起有利作用的只取永久荷载标准值的效应,且该分项系取0.8;起不利作用的荷载效应,按荷载的基本组合取值计算

4 结语

荷载取值和荷载组合是影响结构设计是否合理的关键。从以上所述可知,在结构设计中需要灵活运用,根据不同的情况选择各自的荷载组合计算。荷载取值应尽量做到依据明确,不可生搬硬套。本文对荷载取值、荷载组合的分析与论述,希望能对设计人员的实际工作起到借鉴与参考作用。

参考文献

[1] GB 50009—2012,建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2] GB 50010—2010,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[3] 刘铮.建筑结构设计误区与禁忌实例[M].第2版.北京:中国电力出版社,2015.

 
宋晋鹏
《建材技术与应用》 2018年第02期
《建材技术与应用》2018年第02期文献

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