建筑結構作用（荷載）的構成問題研究

萬 鵬

（寧夏煤礦設計研究院有限責任公司 寧夏 銀川 750011）

0 引言

建筑結構所承受的荷載，主要有豎向荷載和水平荷載兩大類。豎向荷載包括結構自重、設備重、樓面活荷載和雪荷載，水平荷載則有風荷載和地震作用兩種。除此以外還承受施工荷載、溫度作用等等。

1 建筑結構的作用

1.1 豎向荷載

建筑結構所承受的豎向荷載有結構自重、設備重、樓面活荷載和雪荷載。結構自重可由各構件的截面尺寸、長度、裝飾材料情況，根據各種材料自重按 《建筑結構荷載規范》（GB50009－2001）中規定取值進行計算。樓面活荷載一般是指由于使用該建筑物而產生的，在正常使用情況下可能出現的最大荷載。對于住宅結構，樓面活荷載主要是指人群走動、室內家具、書籍資料、貯存物品、陳列樣品等。根據有關統計結果，鋼筋混凝土高層民用建筑單位面積的總重（包括活荷載、隔斷重量）與層數、設防烈度有關:

（1）框架、框架－剪力墻結構體系大約為12～14kN/m2

（2）剪力墻、筒體結構體系大約為13～16kN/m2

其中活荷載平均約2kN/m2～3kN/m2，僅占全部豎向荷載的15%～20%。因此，活荷載不利布置所產生的影響較小。另一方面，高層建筑物的層數和跨數都很多，不利布置的方式繁多，難以一一計算，所以在工程設計中，一般將恒載和活荷載合并計算，按滿載考慮，不再逐一按活荷載不利布置計算。如果活荷載較大，可將滿布荷載計算所得的框架梁彎矩乘以1.1～1.2的系數加以放大，以考慮活荷載不利位置所產生的影響。

雪荷載是房屋屋面的主要荷載之一。在我國寒冷地區及其它大雪地區，因雪荷載導致屋面結構以及整個結構破壞的事例時有發生。尤其是大跨度結構，對雪荷載更為敏感。因此，在有雪地區，在結構設計中必須考慮雪荷載的影響。

1.2 風荷載

在世界建筑歷史中，至今還沒有一幢建筑物被風吹垮。但在風荷載作用下，外墻窗戶的破壞，部分構件的吹落卻屢有發生。高層建筑物中除了地震作用的水平力以外，主要的側向荷載是由風產生的，在荷載組合時往往起控制作用。因而風對高層建筑物的作用，已引起了結構工程師的高度重視。

1.3 地震作用

建筑結構所承受的“地震力”實際上是由于地震地面運動引起的動態作用所產生的，屬于間接作用。實際作用在建筑上的地震作用是很復雜的，復雜性主要表現在以下兩個方面:

（1）地面運動的復雜性，包括多向性、非平穩隨機性。地震是地面不僅作水平運動，而且作豎向運動和轉動。

（2）結構本身的復雜性，包括結構的非線形、非結構構件的影響、構件節點的聯結等。

1.4 施工荷載

進行建筑結構施工階段的安全性分析是保證結構施工安全，避免結構出現早期損傷的重要措施。要進行施工階段的安全性分析，首先必須了解結構的施工荷載。在現澆混凝土樓層施工時需要考慮的基本荷載有:豎向靜荷載和豎向動荷載、水平風荷載、設備的豎向荷載和橫向沖擊荷載、模板的傾斜支撐構件引起的豎向和水平沖擊荷載，除了這些基本荷載外，施工時還必須考慮澆灌混凝土時的非對稱性荷載，以及由于堆積混凝土戲堆放施工材料所產生的集中荷載，這種特殊荷載往往能使新澆灌的混凝土出現裂縫或斷裂，在某些情況下，還可以導致結構的局部或整體破壞。

2 作用類型

2.1 作用按時間變異的分類

作用按時間變異的分類，是對作用的基本分類，因為它直接關系到概率模型的選擇，而且按各類極限狀態設計時所采用的代表值一般也與其出現的持續時間長短有關。按時間變異的特點可分為:

（1）永久作用:指在設計基準期內其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計的作用。例如結構自重、土壓力、水壓力、預加應力、基礎沉陷、焊接變形等，它們的量值在整個設計基準期內保持不變，隨機性只是表現在空間的變異上。永久作用的特點是其統計規律與時間參數無關，故可用隨機變量模型來描述。

（2）可變作用:指在設計基準期內其值隨時間變化，且其變化與其平均值相比不可忽略的作用。例如樓面或橋面上的活荷載、風荷載、雪荷載、波浪荷載、吊車荷載、溫度變化等。可變作用的特點是其統計規律與時間參數有關，故必須采用隨機過程模型來描述。

（3）偶然作用:指在設計基準期內可能出現但不一定出現的作用。它的出現帶有偶然性，其量值很大，但持續時間很短。例如，地震力、爆炸力、汽車、船只或漂流物的撞擊力。

2.2 作用按空間位置變異的分類

作用的空間位置不同，對作用效應的計算有明顯的影響，因此有必要按作用空間位置的變異來分類。

（1）固定作用:指在結構空間位置上具有固定的作用，但是其量值可能是隨機的。例如，工業廠房樓面上位置固定的設備，屋面上的水箱等。

（2）可動作用:指在結構空間位置上的一定范圍內可以在任意分布的作用，其出現的位置及量值都可能是隨機的。例如，樓面和橋面上活荷載、汽車荷載、吊車荷載，以及風荷載等。

2.3 作用按結構的反應分類

作用按結構反應的分類，主要是因為進行結構分析時，對某些出現的結構上的作用需要考慮動力效應 （加速度反應）。按動力效應的特點，可分為:

（1）靜態作用:指對結構或結構構件不產生動力效應（加速度反應）或其動力效應可以忽略不計的作用。例如，結構自重、土重及土側壓力，民用和一般工業建筑樓面及橋面上的活荷載等。

（2）動態作用:指對結構或結構構件產生不可忽略的動力效應的作用。例如，工業廠房的吊車荷載、設備振動、作用在高聳結構上的風荷載、橋梁上的車輛荷載以及地震等。

對于動態作用，在結構分析時，一般均應考慮其動力效應。有些動態作用，例如吊車荷載及車輛荷載，設計時可采用增大其量值（即乘以動力系數）的方法后按靜態作用處理。對于大型設備的振動及地震等，因動力效應比較大，故須按結構動力學進行結構分析。

3 結束語

一般民用建筑的樓面均布活荷載（標準值），是建筑物正常使用情況下的最大荷載值，也就是經常出現的荷載最大值，通常要高于建筑物使用期間實際荷載的平均值網。由于在小面積上堆積資料、物品、雜物可能產生很大的荷載，根據使用要求，可以把這些荷載放置于任意合適的部位。但是這樣大的荷載滿布于整個樓面的可能性是很小的，至于同時滿布各層樓面的機會更小。因此，在設計建筑結構時，對于結構的不同部位，應按承載面積和承載層數予以折減，考慮該項荷載降低的系數。

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