钢结构的荷载计算

添加时间:2024-10-29打印本文


一、荷载的分类


钢结构所承受的荷载主要分为三类:永久荷载、可变荷载和偶然荷载。


永久荷载又称恒载,是指在结构使用期间,其值不随时间变化,或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。例如钢结构自身的重量、固定在结构上的设备重量等。


可变荷载又称活载,是指在结构使用期间,其值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。比如建筑物内的人员、家具、设备等产生的荷载,风荷载、雪荷载等自然荷载也属于可变荷载。


偶然荷载是指在结构使用期间不一定出现,而一旦出现,其值很大且持续时间很短的荷载。如地震作用、爆炸力等。


二、永久荷载的计算


永久荷载的计算相对较为简单。对于钢结构自身的重量,可以根据钢材的密度和结构的体积进行计算。而固定在结构上的设备重量通常可以通过设备的铭牌或设计资料获取。


例如,一个钢结构厂房,其钢梁采用 H 型钢,已知钢材的密度为 7850 千克 / 立方米,钢梁的截面尺寸为高 300 毫米、宽 150 毫米、腹板厚度 6 毫米、翼缘厚度 9 毫米,长度为 10 米。则该钢梁的重量为:


首先计算钢梁的截面面积,A = 2×150×9+(300-2×9)×6 = 4500 平方毫米 = 0.0045 平方米。


钢梁的体积为 V = A×L = 0.0045×10 = 0.045 立方米。


钢梁的重量为 G = ρ×V = 7850×0.045 = 353.25 千克。


三、可变荷载的计算


可变荷载的计算相对复杂一些。以风荷载为例,风荷载的大小与建筑物的高度、形状、所处地区的风气候等因素有关。风荷载的计算公式为:W = βzμsμzω0A,其中 W 为风荷载,βz 为高度 z 处的风振系数,μs 为风荷载体型系数,μz 为风压高度变化系数,ω0 为基本风压,A 为迎风面积。


雪荷载的计算也需要考虑当地的雪压、屋面坡度等因素。一般来说,雪荷载的计算公式为:S = μrS0,其中 S 为雪荷载,μr 为屋面积雪分布系数,S0 为基本雪压。


对于建筑物内的人员、家具等活荷载,可以根据相关的建筑设计规范进行取值。


四、偶然荷载的计算


偶然荷载的计算通常需要根据具体的情况进行分析。例如,在进行抗震设计时,需要根据建筑物所在地区的地震设防烈度、场地条件等因素,采用适当的地震作用计算方法,确定地震作用对钢结构的影响。


对于爆炸力等偶然荷载,需要根据爆炸的类型、距离、强度等因素进行计算。


五、荷载组合


在实际工程中,钢结构往往同时承受多种荷载的作用。因此,需要进行荷载组合,以确定结构在最不利情况下的受力状态。常用的荷载组合有基本组合、标准组合、频遇组合和准永久组合等。


例如,对于基本组合,一般采用以下公式:S = γG S Gk + γQ1 S Q1k + ∑γQiψciS Qik,其中 S 为荷载组合的效应设计值,γG 为永久荷载分项系数,S Gk 为永久荷载标准值的效应,γQ1 为第一个可变荷载分项系数,S Q1k 为第一个可变荷载标准值的效应,γQi 为第 i 个可变荷载分项系数,ψci 为第 i 个可变荷载的组合值系数,S Qik 为第 i 个可变荷载标准值的效应。


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