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摘要:鋼材由于其優良的強度和延展性，在建筑結構上有廣泛的應用。我國隨著經濟實力的提升，鋼結構見越來越常見。本文通過對中美鋼結構規范中的荷載取值與荷載組合計算的對比研究，得出兩國規范對于恒荷載基本一致，活荷載方面則美國規范相對要大一些，其中地震荷載我國是通過多遇地震與罕遇地震的強度比進行折減，美國則是針對不同延性設計級別進行折減的結論。

關鍵詞:結構設計;荷載取值;對比研究

1前言

鋼材具有強度高、自重輕、變形能力強等優點，這使的鋼結構建筑可以完成一些其他材料達不到的構造要求。也因其延性破壞的特性與良好的變形能力，能夠在地震作用下充分變形才破壞，具有優良的抗震性能。美國鋼結構規范作為國際權威，我國規范的編寫也對其進行參考借鑒，同時我國研究人員也對兩國鋼結構設計方面其進行過各方面的對比研究，其中兩國各自對結構荷載的計算方式與大小，以及所采用的荷載組合值，模型所需參數均有不同。

2荷載取值

成功的結構設計首要的前提是正確的荷載估算，而荷載組合的前提又是荷載取值的方法，如果荷載取值本身都有一定差異的前提下，進行荷載組合的對比就毫無意義。

2．1恒荷載

恒荷載方面CE7在恒荷載條文說明中列出了常用材料的荷載與密度，其中常用的鋼筋混凝土密度是23.5KN/m3，鋼為78.1KN/m3。可以看出恒荷載方面由于材料本身性質鎖定，所以基本一致，而混凝土的密度由于配比等會有一定區別，所以有偏差，而像鋼材等材料則完全一致。

2．2活荷載

活荷載取值方面，其中常見的辦公室或荷載取值2.4kN/m2，陽臺荷載為旁邊使用類別活荷載的1.5倍且不大于4.79kN/m2，整體看來取值與我國荷載規范基本相當。對于荷載折減方面，兩國規范也有類似的要求，但形式卻有些許差別，我國是根據不同的建筑類別，墻柱可取0.9的折減，或根據層數而取1至0.55的折減系數，梁則是根據不同建筑類別，當面積大于25平米或50平米后，可取0.9的折減系數。而在CE7中則并沒有根據建筑類別進行劃分，而是一條公式和一個系數表，參照公式折減。關于梁板的折減兩國相差不大，只是美國會根據面積有范圍變化，我國則統一為0.9。關于墻柱的折減兩國規范參數不同，我國是根據層高而改變，美國則是根據面積而改變。

2．3地震荷載

地震荷載的取值涉及到的設計參數有場地類別、地震強度、房屋自振周期、地震反應修正這幾項。其中自振周期通過模型計算而得，其余幾項需要在設計時輸入。

2．3.1震源類型、場地類別

我國規范條文說明中描述，相同的震級，相同的場地條件，但由于震源機制以及震中距的不同，仍會導致反應譜的變化，故我國在烈度區劃分的基礎上設置了地震分組的方式來體現。CE7［1］中則是根據經緯點給出地震作用反應譜，用這種方式考慮了震源類型。具體場地類別的劃分，可參考《中美設計規范中場地分類和場地效應的比較》。

2．3.2地震反應譜

我國地震強度被規范按照設防烈度劃分成4個級別，每個城市再劃分各個分組，給出多遇地震的反應譜加速度峰值，再根據場地類別、建筑阻尼比等參數得出特征周期的反應譜值。美國則是將全國按照經緯度給出建筑所在點的0.2秒周期時以及1秒周期時反應譜值，從而得到完整的反應譜。綜合來說兩國所給出的反應譜形狀基本一致，對于地震峰值美國劃分范圍更加廣。若根據罕遇地震的重現期以及50年超越率來考慮的話，美國的標準略高一些。

2．3.3地震反應修正

兩國地震反應修正的取值采用了不同的方式，我國根據概率給出多遇地震的特征值，在承載能力計算當中，要求結構能夠抵御多遇地震荷載不受破壞。對于確保大震不倒，則采用各種構造措施加強結構的延性能力，使結構在罕遇地震作用下不會馬上破壞。美國則完全不同，直接給出的是罕遇地震反應譜，CE7當中再根據不同的結構形式類別，給出了不同的折減系數，例如特殊抗彎框架除系數8，普通抗彎框架除3.5等，但地震作用的設計值還需要再乘2/3。可以看出，美國規范［1］的折減是根據結構類型來劃分的，且從兩個維度上來進行，第一是抗側力構件類型，第二是延性要求程度。

2．4風荷載

我國規范風荷載取值公式為:ωk=βzμsμzω0，其中βz為風振系數，μs為風荷載體形系數，μz為風壓高度系數，ω0為基本風壓，其中基本風壓取50年一遇。美國規范結構不超過18米的相應公式為:qz=0．613KzKztKdV2，其中:qz為速度風壓，單位為N/m2，Kz為速度壓力粗糙度系數N/m2，Kzt為地形系數，Kd為方向性系數，以考慮最強風從所有方向傳來的可能性以及最大壓力參數從所有方向相同的可能性。0.613為伯努利公式的風速風壓計算公式系數。V為基本風速。舉例說明，我國規范［2］如果所選結構高度不大于30米，體形系數μs按規范取1.3，由地面粗糙程度屬于B類可得11.9m處風壓高度系數μz為1.05，不考慮地形相關修正，基本風壓按所處地帶取50年一遇為0．35kN/m2。故11.9m處風壓:ωk=1．3×1．05×0．35=0．478kN/m2。美國與我國規范風壓高度系數相同，地面粗糙程度取與我國B類相近時為C級，11.9m處相應Kz=1．03，不考慮地形影響，此處Kzt=1。Kd對于一般結構取0．85。CE7－10［1］將重要程度系數并入基本風速中，將荷載組合當中風荷載的分項系數調為1.0，把II級重要度結構(相當于我國丙級)的基本風速重現期調為700年。為做計算對比，取50年一遇風速V50=23．66m/s，根據CE7－10給出的公式換算為700年一遇風速:V700－V50［0．36+0．1ln(12×700)］=29．90m/s。故:qz=0．613×1．03×1×0．85×29．92=480N/m2=0．48kN/m2。設計風壓:P=qz［(GCpf)－(GCpi)］。GCpf為外部壓力系數以描述建筑體型，對于平屋面側面受壓迎風面為正0.61，背風面為0.43，GCpi為內部壓力系數以描述建筑密封程度的影響，對于完全密封的建筑為0.18。故最終11.9米處最大設計風壓:P=0．48×［(0．61+0．43)－(－0．18)］=0．586kN/m。

3結論

經過上述分析，可以得出下面幾點結論:(1)荷載取值對比可以看出，兩國規范當中恒荷載取值基本一致，活荷載取值美國規范［1］略大一些，地震荷載取值基本相當，但美國規范的峰值范圍要更廣一些;(2)對于地震荷載由于參與因素較多，無法直接對比，但綜合而言罕遇地震作用的取值標準基本相當，但是在折減方面的考慮角度不同我國是通過多遇地震與罕遇地震的強度比進行折減，美國則是針對不同延性設計級別進行折減;(3)CE7－10版荷載組合值系數并入基本風速值當中，從而將相當于我國重要程度丙類的建筑基本風速重現期調為700年，若采用50年重現期基本風壓的組合系數則為1.6。

作者：秦昊駿 單位：武漢理工大學