浅谈建筑结构设计中荷载分项系数的取值

　　摘要：针对荷载分项系数在建筑结构设计中的重要性，介绍了一般情况下和特殊情况下荷载分项系数的具体取值，并结合具体算例，阐述了荷载分项系数的实际运用，着重说明了各类荷载与作用之间存在的对应关系。
　　关键词：荷载；结构设计；可靠度；分项系数
　　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、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，日前也有不少国家对“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、荷载(效应)组合公式
　　根据GB50009—2001建筑结构荷载规范(2006年版)，对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载(效应)组合，并应采用下列设计表达式进行设计：
　　
　　考虑到设计人员长期以来习惯于采用设计变量(如荷载、材料强度等)和各种系数来进行结构设计，而在可靠度理论的发展过程中也找到了分项系数的方法，因此GB50068—2001建筑结构可靠度设计统一标准规定了在设计验算点处，把可靠指标β表示的极限状态设计方法转化为以基本变量和相应分项系数表达的极限状态实用设计表达式。
　　对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定。
　　1)由可变荷载效应控制的组合：
　　
　　2)由永久荷载效应控制的组合：
　　
　　对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则，并按下列组合值中取最不利值确定。
　　1)由可变荷载效应控制的组合：
　　
　　2)由永久荷载控制的组合和上述的相同。
　　三、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，一般需将梁的自重表示为线荷载，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。[!--empirenews.page--]
　　(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
　　四、结语
　　《建筑结构设计可靠度统一标准》及各类专业设计规范、规程明确地将结构有关的众多复杂因素分为三类，即结构上的作用、作用效应与结构抗力。在结构设计时，结构工程师最关心的是如何分析出结构的真实内力。如果获得了在各种作用下结构产生的真实内力，乘上规定的分项系数后，代入公式计算，即可直接进行截面设计。由此可见，分项系数的取值并不是很困难，但是由于分项系数的规定很多，因此在实际应用中很容易出错，若出现错误就意味着结构的可靠度发生了变化，甚至出现可靠度大大降低的情况，这对结构来说是不安全的，因此荷载分项系数的取值问题不容忽视，应严格按照规范取值。
　　
　　参考文献
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　　[5]GB50068—2001，建筑结构可靠度设计统一标准【S】．
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　　[7]GB50011—2001，建筑抗震设计规范【S】．
　　[8]GB50009—2001，建筑结构荷载规范【S】

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