建筑结构荷载规范讲解

1建筑结构荷载本章讲述了建筑结构承受的各种作用，包括直接作用和间接作用。主要讲述了《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）中的各种荷载。讨论了荷载的分类，荷载代表值，各类荷载标准值的确定。本章提要本章内容1.1荷载的分类1.2荷载代表值1.3永久荷载标准值1.4楼面和屋面活荷载1.5雪荷载1.6风荷载1.1荷载的分类在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。例如结构自重、土压力、预永久荷载不随时间变化，长期作用在结构上，在结构上的作用位置也不变。1.1.1永久荷载1.1.2可变荷载在结构使用期间，其值随时间变化，且变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、可变荷载的大小随时间而变，作用位置可变，且像风荷载、吊车荷载等能引起结构振动，使结构产生加速度。1.1.3偶然荷载在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如爆炸力、撞击力1.2荷载代表值《荷载规范》对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代1.2.1荷载标准值荷载标准值是荷载的基本代表值，指结构在使用期间可能出现的最大荷载值。荷载标准值统一由设计基准期（50年）最大荷载概率分布的某个分位值来确定，有永久荷载标准值（Gk)和可变荷载标准值（Qk）。1.2.2可变荷载组合值当结构同时承受两种或两种以上的可变荷载时，考虑到荷载同时达到最大值的可能性较小，因此除主导荷载（产生最大荷载效应的荷载）仍以其标准值为代表值外，对其它伴随荷载，可以将它们的标准值乘以一个小于或等于1的荷载组合系数作为代表值，称为可变荷载组合值CCkQQ1.2.3可变荷载频遇值在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。它相当于在结构上时而或多次出现的较大荷载，但总是小于荷载的标准值。其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载频遇值ffkQQ1.2.4可变荷载准永久值在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准值一半（可以理解为总持续时间不低于25年）的荷载值，也就是经常作用于结构上的可变荷载。其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载准永久值系数：qqkQQ1.3永久荷载标准值永久荷载主要包括构件的自重、构造层的自重恒荷载的变异性不大，故其标准值可根据构件或构造层的设计尺寸和材料或构件的单位自重确定。常见材料和构件的单位自重见附表1对于自重变异较大的材料和构件（如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件等），自重的标准值应根据对结构的不利状态，取上限值或下限值。1.4楼面和屋面活荷载楼面活荷载是指作用在楼面上的人员、家具、设备等荷载。按楼面等效均布活荷载的确定方法，将实际荷载换算成为等效均布活荷载，再经统计分析后，确定活荷载的标准值。民用建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数见表1.1。设计墙、柱及基础时应对各层楼面的楼面活荷载标准值进行折减。楼面活荷载折减系数见表1.2、表1.31.4.1民用建筑楼面均布活荷载表1.1民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数表1.2楼面活荷载折减系数表1.3活荷载按楼层数的折减系数墙、柱、基础计算截面以上的层数12~34~56~89~20＞20计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数1.00(0.900.850.700.650.600.551.4.2屋面均布活荷载屋面上的活荷载因“上人”和“不上人”而不同。上人的屋面承受人群和施工检修等荷载；不上人的屋面只承受施工检修时施工、检修人员以及堆料等重力。屋面均布活荷载见表1.4。表1.4屋面均布活荷载项次类别标准值(kN/m2)组合值系数ψc频遇值系数ψf准永久值系数ψq1不上人的屋面0.50.70.502上人的屋面2.00.70.50.43屋顶花园3.00.70.60.51.4.3施工和检修荷载及栏杆水平荷载设计屋面板、檩条，钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，施工或检修集中荷载（人和小工具的自重）应取1.0kN，并应在最不利位置处进行验算。（1）对于轻型构件或较宽构件，当施工荷载超过上述值时，应按实际情况验算，或采用加垫板、（2）当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔1.0m取一个集中荷载；在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔2.5~3.0m（3）楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶①住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，应取0.5kN/m②学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取1.0kN/m当采用荷载准永久组合时，可不考虑施工和检修荷载及栏杆水平荷载。1.4.4荷载动力系数结构受动力作用时，应将荷载增大，这个增大系数就叫荷载动力系数建筑结构设计的动力计算，在有充分依据时，可将重物或设备的自重乘以动力系数后，按静力计搬运和装卸重物以及车辆起动和刹车时的动力系数，可采用表1.1~1.3，其动力荷载只传至楼板和1.5雪荷载雪荷载雪荷载是作用在屋面上的。《荷载规范》规定，屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：基本雪压是雪荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上积雪自重的观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定。0krSS屋面上的雪荷载标准值不等于基本雪压，而应将基本雪压乘以屋面积雪分布系数μr。屋面积雪分布系数μr的意义是基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。具体数值见表1.5。设计建筑结构及屋面的承重构件时，可按下列规定考虑积雪的分布情况：①屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情②屋架可分别按积雪全跨和半跨均匀分布的情况考虑；③框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况考虑。雪荷载的组合值系数可取0.7；频遇值系数可取0.6；准永久值系数应按雪荷载分区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的不同，分别取0.5、0.2、0；雪荷载分区应按规范中的规定采用。表1.5屋面积雪分布系数μr风荷载的大小与基本风压、风压高度变化系数、风荷载体型系数和风振系数有关。《荷载规范》规定，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下（1）当计算主要承重结构时（2）当计算围护结构时1.6风荷载0kzsz0kgzsz1.6.1基本风压基本风压是风荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密度，按公式w0=1/2pv02确定的风压值。基本风压可从《荷载规范》附录中查得。风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取0.6、0.4、0。1.6.2风压高度变化系数风速是随距地面的高度增加而增加的，故风压也是随离地面高度增加而增加的。风速随高度的变化规律主要取决于地面的粗糙程度。但当离地面450m以上时，风速即不受地面粗糙程度的影响，风地面粗糙度是指风在到达结构物以前吹越过2km范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状况的等级。规范将地面粗糙度分为A、B、C、D四类。A类——指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠B类——指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比C类——D类——指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。1.6.3风荷载体型系数风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与来流风压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。几种常见体型建筑物的风荷载体型系数见表1.6。表1.6常见建筑物的风荷载体型系数μs1.6.4风振系数《荷载规范》规定，以风振系数βz来描述动力反应的影响。规定对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，以及基本自振周期T1大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，应采用风振系数来描述风压脉动的影响，具体计算方法见规范。对于高度低于30m或高宽比小于1.5的房屋以及自振周期T1＜0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，取βz=1.0。