在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009-2012(以下簡(jiǎn)稱《荷載規(guī)范》)中,有關(guān)于大量一般民用與工業(yè)建筑的樓、屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)值規(guī)定。其中第5.1.4條,提到了樓面上局部荷載的等效均布方法:
在《荷載規(guī)范》附錄C中,做出了相應(yīng)規(guī)定。其中,對(duì)于內(nèi)力等值的等效方法,由于板類構(gòu)件一般是彎矩控制,則可僅考慮控制截面的彎矩等效。如非懸挑單向板按兩邊簡(jiǎn)支對(duì)跨中最大彎矩進(jìn)行反算等效均布荷載;對(duì)于懸挑單向板則是支座最大負(fù)彎矩進(jìn)行等效。對(duì)于雙向板,附錄C.0.6 指出:可按與單向板相同的原則,按四邊簡(jiǎn)支板的絕對(duì)最大彎矩等值來(lái)確定。對(duì)于次梁類構(gòu)件,由于彎矩和剪力都比較突出,則說(shuō)明“等效均布活荷載應(yīng)取按彎矩和剪力等效的均布活荷載中的較大者”。對(duì)于主梁及柱和基礎(chǔ):
一直以為,《荷載規(guī)范》中各項(xiàng)樓、屋面活載標(biāo)準(zhǔn)值的確定,均是按附錄C的原則實(shí)施,直到有一天學(xué)習(xí)金新陽(yáng)先生的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范理解與應(yīng)用》(圖1),才發(fā)現(xiàn)并非我以為的就是我以為的(圖2)。原來(lái)現(xiàn)階段大部分的樓、屋面活荷載,是按大致的總體荷載與樓面投影面積比值所得,荷載統(tǒng)計(jì)時(shí)確實(shí)省卻了好多數(shù)學(xué)隨機(jī)燒腦以及計(jì)算的繁雜。由于常用現(xiàn)澆樓板的贅余度很多(無(wú)窮多),使得這類忽略空間隨機(jī)性的荷載統(tǒng)計(jì)方法,對(duì)樓板構(gòu)件無(wú)實(shí)質(zhì)性影響,對(duì)次梁及主梁、柱、基礎(chǔ)等構(gòu)件也基本符合。
再加上現(xiàn)階段各類結(jié)構(gòu)分析軟件的進(jìn)步,一般均設(shè)置了樓板上局部荷載(板上局部線性、局部面積、局部集中)的輸入和計(jì)算分析方法,應(yīng)用起來(lái)也很方便,《荷載規(guī)范》中附錄C的建議則較少用到。在日常生活中,僅能提醒家人朋友:陽(yáng)臺(tái)上的重物靠墻根放!家里的魚(yú)缸靠墻放!鋼琴、跑步機(jī)靠墻放云云??
最近指導(dǎo)設(shè)計(jì)一棟多層裝配式汽車庫(kù),主要停放微型車及小型車(圖3),主要跨度為8400mm,局部跨度7500mm、6600mm。根據(jù)《荷載規(guī)范》及《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB 55001-2021,對(duì)樓面荷載的選取有如表1的規(guī)定。
由于本結(jié)構(gòu)裝配式樓板采用SP板體系,為單向受力,根據(jù)規(guī)范,取樓面標(biāo)準(zhǔn)值為4.0 kN/m2。此取值蓋由最大輪壓形成的彎矩?fù)Q算得到的等效內(nèi)力獲得。對(duì)于停車樓建筑,由于車位大多固定,當(dāng)用于微型車及小型車時(shí),其單車重量有限,考慮乘坐人員及所載貨物的體量,單車總重一般不會(huì)超過(guò)20 kN,最大不會(huì)超過(guò)25 kN。根據(jù)《車庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 100- 2015中對(duì)垂直式停車位的要求(圖4、表2),每個(gè)車位面積約為2.4?5.1=12.24m2,考慮柱寬因素后,車身下每平米荷載約為2kN/m2。
在《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》中,也說(shuō)明了表1中的荷載:對(duì)單向板樓蓋的次梁和槽形板的縱肋不應(yīng)小于0.8,對(duì)單向板樓蓋的主梁不應(yīng)小于 0.6,對(duì)雙向板樓蓋的梁不應(yīng)小于 0.8。由于結(jié)構(gòu)布置中,框架梁間均為SP板一跨通過(guò),故不存在次梁一說(shuō)。當(dāng)SP板沿順汽車??糠较虿贾脮r(shí),此時(shí)考慮車道內(nèi)有車通行,則此通行車輛的荷載集度應(yīng)是不大于密集停車位的荷載集度,則綜合考慮后,主梁承擔(dān)的有效均布荷載應(yīng)是小于2kN/m2,對(duì)于規(guī)定為微型及小型車的停車樓(可通過(guò)限高控制),規(guī)范中對(duì)于主梁的0.6折減系數(shù)仍稍偏大。當(dāng)考慮地震作用時(shí),《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011-2010對(duì)計(jì)算重力荷載代表值時(shí)可變荷載的組合值系數(shù)給出規(guī)定(表5.1.3)。對(duì)于停車樓建筑,由于單向板樓蓋和較大跨度雙向板樓蓋的樓面荷載取值不同,則在此也應(yīng)進(jìn)行區(qū)別對(duì)待,由于地震作用對(duì)于整層的結(jié)構(gòu)質(zhì)量產(chǎn)生慣性力,此時(shí),應(yīng)對(duì)整層的荷載水平進(jìn)行考慮組合,若借用表1中較大跨度雙向板的荷載水平,等效重力荷載代表值中的可變荷載部分應(yīng)為2.5?0.5=1.25 kN/m2,則原來(lái)按單向板考慮的活載輸入,其對(duì)應(yīng)組合值系數(shù)約為0.3左右。
這樣,對(duì)于不同層次的構(gòu)件和受力工況,形成了不同的活荷載組合系數(shù),需要區(qū)別對(duì)待,好在軟件中有對(duì)于活載值的調(diào)整系數(shù),可在活荷折減中予以定義(圖5)。
圖5軟件中對(duì)于非地震作用時(shí)的活載折減及計(jì)算地震作用時(shí)的質(zhì)量折減其實(shí),等效均布荷載的計(jì)算不僅針對(duì)于活荷載,對(duì)于恒載也常使用,比如帶窗戶的外圍護(hù)墻、帶門的內(nèi)部隔墻等,均是將非均勻線荷載按梁跨長(zhǎng)度予以平均后考慮。有些同志還覺(jué)得,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的隔墻,后期還可能隨著改造裝修會(huì)被拆除,應(yīng)按活載考慮。竊以為,相對(duì)固定的隔墻還是按恒載輸入,一方面,對(duì)于常見(jiàn)民用建筑結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)恒載大于活載較多,一般豎向設(shè)計(jì)均是按恒載控制,活載造成的不利布置影響較??;另外,即使后期拆墻改造等有發(fā)生,由于前期的配筋富?;螂S著輕質(zhì)高強(qiáng)品質(zhì)隔墻材料的替代應(yīng)用,也可避免局部拆除造成其他部位的內(nèi)力增大。一般建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的固定隔墻不宜以活載輸入,主要是避免泛活載化,對(duì)恒載與活載的定義產(chǎn)生混淆。對(duì)于衛(wèi)生間中有頻繁改造、蹲便器與坐便器升級(jí)換代、家庭浴缸或淋浴更換等情況,雖然形式上是恒荷載,在金先生的書(shū)中(圖1及下圖)也建議按恒載,但按《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》中的相關(guān)規(guī)定也有一定道理。 對(duì)于輕鋼大跨廠房結(jié)構(gòu),由于屋面本身重量較輕,其設(shè)計(jì)一般轉(zhuǎn)由活載或風(fēng)載、雪載控制。此時(shí)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮屋面板材重量的變異性以及廠房?jī)?nèi)部屋頂下懸掛設(shè)施布置的不均勻性,適當(dāng)控制恒載數(shù)值,而將一部分恒載轉(zhuǎn)為活載輸入,這也是《通用規(guī)范》對(duì)不上人屋面最小活荷載取值予以強(qiáng)調(diào)的技術(shù)背景之一。軟件分析時(shí)充分利用活荷載的不利布置選項(xiàng),來(lái)達(dá)到恒載不確定帶來(lái)的不利因素。
對(duì)于各類工業(yè)建筑的樓面活荷載,各行業(yè)規(guī)范均有相應(yīng)規(guī)定,但也存在設(shè)備相對(duì)固定、振動(dòng)效應(yīng)放大系數(shù)、檢修荷載出現(xiàn)概率等非地震工況時(shí)的較大荷載輸入與地震作用計(jì)算時(shí)組合系數(shù)確定等諸多問(wèn)題。均需遵循等效荷載的概念以及充分利用軟件對(duì)活載調(diào)整的功能,善加利用。