在《建筑結(jié)構荷載規(guī)范》GB 50009-2012(以下簡稱《荷載規(guī)范》)中,有關于大量一般民用與工業(yè)建筑的樓、屋面荷載標準值規(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,做出了相應規(guī)定。其中,對于內(nèi)力等值的等效方法,由于板類構件一般是彎矩控制,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支對跨中最大彎矩進行反算等效均布荷載;對于懸挑單向板則是支座最大負彎矩進行等效。對于雙向板,附錄C.0.6 指出:可按與單向板相同的原則,按四邊簡支板的絕對最大彎矩等值來確定。對于次梁類構件,由于彎矩和剪力都比較突出,則說明“等效均布活荷載應取按彎矩和剪力等效的均布活荷載中的較大者”。對于主梁及柱和基礎:
一直以為,《荷載規(guī)范》中各項樓、屋面活載標準值的確定,均是按附錄C的原則實施,直到有一天學習金新陽先生的《建筑結(jié)構荷載規(guī)范理解與應用》(圖1),才發(fā)現(xiàn)并非我以為的就是我以為的(圖2)。原來現(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)計時確實省卻了好多數(shù)學隨機燒腦以及計算的繁雜。由于常用現(xiàn)澆樓板的贅余度很多(無窮多),使得這類忽略空間隨機性的荷載統(tǒng)計方法,對樓板構件無實質(zhì)性影響,對次梁及主梁、柱、基礎等構件也基本符合。
再加上現(xiàn)階段各類結(jié)構分析軟件的進步,一般均設置了樓板上局部荷載(板上局部線性、局部面積、局部集中)的輸入和計算分析方法,應用起來也很方便,《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:陽臺上的重物靠墻根放!家里的魚缸靠墻放!鋼琴、跑步機靠墻放云云??
最近指導設計一棟多層裝配式汽車庫,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)構通用規(guī)范》GB 55001-2021,對樓面荷載的選取有如表1的規(guī)定。
由于本結(jié)構裝配式樓板采用SP板體系,為單向受力,根據(jù)規(guī)范,取樓面標準值為4.0 kN/m2。此取值蓋由最大輪壓形成的彎矩換算得到的等效內(nèi)力獲得。對于停車樓建筑,由于車位大多固定,當用于微型車及小型車時,其單車重量有限,考慮乘坐人員及所載貨物的體量,單車總重一般不會超過20 kN,最大不會超過25 kN。根據(jù)《車庫建筑設計規(guī)范》JGJ 100- 2015中對垂直式停車位的要求(圖4、表2),每個車位面積約為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)構通用規(guī)范》中,也說明了表1中的荷載:對單向板樓蓋的次梁和槽形板的縱肋不應小于0.8,對單向板樓蓋的主梁不應小于 0.6,對雙向板樓蓋的梁不應小于 0.8。由于結(jié)構布置中,框架梁間均為SP板一跨通過,故不存在次梁一說。當SP板沿順汽車停靠方向布置時,此時考慮車道內(nèi)有車通行,則此通行車輛的荷載集度應是不大于密集停車位的荷載集度,則綜合考慮后,主梁承擔的有效均布荷載應是小于2kN/m2,對于規(guī)定為微型及小型車的停車樓(可通過限高控制),規(guī)范中對于主梁的0.6折減系數(shù)仍稍偏大。當考慮地震作用時,《建筑抗震設計規(guī)范》GB 50011-2010對計算重力荷載代表值時可變荷載的組合值系數(shù)給出規(guī)定(表5.1.3)。對于停車樓建筑,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,則在此也應進行區(qū)別對待,由于地震作用對于整層的結(jié)構質(zhì)量產(chǎn)生慣性力,此時,應對整層的荷載水平進行考慮組合,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為2.5?0.5=1.25 kN/m2,則原來按單向板考慮的活載輸入,其對應組合值系數(shù)約為0.3左右。
這樣,對于不同層次的構件和受力工況,形成了不同的活荷載組合系數(shù),需要區(qū)別對待,好在軟件中有對于活載值的調(diào)整系數(shù),可在活荷折減中予以定義(圖5)。
圖5軟件中對于非地震作用時的活載折減及計算地震作用時的質(zhì)量折減其實,等效均布荷載的計算不僅針對于活荷載,對于恒載也常使用,比如帶窗戶的外圍護墻、帶門的內(nèi)部隔墻等,均是將非均勻線荷載按梁跨長度予以平均后考慮。有些同志還覺得,非結(jié)構構件的隔墻,后期還可能隨著改造裝修會被拆除,應按活載考慮。竊以為,相對固定的隔墻還是按恒載輸入,一方面,對于常見民用建筑結(jié)構,結(jié)構恒載大于活載較多,一般豎向設計均是按恒載控制,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)高強品質(zhì)隔墻材料的替代應用,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)構設計中的固定隔墻不宜以活載輸入,主要是避免泛活載化,對恒載與活載的定義產(chǎn)生混淆。對于衛(wèi)生間中有頻繁改造、蹲便器與坐便器升級換代、家庭浴缸或淋浴更換等情況,雖然形式上是恒荷載,在金先生的書中(圖1及下圖)也建議按恒載,但按《全國民用建筑工程設計技術措施》中的相關規(guī)定也有一定道理。 對于輕鋼大跨廠房結(jié)構,由于屋面本身重量較輕,其設計一般轉(zhuǎn)由活載或風載、雪載控制。此時設計應考慮屋面板材重量的變異性以及廠房內(nèi)部屋頂下懸掛設施布置的不均勻性,適當控制恒載數(shù)值,而將一部分恒載轉(zhuǎn)為活載輸入,這也是《通用規(guī)范》對不上人屋面最小活荷載取值予以強調(diào)的技術背景之一。軟件分析時充分利用活荷載的不利布置選項,來達到恒載不確定帶來的不利因素。
對于各類工業(yè)建筑的樓面活荷載,各行業(yè)規(guī)范均有相應規(guī)定,但也存在設備相對固定、振動效應放大系數(shù)、檢修荷載出現(xiàn)概率等非地震工況時的較大荷載輸入與地震作用計算時組合系數(shù)確定等諸多問題。均需遵循等效荷載的概念以及充分利用軟件對活載調(diào)整的功能,善加利用。