試論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載值的確定

曹洋

摘要：最近十幾年是建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展的階段，隨著新型建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展，建筑領(lǐng)域都開始設(shè)計(jì)新型的建筑結(jié)構(gòu)，為了取得最好的建筑結(jié)構(gòu)，就要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的荷載值進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，在設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確的運(yùn)用建筑物的荷載值，并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)對(duì)各種荷載進(jìn)行組合應(yīng)用，將建筑物的荷載設(shè)計(jì)成最大限度。

關(guān)鍵詞：建筑工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；荷載值

1.荷載的概念和重要性

在準(zhǔn)確確定建筑物的荷載值之前，要對(duì)荷載值有一個(gè)準(zhǔn)確的理解。所謂的建筑物荷載值，就是建筑物在設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行施工過程中所承受的外界環(huán)境中作用力。在這些作用力中，能夠在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部引起建筑物輕微變形的內(nèi)部力也在荷載之中，舉例說明，可以是在建筑鋼筋施工過程中出現(xiàn)的變形、建筑物的地基在施工中出現(xiàn)的變形等。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑物的結(jié)構(gòu)時(shí)，都要經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龊陀?jì)算，在計(jì)算結(jié)果中選擇最優(yōu)的荷載值作為建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)和準(zhǔn)則。在設(shè)計(jì)之前，還要考慮到建筑物的使用年限，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)出現(xiàn)在建筑物使用年限中，建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)工程事故中的裂縫和傾斜的情況，這些都嚴(yán)重影響著人民的安全。

2.荷載的分類

在荷載的規(guī)范中，我們可以將荷載進(jìn)行以下分類：

2.1按照時(shí)間變異分類

（1）永久荷載：是指在設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)期里，永久荷載量值不會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，就算是有變化，變化值也與平均值接近，這是可以被忽略的荷載，例如結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力、自重、土壓力等。

（2）可變荷載：是指在設(shè)計(jì)期內(nèi)，量值會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，并且變化與平均值相差很大，是不能被忽略的，例如風(fēng)荷載、雪荷載、樓面活荷載、吊車荷載、屋面積灰荷載等。

（3）偶然荷載：是指在設(shè)計(jì)期內(nèi)，可能出現(xiàn)或是一旦出現(xiàn)，其量值大，并且持續(xù)的時(shí)間也比較短的荷載，例如地震、爆炸力以及撞擊力等。

2.2按照結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)分類

（1）靜態(tài)荷載：是指對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了可以忽略不計(jì)的荷載，例如結(jié)構(gòu)自重和樓面活荷載等。

（2）動(dòng)態(tài)荷載：是指對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不可忽略的加速度，例如地震、高層建筑的風(fēng)荷載以及吊車荷載等。

3.荷載的模型

在建筑結(jié)構(gòu)中對(duì)荷載的計(jì)算模型一般分為兩種，其一為針對(duì)隨機(jī)變量的概率計(jì)算模型，其二為針對(duì)隨機(jī)過程的概率計(jì)算模型。當(dāng)外部荷載不隨時(shí)間的變化而出現(xiàn)相應(yīng)的變化時(shí)，其數(shù)值基本保持穩(wěn)定，在對(duì)其進(jìn)行計(jì)算的過程中，通常采用隨機(jī)變量進(jìn)行相關(guān)分析以及處理。當(dāng)荷載隨著時(shí)間的變化而出現(xiàn)相應(yīng)的變化時(shí)，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，其在隨著時(shí)間變化的同時(shí)，在不同的空間也會(huì)出現(xiàn)不同的變化，因而對(duì)其進(jìn)行描述的過程中，通常采用隨機(jī)過程的模型進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。

在對(duì)永久性變化荷載以及可變性荷載的分析處理模型進(jìn)行確定之后，依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的要求，把荷載進(jìn)行等效的處理，在處理的過程中要保證荷載同建筑結(jié)構(gòu)整體或者局部變化的程度相一致，其分析內(nèi)容包括頂梁的彎曲程度、頂梁受到剪切力的情況、柱結(jié)構(gòu)的內(nèi)力或者外力等。根據(jù)不同條件所確定的荷載分布情況大體上較為相似，在個(gè)別方面存在一定的差異。然而如果采用按照不同的情況對(duì)荷載進(jìn)行分布，再將實(shí)際荷載進(jìn)行相關(guān)計(jì)算之后，進(jìn)行分析和處理，則該工作過程相對(duì)較為復(fù)雜，其任務(wù)量相對(duì)較大。根據(jù)相關(guān)的研究結(jié)果顯示，當(dāng)運(yùn)用方差對(duì)荷載進(jìn)行分析和處理的結(jié)果同常用的分析和處理的結(jié)果之間存在著較大的差異。在對(duì)永久性荷載進(jìn)行分析的過程中，其描述模型一般有以下幾部分構(gòu)成：相同建筑物中的荷載平均值、相同建筑物中的荷載統(tǒng)計(jì)方面不同的隨機(jī)變量、同一建筑物中歲樓層的變化而產(chǎn)生荷載的不同以及同一樓層中隨位置的變化而出現(xiàn)的荷載的變化。

4.荷載值確定的方法

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載值的確定會(huì)受到多種因素的干擾和影響，因此，在確定荷載值時(shí)需要盡可能全面地將各種因素考慮進(jìn)來：

4.1建立荷載分析處理模型

一般根據(jù)隨機(jī)變量的概率以及隨機(jī)過程的概率建立兩種類型的荷載分析處理模型。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的外部荷載處于較為穩(wěn)定的狀況時(shí)，其荷載值也不會(huì)發(fā)生變化，因此，在對(duì)荷載進(jìn)行分析處理中，可以根據(jù)隨機(jī)變量的概率進(jìn)行分析，以得出較為確定的荷載值。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的外部荷載處于不太穩(wěn)定的狀況時(shí)，其荷載值會(huì)發(fā)生一定的變化，在對(duì)荷載進(jìn)行分析處理中，可以采用隨機(jī)過程的概率進(jìn)行分析，以得出較為確定的荷載值。

4.2合理確定荷載值極限值

在建筑工程中，有的建筑物的構(gòu)建較為容易產(chǎn)生裂縫，此時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)裂縫的受力、寬度進(jìn)行檢驗(yàn)和計(jì)算；有的建筑物的構(gòu)建不容易產(chǎn)生裂縫的，此時(shí)，應(yīng)當(dāng)將鋼筋混凝土的拉應(yīng)力進(jìn)行檢驗(yàn)和計(jì)算；有的建筑物的構(gòu)建要控制其變形和開裂，要對(duì)對(duì)其變形和開裂的極限值進(jìn)行檢驗(yàn)和計(jì)算。在正常使用極限情況下，要根據(jù)相關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、不同的設(shè)計(jì)來采取頻遇組合、永久組合以及變準(zhǔn)組合；依照荷載的準(zhǔn)永久組合分析，必須要考慮到對(duì)其在長(zhǎng)期作用下的影響相應(yīng)的計(jì)算；對(duì)于基礎(chǔ)抗裂度的驗(yàn)算時(shí)，荷載的取值要用標(biāo)準(zhǔn)組合；對(duì)于建筑的地基基礎(chǔ)計(jì)算的時(shí)候，考慮到地基變形驗(yàn)算產(chǎn)生的荷載，要采取準(zhǔn)永久性組合。

4.3全面考慮建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的因素

在確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的荷載值的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)統(tǒng)計(jì)出建筑內(nèi)每套房間的具體面積，并將具體的家具、家庭設(shè)備實(shí)施以及人員的數(shù)量及重量考慮在內(nèi)，在根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的持久性活荷載與臨時(shí)性活荷載的進(jìn)行不同的組合，最終計(jì)算出每套房間的持久性活荷載單位面積的重量和臨時(shí)性活荷載單位面積的重量。根據(jù)所得出的結(jié)果，從而對(duì)不同的房間進(jìn)行科學(xué)合理地分類，再根據(jù)科學(xué)合理地分類，繪制出房間的直方圖，再根據(jù)直方圖做出分布假設(shè)，然后，再對(duì)分布直方圖進(jìn)行檢驗(yàn)，最終計(jì)算出不同的情形下荷載的數(shù)值。

4.4根據(jù)荷載標(biāo)準(zhǔn)確定荷載值

確定建筑結(jié)構(gòu)的荷載值時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮設(shè)計(jì)的目的和要求，從而擇出符合要求的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合。一是要從建筑結(jié)構(gòu)的極限荷載上進(jìn)行考慮，對(duì)于建筑構(gòu)件的強(qiáng)度、抗裂度等進(jìn)行科學(xué)合理地檢驗(yàn)好計(jì)算；二是從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載過重的危害角度進(jìn)行考慮，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不降低設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，而且必須嚴(yán)格按照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，對(duì)于確定建筑結(jié)構(gòu)荷載值的分項(xiàng)系數(shù)及重要性系數(shù)均不用考慮，從而有效避免不必要的損失。

5.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載取值確定工作科學(xué)性提高的策略

要想保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載取值確定工作的科學(xué)開展，就應(yīng)該積極做好以下幾方面的工作：（1）積極針對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值確定設(shè)立項(xiàng)目，鼓勵(lì)建筑方面的專家和學(xué)者參與到理論研究中去，開闊創(chuàng)新，找到更好的荷載取值確定理論依據(jù)，為開展各項(xiàng)荷載取值確定工作打下夯實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)；（2）作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)該不斷學(xué)習(xí)荷載取值確定流程，工作原理和實(shí)踐操作注意事項(xiàng)，不斷實(shí)現(xiàn)自身運(yùn)用能力的提高，以便更好的開展荷載取值確定工作，發(fā)揮其在此方面的作用；（3）依據(jù)實(shí)際情況，制定完善的荷載取值確定規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，保證各個(gè)環(huán)節(jié)工作的有效開展，避免出現(xiàn)荷載取值失誤的情況，從而保證荷載取值的科學(xué)性和合理性，給予各項(xiàng)工作的開展打下夯實(shí)的基礎(chǔ)；（4）建筑企業(yè)應(yīng)該高度重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，建立健全的監(jiān)督管理部門，保證荷載取值的科學(xué)性，以更好的引導(dǎo)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值工作的開展。

6.結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載取值確定過程比較復(fù)雜，技術(shù)性因素比較多，往往需要消耗大量的時(shí)間去驗(yàn)證，現(xiàn)階段的確定工作還存在很多的缺陷和不足。但是我相信，隨著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載取值理論體系的健全，人力隊(duì)伍的培養(yǎng)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量意識(shí)的提高，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載確定工作的質(zhì)量和效益將會(huì)不斷提高和進(jìn)步，并且慢慢成為影響建筑企業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，這一點(diǎn)是毋容置疑的。

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