關于建筑結構設計中荷載問題的探究

摘要：為提高建筑結構的使用性能和安全性要求，建筑設計人員需要對結構安全和承載能力進行不同程度的精確設計和計算。文章分析了建筑結構設計中荷載問題，加強荷載值的分析方法以及確定方法的研究力度，對實現建筑領域的可持續發展有著重要的作用。

關鍵詞：建筑結構;設計;荷載

目前，我國建筑工程領域安全事故時有發生，而且各種地質災害也頻繁出現，建筑結構設計中的安全問題成為社會各界日益關注的焦點話題。不可否認的是，目前我國建筑結構的安全使用性能、穩定性水品仍有待提高，尤其需要注意在建筑結構設計做好荷載取值問題。

1.建筑結構設計中荷載分類及代表值

1.1"荷載的分類

（1）永久荷載。在結構使用期間，荷載值不會隨著時間的變化而變化，或者變化幅度較小可以忽略不計，其長期作用在結構上，在結構上的作用位置也不變。永久荷載主要包括結構自重、土壓力、預應力等。

（2）可變荷載。在結構使用期間，隨著時間的改變其荷載值也出現變化，但是作用位置可變，且像風荷載、吊車荷載等能引起結構振動，使結構產生加速度。可變荷載住包括擴樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載等。可變荷載的大小隨時間而變，

（3）偶然荷載。在結構使用期間不一定出現，一旦出現，其值很大且持續時間很短的荷載。例如爆炸力、撞擊力等。

1.2"荷載代表值

（1）荷載標準值。荷載標準值是荷載的基本代表值，指結構在使用期間可能出現的最大荷載值。荷載標準值統一由設計基準期（50年）最大荷"載概率分布的某個分位值來確定，有永久荷載標準值（Gk）和可變荷載標準值（Qk）。（2）可變荷載組合值。當結構同時承受兩種或兩種以上的可變荷載時，考慮到荷載同時達到最大值的可能性較小，因此除主導荷載（產生最大荷載效應的荷載）仍以其標準值為代表值外，對其它伴隨荷載，可以將它們的標準值乘以一個小于或等于1的荷載組合系數作為代表值，稱為可變荷載組合值，即QC=ψCQk。（3）可變荷載頻遇值。在設計基準期內，其超越的總時間為規定的較小比率或超越頻率為規定頻率的荷載值。它相當于在結構上時而或多次出現的較大荷載，但總是小于"荷載的標準值。其值等于可變荷載標準值乘以可變荷載頻遇值系數：即Qf=ψfQk。（4）可變荷載準永久值。在設計基準期內，其超越的總時間約為設計基準值一半（可以理解為總持續時間不低于25年）的荷載值，也就是經常作用于結構上的可變荷載。其值等于可變荷載標準值乘以可變荷載準永久值系數：Qq=ψqQk。

2.建筑結構設計主要荷載設計

2.1樓面和屋面活荷載

（1）民用建筑樓面均布活荷載。樓面活荷載是指作用在樓面上的人員、家具、設備等荷載。按樓面等效均布活荷載的確定方法，將實際荷載"換算成為等效均布活荷載，再經統計分析后，確定活荷載的標準值。設計墻、柱及基礎時應對各層樓面的樓面活荷載標準值進行折減。屋面均布活荷載屋面上的活荷載因“上人”和“不上人”而不同。上人的屋面承受人群和施工檢修等荷載;不上人的屋面只承受施工檢修時施工、檢修人員以及堆"料等重力。

（2）施工和檢修荷載及欄桿水平荷載。設計屋面板、檁條，鋼筋混凝土挑檐、雨篷和預制小梁時，施工或檢修集中荷載（人和小工具的自重）應取1.0kN，并應在最不利位置處進行驗算。對于輕型構件或較寬構件，當施工荷載超過上述值時，應按實際情況驗算，或采用加墊板、支撐等臨時設施承受。當計算挑檐、雨篷承載力時，應沿板寬每隔1.0m取一個集中荷載;在驗算挑檐、雨篷傾覆時，應沿板寬每隔2.5～3.0m取一個集中荷載。樓梯、看臺、陽臺和上人屋面等的欄桿頂部水平荷載，應按下列規定采用：住宅、宿舍、辦公樓、旅館、醫院、托兒所、幼兒園，應取0.5kN/m;學校、食堂、劇場、電影院、車站、禮堂、展覽館或體育場，應取1.0kN/m。當采用荷載準永久組合時，可不考慮施工和檢"修荷載及欄桿水平荷載。

（3）荷載動力系數。結構受動力作用時，應將荷載增大，這個增大系數就叫荷載動力系數。建筑結構設計的動力計算，在有充分依據時，可將重物或設備的自重乘以動力系數后，按靜力計算進行設計。

2.2水平荷載

一般來說，在對一些低矮的建筑進行設計的時候，我們主要考慮的是豎向的荷載因素，而在一些高層建筑中，雖然豎向的荷載控制非常重要，但是，水平荷載則起著主要的決定性作用。鑒于此，在對一些高層建筑結構進行設計的時候，我們不僅要考慮豎向的荷載控制，更要注重水平荷載的影響，通過提高建筑結構水平荷載能力，進而增強建筑結構的穩定性和安全性。

2.3雪荷載

雪荷載是指房屋上由積雪而產生的荷載，雪荷載是作用在屋面上的。《荷載規范》規定，屋面水平投影面上的雪荷載標準值，應按下式計算：Sk=μrS0。基本雪壓是雪荷載的基準壓力，一般按當地空曠平坦地面上積雪自重的觀測數據，經概率統計得出50年一遇最大值確定。屋面上的雪荷載標準值不等于基本雪壓，而應將基本雪壓乘以屋面積雪分布系數μr。屋面積雪分布系數μr的意義是基本雪壓換算為屋面水平投影面上的"雪荷載的換算系數。

2.4風荷載

風荷載的大小與基本風壓、風壓高度變化系數、風荷載體型系數和風振系數有關。

（1）基本風壓。基本風壓是風荷載的基準壓力，一般按當地空曠平坦地面上10m高度處10min平均的風速觀測數據，經概率統計得出50年一遇最大值確定的風速，再考慮相應的空氣密度，按公式w0=1/2pv02確定的風壓值。基本風壓可從《荷載規范》附錄中查得。風荷載的組合值、頻遇值和準永久值系數可分別取0.6、0.4、0。

（2）風壓高度變化系數。風速是隨距地面的高度增加而增加的，故風壓也是隨離地面高度增加而增加的。風速隨高度的變化規律主要取決于地面的粗糙程度。但當離地面450m以上時，風速即不受地面粗糙程度的影響，風壓高度變化系數為常數。

（3）風荷載體型系數。風荷載體型系數描述的是建筑物表面在穩定風壓作用下的靜態壓力的分布規律，主要與建筑物的體型和尺度有關，也與周圍環境和地面粗糙度有關。風振系數《荷載規范》規定，以風振系數βz來描述動力反應的影響。規定對于高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋結構，以及基本自振周期T1大于0.25s的塔架、桅桿、煙囪等高聳結構，應采用風振系數來描述風壓脈動的影響，具體計算方法見規范。對于高度低于30m或高寬比小于1.5的房屋以及自振周期T1<0.25s的塔架、桅桿、煙囪等高聳結構，取βz=1.0。

3.結語

在建筑工程中，不同的結構形式以及不同的房屋裝潢技術，對建筑的外觀以及建筑的荷載值都有著一定程度的影響。因而在建筑結構設計中，荷載取值演變成一個重要的內容，也成為衡量房屋結構可靠性以及建筑設計質量的一個重要指標。

參考文獻：

[1]張明朗.淺論建筑結構安全性的實現[J].山西建筑，2010，36（1）：89-90.

[2]魏范陽.建筑結構設計中應注意的問題淺析[J].科技致富向導.2011（12）.

[3]宋志瑜.建筑結構設計中常見問題與解決措施分析[J].城市建筑.2014（04）.

[4]于險峰.高層建筑結構設計特點及其體系[J].建筑技術.2011（24）.

[5]陶忠，張耀春，韓林海，王光遠.關于高層建筑結構選型設計的初步探討[J].哈爾濱建筑大學學報.2013（1）.