建筑结构荷载分析及设计方法探索

吴钟宇

（深圳市现代城市建筑设计有限公司东莞分公司 广东东莞 523000）

荷载是作用于建筑工程结构的主体力量，为了提高建筑工程结构的稳定性，就要科学计算荷载，通过计算荷载来明确不同结构、部位的牢固度，从而有针对性地设计工程结构，确保工程的牢固度与稳定性。

1 建筑结构荷载分析与计算的意义

建筑工程实际施工中，其整体结构或局部构件都将会承受较大的作用力，作用于结构的集中力、分布力等都属于直接应力，又叫荷载。由于建筑工程结构不同，设计风格不同以及施工方案不同，对应的建筑结构荷载的数值与计算方式等也有所差别，然而，通过计算建筑结构荷载，从中了解荷载的分布，能够提高荷载计算准确度才能为建筑结构的设计提供科学的依据，根据不同结构部位、构件等所承受的荷载的计算，通过所得的荷载值来科学地设计建筑结构，从而建筑结构的牢固度和稳定性。

2 建筑结构的荷载分类

2.1 荷载与作用的区分

建筑结构荷载的作用有直接和间接之分，然而，无论是哪一种作用都会产生类似的结果，也就是让建筑结构、或者局部构件等发生变化、受到影响，具体是指结构部件产生应力、发生位移、裂缝等，深入分析建筑结构、部件等初夏这些变化的成因，就能得出荷载作用。无论是荷载还是作用，都不会对作用的计算与建筑工程结构带来干扰。一些地区也将二者视为同物，荷载与作用也有直接和间接之分，通常荷载倾向于是直接作用，作用则侧重指间接作用。

2.2 荷载与结构设计关系

所谓的结构荷载就是指建筑工程施工中各个结构、各个构件等所承受的直接作用力。在这其中也存在众多的间接力，这些间接力可能导致建筑物局部结构变形、受损，具体体现为：建筑物地基变形、焊接开焊、混凝土裂缝等。正是因为结构荷载，就需要科学地进行结构设计。

第一步，需要准确算出荷载值，荷载明确后，则可以参照其数值大小、作用形式等来算出结构内力；

第二步，构件荷载计算。位于建筑工程结构不同部位的构建，有承重和不承重之分，对于承重构件来说，其荷载有极限值，当荷载超出规定的极限值，则可能导致构件的变形甚至受损。严重情况下可能对建筑工程整体结构带来致命的破坏，对此必须深入了解建筑结构的类别、荷载作用等。

2.3 荷载的分类

作为随机变量，荷载具有变化性、不定性，参照相关的设计标准与规范，通常设计基准期达到半个世纪，然而，此时段内，荷载的量值并非不变，同时作用于结构的时间持续性也将有所调整，具体的荷载类别：

2.3.1 恒荷载

基准期，荷载量值趋于稳定，微小的变化暂且忽略，具体变量为：结构应力、重量等。

2.3.2 活荷载

基准时期，荷载量则将不断发生调整，具体的变化量则需要予以关注，具体的荷载是指：屋面可变荷载、风荷载等。

2.3.3 偶然荷载

基准期内，偶然荷载是否出现难以确定，主要的偶然荷载都是一些不可抗力因素所致，例如：地震力、外部撞击力等。偶然荷载量值较大，但是瞬间存在。

2.3.4 固定荷载

对于一个建筑工程结构来说，其结构空间上一些荷载分布是不变的，主要包括：建筑物结构自重、建筑物所必须的设备等。

2.3.5 自由荷载

主要是指建筑工程结构空间内能够自由分布的荷载，这些荷载可有可无，例如：居民楼的活荷载。

2.3.6 静态荷载

建筑结构中的静态荷载主要来自于建筑结构自身的重量，这种荷载一般不会对结构部件带来太大影响，其所产生的加速度较小，可以不考虑。

2.3.7 动态荷载

与静态荷载相反的荷载，主要包括：吊车荷载、不可抗力因素，例如：地震、冲击力等造成的荷载，这种荷载将对建筑整体结构、部件等带来较大的加速度，影响结构稳定，需要关注并计算。

3 建筑结构荷载的计算与结构设计

3.1 恒荷载的计算

建筑结构内部，恒荷载多是来自于建筑物结构自身的重量，多用在建筑物地下室等设计中的计算，其中需要重点算出土体的自重，因为此荷载为常规的、永久存在的。结构自重则具体包括：楼面板、梁、墙体等结构部件的重量，具体的自重则需要根据构件的型号、大小以及材料单个体积的自重来对应计算。参照计算的具体要求，结构自重应该被分解成：面荷载、线荷载等。

楼板荷载则应通过板材自重、面层材料自重等计算得出，具体的计算方法为：板厚度×单位体积板的重量=楼板自重，面层材料厚度×单位体积面层材料重量=面层材料自重。同时，来自于楼板的荷载还将对建筑物结构中得梁、墙体等带来一定的压力和作用，其结果为：板单位面积自重x板短边长度。

梁的荷载作用通常应该用线荷载来代表梁体的重量，也就是梁体的单重x梁截面面积。

用来承受重量的建筑物墙体结构，实际的荷载效应计算，通常需要参照墙体的单位长度来对应算出墙体的自重，荷载效应=墙体单位长度x墙体厚度x墙体高度×墙体材料单位体积自重。相反，未承受重量的墙体，特别是施加在框架梁中的隔墙，因为无需算出自身的荷载效应，这样计算就变得简单，可以堪称施加在梁体结构的线荷载，按照线荷载来计算。

3.2 荷载效应特性

建筑工程结构中的局部构件由于受到荷载的作用，很容易出现内力，例如：弯矩、剪力等，同时，也会发生位移，这些效应都称作荷载效应，用S表示，它和荷载之间呈线性关系，S=CQ。S-荷载效应，Q-荷载，C-系数。

可以利用以上公式来算出建筑结构中支梁承受的荷载，根据截面弯矩公式M=q（lx-x2），此公式印证了线性关系。正是因为这种线性关系，可以将荷载特性看成效应特性，二者可以看成是类似的相等关系。施加在结构部件的荷载也有所差别，有恒载与活荷载之分，不同荷载都具有变化性，其中恒载的大小主要和材料自身重量、构件的体积大小等因素相关，而且材料自重也处于不断变化中，主要和混凝土的质地、密度等相关，总体来看材料自重富于变化性、随机性，构件的体积也会因为自身尺寸的误差而不同，构件体积也有着不定性。总体来看恒载会受到一系列变化因素的影响，这就使得其自身也必然有着变化性。

通过以上分析可以看出，恒荷载的大小具有变化性，这就意味着楼面活荷载、风荷载等更不定的，因为这些荷载本身就属于可变荷载，因为荷载属于随机变量，是变化性产生的，所以可以借助概率分布来对应分析、描述。结合大量的建筑工程施工以及施工中的结构荷载分析总结出：恒荷载与其他变化荷载的分布有所差异，恒荷载的密度趋向于正态分布，其他的非恒荷载，例如：风荷载、雪荷载等则趋向于极值分布。

4 总结

建筑工程在实际施工中各个结构、部位都会承受不同的荷载，要根据荷载分布情况，本着避重就轻的原则来设计建筑工程结构，既要分析最小荷载，又要确保结构荷载在最大应力范围内，然而，现阶段尚未形成标准、规范的荷载计算方法，但是，要采取一些已经得到证实的规范计算法，实际荷载计算过程中也要结合外部变化性因素，例如：天气条件、设计方案变化等，而且要谨慎、精准地计算，这样才能真正确保计算所得的数值接近最真实的值，也为建筑设计提供科学的依据。

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