工业与民用建筑的设计要求和荷载取值

工业与民用建筑——从课堂走向工程理论实践工业与民用建筑多属于建筑工程范围，从普通意义上讲就是房屋建筑。工业建筑是指直接为生产服务的建筑，包括厂房、车间等；民用建筑则是满足人们生产生活需要的辅助性建筑，包括：普通住宅楼，写字楼，各种综合楼等等。与桥梁工程、隧道工程、交通工程，工程防灾与风险评估列属于土木工程。从目前学习的过程来看，它包括了高等数学、概率论、物理学等基础知识，专业基础课程有材料力学，结构力学、弹性力学、流体力学、材料学、房屋建筑学、专业英语，混凝土钢结构原理等等。建筑工程因涉及人类生活建筑和建造的各个方面，从家到办公室到商店到学校，生活的每一个方面都离不开一个遮风挡雨，给我们温暖的房子，社会主义温饱工程就是以解决百姓吃住为出发点，而社会主义小康社会建设则是在原有基础上提供给人民更好的居住环境和更多的生活设施，这些都离不开我们土木人的努力和付出，因此，作为一个土木人，在学好本专业给人民谋幸福的同时，我们不禁产生一种自豪感，自豪的来源就是这些我们的作品和成就。随着时代的发展，建筑行业日新月异，建筑从最初的遮风挡雨和提供温暖的住所逐渐走向了艺术和观赏的道路，建筑带给人们越来越多的视觉震撼和审美新视野，同时人类的需求也对建筑的多功能提出了很大的挑战，对建筑工程技术的发展和创新提供了挑战和动力。从08年北京奥运的水立方、鸟巢、五棵松体育馆到2010上海世博国家馆、世博中心以及上海金融中心、上海大厦等一系列建筑的辉煌崛起，我们看到了建筑行业的蓬勃发展和欣欣向荣，我们有理由相信，掌握好了基础知识，积极参加工程实践，在未来的社会上，作为土木人我们可以有更大的作用！进行建筑结构设计，要做到技术先进。经济合理、安全适用、确保质量，首先我们必须遵从的就是《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068—2001）的规定，使结构在规定的使用年限内具有足够的可靠度。超过了使用年限结构的可靠度就会下降，确保结构的使用年限内的可靠度这是“标准”的强制性要求。一般来说结构的可靠指标与其极限状态有关，最普遍的年限分类见下表：结构使用年限分类类别设计使用年限示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构工程建筑一般分上部结构和下部结构，上部结构是指地面以上的部分，下部是指地面以下的部分。对地基基础，在《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068—2001)中特别强制规定了对地基基础等级的要求：“地基基础设计安全等级及按抗震要求设计时建筑结构的安全等级，尚应符合国家现行有关规范的规定。”同时“基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数不应小于1.0。”与工程建筑可靠度指标紧密关系的另外一个名词就是建筑所将会承受的各种荷载作用，这里按照荷载随时间的变异分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。永久荷载应根据其建筑结构的构造确定。例如，钢筋混凝土现浇楼面，通常有现浇楼面板自重、班上找平层自重和板底抹灰层自重三个部分组成，若该建筑物需要吊顶，则应包括吊顶自重。在我国《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)给出了常用材料和构建自重以供查用，其中代表性的：钢筋混凝土重力密度25KN/㎡﹒m，水泥砂浆重力密度20KN/㎡﹒m以及混合砂浆重力密度17KN/㎡﹒m。可变荷载分为楼面和屋面活荷载、雪荷载、风荷载这三大工程中常见到的荷载类型。对于不同使用功能的建筑，可变荷载的取值是不同的，我国《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）中给出了楼面和屋面活荷载的取值。雪荷载因我国地域辽阔，各地个季节气候因素影响不一，所以取之不尽相同。在荷载规范中给出了全国各城市重现期n为10年、50年和100年。在建筑结构设计时，基本雪压S0应按50年一遇来计算。其中雪荷载标准值的计算可以按下列公式进行：Sk=μrs0其中μr为雪荷载标准值(`kN/m^2`)；对于风荷载，其基本计算公式为Wk=βzμsμzW0Wk——风荷载标准值kPa（kN/㎡）μs——体型系数；《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)给出了全国各城市的重现期为10年、50年和100年的风压值，建筑结构设计时基本风压按50年一遇的风压值采用，但不得小于0.3KN/㎡。同时风压高度变化系数应根据地面粗糙度和离地面或海平面的高度确定，其中荷载规范中对于地面粗糙度的分类有A类：近海海面及海岛、海岸、湖岸、及沙漠地区；B类：田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C类：有密集建筑群的城市市区；D类：有密集建筑群且房屋较高的城市市区这四大类。风载体型系数由建筑物外形决定。对不考虑风压脉动对结构的影响时βz可取1.0。在进行结构设计时，必须要考虑到的还有一个因素就是偶然荷载作用，具体指在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间较短的荷载，例如地震、爆炸和海啸等。我国是一个地震多发国家，地处亚欧地震带和环太平洋地震带边缘，每年因地震给我国带来的经济损失和人员死亡不计其数，严重印象了我国社会主义建设。2008年5月12日在我国四川汶川发生8级特大地震。据统计，地震共计造成67183人遇难，361822人受伤，失踪20790人。紧急转移安置1500.6341万人，累计受灾人数4561.2765万人。仅就工业而言，四川全省有22428家企业受到不同程度灾害，经济损失超过2000亿元，企业职工遇难4414人，受伤12545人。灾后，国家和人民捐款数以百亿计以供灾后重建。因此做好建筑的防灾减灾工作，尤其是我国地震多发地带的建筑抗震，有着重大的社会意义和战略意义。在实际工程实践中，对各类建筑的抗震计算应分别采用以下方法：1．高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化法。2．除一款外的结构建筑，宜采用振型分解反应谱法。3．特别不规则的建筑，甲类建筑和规定范围高度的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震的补充计算；可取多条时程曲线计算结果平均值与振型分解反应谱法计算结果较大值。同时，建筑结构的地震影响系数应该根据烈度、场地类别、设计地震分组，以及结构的自振周期和阻尼比来确定，地震的影响系数曲线如下图所示，分四个阶段：上述四个公式分别对应四个阶段：（1）直线上升阶段，周期小于0.1s的区段；（2）水平段，自0.1s至特定周期段；（3）曲线下降段，自特征周期至五倍特征周期段；（4）直线下降段，自五倍周期段至6s区段。另外还应根据可变荷载的特征取值组合系数以及阻尼调整系数和阻尼衰减系数。这些只是对有关工程建筑设计要求文件的学习，更多的工程问题，工程技术需要我们在现实的工程项目中去自己体悟和学习。工程理论的实践注定要联系和应用到实际的工程项目中去，从专业的角度来讲，一个完整的结构工程设计和施工有以下步骤：(1)了解项目内容，例如，要求建设某一厂办公楼，二跨三层，跨度6.3m和5.1m，长度42.9m，柱子之间距离为3.9m，房屋总高度10.85m，通过建筑设计人员拿到施工目标立面图和剖面图，以及各层平面布置详图。(2)素土夯实，做好地面地基工程。(3)楼面，屋面项目。(4)内墙和外墙饰面。(5)顶棚工程。(6)楼梯间平台楼面和踏面。(7)门窗五金以及楼梯栏杆和扶手。这些都是工程结构设计和施工在实际运用中的基本步骤。除此之外，对楼板设计的荷载、次梁设计的荷载、边框架设计的荷载的计算也是重点。其中在对边框设计的荷载计算中还必须要考虑到风荷载和地震荷载的影响。在判定结构是否安全的时候，对截面设计的要求原则是荷载效应小于或等于结构抗力即：γ0S≤R此时，结构才是安全可靠的。总之，作为土木学科的一员，学好理论基础知识，积极联系国家出台的有关学科方面的政策法规，多做实践性工程项目，在实践中检验自己，锻炼自己，丰富体系知识，扩大学科理论，增强工程实践，才能成为一个合格的土木工程人才，才能在未来的社会上做出自己的一番成就。