建筑结构上的荷载其分类

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【摘 要】作用或荷载按随时间的变异分类,是对荷载的基本分类.它直接关系到概率模型的选择,而且按各类极限状态设计时所采用的代表值与其出现的持续时间长短有关.国家标准将荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载三类.

【关 键 词】建筑；结构；荷载；分类

使结构产生效应的各种原因称为作用.直接施加在建筑结构上的集中力或分布力为直接作用,引起结构外加变形或约束变形的原因(如地基变形、混凝土收缩、焊接变形、温度变化或地震等)为间接作用.通常将直接作用称为荷载,间接作用称为××作用(如地震作用).荷载可按随时间、空间的变异和结构反应特点来分类.

1按随时间的变异分类

1.1永久荷载

永久荷载是指在结构使用期间,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.

永久荷载的特点是其统计规律与时间参数无关,可采用随机变量概率模型来描述.例如结构自重(材料自身重量产生的荷载――重力),其量值在整个设计基准期内基本保持不变或单调变化而趋于限值,其随机性只是表现在空间位置的变异上.结构自重习惯上称为恒荷载,简称恒载.

结构上的永久荷载除结构自重外,还包括土压力、预应力等.当水位不变时,水压力按永久荷载考虑.

1.2可变荷载

可变荷载是指在结构使用期间,其值随时间变化,且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载.

可变荷载的特点是其统计规律与时间参数有关,必须采用随机过程概率模型来描述.

建筑结构上的可变荷载有楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等.水位变化时,水压力按可变荷载考虑.

1.3偶然荷载

偶然荷载是指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.偶然荷载的特点是在结构设计基准期内可能不出现,一旦出现量值很大、持续时间很短.建筑结构上的偶然荷载包括爆炸力、撞击力.罕遇地震(千年一遇的大震)是间接作用,只能称为偶然作用,而不是偶然荷载.

2按空间位置的变异分类

荷载按空间位置的变异分类,是由于进行荷载效应组合时,必须考虑荷载在空间的位置及其所占面积大小.根据空间位置变异,荷载可分为固定荷载和自由荷载两类.

2.1固定荷载

固定荷载是指在结构上具有固定分布的荷载.其特点是荷载出现的空间位置固定不变,但其量值可能具有随机性.例如楼面上固定的设备荷载、屋面上的水箱重力等,都属于固定荷载.

2.2自由荷载

自由荷载是指在结构上一定范围内可以任意分布的荷载.其特点是可以在结构一定的空间上任意分布,出现的位置和量值都可能是随机的.例如,厂房的吊车荷载、教室内的人员荷载就是自由荷载.楼面上、屋面上的自由荷载又称为活荷载,简称活载.

3按结构的反应特点分类

荷载按结构的反应特点分类,主要是因为进行结构分析时,对某些出现在结构上的荷载需要考虑其动力效应.由此可分为静态荷载和动态荷载两类,其依据不在于荷载本身是否具有动力特性,主要在于它是否引起结构不可忽略的加速度.

3.1静态荷载

静态荷载是指使结构产生的加速度可以忽略不计的荷载.楼面上的活荷载,本身可能具有一定的动力特性,但使结构产生的动力效应可以忽略不计,归类为静态荷载.

3.2动态荷载

动态荷载是指使结构产生的加速度不可以忽略不计的荷载.动态荷载或动力荷载需要用结构动力学方法进行结构分析,但对于吊车荷载,设计时可采用增大量值的方法按静力荷载处理,预制构件的搬运、吊装受力分析也可作如此处理.

3.3永久荷载代表值

永久荷载主要是结构自重及粉刷、装修、固定设备等的重量.变异来源于单位体积重量的变异和结构(构件)尺寸的不定性,经过研究发现永久荷载的变异性不大,而且多为正态分布,所以一般以其分布的均值作为荷载标准值,即可按结构设计规定的尺寸和材料或构件单位体积的白重(或单位面积的自重)平均值确定.对于白重变异性较大的材料,尤其是制作屋面的轻质材料,考虑到结构的可靠性,在设计中应根据荷载对结构的有利或不利,分别取其自重的下限值或上限值.

4可变荷载代表值

4.1可变荷载代表值的概念

可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值.

4.1.1可变荷载标准值

由于荷载本身的随机性,最大荷载也是随机变量,原则上也可用它的统计分布来描述.对某类荷载,当有足够资料而有可能对其统计分布做出合理估计时,可取最大荷载分布的特征值为标准值.对大部分自然荷载,包括风荷载、雪荷载,习惯上都以其规定的平均重现期来定义标准值；对资料不充分的可变荷载,根据已有工程实践经验,通过分析判断,协议一个公称值作为标准值.

4.1.2可变荷载组合值

可变荷载组合值是指使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率,能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载.可变荷载组合值可作如下理解：两种或两种以上的可变荷载同时作用于结构上时,所有可变荷载都达到其单独出现时可能达到的最大值的概率极小,因此除主导荷载仍可以其标准值为代表值以外,其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载为代表值,此值即为可变荷载组合值.

4.2可变荷载取值

4.2.1民用建筑楼面均布活荷载

民用住宅、商店、办公楼等楼面人群荷载、家具、办公桌椅、商品柜台等活荷载具有时间和空间变异,按均匀分布荷载建立统计模型,经过大量调查,并进行统计分析确定取值.

4.2.2吊车荷载

吊车有手动吊车、电动葫芦和桥式吊车等类型.由小车和桥架组成,小车在桥架上作横向移动,而桥架或大车可沿吊车梁作纵向移动.吊车荷载是单层工业厂房中主要的可变荷载.

吊车竖向荷载标准值,应采用吊车的最大轮压或最小轮压.吊车轮压取决于吊车自重和额定起吊重量.实践表明,由各工厂设计生产的相同型号的起重机械,参数和尺寸不完全一样,所以,结构设计时应直接参照制造厂商的产品规格作为确定轮压的依据.吊车的水平荷载分纵向和横向两种,分别由吊车的大车和小车的运行机构在启动或制动时引起的惯性力产生,惯性力为运行质量与运行加速度的乘积,但必须通过制动轮与钢轨间的摩擦传递给厂房结构.因此,吊车的水平荷载取决于制动时的轮压和它与钢轨间的滑动摩擦系数.