高层建筑结构设计
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11.如何理解和应用《荷规》(GB 50009—2012)第5.1.2条楼面活荷载折减系数?

考虑到作用于楼面上的活荷载不可能以标准值的大小同时布满所有的楼面,在设计梁、墙、柱及基础时,还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况,也即在确定梁、墙、柱及基础的荷载标准值时,还应按楼面活荷载标准值乘以折减系数。

折减系数的确定实际上是比较复杂的,采用简化的概率统计模型来解决这个问题还不够成熟。目前除美国规范是按结构部位的影响面积来考虑外,其他国家均按传统方法,通过从属面积来考虑折减系数。在ISO2103中,建议按下列不同情况对荷载标准值乘以折减系数λ:

(1)当计算梁时

1)对住宅、办公楼等房屋或其房间

2)对公共建筑或其房间

式中 A——所计算梁的从属面积,取梁两侧各延伸1/2梁间距范围内的实际楼面面积。

(2)计算多层房屋的柱、墙和基础时

1)对住宅、办公楼等房屋

2)对公共建筑

式中 n——所计算截面以上的楼层数,n≥2。

《建筑结构荷载规范》[1](GB 50009—2012)规定:

1)设计楼面梁时

对住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园,按25m2)考虑;对其他建筑物,按考虑,如表2-4所示。

2)设计柱、墙、基础时

对第1(1)建筑类别(住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园)折减系数按考虑,对于第1(2)~8项的建筑类别,直接按楼面梁的折减系数,而不另考虑按楼层的折减,如表2-5所示。

表2-4 设计楼面梁时,楼面活荷载标准值的折减系数

(续)

表2-5 设计墙、柱和基础时,楼面活荷载标准值的折减系数

注:当楼面梁的从属面积超过25m2时,可采用括号内的系数。

在设计时应注意:①楼面活荷载标准值折减只是针对楼面层折减,对于屋面层不折减;②设计楼面梁时的折减系数只是影响梁,而不应该影响与其相连的柱、墙或基础。

(1)结构设计的相关问题

现行结构电算程序多数无法区分《荷规》表5.1.1中第1(1)项与第1(2)~13项,因此,很难实现《荷规》(GB 50009—2012)根据不同活荷载种类采取不同的楼面活荷载折减系数的要求。

多数程序不具有完全按表2-4和表2-5的要求多楼面荷载进行折减的功能,程序中不区分不同的楼面活荷载类型,一般均按《荷规》表5.1.1中第1(1)项的楼面活荷载类型考虑并取相应的折减系数。因此,结构计算程序对楼面活荷载的折减是粗略和不全面的。

由此可见,《荷规》(GB 50009—2012)虽然规定了不同荷载情况下的折减系数,但因为折减系数多、情况复杂,程序很难区分不同活荷载类型,尤其多塔楼结构的平面布置及竖向布置都极为复杂,程序不好完全自动实现《荷规》(GB 50009—2012)第5.1.2条进行楼面墙、柱及基础时楼面活荷载折减计算,因此比较适合于手工计算。

(2)使用程序计算时,活荷载折减系数取值

1)使用程序计算时,应仔细了解所用程序的荷载折减功能,对于楼板的支承构件(梁、墙、柱及基础等),应按表2-4、表2-5考虑活荷载的折减系数。当程序无法直接计算时,应考虑区分不同构件进行分步骤计算,并在荷载输入时将楼面活荷载折减。

2)使用程序计算,当按表2-4、表2-5折减后的数值输入楼面活荷载时,此数值是对特定构件计算所需的截面等效均布活荷载,应注意此时其他相关结构构件内力的不真实性,避免误用。若涉及楼面梁时,应取用表2-4折减后的楼面活荷载值作为新的楼面荷载输入计算,此时的计算内力及配筋仅可用于楼面梁,对柱、墙等其他构件则表现为内力不真实,不能取用。

3)当程序取用《荷规》表5.1.2的活荷载折减系数时,应特别注意裙房与主楼整体计算的高层建筑,避免裙房部分按主体的层数取用相应的折减系数(图2-1)。

4)当程序取用《荷规》表5.1.2的活荷载折减系数时,应注意计算楼层与实际楼层的区别,当计算楼层与实际楼层层数相差较多时(如错层结构等),应特别注意(图2-2)。

图2-1 裙楼应按自身楼层考虑

图2-2 错层结构应按实际楼层考虑