有關樓面活荷載折減問題及其在PKPM軟件中的合理應用

摘 要：活荷載是建筑結構設計中的一個非常重要的考慮因素。活荷載屬于可變荷載，它與永久荷載區別在于其隨時間和空間變異性，而這種變異性對結構的影響又是不可忽略的，只能通過概率統計的方法來考慮其對結構的影響。規范組對各種類型房屋樓面活荷載進行調查和統計得到了各種民用建筑均布活荷載值。《建筑結構荷載規范》GB5009-2012（以下簡稱《荷載規范》）規定設計時不同的樓面活荷載應采取相應的折減系數。本文就此問題結合設計人員比較廣泛采用的PKPM系列軟件展開討論，如何采用程序實現其合理性。

關鍵詞：活荷載；折減，PKPM軟件

一般民用建筑的樓面均布活荷載按《荷載規范》查出的標準值，是建筑物正常使用情況下的最大荷載值，通常略高于建筑物使用期間實際荷載的平均值。實際情況下這樣大的活荷載滿布整個樓面的可能性是很小的，同時滿布各層樓面的概率則更小。因此在設計梁、墻、柱和基礎時，還要考慮實際荷載沿樓面分布的變異情況，也即在確定梁、墻、柱和基礎的荷載標準值時，還應按樓面活荷載標準值乘以折減系數后使用。由于房屋類別的不同，對于不同性質的房屋，樓面活荷載應該根據情況采用不同的折減系數。

一、規范條文的理解

《荷載規范》第5.1.2及5.1.3條規定了樓面梁、墻、柱及基礎設計時的折減系數（此處從略，詳見規范條文）。設計人員在進行設計時應該注意以下問題：

第一、樓面活荷載標準值折減只是針對樓面層折減，對于屋面層并不折減。

第二、設計樓面梁時的折減系數只是影響梁，而不應該影響與其相連的豎向構件柱或墻

或基礎。

第三、有關柱、墻、基礎計算時活荷載折減系數的規定，一定要注意其所列的是“計算截面以上的層數”而不是房屋的計算層數或自然層數，不少設計人就誤認為房屋第1計算層的活荷載折減系數是1.0，第2、3計算層的活荷載折減系數是0.85，第4、5計算層的活荷載折減系數是0.7，以此類推，這是完全錯誤的。

二、PMPM程序對于樓面活荷載折減的實現

在使用PKPM結構軟件過程中，有多處可以完成活荷載的折減，然而各種方法各有利弊，各有自己的適用性，用戶可以選擇合適的一種方法或者多種方法的組合來完成。

（一） PMCAD中的活荷載折減：

在PMCAD“荷載設置”菜單中可以進行樓面活荷載折減的選取，如圖1所示。這種方法的缺點是通過折減樓面外加荷載來實現的，這樣會導致結構墻、柱、基礎等的內力都同時受到影響，對后面SATWE中的墻、柱、基礎的活荷載折減產生疊加折減，不是很合理，但目前由于程序沒有別的地方能進行樓面梁的折減，因此對樓面梁活荷載的折減注意不能與SATWE中的柱、墻活荷載折減同時使用。

此外《荷載規范》對于不同類別的房屋提出了不同的折減系數，情況復雜，而程序很難區分不同活荷載類型，此點還有待PKPM程序日后能有所改進。

圖1

特別提示：如用戶需要查詢或核對某根墻柱上的折減系數，可以在PMCAD執行一次樓面荷載導荷后，在命令欄中鍵入“PM3JSHOW”命令可查看各柱截面以上的樓層數，而且每根柱的活荷載折減系數在各層配筋文件中也有輸出。

（二）SATWE中的活荷載折減：

SATWE參數定義菜單中，如圖2所示，用戶可以根據情況選擇是否折減“柱、墻設計時活荷載”及“傳給基礎的活荷載”，軟件取《荷載規范》表5.1.2的折減系數作為默認值，用戶也可以對這些折減系數進行修改。

這里有幾點需要注意：

1、該折減系數是有限元分析之后在進行內力組合時考慮的，因此不會影響到結構的其它構件的設計，但是如果在PMCAD建模中設置了樓面活荷載折減，則此處的折減為二次折減，折減過多，可能導致結構不安全。因此建議在進行墻、柱、基礎的設計時PMCAD中選擇“不折減活荷載”。

2、程序在折減墻柱活荷載時，對斜撐并不進行折減。

3、SATWE程序文本結果WNL*.OUT和WWNL*.OUT中的活荷載工況內力都還沒進行過折減，是在計算設計內力的時候才進行折減的。

圖2

（三）JCCAD中的活荷載折減：

當上部結構采用SATWE軟件進行計算分析，基礎設計采用JCCAD軟件時，活荷載折減有兩種方式：

a） 按樓層數折減

b） 按樓面梁從屬面積折減。

第一種方式應該在基礎程序JCCAD中輸入，如圖3所示，上部結構分析程序中輸入的活荷載按樓層折減系數（ SATWE參數定義中的【活荷信息】中的“柱、墻設計時活荷載”和“傳給基礎的活荷載”兩項）對傳給基礎的荷載沒有影響， JCCAD軟件讀取SATWE豎向構件內力時讀取的是單工況標準值，沒有進行活荷載折減。第二種方式在PMCAD建模時輸入，如圖1所示。當兩處同時進行折減時，折減系數會連乘，導致計算結果偏于不安全。因此通常應僅在一個地方折減即可。

圖3

三、JCCAD中的荷載輸入問題

JCCAD軟件能夠讀取PM、TAT、SATWE、PMSAP軟件傳給基礎的荷載，也能由用戶自己輸入附加荷載，如這兩類荷載同時存在，程序自動將其疊加。許多設計人在采用JCCAD軟件進行基礎設計時，為了簡單省事對于上部荷載往往一律采用“PM恒+活”，其實這樣是不合理的，甚至會造成一定的安全隱患。實際工程設計中宜采用“SATWE恒+活”、“TAT恒+活”、“PMSAP恒+活”才合理。

“PM恒+活”與“SATWE恒+活”在導荷方式以及構件內力的讀取上存在很大差異，必須對二者的實質性差別有所了解才能夠更加合理地進行選取。

a） 導荷方式的區別

“PM恒+活”的導荷方式與傳統的手算相近，不考慮豎向剛度變形協調，各柱、墻或支撐等豎向構件承擔的荷載主要與它們相應的受荷面積有關，與本身的構件剛度無關；SATWE、TAT、PMSAP等程序的計算與柱、墻或支撐等構件的剛度有關，考慮其豎向剛度變形協調，因此“PM恒+活”與“SATWE恒+活”的荷載分布會有差異，甚至在結構剛度差異大的情況下二者豎向構件內力的分布會存在極大的差異，但是二者的荷載總值應該基本相同，不應該存在較大差異。

b）內力（彎矩、剪力和軸力）選取的區別

“PM恒+活”中只有作用在桿件形心的軸力，沒有彎矩和軸力，而“SATWE恒+活”有軸力、彎矩和剪力。獨立式基礎設計時由于其整體性比較差，彎矩不應該被忽略。對于一般的多層框架結構通常會在基礎上設置拉梁，拉梁能起到一定的平衡柱底彎矩的作用，柱下獨立基礎（柱下獨基或柱下樁承臺）可以按照軸心受壓考慮。但是對于柱距跨度大的建筑，尤其是工業廠房或者體育場館等空曠結構，往往許多情況下是偏心彎矩起控制作用，如果采用“PM恒+活”由于其只有作用在桿件形心的軸力，沒有彎矩和剪力，會存在一定的安全隱患，此時合理設計應該采用“SATWE恒+活”。

參考文獻：

[1] 建筑結構荷載規范， GB 50009-2012

[2] 多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATWE用戶手冊

[3] 獨基、條基、鋼筋混凝土地基梁、樁基礎和筏板基礎設計軟件JCCAD用戶手冊