建筑结构荷载分析及设计探讨

彭进禹

【摘要】在我国建筑业高速发展背景下，建筑工程的施工规模不断扩大，建筑结构高度、面积不断增大。现代建筑结构越来越复杂，建筑物的结构设计存在较大差异，这将会使建筑物各自的荷载值存在较大差异。大规模建筑物承受更大的荷载作用力，对建筑结构的稳固、承载性能提出更高的要求。在建筑工程结构设计中，为了获取最理想的建筑结构，保障建筑结构的稳定性和安全性，需要对建筑结构的荷载设计提高重视。为此，本文对建筑结构荷载与常见设计问题进行简要分析，阐述设计要点，并提出处理措施，希望可以为同类工程提供设计参考。

【关键词】建筑结构荷载;设计要点;解决措施

1、建筑结构荷载类型

现阶段，在建筑结构荷载设计领域中，由于荷载值并非固定不变，而是随着外部施工环境、建筑物使用时间的变化而不断改变。因此，设计人员需要对荷载进行分类。例如，从作用时间长度、建筑动力特点、空间位置等角度来划分荷载值。

（1）基于建筑动力特点。可将荷载值分为动态荷载与静态荷载两类。其中，动态荷载指，建筑内部人员、设备在移动聚散过程中持续变化的自重量，或是随着气候条件变化而处于波动状态的风压力。例如，在风力等级提高时，建筑结构将承受较大的风力瞬间加速度，提高建筑横向位移问题出现率与实际位移量。而静态荷载泛指，并不会随着时间推移或是外部环境变化而处于波动状态的作用力，如建筑结构的自重量。

（2）基于作用时间长度。从这一角度来看，可以将建筑结构荷载值划分为偶然荷载、活荷载以及恒荷载。其中，偶然荷载指，在建筑结构施工、使用阶段有一定可能出现、并非必然出现的荷载，如地震作用力、汽车撞击力等等，偶然荷载普遍具有量值大、持续时间短的特征。活荷载也被称作为可变荷载，指随时间推移而不断变化的荷载值，主要包括风荷载、积灰积雪荷载、吊车荷载等等。最后，恒荷载也被称作为永久荷载，泛指变化量极小、或是量值不会产生变化的荷载，主要包括建筑结构自重、预应力、预拉力等。

（3）基于空间位置。从空间位置角度来看，应将建筑结构荷载分为静动态荷载、固定荷载与自由荷载三种。其中，静态与动态荷载分别指，不对建筑结构及构件产生加速度的荷载力、以及会对建筑结构产生加速度的荷载力，静态荷载主要包括建筑结构自重，动态荷载包括吊车荷载、风荷载等等。固定荷载指空间分布位置固定不变的荷载，如固定设备荷载。而自由荷载则指空间分布位置不固定、会随时变化的荷载，如楼面后荷载、吊车荷载。

2、建筑结构荷载设计要点

2.1荷载取值计算

建筑结构荷载设计要结合工程实际情况，准确计算各项结构荷载值，保证建筑结构荷载设计方案合理可行，不会对建筑结构功能的正常使用造成影响。荷载值计算环节，设计人员既需要综合分析各项施工因素与已知工程信息，同时，还要掌握以下取值计算要点，针对性构建荷载分析处理模式，具体如下。

（1）活荷载取值。活荷载主要指随着时间推移、量值不断变化的荷载值，不同时间节点下的建筑结构活荷载量值存在不确定性、不可预知性。但是，设计人员可以通过综合分析建筑使用功能、实际用途等因素，评估活荷载量值的大体变化范围，为后续建筑结构荷载设计方案的制定给提供数据参考。为实现这一目的，设计人员可选择构建随机过程荷载分析处理模型，全面掌握建筑结构功能、室内设备与装潢陈设情况，评估恒荷载、活荷载的组合情况，从而确定活荷载量值变化范围，完成活荷载取值工作。

（2）恒荷载取值。建筑结构所承受恒荷载主要为建筑结构、构件自重量。因此，设计人员需要持续采集相关工程信息、深入分析结构设计方案，准确计算各处结构部位与构件的自重量，在其基础上即可获取恒荷载取值。同时，可选择将恒荷载拆分为线荷载与面荷载，以此降低荷载取值难度。以楼板荷载为例，恒荷载的具体计算方式为，将楼板构件的厚度与单位体积板重量值相乘，即可获取楼板构件的自重量。同时，将面板厚度与单位体积重量相乘，其结果为面层材料自重量。而在计算梁体、墙体等特殊构件时，由于这类构件发挥着建筑承重作用，需要考虑到构件所承受压力，将计算方式设定为，将构件短边长度与板单位面积自重相乘。

（3）极限状态荷载取值。在建筑结构使用过程中，有一定概率会承受偶然荷载，并对建筑结构造成影响。因此，设计人员需要根据已知工程信息，准确评估各类偶然荷载的出现率、以及对建筑结构造成的具体影响。随后，在评估结果基础上对荷载设计方案进行调整补充，如确定折减标准值。此外，还需要开展极限状态下的建筑結构荷载设计工作。例如，重点对构件抗裂度、结构变形量进行验算，考虑到建筑结构在无承载力情况下所承受的损失程度，仅采取荷载标准值，无需考虑分项系数与结构重要性。在建筑结构或构件出现裂缝、变形等质量通病时，设计人员需要对裂缝宽度与变形量进行验算，在验算结果基础上合理设置建筑结构永久荷载组合。

2.2掌握荷载效应特性

在建筑结构施工、使用期间，受到荷载力影响，局部构件有一定可能会产生内力，引发结构位移等问题的出现，这被称为荷载效应。因此，设计人员需要掌握荷载效应特性与线性关系。例如，导入截面弯矩公式，以此掌握支梁构件的所承受荷载特性。目前来看，恒荷载密度主要保持着正态分布情况，其他荷载则保持极值分布情况。

2.3消防车道荷载设计

在这一设计环节，需要重点开展消防车道板面活荷载计算工作。需要根据楼该类型来准确计算折减前后基准活荷载、楼板实取活荷载、单双向板的主梁与柱体实取活荷载等数值，根据车道的板跨所占比重加以折算。例如，在覆土厚度为1.2m、单向板跨为2m时，可将楼板实取活荷载值设定为28、将单向板主梁活荷载取值设定为17。此外，还需要根据工程实际情况而针对性构建消防车道活荷载模型。

3、建筑结构荷载常见设计问题及处理措施

3.1荷载代表值取值

现阶段，在建筑结构荷载设计环节，荷载负载主要由准永久值、标准值、频繁值以及组合值等加以代表，设计人员主要选择将已知标准值及系数相乘来获取其他代表值，并将标准值设定为基本代表值。在这一设计模式下，虽然可以帮助设计人员准确、直观掌握建筑结构荷载设计特性。但随着外部施工环境的变化，负荷值存在随机性，最大负荷值本质是为随机变量因素，难以通过统计分布等方式进行准确描述。在传统建筑结构荷载设计模式中，虽然设计人员普遍选择将协议面值设定为代表值，但却难以获取充足负载信息，设计水平有待提升。针对这一问题，设计人员可选择使用若干种负载代表值，掌握相关工程信息，积累设计经验，并将理想协议百分数设定为负载代表值。

3.2荷载分项系数

建筑结构所承受荷载主要分为活荷载与恒荷载。在设计人员明确负载标准值的前提条件下，需要基于极限状态表达时，将活荷载与恒荷载分别设计为独立的分系数。随后，根据最小误差原理，对设计目标的可靠性指标进行优化处理。但是，却难以合理设定活荷载与恒荷载的分项系数。因此，设计人员应结合工程实际情况，针对性设定荷载分项系数。例如，当荷载效应组合不利与建筑结构时，应将恒荷载组合系数设定为1.35，将活荷载控制系数设定为1.2。而在结构标准值超过4kN/m2时，应将活荷载分项系数设定为1.3-1.4。

3.3确定荷载组合最不利值

在传统建筑结构荷载设计模式中，在明确负载效应时，将对荷载组合极限状态、可能产生的并发负载动作进行综合考虑，在其基础上明确总效应。由于负载同时发生问题的出现率较低，普遍选择在最不利组合基础上完成荷载极限状态设计工作。在这一设计环节，设计人员可选择开展SQIK测定工作，将最不利符合效应为结构荷载设计核心基础。同时，在结构重量占据主导地位的设计条件下，需要适当提高组件重要性因子。

3.4水浮力

在部分建筑工程中，普遍配置有深层地下室结构，且周边地层中分布大量地下水。建筑结构将持续承受水浮力影响，导致不分家建筑结构向上浮动、破坏结构。因此，设计人员需要深入分析工程地质勘察报告，明确地下水平面、抗浮水位、水浮力等数值。随后，确定抗浮设防水位，将1.05设定为建筑结构的抗浮稳定性抗力系数。而针对管道结构，应将系数调整为1.10。根据地下水赋存状态构建相应的水浮力模型，导入特定的地下水浮力计算公式。在建筑恒荷载远大于水浮力，则表明建筑结构符合抗浮要求，反之，则建筑结构存在安全隐患，需要提高结构自重量、下调基础底板标高等措施。例如，在建筑外墙结构周围分层回填、夯实素粘土，将夯实系数控制在0.94以上，确保回填土与外墙结构紧密接触，并在室外地面设置散水坡。

结语：

随着经济水平的提高，住宅结构的形式和功能对结构荷载和抗力的分析提出了新的要求。为保证建筑结构使用安全，在制定建筑结构荷载设计方案时，设计人员需要明确荷载作用、主要荷载类型，并掌握结构荷载设计要点，构建标准化和规范化的荷载计算取值体系。同时，重点预防荷载代表值取值等常见设计问题的出现，进一步提高建筑结构荷载设计水平。

参考文献：

[1]吴钟宇.建筑结构荷载分析及设计方法探索[J].建材與装饰，2018（23）.

[2]陈凯，符龙彪，钱基宏，金新阳.基于荷载效应的结构抗风设计方法研究[J].建筑结构学报，2012，33（01）.

[3]陈志慧.建筑结构设计中的荷载分析[J].中国高新技术企业，2009（22）.

[4]尤培华，杨海萍，胡钟.浅谈库房楼面等效均布活荷载的确定方法[J].河南建材，2017（03）.