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建筑结构设计荷载值问题分析

1荷载的分类

建筑荷载并不一个恒定的量,其会随着外部环境以及建筑的应用时间而发生改变。现阶段对建筑荷载有一个明确的分类。将时间作为分类的基准,可以将其分为以下三种类型:(1)变化荷载,在设计建筑结构时,荷载值会随着时间的改变发生变化,并且该变化较大,因此在具体设计时,要加强对该项内容的分析,不得忽略。例如,大风天气荷载、雨雪天气荷载等。(2)偶然荷载,在设计建筑时,建筑会不定期的产生一些偶然变化,该变化特点为存在时间相对较短,但是其荷载值的变化较大,该变化的主要特点是,在较短时间内,荷载值会发生巨大变化,其中比较具有代表性的为地震[1]。(3)永久荷载,设计建筑结构时,荷载值并不会发生变化,在某特定情况下,发生了改变,该变化值也较小,在问题分析过程中可以忽略不计,例如建筑自身构件重量的改变等。将建筑结构产生的影响作为分类指标,可以分为以下两类:(1)静态荷载,荷载的出现建筑的局部构件够整体产生数值相对较小的加速度,该荷载变化程度轻微,在具体设计过程中可以忽略不计,例如建筑结构的自身重量。(2)动态荷载,荷载出现时,对建筑结构造成较大影响,例如地震。

2荷载的作用及模型

2.1荷载的作用

荷载的主要作用是可以导致构件和结构发生变化的外力原因。荷载对建筑的作用依据形式的差异,可以分为间接和直接两种不同的作用形式,但是无论是哪一种形式,其最终对建筑造成的影响结果都是相同的,就是导致建筑结构的局部或整体出现变形、裂缝等问具体[2]。在建筑结构设计过程中,针对作用以及荷载只是概念上区分,并不需要对产生的原因,以及最终造成的影响进行计算分析。在我国的建筑领域行业中,将荷载概念等同于与作用。在建筑工程具体设计过程中,为了方便分析与应用,通常将建筑结构间接或直接作用,统一称作荷载。

2.2荷载模型

建筑结构中,计算和在模型通常都分为以下两种不同的类型:(1)针对随机变量的概率计算模型。(2)针对随机过程中的概率模型。如果外部荷载不会随着时间的改变而发生变化时,数值基本保持稳定,此时对荷载进行计算,通常采用随机变量进行相应的分析与处理。而如果随着时间的改变,荷载发生的变化较为明显,在设计建筑结构时,随着时间的推移,不同的空间也会发生一定程度的改变,此时,在具体描述过程中,通常选用随机过程中模型。在确定了可变性荷载以及永久性变化荷载时,要严格的依据结构设计方案的具体要求,对荷载进行等效处理,在具体处理过程中,需要确保荷载与建筑的局部和整体的变化程度保持一致,分析中包括的内容有顶梁弯曲车程度、顶梁受到的剪切力情况、柱结构的外力或者能力等。依据条件上的差异,对荷载的具体分布情况进行确定[3]。但是,需要注意,如果对于荷载的分布是在不同的情况下进行的,在对实际荷载进行计算后,进行相应的分析与处理,该项工作将会变得更加复杂,同时工作量也较大,使建筑设计变得更加复杂。依据相关调查结果显示,在荷载的分析与处理过程中对方差进行应用,最终的结果同常用的分析方法之间存在较大的差异性。在分析永久性荷载时,描述的模型通常由以下几个部分构成:荷载平均值、不同的随机变量、楼层变化产生的荷载、同一楼层位置不同而引起的荷载变化。

3建筑设计中荷载值的确定

3.1非地震状态下的荷载值

通常来说,作用效应主要分为偶然效应和基本效用两种,在问题分析过程中,建筑物依照承受力的具体程度,完成相应的设计分析,一般都对基本效应进行重点考虑,在需要的时候,要对偶然效应进行重点考虑。在问题分析过程中,对于作用效应形成的基本组合,其荷载效应值,应当由永久性荷载效应控制和可变性荷载效应控制,对两个组合中的值加以确定,并且在具体设计过程中,要选取其中最不利的数值[4]。荷载效应的荷载通常分为可变性荷载和永久性荷载作为荷载组合,影响可变性荷载的因素较多,同时,不同的可变性荷载对建筑结构的影响也存在较大的差异性,因此在建筑结构设计过程中,必须要对多个可变性荷载在同一时间发生的概率进行充分考虑,确保分析的合理性。由此可见,在荷载组合值系数引出时,要适当折减标准值,确保设计的合理性。

3.2极限值的正常应用,完成设计计算工作

(1)依据设计要求,确定相应荷载标准荷载值对荷载值进行确定时,应当严格的依据设计时的具体要求,选取相应的荷载标准组合,这对于荷载值的准定来说意义重大。例如,准永久型组合或者频遇组合,在具体设计过程中,都必须严格的依据规定的表达方式完成相应的设计工作。在对极值进行正常使用等情况下,主要的工作中是针对建筑构件的抗裂宽度或者抗裂度,以及建筑变形的具体情况,完成相应的验算操作。针对危害程度的分析与考虑,其造成的破坏,并没有在承载力下引起的建筑结构破坏严重。由此可见,在具体设计过程中,可以依据具体情况,适当降低对可靠度的要求标准,在具体设计时可以实适当采取荷载标准值,暂且不需要考虑分项系数,更不需要对建筑结构的重要系数进行考虑,从而避免造成不必要的经济损失,确保工程的经济性。(2)正常应用极限状态,完成相应的计算工作针对建筑中容易出现裂缝的一些建筑构件,要验算其受力裂缝宽度;而针对那些结构相对稳定,不容易出现裂缝的建筑构件,对其钢筋混凝土的拉应力展开相应的验算;而针对建筑中需要控指变形建筑构件,需要对出现的变形情况,展开相应的变形验算。在建筑设计过程中,在正常应用极限状态下,应当依据建筑结构的具体设计规范,以及具体设计上存在的差异性,采取永久组合、频偶组合、变准组合;依照荷载标准进行组合分析,需要对长期作用下对相应计算造成的影响情况进行充分考虑与分析;在验算基础抗裂度时,针对荷载的取值,要利用标准组合,这是确保设计合理的关键;计算建筑的地基基础时,考虑到地基变形验算和形成的荷载作用,在具体分析过程中,需要选用准永久性组合。

4结束语

现代建筑结构越来越复杂,这增加了建筑结构设计的难度。我国针对建筑荷载的分析与计算处于发展阶段。因此,我国建筑荷载设计水平仍然有待提高,在建筑行业的不断发展过程中,要对设计方法进行不断优化,加强对荷载方面的研究力度,提高结构设计水平,从而促进建筑行业的发展脚步,实现建筑行业社会效益和经济效益的最优化。

作者:谢定芬 单位:合肥水泥研究设计院

参考文献

[1]李源新.高层建筑结构概念设计与高层剪力墙结构的优化[J].科技创新导报,2012,15:44.

[2]艾辉林,周志勇.超高层建筑外表面复杂装饰条的风荷载特性研究[J].工程力学,2016,08:141-149.

[3]路民军.建筑结构设计中控制裂缝的措施分析[J].黑龙江科技信息,2014,31:246.

[4]张鱼菱.设计中正确区别使用荷载的标准值和设计值的作用及意义[J].现代国企研究,2017,02:155.

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