【结构咖】结构设计杂谈——荷载的时空调整

提问 发帖 回复

作者 | 鲲鹏 自媒体人 本文来源于其微信公众号“JIE构生活” 在结构设计中,我们通常认为荷载是定值,但真的如此吗? 结构自重与材料质量及重力加速度有关,把自重看做定值,问题不大。但地震作用呢?风荷载呢?活载呢? 拿最简单的活载为例,活载的代表值就有四种,分别为标准值、组合值、频遇值及准永久值。再看地震作用,在同一个地区,一栋设计使用年限为15年的房屋,和一栋设计使用年限为50年的房屋,它们的抗震设防烈度能取一样吗,最大地震影响系数能取一样吗?或者说,一栋设计使用年限50年的房屋,使用了35年后,加固复核的时候,地震参数还能按50年来取吗?说到风荷载,海边建一个临时房屋,风荷载该怎么取?

作者 | 鲲鹏

自媒体人

本文来源于其微信公众号“JIE构生活”


在结构设计中,我们通常认为荷载是定值,但真的如此吗?


结构自重与材料质量及重力加速度有关,把自重看做定值,问题不大。但地震作用呢?风荷载呢?活载呢?


拿最简单的活载为例,活载的代表值就有四种,分别为标准值、组合值、频遇值及准永久值。再看地震作用,在同一个地区,一栋设计使用年限为15年的房屋,和一栋设计使用年限为50年的房屋,它们的抗震设防烈度能取一样吗,最大地震影响系数能取一样吗?或者说,一栋设计使用年限50年的房屋,使用了35年后,加固复核的时候,地震参数还能按50年来取吗?说到风荷载,海边建一个临时房屋,风荷载该怎么取?


回忆《荷载规范》,设计楼面梁、墙、柱及基础时,楼板活载均有不同程度的折减,这又是为何呢?


原因在于,作用在楼面上的活荷载,不可能以标准值的大小同时布满在所有的楼面上,因此在设计梁、墙、柱和基础时,还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况。但采用简化的概率统计模型来解决这个问题还不够成熟,所以规范暂按传统的折减系数的办法来考虑。


其实,这就是荷载的时空调整。也就是说,地震作用、风载、活载不是恒定的,而是会随时空发生变化。其本质是把荷载效应当做随机变量来考虑,既然是随机变量,其统计值就和时间(设计使用年限)与空间(荷载分布)有关。进一步思考,结构的抗力也是随机的,有一门叫做《结构可靠度》的课程,就是从概率的角度,来评判结构完成预定功能的可靠性。


基于概率的思想,如果有人问你,这个结构安全吗?理论上,我们是无法回答的。也许,我们可以说,这个结构在某某条件下,大概率是安全的,究竟有多大概率呢,目前是算不出来的。可能有一天,当我们采用全概率思想来做结构设计的时候,我们才能有一个概率维度的答案。


最后,我们解决两个实际问题。第一个,如果设计使用年限不是50年,地震参数该怎么取?


先复习一些基本概念。在建筑抗震设计规范中,一般建筑的设计使用年限定为50年,采用三水准设防思想,通俗来说,就是“小震”、“中震”和“大震”,相应的超越概率分别为0.632(重现期50年),0.10(重现期475年),和0.025(2%~3%)(重现期1975年)。如果将中震定义为基本烈度,则小震为度,大震为度。

微信图片_20180914135032.jpg


第二个问题,不同设计使用年限的风荷载如何确定?


张相庭《结构风工程理论·规范·实践》(中国建筑工业出版社,2006)一书给出不同重现期风压的比值为:

微信图片_20180914135034.png

根据上式,重现期对应的基本风压与重现期50年基本风压的比值为:

微信图片_20180914135037.png


参考文献:

1)毋剑平,白雪霜,孙建华,《不同设计使用年限下地震作用的确定方法》;

2)周锡元,曾德民,高晓安,《估计不同服役期结构的抗震设防水准的的简单方法》;

3)王亚勇,戴国莹,《建筑抗震设计规范疑问解答》


以上仅为个人观点,欢迎讨论。


欢迎关注微信公号“JIE构生活”

微信截图_20180914135023.png


15355230127516476415 (1).jpg


15355230174845842348.jpg


  • 收藏5

  • 打赏0

申明:内容来自用户上传,著作权归原作者所有,如涉及侵权问题,请点击此处联系,我们将及时处理!

回复

分享至:

评论 请使用文明语言进行专业交流,恶意灌水将受到惩罚

请先 登录,再评论!

加载更多资料