建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范

鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

設(shè)計專項基礎(chǔ)模塊第六部分建筑結(jié)構(gòu)荷載1建筑結(jié)構(gòu)荷載本章講述了建筑結(jié)構(gòu)承受的各種作用，包括直接作用和間接作用。主要講述了《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009—2012）中的各種荷載。討論了荷載的分類，荷載代表值，各類荷載標準值的確定。本章提要本章內(nèi)容1.1

荷載的分類1.2

荷載代表值1.3

永久荷載標準值1.4

樓面和屋面活荷載1.5

雪荷載1.6

風(fēng)荷載1.1荷載的分類在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載。例如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。永久荷載不隨時間變化，長期作用在結(jié)構(gòu)上，在結(jié)構(gòu)上的作用位置也不變。1.1.1永久荷載1.1.2可變荷載在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間變化，且變化與平均值相比不可以忽略不計的荷載。例如樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載等?？勺兒奢d的大小隨時間而變，作用位置可變，且像風(fēng)荷載、吊車荷載等能引起結(jié)構(gòu)振動，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生加速度。1.1.3偶然荷載在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的荷載。例如爆炸力、撞擊力等。1.2荷載代表值

《荷載規(guī)范》規(guī)定：對永久荷載應(yīng)采用標準值作為代表值。對可變荷載應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求采用標準值、組合值、頻遇值或準永久值作為代表值。對偶然荷載應(yīng)按建筑結(jié)構(gòu)使用的特點確定其代表值。1.2.1荷載標準值

荷載標準值是荷載的基本代表值，指結(jié)構(gòu)在使用期間可能出現(xiàn)的最大荷載值。荷載標準值統(tǒng)一由設(shè)計基準期（50年）最大荷載概率分布的某個分位值來確定，有永久荷載標準值（Gk)和可變荷載標準值（Qk）。1.2.2可變荷載組合值當結(jié)構(gòu)同時承受兩種或兩種以上的可變荷載時，考慮到荷載同時達到最大值的可能性較小，因此除主導(dǎo)荷載（產(chǎn)生最大荷載效應(yīng)的荷載）仍以其標準值為代表值外，對其它伴隨荷載，可以將它們的標準值乘以一個小于或等于1的荷載組合系數(shù)作為代表值，稱為可變荷載組合值，即1.2.3可變荷載頻遇值

在設(shè)計基準期內(nèi)，其超越的總時間為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。它相當于在結(jié)構(gòu)上時而或多次出現(xiàn)的較大荷載，但總是小于荷載的標準值。其值等于可變荷載標準值乘以可變荷載頻遇值系數(shù)：1.2.4可變荷載準永久值在設(shè)計基準期內(nèi)，其超越的總時間約為設(shè)計基準值一半（可以理解為總持續(xù)時間不低于25年）的荷載值，也就是經(jīng)常作用于結(jié)構(gòu)上的可變荷載。其值等于可變荷載標準值乘以可變荷載準永久值系數(shù)：1.3永久荷載標準值

永久荷載主要包括構(gòu)件的自重、構(gòu)造層的自重等。恒荷載的變異性不大，故其標準值可根據(jù)構(gòu)件或構(gòu)造層的設(shè)計尺寸和材料或構(gòu)件的單位自重確定。常見材料和構(gòu)件的單位自重見附表1。對于自重變異較大的材料和構(gòu)件（如現(xiàn)場制作的保溫材料、混凝土薄壁構(gòu)件等），自重的標準值應(yīng)根據(jù)對結(jié)構(gòu)的不利狀態(tài)，取上限值或下限值。1.4樓面和屋面活荷載

樓面活荷載是指作用在樓面上的人員、家具、設(shè)備等荷載。按樓面等效均布活荷載的確定方法，將實際荷載換算成為等效均布活荷載，再經(jīng)統(tǒng)計分析后，確定活荷載的標準值。民用建筑樓面均布活荷載的標準值及其組合值、頻遇值和準永久值系數(shù)見表1.1。設(shè)計墻、柱及基礎(chǔ)時應(yīng)對各層樓面的樓面活荷載標準值進行折減。樓面活荷載折減系數(shù)見表1.2、表1.31.4.1民用建筑樓面均布活荷載表1.1民用建筑樓面均布活荷載標準值及其組合值、頻遇值和準永久值系數(shù)表1.2樓面活荷載折減系數(shù)表1.3活荷載按樓層數(shù)的折減系數(shù)墻、柱、基礎(chǔ)計算截面以上的層數(shù)12~34~56~89~20＞20計算截面以上各樓層活荷載總和的折減系數(shù)1.00(0.900.850.700.650.600.551.4.2屋面均布活荷載屋面上的活荷載因“上人”和“不上人”而不同。上人的屋面承受人群和施工檢修等荷載；不上人的屋面只承受施工檢修時施工、檢修人員以及堆料等重力。屋面均布活荷載見表1.4。表1.4屋面均布活荷載項次類別標準值(kN/m2)組合值系數(shù)ψc頻遇值系數(shù)ψf準永久值系數(shù)ψq1不上人的屋面0.50.70.502上人的屋面2.00.70.50.43屋頂花園3.00.70.60.51.4.3施工和檢修荷載及欄桿水平荷載設(shè)計屋面板、檁條，鋼筋混凝土挑檐、雨篷和預(yù)制小梁時，施工或檢修集中荷載（人和小工具的自重）應(yīng)取1.0kN，并應(yīng)在最不利位置處進行驗算。

（1）對于輕型構(gòu)件或較寬構(gòu)件，當施工荷載超過上述值時，應(yīng)按實際情況驗算，或采用加墊板、支撐等臨時設(shè)施承受。

（2）當計算挑檐、雨篷承載力時，應(yīng)沿板寬每隔1.0m取一個集中荷載；在驗算挑檐、雨篷傾覆時，應(yīng)沿板寬每隔2.5~3.0m取一個集中荷載。

（3）樓梯、看臺、陽臺和上人屋面等的欄桿頂部水平荷載，應(yīng)按下列規(guī)定采用：

①住宅、宿舍、辦公樓、旅館、醫(yī)院、托兒所、幼兒園，應(yīng)取0.5kN/m；

②學(xué)校、食堂、劇場、電影院、車站、禮堂、展覽館或體育場，應(yīng)取1.0kN/m。當采用荷載準永久組合時，可不考慮施工和檢修荷載及欄桿水平荷載。1.4.4荷載動力系數(shù)結(jié)構(gòu)受動力作用時，應(yīng)將荷載增大，這個增大系數(shù)就叫荷載動力系數(shù)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的動力計算，在有充分依據(jù)時，可將重物或設(shè)備的自重乘以動力系數(shù)后，按靜力計算進行設(shè)計。搬運和裝卸重物以及車輛起動和剎車時的動力系數(shù)，可采用表1.1~1.3，其動力荷載只傳至樓板和梁。1.5雪荷載

雪荷載是指房屋上由積雪而產(chǎn)生的荷載。雪荷載是作用在屋面上的?！逗奢d規(guī)范》規(guī)定，屋面水平投影面上的雪荷載標準值，應(yīng)按下式計算：

基本雪壓是雪荷載的基準壓力，一般按當?shù)乜諘缙教沟孛嫔戏e雪自重的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)計得出50年一遇最大值確定。屋面上的雪荷載標準值不等于基本雪壓，而應(yīng)將基本雪壓乘以屋面積雪分布系數(shù)μr。屋面積雪分布系數(shù)μr的意義是基本雪壓換算為屋面水平投影面上的雪荷載的換算系數(shù)。具體數(shù)值見表1.5。設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)及屋面的承重構(gòu)件時，可按下列規(guī)定考慮積雪的分布情況：

①屋面板和檁條按積雪不均勻分布的最不利情況考慮；

②屋架可分別按積雪全跨和半跨均勻分布的情況考慮；

③框架和柱可按積雪全跨均勻分布情況考慮。雪荷載的組合值系數(shù)可取0.7；頻遇值系數(shù)可取0.6；準永久值系數(shù)應(yīng)按雪荷載分區(qū)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的不同，分別取0.5、0.2、0；雪荷載分區(qū)應(yīng)按規(guī)范中的規(guī)定采用。表1.5屋面積雪分布系數(shù)μr

風(fēng)荷載的大小與基本風(fēng)壓、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)荷載體型系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)有關(guān)。《荷載規(guī)范》規(guī)定，垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標準值，應(yīng)按下述公式計算：

（1）

當計算主要承重結(jié)構(gòu)時

（2）

當計算圍護結(jié)構(gòu)時1.6風(fēng)荷載1.6.1基本風(fēng)壓

基本風(fēng)壓是風(fēng)荷載的基準壓力，一般按當?shù)乜諘缙教沟孛嫔?0m高度處10min平均的風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)計得出50年一遇最大值確定的風(fēng)速，再考慮相應(yīng)的空氣密度，按公式w0=1/2pv02確定的風(fēng)壓值?；撅L(fēng)壓可從《荷載規(guī)范》附錄中查得。風(fēng)荷載的組合值、頻遇值和準永久值系數(shù)可分別取0.6、0.4、0。1.6.2風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)速是隨距地面的高度增加而增加的，故風(fēng)壓也是隨離地面高度增加而增加的。風(fēng)速隨高度的變化規(guī)律主要取決于地面的粗糙程度。但當離地面450m以上時，風(fēng)速即不受地面粗糙程度的影響，風(fēng)壓高度變化系數(shù)為常數(shù)。

地面粗糙度是指風(fēng)在到達結(jié)構(gòu)物以前吹越過2km范圍內(nèi)的地面時，描述該地面上不規(guī)則障礙物分布狀況的等級。規(guī)范將地面粗糙度分為A、B、C、D四類。

A類——指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；

B類——指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；

C類——指有密集建筑群的城市市區(qū)；

D類——指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。1.6.3風(fēng)荷載體型系數(shù)

風(fēng)荷載體型系數(shù)是指風(fēng)作用在建筑物表面上所引起的實際壓力（或吸力）與來流風(fēng)壓的比值，它描述的是建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力的分布規(guī)律，主要與建筑物的體型和尺度有關(guān)，也與周圍環(huán)境和地面粗糙度有關(guān)。幾種常見體型建筑物的風(fēng)荷載體型系數(shù)見表1.6。表1.6常見建筑物的風(fēng)荷載體型系數(shù)μs

1.6.4風(fēng)振系數(shù)

《荷載規(guī)范》規(guī)定，以風(fēng)振系數(shù)βz來描述動力反應(yīng)的影響。規(guī)定對于高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋結(jié)構(gòu)，以及基本自振周期T1大于0.25s的塔架、桅桿、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用風(fēng)振系數(shù)來描述風(fēng)壓脈動的影響，具體計算方法見規(guī)范。對于高度低于30m或高寬比小于1.5的房屋以及自振周期T1＜0.25s的塔架、桅桿、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)，取βz=1.0。一、抗震的基本知識震級：衡量一次地震釋放能量大小的等級震級的測試方法：利用標準地震儀距離震中100公里處記錄的以微米為單位的最大水平地面位移?；玖叶龋阂粋€地區(qū)的基本烈度是指該地區(qū)在今后50年期限內(nèi),在一般場地條件下可能遭遇的超越概率為10%的地震烈度。地震烈度：地震時在一定地點振動的強烈程度。

一次地震，只有一個震級，而在不同的地區(qū)卻有不同的烈度（12個）建筑抗震設(shè)防分類乙類建筑——丙類建筑——丁類建筑——甲類建筑——屬于重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災(zāi)害的建筑屬于地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的建筑屬于甲、乙、丁類建筑以外的一般建筑屬于抗震次要建筑抗震設(shè)防目標（三水準設(shè)防目標）第一水準：第二水準：第三水準：當遭受到多遇的低于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震(簡稱小震)影響時，建筑一般應(yīng)不受損壞或不需修理仍能繼續(xù)使用。即“小震不壞”當遭受到本地區(qū)設(shè)防烈度影響時，建筑可能有一定的損壞，經(jīng)一般修理或不經(jīng)修理仍能繼續(xù)使用。即“中震可修”當遭受到高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震(簡稱大震)時，建筑不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞。即“大震不倒”建筑抗震設(shè)計方法（兩階段設(shè)計方法）第一階段設(shè)計：第二階段設(shè)計：按小震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)的基本組合驗算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力，以及在小震作用下驗算結(jié)構(gòu)的彈性變形以滿足第一水準抗震設(shè)防目標在大震作用下驗算結(jié)構(gòu)的彈塑性變形以滿足第三水準抗震設(shè)防目標以抗震構(gòu)造措施來加以保證第二水準抗震設(shè)防目標的要求二、地震作用的計算方法建筑物由于地震而發(fā)生強迫震振動的過程中，作用在結(jié)構(gòu)上的慣性力。由力學(xué)知：加速度反應(yīng)譜曲線體系的加速度地震作用反應(yīng)譜理論單質(zhì)點彈性體系多質(zhì)點彈性體系單質(zhì)點彈性體系計算簡圖質(zhì)點（單層房屋、水塔）慣性力位移最大加速度地面運動位移最大加速度加速度反應(yīng)譜曲線（地震影響系數(shù)曲線）—P28設(shè)計特征周期與場地類別有關(guān)與設(shè)防烈度有關(guān)P29表2-10三、等效水平荷載計算方法底部剪力法振型分解反應(yīng)譜方法彈性時程分析法1.8度地區(qū)Ⅰ、Ⅱ場地；2.7度地區(qū)，高度大于100m；3.8度地區(qū)Ⅲ、Ⅳ場地，高度大于80m；4.9度地區(qū)，高度大于60m。高度不超過40m，以剪切變形為主，剛度與質(zhì)量沿高度分布比較均勻的建筑物一般高層建筑物用于下列建筑：1.底部剪力法FEK：結(jié)構(gòu)總水平地震作用的標準值α1：相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本周期T1的α值Geq：結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值Gi：第i層重力荷載代表值(永久荷載與可變荷載的組合值）（底部剪力）1.底部剪力法Fi：作用在I質(zhì)點上的水平地震作用標準值2.振型分解反應(yīng)譜方法用集中質(zhì)量法，把n層結(jié)構(gòu)簡化為n個質(zhì)點組成的n

個自由度的體系，求得其振型。(1)第j振型，第i質(zhì)點等效水平地震作用標準值:━相應(yīng)于第j振型自振周期的地震影響系數(shù)━第j振型參與系數(shù)━第j振型第i質(zhì)點的水平相對位移━集中于質(zhì)點i的重力荷載代表值(2)求解結(jié)構(gòu)水平地震效應(yīng)用Fji分別求出第j個振型下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移