設計中的荷載談

設計中的荷載談簡介：設計建筑物必須考慮的荷載可分為恒載，豎直活荷載和側(cè)向活荷載.恒載包括永久設備的重量和建筑物的固定構(gòu)件（如樓板，主梁，次梁，柱.固定墻.間壁等等）的重量.除了恒載以外的所有豎直荷載都可算是豎直活荷載.側(cè)向活荷載是由于風壓,土壓,和靜水壓力作用引起的外力.可能的地震效應也是側(cè)向荷載.吊車活動產(chǎn)生的動力效應也部分地計入側(cè)向荷載.關鍵字：結(jié)構(gòu)設計荷載分布設計經(jīng)驗恒載結(jié)構(gòu)框架和所有固定在它上面或永久被它所支撐的建筑構(gòu)件的重量都是恒載.通常根據(jù)表示結(jié)構(gòu)和建筑布置的初步設計,既可合理的估算出建筑物的總重量.這一資料在分析總估算地震荷載約值和確定基礎荷載等計算步驟中是必要的.如實際計算的總重量和最初估算的數(shù)值有較大差異時，在最后設計中不可忽視對初步估算的修正.為設計個別桿件,通常需要更詳盡的橫甾分析.這種分析從直接支撐活荷載的桿件（樓板和屋蓋系統(tǒng)）沿著應力的傳遞路徑（主次梁和柱），一步一步地進行到地基.一個桿件承受的荷載只有在這個桿件本身及其所支撐的部分結(jié)構(gòu)設計出來以后才能確定.因此,每一桿件的實際恒載應予出、核對和修正;只有在作出必要的校正之后才能繼續(xù)進行設計.有關建筑材料重量的數(shù)據(jù)載入各地區(qū)建筑規(guī)范中.下面說一下樓面和屋面荷載.設計任何大樓所需的樓面和屋面的最小活荷載，在對該建筑場地起支配作用的建筑規(guī)范中通常都有規(guī)定.建筑規(guī)范分地方市政規(guī)范，國家規(guī)范，地區(qū)規(guī)范和通用標準規(guī)范.設計各式各樣的建筑物所需最小活荷載代表值可查.除了這些均布荷載外，樓板設計還應考慮安全承受可能產(chǎn)生較大應力的某些集中荷載.例如在設計辦公樓樓面時，每2.5平方英尺的面積上要承受2000磅的荷載，以承受保險柜或其他沉重設備的重量;樓梯踏步必須安全承受作用在其中心的300磅荷載.規(guī)定的均布荷載和集中荷載都留有余量以承受平常的碰撞.承荷面積在150平方英尺以上的構(gòu)件，當活荷載在100磅/英尺2以下時，允許作某些折減，原因是在全部承荷面積少年宮不太可能同時滿載.折減率按每平方英尺承荷面積折減0.08%計.公共場所，車庫和屋頂除外.折減不得超過60%或按下式算出的百分數(shù).23(1+D/L)其中D是構(gòu)件支撐的每平方英尺面積上的荷載,L是活荷載.荷載超過100磅/英尺2是樓面荷載不得折減(這是倉庫和工廠的特點，她們可能在全部面積上都同時承受荷載)，而柱荷載可降低20%.不能總是采用規(guī)定的最小活荷載.要考慮使用方式，可能的荷載值應盡量計算準確.對于存儲重物的倉庫可以取500磅/英尺2或者更高一些;特殊重型機械制造廠可以大大超過125磅/英尺2;對于一切位置固定的重型集中荷載要做出特殊規(guī)定.在各種情況下，總的設計荷載中必須包括樓板的自重.若要求頂棚抹灰，荷載通常還可增加大約10磅/英尺2.另外還需包括樓板填充物和面層,以及懸掛荷載如管道及燈具設備等.如果間壁的位置不定.另加10-20磅/英尺2的附加荷載.設計房屋屋面的雪荷載，同樣也是由地方建筑規(guī)范規(guī)定的.雪荷載是根據(jù)一定時期內(nèi)當?shù)亟笛┑暮穸群兔芏冉y(tǒng)計出來的.規(guī)定最小屋面荷載為20磅/英尺2,以保證施工和維修的安全以及適當?shù)膭偠?任何個別地區(qū)通常都有更為詳細的雪荷載資料.豎直活荷載由于有人居住使建筑物承受的荷載以及屋蓋表面上的雪荷載都是豎直活荷載.使用荷載包括人，家具，機器，庫存物資和其他類似項目.建筑物內(nèi)部的活荷載常被認為是均勻分布的.雪荷載的大小取決于結(jié)構(gòu)的位置，屋頂坡度和建筑物與風向的相對方位.各地區(qū)建筑規(guī)范通常都有關于雪荷載的條文.雖多次試圖把使用活荷載的規(guī)定標準化,但各建筑規(guī)范中有關此項的條文仍然各不相同.雖多次試圖把使用活荷載的規(guī)定標準化,但各建筑規(guī)范中有關此項的條文仍然各不相同.根據(jù)使用情況，將各種規(guī)定分類如下:居住建筑（包括旅館）公共機構(gòu)建筑（醫(yī)院，療養(yǎng)院,監(jiān)獄）集會建筑（劇院，禮堂，教堂，學校）實業(yè)建筑（辦公大樓）商業(yè)建筑（大小商店和售貨處）工業(yè)建筑（制造廠,加工廠，裝配廠）倉庫建筑（庫房）水平荷載作用在建筑物框架上的水平荷載主要是由風壓引起的.另外，地震產(chǎn)生水平搖擺，這種搖擺形成的慣性力也沿水平方向作用在結(jié)構(gòu)上.大量觀察表明，對結(jié)構(gòu)的地震破壞影響最大的是這些水平力，而不是同時發(fā)生的地面豎向震動.因此，高震區(qū)地方建筑規(guī)范要求結(jié)構(gòu)設計必須能抵抗相應的水平力.準確估計風荷和地震荷載是非常困難的.目前大多數(shù)建筑規(guī)范都規(guī)定了每平方英尺豎向墻面的設計風壓.根據(jù)當?shù)厍闆r，風壓變化范圍大約是從10-15磅/英尺2.涉及到地震作用力時，現(xiàn)行規(guī)范通常規(guī)定地震多發(fā)區(qū)建筑的設計應能抵抗相應的水平力，這個水平力按所計算的樓層以上建筑物總荷載的規(guī)定百分率進行計算.此值約為該總荷載的百分之十幾.風壓一般根據(jù)與某結(jié)點相連的外墻承荷面積計算該點的荷載,也就是根據(jù)相臨框架之間的豎向中心線和各層樓板標高之間的水平中心線所圍成的矩形面積進行計算.地震力也以相同方法把力分配到各個結(jié)點上.這些分布不很準確，特別如果外力不作用在框架平面內(nèi)，而且結(jié)構(gòu)的外輪廓在平面上和立面上都不規(guī)則時.尤其是實際風力分布與假定迎風墻上風壓的均勻分布經(jīng)常有很大出入.建筑物根據(jù)其類別和形式以不同的方式抵抗水平荷載.較古老的建筑由于有巨大的承重墻，它們同懸臂梁一樣抵抗水平力（荷載作用在墻的平面內(nèi)）.采用整體剪力墻的現(xiàn)代鋼筋混凝土建筑物也有同樣作用.許多現(xiàn)代框架建筑物僅有輕質(zhì)幕墻，這些幕墻是不承重的，不能有效地抵抗結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形.在這種情況下,水平荷載只能由框架本身承受.無論在什么情況下，樓板和屋蓋都起著重要作用，它們把水平荷載傳遞給框架結(jié)點或剪力墻上.它們起剛性隔板作用，使給定標高處所有框架或墻的橫向位移大致相等.對于恒載荷和活荷載以及風載或地震荷載的組合，必須承認全部水平荷載與最不利位置的活荷載不可能同時發(fā)生.此外，由于最大水平荷載的偶然性和暫時性,它所產(chǎn)生的破壞力也比相同荷載多次多次和長期作用所造成的破壞力要小.因而，與恒載和活荷載的主要作用相比，多數(shù)建筑規(guī)把風荷載和地震力當作和活荷載組合時,通常的荷載系數(shù)可減少25%.風荷載和地震力的大小和分布變化無常.要進行比荷載資料更為精確的分析和作其它設想都是沒有用處的.由此可見，對水平荷載作用的精心分析常常是不必要的，使用近似方法已十分令人滿意了.荷載組合在設計屋蓋桁架和單層框架時，結(jié)構(gòu)承受的荷載包括恒載和風雪活荷載.通常根據(jù)以下荷載組合所產(chǎn)生的應力進行設計：I恒載+雪載II恒載+風載m恒載+風載+雪載w恒載+風載+部分雪荷載由于雪的飄移，有時考慮部分雪荷載，在房屋有高低跨時可能發(fā)生這種情況.由于有風，較高的屋面上的一部分雪可能被刮掉，但刮走的雪可能積在低屋面上，其結(jié)果使建筑物較低一側(cè)的雪荷載可能比正常情況要大.另一些荷載組合也需加以考慮.在選擇適當?shù)暮奢d組合時，永遠需要一定程度的工程技術判斷力.在多層建筑中，應力是根據(jù)下列組合確定的：I恒載+活載II恒載+活載+風或地震荷載活載是一種隨機型荷載，它加于結(jié)構(gòu)上時,會在每一單獨桿件上引起最大的或臨界的力矩和力.根據(jù)對多層框架桿件上的力矩進行定性影響線分析,可以看出全部恒載加全部活載的組合不一定總是臨界荷載.圖23-1所示荷載圖通常稱為”棋盤式荷載分布”，她可能對受荷跨的最大正力矩產(chǎn)生臨界狀況.美國鋼結(jié)構(gòu)學會規(guī)范第1.5和2