浅谈结构水平活荷载对建筑物的影响

马祥喜 严昭君

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

生产技术

浅谈结构水平活荷载对建筑物的影响

马祥喜 严昭君

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

一般结构承受的主要水平荷载有风荷载、地震作用等，而工业建筑中很多建筑存在水平活荷载，如两建筑物之间输送皮带传给主建筑的水平荷载。此荷载一般比风荷载和地震作用的水平力大的多，而PKPM软件中的SATWE并没有明确给出水平活荷载产生的层位移及层间位移角的计算结果，如果未加重视，容易产生结构安全隐患或者设备的损坏。

水平活荷载；层间位移角限制；风荷载；地震作用

1 工程概况

某石料厂工程位于湖北省境内，场地位于多个山头之间的山谷中，地形起伏，地貌单元为山地，整个生产线依山而建。

料场中间有一个钢筋混凝土卸料框架。框架长度6m，宽度6m，层高6m，高度36m，共6层。

该框架顶层布置的有料场卸料皮带的机头及驱动电机。

皮带机机头重力为66kN，竖向活荷载为20 kN，水平力为80kN×3（正常工作的时候为80kN，启动时为240kN）。

图1 建模基本信息

电机自重20kN，竖向活荷载30kN。

柱截面700mm×700mm，梁300mm×700mm。顶层板厚110mm，其他层无板。

混凝土标号C30,钢筋HRB400，箍筋HPB300。

基本风压是0.50kN/m2，抗震设防为7度（0.10 g），Ⅱ类场地。特征周期为0.35s。

结构类型为钢筋混凝土框架结构。

2 工程地质及水文地质条件

该工程位支架埋深3m，下部为基岩，fak=800 kPa。不需要考虑地基沉降及地下水。

3 建模基本信息（见图1）

表1 PKPM及STAAD计算结果及对比分析

4 PKPM及STAAD计算结果及对比分析（见表1）

5 位移的探讨、结论及建议

1）根据《建筑抗震设计规范》及表1，钢筋混凝土框架结构的弹性层间位移角限值可取1/550，对应地震作用取值为多余地震作用的标准值。

对于风荷载产生的层间位移角限值，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010是这样规定的：①在正常使用条件下,高层建筑结构应具有足够的刚度，避免产生过大的位移从而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。②正常使用条件下的结构水平位移按本规程第4章规定的风荷载、地震作用和第5章规定的弹性方法计算。③按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大位移与层高之比△u/h宜符合以下规定，高度不大于150m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比△u/h不宜大于表2的限值。

表2 楼层层间最大位移与层高之比的限值

从以上的规范条文可知，风荷载标准值作用下对框架结构也取值1/550。

2）按照以上规范的条文，该支架是满足规范的相关要求的，但是这里面有一个问题，水平活荷载产生的位移没有考虑。如果单独考虑风荷载，单独考虑地震作用都没有问题，但是皮带机的水平荷载是长期存在的活荷载，这个荷载对结构的影响是不能忽略的。

从表1可以看出,水平活荷载标准值240kN,作用在顶层。总风荷载标准值约250kN，沿侧面倒三角型布置。荷载数值相差不大，但是水平活荷载作用的位置高，产生的位移要比风荷载产生的位移大50%左右。

表3

从结果上看，水平活荷载比风荷载对结构更为不利。按照正常使用状况来考虑，将水平活荷载与风荷载或者地震作用进行组合，再检查层间位移角及顶点位移值。本工程风荷载比地震作用对结构的影响要大，故计算水平活荷载与风荷载的组合工况，荷载分项系数均取1.0。

3）从表3可以看出，组合后的工况考虑该支架的位移及层间位移角,都是不能满足规范要求的。由于本工程在设计时未充分考虑水平活荷载对结构的影响，计算软件SATWE也没有明确给出水平活荷载的位移及层间位移角。由于没有考虑组合工况下的位移及层间位移角,导致该工程在使用过程中，皮带机拉力引起顶部输送廊道的滚动支座处发生较大位移，位移量约130mm，滚动支座损坏，皮带机自身支架严重变形，影响了设备的正常运转。采取合适的加固方法，限制了皮带拉力方向顶部位移后，结构才能够正常使用，皮带输送设备正常运行。

4）目前《建筑抗震设计规范》《高层建筑混凝土结构技术规程》《混凝土设计规范》等规范大多条款都是针对民用建筑，民用建筑的主要水平荷载为风荷载及地震作用，基本上没有其他类型水平荷载。结构计算软件PKPM虽然对力能够传递和计算，但是主要针对民用建筑。在设计工业建筑时，需要特别注意水平活荷载对建筑物的不利影响。对于长期存在的水平活荷载，不仅需要考虑水平活荷载对结构的产生的位移，还需要考虑水平荷载与结构所承受的风荷载或者地震作用共存的工况。根据相关规范，水平地震作用与水平风荷载计算位移及层间位移角时不需要同时考虑，同时发生的概率很小，单独考虑即可。

大部分工业建筑对结构变形的要求可以比民用建筑适当放宽，但过大的结构变形对结构自身、设备的运行、设备的寿命等都很不利，需要综合慎重考虑。

设计工业建筑时,对结构所承受的各种荷载，务必了解荷载的特性,合理考虑各种荷载工况的组合。对于结构位移量及层间位移角需要适当控制，特别不能遗漏一些特殊的水平活荷载对结构产生影响。

[1]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].

[2]GB50009-2012,建筑结构荷载规范[S].

[3]JGJ3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[4]GB50010-2010,混凝土结构设计规范[S].