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297荷载7.1荷载的分类建筑结构在使用和施工期间要承受各种作用。所谓“作用”是指使结构产生内力和变形的所有原因。作用就其形式而言可分为两类。一类是以力的形式作用于结构上的，称为直接作用，包括结构自重、楼面上的人群及物品重、风压力、雪压力、土压力等；另一种是以变形的形式作用于结构上的，称为间接作用，包括地震、基础沉降、混凝土收缩、温度变形、焊接变形等。由于习惯的原因，也常将作用称为荷载。荷载按其随时间的变异性和出现的可能性不同，可分为三类。永久荷载其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，如结构自重、土重等。可变荷载其值随时间而变化，且其变化与平均值相比不可忽略，如楼面活荷载，屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。偶然荷载在结构设计基准期内不一定出现，但它一旦出现，其量值很大且持续时间较短。如地震、爆炸、撞击等。永久荷载和可变荷载在结构设计时都必须加以考虑。偶然荷载在一般的结构设计中只考虑了其中的地震荷载。竖向荷载是指作用方向竖直向下的荷载，竖向荷载都是由物体的重量产生的，也称重力荷载。水平荷载是指作用方向水平的荷载，如凤荷载和水平地震作用等。水平荷载也被称为侧向荷载或侧力。一般常说的恒载的正式名称是永久荷载，活荷载的正式名称是可变荷载。在正式应用中，“活荷载”仅限于特指屋、楼面活荷载和施工活荷载。民用建筑结构的恒载主要是房屋的自重，有时也包括一些固定的、自重较大的设备的重量。民用建筑上的恒载按每平方米楼面面积，混合结构房屋及混凝土结构房屋约为9-11kN，钢结构房屋约为6-8kN。凤荷载的基本数值为基本风压，是按30年一遇的标准确定的；雪荷载基本数值为基本雪压，也是按30年一遇的标准确定的。房屋设计时采用的风压力和雪压力都要在基本风压和基本雪压的基础上考虑各种场地和建筑体形等方面的因素进行计算调整。楼面活荷载是指楼面上的人群及物品重量引起的竖向荷载，其特点在于：人及物品的重量是多个不大的集中荷载，它们的数量、大小和位置不断发生改变而且没有固定的规律。这样的荷载只能转化为等效均布荷载来考虑；“等效”的原则是：各集中荷载在楼板中产生的30跨中弯矩总和等于等效均布荷载单独产生的跨中弯矩。确定楼面活荷载的基本理论是等效均布荷载的原理，但在很大程度上靠的也是工程经验。当荷载的数值较大、而且大小变化和移动方式有一定规律时，就不采用等效均布荷载的办法处理，而是按移动荷载考虑。一般建筑结构中较少有移动荷载，往往仅见于厂房中的吊车荷载。屋面分为上人屋面和不上人屋面，上人屋面的活荷载按楼面考虑。不上人屋面也要考虑施工和维修时的人员和物品重量，称为施工活荷载。施工活荷载和雪荷载不同时考虑。对于某些类型的工业厂房，屋面荷载中还要考虑积灰荷载。31地震作用是按50年一遇考虑的。地震作用的本质是惯性力，要根据结构动力学的原理来计算。7.2荷载的代表值荷载的大小有随机性，但设计时又必须使用确定的数值。因此规范对常见的各类荷载规定了代表值，结构设计时就以这些代表值为准。这些代表值是在调查统计的基础上再经过一定的理论分析和工程经验总结决定的。根据结构计算所需，常用的荷载的代表值分为三种，分别为标准值、组合值、准永久值。标准值是荷载的基本代表值。恒载的标准值一般相当于恒载的平均值；活荷载的标准值一般相当于结构正常使用中荷载可能达到的最大的数值。组合值只用于活荷载。当同时作用于结构上的活荷载不止一个而是两个或两个以上时，各个荷载在同一时刻都达到各自的最大值，其可能性是非常非常小的，因此这种情况下可以将活荷载折减一些。规范采用荷载组合值系数乘以活荷载来表达和计算活荷载的组合值。准永久值也只用于活荷载。设计中有时要考虑活荷载长期作用的影响，比如计算混凝土构件的变形时。这时如果取用活荷载的标准值，就等同于认为活荷载始终以最大值作用于结构，这明显是不符合实际的，会导致错误的计算结果。在这种情况下，就必须使用活荷载的准永久值。荷载准永久值是指可变荷载在结构使用期内经常达到或超过的荷载值，它对结构的影响在性质上仅次于永久荷载，并有类似于永久荷载的长期作用性。准永久值也可近似地理解为长期作用的活荷载的一般值或平均值。规范采用荷载准永久值系数乘以活荷载来表达和计算活荷载的准永久值。在针对结构承载能力进行设计时，直接使用荷载标准值计算还不够安全，一般还必须将荷载标准值乘以一个大于1的系数来扩大，当荷载对结构有利时乘以0.9,才能保证有足够的安全性。这个系数称为荷载分项系数，扩大以后的荷载值称为荷载设计值。进行结构强度计算时必须使用荷载设计值。规范对荷载分项系数的确定综合了概率统计、结构可靠度理论和工程经验等方面的因素，设计时可采取规范规定的相应数值。《荷载规范》给出了常用的荷载32代表值系数。可变荷载的频遇值系数是根据在设计基准期间可变荷载超越的总时间或超越的次数来确定的，仅用于某些特殊情况下。表4.1.1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337.3荷载汇集结构计算时，都要用力学方法计算构件的弯矩、剪力等内力。工程中简单、实用的力学方法都只限于分析平面结构，如简支梁、连续梁、平面桁架、平面刚架等，使用的荷载也都是单位长度上的荷载值，如5kN/m等。这种单位长度上的荷载称为线荷载。在结构计算时要将其它表达形式的荷载一步步地转化为线荷载后，才能用力学方法计算。这种转化荷载的过程称为荷载汇集，俗称“导荷载”，其中屋楼面荷载汇集是最常遇到的。荷载汇集时常用到的一个原则在规范中称为“不考虑结构连续性”。具体作法是：假想结构从相邻构件之间的中线处裂开，整个楼面分成多个小块；这时每个构件就仅仅承受和它相连的那一小块上的全部荷载；那一小块称为这个构件的受荷面或称从属面。这也可以再简化为一句话：“荷载离哪边近就传给哪边”。以图中的楼盖为例，分块①是相连那根角柱的受荷面；分块②是相连那根边柱的受荷面；分块③是相连那根边柱的受荷面；分块④是相连那根中柱的受荷面；该楼盖中的板是单向板，楼面荷载只传递给长边上的梁，所以分块⑤是相连那跨框架梁的受荷面。这种“不考虑结构连续性”的荷载汇集方法虽然是一种近似，但是规范允许使用这种方法。楼面上的均布荷载是以每单位面积上的荷载数值计算的，单位是kN/m2，称为面荷载。这样，柱的轴力大小就是面荷载乘以它受荷面的面积，楼盖梁的线荷载大小就是面荷载乘以它受荷面的宽度。楼面活荷载本身就是面荷载。楼面恒载要用材料容重乘以厚度得出。34以图中的楼盖为例，取以下资料：混凝土楼板厚120mm；面层为水磨石；顶棚为抹灰吊顶；楼面活荷载为每平方米3.5kN/m2。下面是荷载汇集的过程。面荷载水磨石0.65kN/m2(查荷载规范得）混凝土楼板25kN/m2(砼容重)×0.12m(板厚)=3kN/m2吊顶抹灰0.55kN/m2（查荷载规范得）以上合计4.2kN/m2角柱轴力4.2kN/m2×3m×6m=75.6kN边柱②轴力4.2kN/m2×6m×6m=151.2kN边柱③轴力4.2kN/m2×3m×12m=151.2kN中柱轴力4.2kN/m2×6m×12m=302.4kN横向框架梁线荷载4.2kN/m2×6m=25.2kN/m7.4讨论和其它四边支承的板，如果长边和短边的长度之比大于或等于3时就称为单向板，否则就称为双向板；长边和短边的长度之比大于2时，也可认为是单向板。从下图中可以看出，单向板短边的受荷面很小，长边的受荷面虽然是梯形，但与矩形相差不多。为简化计算一般都忽35略单向板短边受力而认为板面上全部的荷载都传给长边。对双向板则不能做这样的简化。规范规定，当楼面梁的从属面积较大时，楼面活荷载标准值应乘以规定的折减系数。这是考虑到从属面积上各处荷载同时达到标准值的可能性很小而采取的措施。根据同样道理，多层房屋计算墙、柱、基础时使用的楼面活荷载也要根据房屋的层数相应折减。《荷规》给出了相应的折减系数。对于较低的房屋，凤荷载的影响较小，《荷规》也有相应规定。外墙不考虑风荷载影响时的最大高度表4.2.6基本风压值(kN/m2)层高(m)总高(m)0.44.0280.54.0240.64.0180.73.518注：对于多层砌块房屋190mm厚的外墙，当层高不大于2.8m，总高不大于19.6m，基本风压不大于0.7kN/m2时可不考虑风荷载的影响。