建筑结构设计中的荷载分析

建筑结构设计中的荷载分析

建筑结构在使用期间和在施工过程中要承受各种作用。施加在结构上的集中力或分布力（如人群、设备、风、雪、构件自重等）称为直接作用，也称荷载；引起结构外加变形或约束变形的原因（如温度变化、地基不均匀沉降、地面运动等）称为间接作用。

作用在建筑物上的实际荷载到底有多大，很难精确计算。事实上，即使有最完整的资料，还是很难确切估计荷载的大小。但是为了能开始着手设计，通常作出一些不致造成严重误差的合理假设。在各种外力和荷载作用下，结构必须以合适的性能和所要求的稳定性作出反应。

结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷裁数值，这称为荷载代表值；荷载的代表值有荷载的标准值、准永久值和组合值之分。

一、荷载

（一）荷载作用

荷载与作用是土木工程中常常涉及的名词术语，在我国的国家标准《工程结构设计基本术语和通用符号》中对“作用”是这样定义的：施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，统称为结构上的作用。

施加在结构上的集中力或分布力称为直接作用。例如，各种土木工程结构的自重、土压力、水压力、风压力、积雪重，房屋建筑中的楼面上人群和家具等的重量，路面和桥梁上的车辆重量等，桥梁、水工结构、港口及海洋工程结构中的流水压力、波浪荷载、水中漂浮物对结构的撞击力等，都是以外加力的形式直接施加在结构上，它们与结构本身性能无关，称为直接作用。引起结构外加变形或约束变形的原因称为间接作用。例如地基变形、混凝土收缩徐变、温度变化、焊接变形、地震作用等，它们不是以外加力的形式直接施加在结构上，故称为间接作用。

结构上的作用虽然分为直接作用和间接作用，但它们产生的结果是一样的：使结构或构件产生效应（结构或构件产生的内力、应力、位移、应变、裂缝等）。因此，也可以这样定义“作用”：使结构或构件产生效应的各种原因，称为结构上的作用。

“荷载”和“作用”对实际工程设计来说，主要是一个概念问题，一般并不影响作用效应的计算和结构本身。在国际上，目前也有不少国家对“荷载”和“作用”未加严格区分。在我国，一般情况下，“荷载”专指直接作用，“作用”有时指直接作用和间接作用，有时专指“荷载”或专指间接作用：在工程中，为了使用和交流的方便，常常将直接作用和间接作用均称为“荷载”。

（二）建筑结构荷载

建筑结构在使用和施工过程中所受到的各种直接作用称为荷载。另外，还有一些能使结构产生内力和变形的间接作用，如地基变形、混凝土收缩、焊接变形、温度变化或地震等引起的作用。

结构设计人员在进行建筑结构的设计时，首先应进行荷载的计算，取其代表值，荷载确定后，才能根据其大小和作用形式计算结构的内力，然后再进行构件计算。也就是说建筑物某一部分的构件，是承重还是非承重，承受多大的荷载，都有其最大值或极限值，超过这个极限值，结构就会变形，就会遭到破坏，轻者降低建筑物的经济寿命，严重者会酿成事故，威胁到生命安全。这就是物业装修管理人员之所以必须了解、掌握建筑结构形式及其荷载作用、影响的目的。

二、建筑荷载确定与计算

（一）永久荷载（恒荷载）

在房屋结构中，永久荷载主要是结构的自重。在设计房屋结构的地下部分时，有时要计算土的自重，它也是永久荷载。

结构自重主要是指楼面板、梁、柱、墙体、基础等构件的自重。结构的自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定c根据计算荷载效应的需要，结构自重可以表示为面荷载、线荷载或集中力等。

当用于计算楼板的荷载效应时，楼面板的自重、板的面层材料自重，一般可以用板的厚度、板的面层材料厚度分别乘以各自材料单位体积的自重得到，单位为kN/m2；当用于计算楼板的荷载对梁或墙体产生的效应时，一般以计算出的板单位面积自重与板短边长度一半的乘积得到，以分布线荷载的形式（均布荷载、梯形荷载或三角形荷载）作用在梁或墙上，单位为kN/m。

当用于计算梁的荷载效应时，一般需将梁的白重表示为线荷载，即材料单位体积的自重与梁截面面积的乘积，单位为kN/m。

对于承重墙体（例如混合结构的承重墙体），当用于计算其荷载效应时，一般可取其单位长度计算自重，以墙体单位长度、厚度、高度与墙体材料单位体积自重相乘得到；对于非承重墙体，例如作用在框架梁上的隔墙，由于不需要计算其自身的荷载效应，只需要将其计算为作用在梁上的线荷载，即墙体材料单位体积自重与墙厚、墙高相乘得到，单位为kN/m。柱自重一般以材料单位体积自重与柱体积相乘得到，单位为kN。

（二）荷载效应特性

荷载效应是指结构构件在荷裁作用下产生的内力（弯矩、轴力、剪力）和位移等。对弹性材料的结构构件，荷裁效应与荷裁成线性关系，即：

S=CQ

式中：S——荷裁效应；

Q——荷裁；

C——荷裁效应系数。

三、结语

一般都是按照建筑规范的要求来设计房屋的，规范规定了最低要求，作为设计的大致指南，规范规定了需要考虑的最小荷载和不允许超过的最大应力，这些规定的荷载最多是一些经验近似值，而且没有绝对正确的计算应力的规则、公式和方法，规范中只是指出必须采用“公认”的计算方法，而计算方法可以因时而异、因地而异、因人而异，因此当使用建筑规范的结构条文时，必须记住“小心”两字。只有对结构整个体系的承载能力和性能，以及结构分体系与结构构件相互作用的关系了解很透彻，才能设计出既安全又经济的结构，才能满足现代建筑的各种功能和环境条件要求。参考文献

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