工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值變化及其影響分析

【摘要】本文筆者對工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值變化進(jìn)行了有效分析，其次對影響因素進(jìn)行了概述，希望對廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供幫助。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)廠房；結(jié)構(gòu)；荷載取值；變化；影響

前言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)建筑設(shè)計(jì)也趨于多樣化。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，在建筑結(jié)構(gòu)上可能會出現(xiàn)不同的荷載，可見，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載是一個(gè)不確定的隨機(jī)變量。由于荷載的量值變化會隨著建筑時(shí)間持續(xù)性和結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)變化而改變。在荷載分類中，可分為永久荷載、可變荷載、偶然荷載。

一、工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載變化分析

荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載基本代表值，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需根據(jù)在使用期間可能出現(xiàn)最大荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載組合，應(yīng)取各自最不利的組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1、承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)按照荷載的基本組合或者是偶然組合計(jì)算荷載組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，以下列設(shè)計(jì)公式表達(dá)：

式中：γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，應(yīng)該按照相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定使用； 為荷載自合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值； 為結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計(jì)值，需要按照有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范來確定；

2、荷載組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值為Sd，從下列荷載組合值中取用最不利的效應(yīng)設(shè)計(jì)值：

1）可變性荷載控制的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，應(yīng)該按照下列公式進(jìn)行計(jì)算：

公式中， ——第j個(gè)永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)。 ——第i個(gè)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)，其中 為主導(dǎo)可變荷載 的分項(xiàng)系數(shù)； —第i個(gè)可變荷載考慮設(shè)計(jì)使用年限的調(diào)整系數(shù)，其中 為主導(dǎo)可變荷載 考慮設(shè)計(jì)使用年限的調(diào)整系數(shù)； —按第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 計(jì)算的荷載效應(yīng)值，其中 為可變荷載效應(yīng)中起控制作用者； —第i個(gè)可變荷載 的組合值系數(shù)；m為參與組合的永久荷載數(shù)；n為參與組合的可變荷載數(shù)；

2）永久荷載控制的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，應(yīng)該按照下列公式進(jìn)行計(jì)算：

永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)該符合規(guī)定，當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時(shí)，對可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)1.2，對永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.35；當(dāng)永久荷載效應(yīng)應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時(shí)，不大于1.0；

二、工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值變化的影響因素

2.1荷載流線

在對公共建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，考慮的重要問題就是人員的聚集以及如何分散，為此，需要設(shè)計(jì)人員按照流線位置來確定出可變荷載的數(shù)值，但是工業(yè)廠房建筑不僅僅需要對人員流線進(jìn)行必要的考慮，還需對運(yùn)輸流線進(jìn)行分析。由于，運(yùn)輸流向中存在著非常重要的設(shè)備荷載，其對工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)荷載的取值計(jì)算有著重要的影響。為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對工業(yè)廠房的設(shè)備運(yùn)輸以及檢修流線，尤其是應(yīng)用哪些具體的運(yùn)輸方式都要清晰的了解。比如，某廠房建設(shè)使用的是車輛運(yùn)輸，則需要將其最終的荷載應(yīng)該包括車輛運(yùn)輸荷載；而如果選擇使用吊車吊運(yùn)，則還需要明確吊車臨時(shí)停放的位置，防止出現(xiàn)誤操作，以此造成樓板破壞；如果有些物質(zhì)需要存儲，而且重量比較大，這時(shí)還需要有關(guān)人員考慮該物質(zhì)在不同的狀態(tài)下，所產(chǎn)生的不同的荷載情況。

運(yùn)輸流線需要經(jīng)過板塊，應(yīng)該根據(jù)影響線法來進(jìn)行計(jì)算，找到最不利位置進(jìn)行分析，以此確保運(yùn)輸流線荷載符合要求。如果設(shè)備就位安裝，主要是依靠預(yù)留位置來實(shí)現(xiàn)，這種情況下，在設(shè)計(jì)荷載時(shí)，需考慮到設(shè)備可能對結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生的損害，例如，通常會在樓板預(yù)留洞上方設(shè)置的吊點(diǎn)等；需要明確有些設(shè)備需要穿過墻體設(shè)備。荷載設(shè)計(jì)以及安裝主要是針對廠房的樓板面、梁，作用在墻體上的荷載概率并不高，為此在計(jì)算墻體荷載時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行折減，在相關(guān)規(guī)范中，針對消防車的荷載，都屬于小概率事件，此時(shí)在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，也需要進(jìn)行折減。否則，整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取值的準(zhǔn)確性也會受到影響。

2.2偶然荷載

一般而言，具有一定危險(xiǎn)性的工業(yè)廠房，比如石油化工類的廠房，在對其進(jìn)行廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮到偶然荷載因素，比如爆炸所產(chǎn)生的荷載等。盡管偶然荷載出現(xiàn)的機(jī)率比較小，但也需考慮，并且進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析，通常情況下，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝以及具體發(fā)生的概率來進(jìn)行荷載取值。荷載偶然組合效應(yīng)設(shè)計(jì)值為Sd；用于偶然事件后受損結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固性驗(yàn)算設(shè)計(jì)值，應(yīng)該按照下式進(jìn)行計(jì)算：

—第1個(gè)可變荷載的頻遇值系數(shù)； —第i個(gè)可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)；

只需按照公式要求將數(shù)據(jù)代入其中，進(jìn)行計(jì)算即可，由于工業(yè)廠房的類別不同，需考慮到現(xiàn)實(shí)情況，以確保計(jì)算合理，數(shù)值準(zhǔn)確。

三、工程實(shí)例

某工業(yè)廠房建筑樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值由原來的1.5kN/m2提高到2.0kN/m2；風(fēng)荷載及雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值的概率取值，由原來的30年重現(xiàn)期的最大風(fēng)（雪）壓值調(diào)整為50年重現(xiàn)期的最大風(fēng)（雪）壓值等帶來的影響比較明顯。按照這些影響因素，算例中采用了抗力參數(shù)和經(jīng)換算的荷載參數(shù)，計(jì)算時(shí)采用的荷載效應(yīng)組合為，永久荷載+樓面活荷載，，其計(jì)算公式為：

通過上述表中，可知采用規(guī)范S1與規(guī)范S2所計(jì)算出來的荷載數(shù)值有很大的差異，而兩者的差異變化，正是此工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值的變化范圍。

四、結(jié)束語

綜上所述，可知對工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值變化及其影響進(jìn)行分析十分必要，因?yàn)殡S著市場經(jīng)濟(jì)體制的不斷完善，我國的工業(yè)廠房建設(shè)越來越多，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值使其建設(shè)階段最為重要的內(nèi)容之一，如果荷載設(shè)計(jì)取值不合理，很有可能會出現(xiàn)嚴(yán)重的后果，比如廠房結(jié)構(gòu)在遇到突變的情況下，坍塌或者損壞等，為此在設(shè)計(jì)荷載時(shí)，一定要多加注意可變性荷載，尤其是偶然荷載，雖然偶然荷載出現(xiàn)的概率比較低，但是也需要慎重考慮的。

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