鋼結(jié)構基礎

設計專項基礎模塊第六部分建筑結(jié)構荷載1建筑結(jié)構荷載本章講述了建筑結(jié)構承受的各種作用，包括直接作用和間接作用。主要講述了《建筑結(jié)構荷載規(guī)范》（GB50009—2012）中的各種荷載。討論了荷載的分類，荷載代表值，各類荷載標準值的確定。本章提要本章內(nèi)容1.1

荷載的分類1.2

荷載代表值1.3

永久荷載標準值1.4

樓面和屋面活荷載1.5

雪荷載1.6

風荷載1.1荷載的分類在結(jié)構使用期間，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載。例如結(jié)構自重、土壓力、預應力等。永久荷載不隨時間變化，長期作用在結(jié)構上，在結(jié)構上的作用位置也不變。1.1.1永久荷載1.1.2可變荷載在結(jié)構使用期間，其值隨時間變化，且變化與平均值相比不可以忽略不計的荷載。例如樓面活荷載、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，作用位置可變，且像風荷載、吊車荷載等能引起結(jié)構振動，使結(jié)構產(chǎn)生加速度。1.1.3偶然荷載在結(jié)構使用期間不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的荷載。例如爆炸力、撞擊力等。1.2荷載代表值

《荷載規(guī)范》規(guī)定：對永久荷載應采用標準值作為代表值。對可變荷載應根據(jù)設計要求采用標準值、組合值、頻遇值或準永久值作為代表值。對偶然荷載應按建筑結(jié)構使用的特點確定其代表值。1.2.1荷載標準值

荷載標準值是荷載的基本代表值，指結(jié)構在使用期間可能出現(xiàn)的最大荷載值。荷載標準值統(tǒng)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）。1.2.2可變荷載組合值當結(jié)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(chǎn)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(shù)作為代表值，稱為可變荷載組合值，即1.2.3可變荷載頻遇值

在設計基準期內(nèi)，其超越的總時間為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。它相當于在結(jié)構上時而或多次出現(xiàn)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(shù)：1.2.4可變荷載準永久值在設計基準期內(nèi)，其超越的總時間約為設計基準值一半（可以理解為總持續(xù)時間不低于25年）的荷載值，也就是經(jīng)常作用于結(jié)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(shù)：1.3永久荷載標準值

永久荷載主要包括構件的自重、構造層的自重等。恒荷載的變異性不大，故其標準值可根據(jù)構件或構造層的設計尺寸和材料或構件的單位自重確定。常見材料和構件的單位自重見附表1。對于自重變異較大的材料和構件（如現(xiàn)場制作的保溫材料、混凝土薄壁構件等），自重的標準值應根據(jù)對結(jié)構的不利狀態(tài)，取上限值或下限值。1.4樓面和屋面活荷載

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(jīng)統(tǒng)計分析后，確定活荷載的標準值。民用建筑樓面均布活荷載的標準值及其組合值、頻遇值和準永久值系數(shù)見表1.1。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。樓面活荷載折減系數(shù)見表1.2、表1.31.4.1民用建筑樓面均布活荷載表1.1民用建筑樓面均布活荷載標準值及其組合值、頻遇值和準永久值系數(shù)表1.2樓面活荷載折減系數(shù)表1.3活荷載按樓層數(shù)的折減系數(shù)墻、柱、基礎計算截面以上的層數(shù)12~34~56~89~20＞20計算截面以上各樓層活荷載總和的折減系數(shù)1.00(0.900.850.700.650.600.551.4.2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。屋面均布活荷載見表1.4。表1.4屋面均布活荷載項次類別標準值(kN/m2)組合值系數(shù)ψc頻遇值系數(shù)ψf準永久值系數(shù)ψq1不上人的屋面0.50.70.502上人的屋面2.00.70.50.43屋頂花園3.00.70.60.51.4.3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。

（1）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。

（2）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。

（3）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(guī)定采用：

①住宅、宿舍、辦公樓、旅館、醫(yī)院、托兒所、幼兒園，應取0.5kN/m；

②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。1.4.4荷載動力系數(shù)結(jié)構受動力作用時，應將荷載增大，這個增大系數(shù)就叫荷載動力系數(shù)。建筑結(jié)構設計的動力計算，在有充分依據(jù)時，可將重物或設備的自重乘以動力系數(shù)后，按靜力計算進行設計。搬運和裝卸重物以及車輛起動和剎車時的動力系數(shù)，可采用表1.1~1.3，其動力荷載只傳至樓板和梁。1.5雪荷載

雪荷載是指房屋上由積雪而產(chǎn)生的荷載。雪荷載是作用在屋面上的?！逗奢d規(guī)范》規(guī)定，屋面水平投影面上的雪荷載標準值，應按下式計算：

基本雪壓是雪荷載的基準壓力，一般按當?shù)乜諘缙教沟孛嫔戏e雪自重的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)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(shù)μr。屋面積雪分布系數(shù)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(shù)。具體數(shù)值見表1.5。設計建筑結(jié)構及屋面的承重構件時，可按下列規(guī)定考慮積雪的分布情況：

①屋面板和檁條按積雪不均勻分布的最不利情況考慮；

②屋架可分別按積雪全跨和半跨均勻分布的情況考慮；

③框架和柱可按積雪全跨均勻分布情況考慮。雪荷載的組合值系數(shù)可取0.7；頻遇值系數(shù)可取0.6；準永久值系數(shù)應按雪荷載分區(qū)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的不同，分別取0.5、0.2、0；雪荷載分區(qū)應按規(guī)范中的規(guī)定采用。表1.5屋面積雪分布系數(shù)μr

風荷載的大小與基本風壓、風壓高度變化系數(shù)、風荷載體型系數(shù)和風振系數(shù)有關?！逗奢d規(guī)范》規(guī)定，垂直于建筑物表面上的風荷載標準值，應按下述公式計算：

（1）

當計算主要承重結(jié)構時

（2）

當計算圍護結(jié)構時1.6風荷載1.6.1基本風壓

基本風壓是風荷載的基準壓力，一般按當?shù)乜諘缙教沟孛嫔?0m高度處10min平均的風速觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)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(guī)范》附錄中查得。風荷載的組合值、頻遇值和準永久值系數(shù)可分別取0.6、0.4、0。1.6.2風壓高度變化系數(shù)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(guī)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(shù)為常數(shù)。

地面粗糙度是指風在到達結(jié)構物以前吹越過2km范圍內(nèi)的地面時，描述該地面上不規(guī)則障礙物分布狀況的等級。規(guī)范將地面粗糙度分為A、B、C、D四類。

A類——指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；

B類——指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；

C類——指有密集建筑群的城市市區(qū)；

D類——指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。1.6.3風荷載體型系數(shù)

風荷載體型系數(shù)是指風作用在建筑物表面上所引起的實際壓力（或吸力）與來流風壓的比值，它描述的是建筑物表面在穩(wěn)定風壓作用下的靜態(tài)壓力的分布規(guī)律，主要與建筑物的體型和尺度有關，也與周圍環(huán)境和地面粗糙度有關。幾種常見體型建筑物的風荷載體型系數(shù)見表1.6。表1.6常見建筑物的風荷載體型系數(shù)μs

1.6.4風振系數(shù)

《荷載規(guī)范》規(guī)定，以風振系數(shù)βz來描述動力反應的影響。規(guī)定對于高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋結(jié)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(jié)構，應采用風振系數(shù)來描述風壓脈動的影響，具體計算方法見規(guī)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(jié)構，取βz=1.0。一、抗震的基本知識震級：衡量一次地震釋放能量大小的等級震級的測試方法：利用標準地震儀距離震中100公里處記錄的以微米為單位的最大水平地面位移?；玖叶龋阂粋€地區(qū)的基本烈度是指該地區(qū)在今后50年期限內(nèi),在一般場地條件下可能遭遇的超越概率為10%的地震烈度。地震烈度：地震時在一定地點振動的強烈程度。

一次地震，只有一個震級，而在不同的地區(qū)卻有不同的烈度（12個）建筑抗震設防分類乙類建筑——丙類建筑——丁類建筑——甲類建筑——屬于重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害的建筑屬于地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的建筑屬于甲、乙、丁類建筑以外的一般建筑屬于抗震次要建筑抗震設防目標（三水準設防目標）第一水準：第二水準：第三水準：當遭受到多遇的低于本地區(qū)設防烈度的地震(簡稱小震)影響時，建筑一般應不受損壞或不需修理仍能繼續(xù)使用。即“小震不壞”當遭受到本地區(qū)設防烈度影響時，建筑可能有一定的損壞，經(jīng)一般修理或不經(jīng)修理仍能繼續(xù)使用。即“中震可修”當遭受到高于本地區(qū)設防烈度的罕遇地震(簡稱大震)時，建筑不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞。即“大震不倒”建筑抗震設計方法（兩階段設計方法）第一階段設計：第二階段設計：按小震作用效應和其他荷載效應的基本組合驗算結(jié)構構件的承載能力，以及在小震作用下驗算結(jié)構的彈性變形以滿足第一水準抗震設防目標在大震作用下驗算結(jié)構的彈塑性變形以滿足第三水準抗震設防目標以抗震構造措施來加以保證第二水準抗震設防目標的要求二、地震作用的計算方法建筑物由于地震而發(fā)生強迫震振動的過程中，作用在結(jié)構上的慣性力。由力學知：加速度反應譜曲線體系的加速度地震作用反應譜理論單質(zhì)點彈性體系多質(zhì)點彈性體系單質(zhì)點彈性體系計算簡圖質(zhì)點（單層房屋、水塔）慣性力位移最大加速度地面運動位移最大加速度加速度反應譜曲線（地震影響系數(shù)曲線）—P28設計特征周期與場地類別有關與設防烈度有關P29表2-10三、等效水平荷載計算方法底部剪力法振型分解反應譜方法彈性時程分析法1.8度地區(qū)Ⅰ、Ⅱ場地；2.7度地區(qū)，高度大于100m；3.8度地區(qū)Ⅲ、Ⅳ場地，高度大于80m；4.9度地區(qū)，高度大于60m。高度不超過40m，以剪切變形為主，剛度與質(zhì)量沿高度分布比較均勻的建筑物一般高層建筑物用于下列建筑：1.底部剪力法FEK：結(jié)構總水平地震作用的標準值α1：相應于結(jié)構基本周期T1的α值Geq：結(jié)構等效總重力荷載代表值Gi：第i層重力荷載代表值(永久荷載與可變荷載的組合值）（底部剪力）1.底部剪力法Fi：作用在I質(zhì)點上的水平地震作用標準值2.振型分解反應譜方法用集中質(zhì)量法，把n層結(jié)構簡化為n個質(zhì)點組成的n

個自由度的體系，求得其振型。(1)第j振型，第i質(zhì)點等效水平地震作用標準值:━相應于第j振型自振周期的地震影響系數(shù)━第j振型參與系數(shù)━第j振型第i質(zhì)點的水平相對位移━集中于質(zhì)點i的重力荷載代表值(2)求解結(jié)構水平地震效應用Fji分別求出第j個振型下結(jié)構的內(nèi)力和位移