活荷载折减精细化处理在结构设计中的应用

李建业, 杨悠子

(中国建筑科学研究院有限公司建研科技股份有限公司， 北京 100013)

1 活荷载标准值折减

《建筑结构荷载规范理解与应用》[2](2012版)指出，“在均布活荷载统计时，结构构件所承受的来自不同空间域的活荷载不可能同时达到其设计基准期内的最大值，存在空间组合问题。同时，其均值和方差统计与统计面积相关，一般来说房间面积越大，均值和方差越小。因此，在确定活荷载标准值时应该考虑空间的变异性和不同构件的受荷面积大小的影响，对活荷载标准值进行适当的折减。”

《荷载规范》5.1.2条规定，设计楼面梁、墙、柱及基础时，本规范表5.1.1中楼面活荷载标准值的折减系数取值不应小于下列规定。

1.1 设计楼面梁时

(1)第1(1)项当楼面梁从属面积超过25 m2时，应取0.9。

(2)第1(2)～7项当楼面梁从属面积超过50 m2时，应取0.9。

(3)第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8，对单向板楼盖的主梁应取0.6，对双向板楼盖的梁应取0.8。

(4)第9～13项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。

1.2 设计墙、柱和基础时

(1)第1(1)项应按《荷载规范》表5.1.2规定采用。

(2)第1(2)～7项应采用与其楼面梁相同的折减系数。

(3)第8项的客车，对单向板楼盖应取0.5，对双向板楼盖和无梁楼盖应取0.8。

(4)第9～13项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。

PKPM V3.1.6及后续版本在保留旧版程序活荷载折减方式的同时新增精细化折减方式，从而满足《荷载规范》第5.1.2条对不同活荷类型采用不同的活荷载折减系数的规定。图1为SATWE参数设置对话框——活荷信息标签页，活荷载折减参数设置分为三个区域，传统方式折减、精细化折减和消防车荷载折减，其中前两种折减方式为互斥的关系。需要注意的是，如果采用精细化折减方式，则需要在PMCAD建模模块中指定各房间的活荷载类型。

2 PMCAD中指定房间活荷类别

图2为PMCAD模块中交互指定房间活荷载类型界面，点击菜单后，与《荷载规范》表5.1.1对应的参数设置对话框。

没等我坐稳屁股，里屋就传来李金枝的骂声。四眼儿张，你个瞎驴，想娶你姑奶奶，做梦去吧你！爹你要再逼我，我就死给你看，就是死我也不跟瞎驴过！咣当咣当，李金枝使劲摇晃着屋门。

图2 PMCAD指定房间活荷类型对话框

选中相应活荷类别，点“布置”即可指定目标房间的活荷载类别，对于9～13项可同时选中所属房屋类别。图3为某实际模型中指定房间活荷类型后，界面所显示的相应信息。

图3 某工程指定房间活荷类型

3 SATWE中楼面梁活荷折减

在PMCAD结构模型中指定房间的活荷类型后，同时要在SATWE的参数设置对话框中选择精细化折减方式，程序自动依据规范规定计算合理的活荷载折减系数。

程序中确定梁、墙梁活荷折减系数的原则如下：对构件周围的房间进行循环遍历，每个房间根据《荷载规范》第5.1.2-1条得到一个折减系数，最后取最大值作为该梁的最终活荷折减系数。

3.1 第1(1)项折减

自建测试小模型，指定房间活荷类型为第1(1)项，程序自动计算楼面梁活荷载折减系数，如图4所示。

图4 第1(1)项活荷楼面梁折减系数

3.2 第1(2)～7项折减

同(1)所用模型，但设置房间活荷类型为第1(2)项，程序自动计算楼面梁活荷折减系数，如图5所示。

图5 第1(2)项活荷楼面梁折减系数

3.3 第9～13项折减

同(1)所用模型，但设置房间活荷类型为第9项，且房屋类别为1(1)，程序自动计算楼面梁活荷折减系数，见图6。

图6 第9项活荷楼面梁折减系数

4 SATWE中柱、墙活荷折减

结构不同部位有不同的使用功能，折减方式有所不同，常见的组合如：主楼住宅+裙房商场等、底层商场+上部住宅等。SATWE能够依据PMCAD模型中所设定的房间活荷类型和《荷载规范》，自动实现更为精确的活荷载折减。

柱、墙柱(支撑不进行自动折减)确定折减系数的原则如下：将其截面以上承担的所有楼板活荷载产生的荷载效应按照房间属性近似按图7划分，其中L1部分(对应房间属性1(1))，L2部分(对应房间属性1(2)～7)，L3部分(对应房间属性8)。

图7 竖向构件截面以上房间类型

程序根据房间属性执行《荷载规范》5.1.2-2条的规定进行折减，最后按公式(3.1)将折减后的荷载效应进行累加，并与折减前的总荷载的比值定义为该竖向构件的折减系数C，其中Li可等效为相应楼面荷载：

(1)

6层简单模型，模拟实际结构的不同部分和不同用途，程序自动计算柱活荷载折减系数，分为如下两种情况：

4.1 办公室(第1(1)项)和会议室(第1(2)项)

图8所示，办公室与会议室相邻，楼面活荷载分别取值为3 kN/m2和5 kN/m2，并对活荷载折减采用精细化处理方式，对第1层某柱折减系数进行校核：

C=(0.7×3×6+0.9×5×6)/(3×6+5×6)=0.825

图8 柱活荷折减系数

4.2 商业(第4(1)项)和住宅(第1(1)项)

下部3层为商业用途，楼面活荷载取值为6 kN/m2，上部3层为住宅用途，楼面活荷载取值为4 kN/m2,并对活荷载折减采用精细化处理方式(图9)，对第1层某柱折减系数进行校核：

C=(0.85×4×3+0.9×6×3)/(4×3+6×3)=0.88

图9 柱活荷折减系数

5 消防车活荷载折减

《荷载规范》第5.1.2-1条规定，设计楼面梁时，消防车荷载折减系数的确定需依据房间是单向板或双向板。第5.1.3条规定，设计墙、柱时，可按实际情况考虑消防车活荷载。

V3.1.6版本SATWE的消防车活荷载折减系数由单独参数控制，即梁的折减系数按照楼板是单向板还是双向板确定(程序规定，对于矩形房间，长短边长度比大于2为单向板，小于2为双向板)，墙、柱的折减系数为全楼参数，并由用户指定。

如图10所示模型，楼板为单向板，楼面消防车荷载为30kN/m2，在SATWE参数对话框中将墙、柱折减系数设置为0.9，楼面梁将自动进行折减。

图10 消防车荷载折减

6 实际工程

某办公楼建筑，如图11所示，第4、5层部分房间作为会议室、阅览室，其上部为办公室，分别采用传统方式、精细方式进行考虑活荷载折减。其中传统方式折减时墙、柱折减系数按荷规表5.1.2取，楼面梁从属面积大于25 m2时折减系数取为0.9。第4层活荷载折减结果如图12所示，可以看到旧版软件折减偏大。

图11 办公楼三维模型

图12 新、旧活荷折减方式的结果

7 结论

本文介绍了PKPM V3.1.6版本SATWE模块依据《荷载规范》新增的活荷载精细化折减功能，主要包括如下三个部分：

(1)依据房间活荷类型自动确定楼面梁活荷折减系数，同时考虑楼面梁周边房间用途的不同，二者当中取大值。

(2)依据柱、墙其截面以上房间活荷载类型确定活荷折减，并综合考虑折减系数。

(3)提供单独设置参数，控制消防车活荷载折减，按照房间是单向板还是双向板确定楼面梁折减，用户指定全楼全局参数进行柱、墙折减。

全新的荷载精细化折减方式，不仅能够有效解决旧版软件荷载折减方法不全面、荷载折减过多的问题，减少用户使用成本，同时对于程序自动计算得到的构件活荷折减系数，用户也可在前处理特殊构件定义中进行修改。通过以上手段，用户可以对活荷载折减实现更为精确高效的控制。