彭進(jìn)禹

【摘要】在我國建筑業(yè)高速發(fā)展背景下，建筑工程的施工規(guī)模不斷擴(kuò)大，建筑結(jié)構(gòu)高度、面積不斷增大?，F(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在較大差異，這將會使建筑物各自的荷載值存在較大差異。大規(guī)模建筑物承受更大的荷載作用力，對建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固、承載性能提出更高的要求。在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了獲取最理想的建筑結(jié)構(gòu)，保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，需要對建筑結(jié)構(gòu)的荷載設(shè)計(jì)提高重視。為此，本文對建筑結(jié)構(gòu)荷載與常見設(shè)計(jì)問題進(jìn)行簡要分析，闡述設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并提出處理措施，希望可以為同類工程提供設(shè)計(jì)參考。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)荷載;設(shè)計(jì)要點(diǎn);解決措施

1、建筑結(jié)構(gòu)荷載類型

現(xiàn)階段，在建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，由于荷載值并非固定不變，而是隨著外部施工環(huán)境、建筑物使用時間的變化而不斷改變。因此，設(shè)計(jì)人員需要對荷載進(jìn)行分類。例如，從作用時間長度、建筑動力特點(diǎn)、空間位置等角度來劃分荷載值。

（1）基于建筑動力特點(diǎn)?？蓪⒑奢d值分為動態(tài)荷載與靜態(tài)荷載兩類。其中，動態(tài)荷載指，建筑內(nèi)部人員、設(shè)備在移動聚散過程中持續(xù)變化的自重量，或是隨著氣候條件變化而處于波動狀態(tài)的風(fēng)壓力。例如，在風(fēng)力等級提高時，建筑結(jié)構(gòu)將承受較大的風(fēng)力瞬間加速度，提高建筑橫向位移問題出現(xiàn)率與實(shí)際位移量。而靜態(tài)荷載泛指，并不會隨著時間推移或是外部環(huán)境變化而處于波動狀態(tài)的作用力，如建筑結(jié)構(gòu)的自重量。

（2）基于作用時間長度。從這一角度來看，可以將建筑結(jié)構(gòu)荷載值劃分為偶然荷載、活荷載以及恒荷載。其中，偶然荷載指，在建筑結(jié)構(gòu)施工、使用階段有一定可能出現(xiàn)、并非必然出現(xiàn)的荷載，如地震作用力、汽車撞擊力等等，偶然荷載普遍具有量值大、持續(xù)時間短的特征。活荷載也被稱作為可變荷載，指隨時間推移而不斷變化的荷載值，主要包括風(fēng)荷載、積灰積雪荷載、吊車荷載等等。最后，恒荷載也被稱作為永久荷載，泛指變化量極小、或是量值不會產(chǎn)生變化的荷載，主要包括建筑結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力、預(yù)拉力等。

（3）基于空間位置。從空間位置角度來看，應(yīng)將建筑結(jié)構(gòu)荷載分為靜動態(tài)荷載、固定荷載與自由荷載三種。其中，靜態(tài)與動態(tài)荷載分別指，不對建筑結(jié)構(gòu)及構(gòu)件產(chǎn)生加速度的荷載力、以及會對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生加速度的荷載力，靜態(tài)荷載主要包括建筑結(jié)構(gòu)自重，動態(tài)荷載包括吊車荷載、風(fēng)荷載等等。固定荷載指空間分布位置固定不變的荷載，如固定設(shè)備荷載。而自由荷載則指空間分布位置不固定、會隨時變化的荷載，如樓面后荷載、吊車荷載。

2、建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1荷載取值計(jì)算

建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)要結(jié)合工程實(shí)際情況，準(zhǔn)確計(jì)算各項(xiàng)結(jié)構(gòu)荷載值，保證建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)方案合理可行，不會對建筑結(jié)構(gòu)功能的正常使用造成影響。荷載值計(jì)算環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員既需要綜合分析各項(xiàng)施工因素與已知工程信息，同時，還要掌握以下取值計(jì)算要點(diǎn)，針對性構(gòu)建荷載分析處理模式，具體如下。

（1）活荷載取值?；詈奢d主要指隨著時間推移、量值不斷變化的荷載值，不同時間節(jié)點(diǎn)下的建筑結(jié)構(gòu)活荷載量值存在不確定性、不可預(yù)知性。但是，設(shè)計(jì)人員可以通過綜合分析建筑使用功能、實(shí)際用途等因素，評估活荷載量值的大體變化范圍，為后續(xù)建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)方案的制定給提供數(shù)據(jù)參考。為實(shí)現(xiàn)這一目的，設(shè)計(jì)人員可選擇構(gòu)建隨機(jī)過程荷載分析處理模型，全面掌握建筑結(jié)構(gòu)功能、室內(nèi)設(shè)備與裝潢陳設(shè)情況，評估恒荷載、活荷載的組合情況，從而確定活荷載量值變化范圍，完成活荷載取值工作。

（2）恒荷載取值。建筑結(jié)構(gòu)所承受恒荷載主要為建筑結(jié)構(gòu)、構(gòu)件自重量。因此，設(shè)計(jì)人員需要持續(xù)采集相關(guān)工程信息、深入分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，準(zhǔn)確計(jì)算各處結(jié)構(gòu)部位與構(gòu)件的自重量，在其基礎(chǔ)上即可獲取恒荷載取值。同時，可選擇將恒荷載拆分為線荷載與面荷載，以此降低荷載取值難度。以樓板荷載為例，恒荷載的具體計(jì)算方式為，將樓板構(gòu)件的厚度與單位體積板重量值相乘，即可獲取樓板構(gòu)件的自重量。同時，將面板厚度與單位體積重量相乘，其結(jié)果為面層材料自重量。而在計(jì)算梁體、墻體等特殊構(gòu)件時，由于這類構(gòu)件發(fā)揮著建筑承重作用，需要考慮到構(gòu)件所承受壓力，將計(jì)算方式設(shè)定為，將構(gòu)件短邊長度與板單位面積自重相乘。

（3）極限狀態(tài)荷載取值。在建筑結(jié)構(gòu)使用過程中，有一定概率會承受偶然荷載，并對建筑結(jié)構(gòu)造成影響。因此，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)已知工程信息，準(zhǔn)確評估各類偶然荷載的出現(xiàn)率、以及對建筑結(jié)構(gòu)造成的具體影響。隨后，在評估結(jié)果基礎(chǔ)上對荷載設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)充，如確定折減標(biāo)準(zhǔn)值。此外，還需要開展極限狀態(tài)下的建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)工作。例如，重點(diǎn)對構(gòu)件抗裂度、結(jié)構(gòu)變形量進(jìn)行驗(yàn)算，考慮到建筑結(jié)構(gòu)在無承載力情況下所承受的損失程度，僅采取荷載標(biāo)準(zhǔn)值，無需考慮分項(xiàng)系數(shù)與結(jié)構(gòu)重要性。在建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)裂縫、變形等質(zhì)量通病時，設(shè)計(jì)人員需要對裂縫寬度與變形量進(jìn)行驗(yàn)算，在驗(yàn)算結(jié)果基礎(chǔ)上合理設(shè)置建筑結(jié)構(gòu)永久荷載組合。

2.2掌握荷載效應(yīng)特性

在建筑結(jié)構(gòu)施工、使用期間，受到荷載力影響，局部構(gòu)件有一定可能會產(chǎn)生內(nèi)力，引發(fā)結(jié)構(gòu)位移等問題的出現(xiàn)，這被稱為荷載效應(yīng)。因此，設(shè)計(jì)人員需要掌握荷載效應(yīng)特性與線性關(guān)系。例如，導(dǎo)入截面彎矩公式，以此掌握支梁構(gòu)件的所承受荷載特性。目前來看，恒荷載密度主要保持著正態(tài)分布情況，其他荷載則保持極值分布情況。

2.3消防車道荷載設(shè)計(jì)

在這一設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要重點(diǎn)開展消防車道板面活荷載計(jì)算工作。需要根據(jù)樓該類型來準(zhǔn)確計(jì)算折減前后基準(zhǔn)活荷載、樓板實(shí)取活荷載、單雙向板的主梁與柱體實(shí)取活荷載等數(shù)值，根據(jù)車道的板跨所占比重加以折算。例如，在覆土厚度為1.2m、單向板跨為2m時，可將樓板實(shí)取活荷載值設(shè)定為28、將單向板主梁活荷載取值設(shè)定為17。此外，還需要根據(jù)工程實(shí)際情況而針對性構(gòu)建消防車道活荷載模型。

3、建筑結(jié)構(gòu)荷載常見設(shè)計(jì)問題及處理措施

3.1荷載代表值取值

現(xiàn)階段，在建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，荷載負(fù)載主要由準(zhǔn)永久值、標(biāo)準(zhǔn)值、頻繁值以及組合值等加以代表，設(shè)計(jì)人員主要選擇將已知標(biāo)準(zhǔn)值及系數(shù)相乘來獲取其他代表值，并將標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定為基本代表值。在這一設(shè)計(jì)模式下，雖然可以幫助設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確、直觀掌握建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)特性。但隨著外部施工環(huán)境的變化，負(fù)荷值存在隨機(jī)性，最大負(fù)荷值本質(zhì)是為隨機(jī)變量因素，難以通過統(tǒng)計(jì)分布等方式進(jìn)行準(zhǔn)確描述。在傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)模式中，雖然設(shè)計(jì)人員普遍選擇將協(xié)議面值設(shè)定為代表值，但卻難以獲取充足負(fù)載信息，設(shè)計(jì)水平有待提升。針對這一問題，設(shè)計(jì)人員可選擇使用若干種負(fù)載代表值，掌握相關(guān)工程信息，積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并將理想?yún)f(xié)議百分?jǐn)?shù)設(shè)定為負(fù)載代表值。

3.2荷載分項(xiàng)系數(shù)

建筑結(jié)構(gòu)所承受荷載主要分為活荷載與恒荷載。在設(shè)計(jì)人員明確負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)值的前提條件下，需要基于極限狀態(tài)表達(dá)時，將活荷載與恒荷載分別設(shè)計(jì)為獨(dú)立的分系數(shù)。隨后，根據(jù)最小誤差原理，對設(shè)計(jì)目標(biāo)的可靠性指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化處理。但是，卻難以合理設(shè)定活荷載與恒荷載的分項(xiàng)系數(shù)。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，針對性設(shè)定荷載分項(xiàng)系數(shù)。例如，當(dāng)荷載效應(yīng)組合不利與建筑結(jié)構(gòu)時，應(yīng)將恒荷載組合系數(shù)設(shè)定為1.35，將活荷載控制系數(shù)設(shè)定為1.2。而在結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)值超過4kN/m2時，應(yīng)將活荷載分項(xiàng)系數(shù)設(shè)定為1.3-1.4。

3.3確定荷載組合最不利值

在傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)模式中，在明確負(fù)載效應(yīng)時，將對荷載組合極限狀態(tài)、可能產(chǎn)生的并發(fā)負(fù)載動作進(jìn)行綜合考慮，在其基礎(chǔ)上明確總效應(yīng)。由于負(fù)載同時發(fā)生問題的出現(xiàn)率較低，普遍選擇在最不利組合基礎(chǔ)上完成荷載極限狀態(tài)設(shè)計(jì)工作。在這一設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員可選擇開展SQIK測定工作，將最不利符合效應(yīng)為結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)核心基礎(chǔ)。同時，在結(jié)構(gòu)重量占據(jù)主導(dǎo)地位的設(shè)計(jì)條件下，需要適當(dāng)提高組件重要性因子。

3.4水浮力

在部分建筑工程中，普遍配置有深層地下室結(jié)構(gòu)，且周邊地層中分布大量地下水。建筑結(jié)構(gòu)將持續(xù)承受水浮力影響，導(dǎo)致不分家建筑結(jié)構(gòu)向上浮動、破壞結(jié)構(gòu)。因此，設(shè)計(jì)人員需要深入分析工程地質(zhì)勘察報告，明確地下水平面、抗浮水位、水浮力等數(shù)值。隨后，確定抗浮設(shè)防水位，將1.05設(shè)定為建筑結(jié)構(gòu)的抗浮穩(wěn)定性抗力系數(shù)。而針對管道結(jié)構(gòu)，應(yīng)將系數(shù)調(diào)整為1.10。根據(jù)地下水賦存狀態(tài)構(gòu)建相應(yīng)的水浮力模型，導(dǎo)入特定的地下水浮力計(jì)算公式。在建筑恒荷載遠(yuǎn)大于水浮力，則表明建筑結(jié)構(gòu)符合抗浮要求，反之，則建筑結(jié)構(gòu)存在安全隱患，需要提高結(jié)構(gòu)自重量、下調(diào)基礎(chǔ)底板標(biāo)高等措施。例如，在建筑外墻結(jié)構(gòu)周圍分層回填、夯實(shí)素粘土，將夯實(shí)系數(shù)控制在0.94以上，確?；靥钔僚c外墻結(jié)構(gòu)緊密接觸，并在室外地面設(shè)置散水坡。

結(jié)語：

隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，住宅結(jié)構(gòu)的形式和功能對結(jié)構(gòu)荷載和抗力的分析提出了新的要求。為保證建筑結(jié)構(gòu)使用安全，在制定建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)方案時，設(shè)計(jì)人員需要明確荷載作用、主要荷載類型，并掌握結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)要點(diǎn)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的荷載計(jì)算取值體系。同時，重點(diǎn)預(yù)防荷載代表值取值等常見設(shè)計(jì)問題的出現(xiàn)，進(jìn)一步提高建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳鐘宇.建筑結(jié)構(gòu)荷載分析及設(shè)計(jì)方法探索[J].建材與裝飾，2018（23）.

[2]陳凱，符龍彪，錢基宏，金新陽.基于荷載效應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2012，33（01）.

[3]陳志慧.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的荷載分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009（22）.

[4]尤培華，楊海萍，胡鐘.淺談庫房樓面等效均布活荷載的確定方法[J].河南建材，2017（03）.