钢结构课程设计荷载组合计算（墙面恒荷载，可变荷载（活载））

在钢结构课程设计中，荷载组合计算是评估结构安全和稳定性的关键步骤。荷载组合通常包括墙面恒荷载（如自重）和可变荷载（活载），这些荷载的合理分配对保证结构的安全至关重要。，，墙面恒荷载主要指建筑物自身重量及其支撑物的重量，这部分荷载在整个使用期间保持不变。在设计时，必须确保这些荷载被均匀地分配到整个结构上，以避免局部过载。，，可变荷载是指那些随时间变化或由外部条件引起的荷载，例如风荷载、雪荷载等。这些荷载的大小与时间有关，且可能因季节、地理位置等因素而异。在进行荷载组合计算时，设计师需考虑到这些荷载的最大值，并据此调整结构设计以满足安全标准。，，通过精确的荷载分析，可以确保钢结构设计符合实际使用需求和安全规范，从而避免潜在的结构问题，保障建筑物的长期稳定与安全。

一、荷载类型及取值

1. 永久荷载（恒载）
   • 屋面恒荷载
     • 对于有檩体系钢结构屋面，需考虑压型钢板、檩条、保温层、拉条、支撑等重量。如屋面采用彩钢板，压型钢板的截面有多种波形，板宽、波高、板厚各有不同取值范围，板厚一般可用0.6 - 1.0mm。檩条间距等因素也会影响屋面恒荷载取值。例如实例中屋面为双层彩钢板（每层钢板厚0.6mm），100mm厚岩棉保温，加上檩条、拉条、支撑后的恒荷载计算如下：屋面双层彩钢板为$13.3kg/m^2$13.3kg/m2，屋面檩条（檩条间距按1.5m）为$4.51kg/m^2$4.51kg/m2，屋面水平交叉支撑取$1kg/m^2$1kg/m2，拉条加上檩托板取$0.3kg/m^2$0.3kg/m2，100mm厚岩棉（密度取$100kg/m^3$100kg/m3）为$10kg/m^2$10kg/m2，总和即为屋面恒荷载。
     • 无檩体系屋面的发泡水泥复合网架板和大型屋面板，板重$0.6 - 0.75kN/m^2$0.6?0.75kN/m2；加气混凝土板，板重$0.75 - 1.0kN/m^2$0.75?1.0kN/m2；GRC大型屋面板，不保温，板重$0.5 - 0.6kN/m^2$0.5?0.6kN/m2等。
   • 墙面恒荷载
     • 如果彩板不是用墙檩承重，墙檩只是起到一个侧向支撑作用，则可以不考虑。如果彩板是支撑在墙檩上的，则要考虑其荷载。一般来说，只要风荷载不超过$0.5kN/m^2$0.5kN/m2，墙面彩板厚度取$0.5mm$0.5mm足够。
2. 可变荷载（活载）
   • 不上人屋面活荷载
     • 《建筑结构荷载规范》GB50009中将不上人屋面均布活荷载标准值规定为$0.5kN/m^2$0.5kN/m2，并注明对不同结构可按有关设计规范将标准值作$0.5kN/m^2$0.5kN/m2的增减。当支承轻屋面的构件或结构，当受荷的水平投影面积超过$60m^2$60m2时，屋面均布活荷载标准值取为$0.3kN/m^2$0.3kN/m2 。
   • 屋面积灰荷载
     • 设计生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑时，对于具有一定除尘设施和保证清灰制度的机械、冶金、水泥等的厂房屋面，其水平投影面上的屋面积灰荷载，应根据相关规定取值。
   • 雪荷载
     • 轻钢结构对雪荷载比较敏感，实际中有大雪压垮轻钢厂房的情况，但具体取值需根据当地的气象条件和相关规范确定。
   • 吊挂荷载
     • 从理论上讲，吊挂荷载应按节点荷载的方式输入，当其作用位置不能明确时，可按等效的均布荷载方式输入。是否作为恒荷载输入，要看吊挂性质而定，如吊顶类，可以按恒荷载输入；如果其位置在使用过程中发生变动，按活荷载好些，一般情况下，按活荷载输入安全度高。
   • 吊车荷载
     • 包括吊车纵向和横向水平荷载。计算排架考虑多台吊车竖向荷载时，对一层吊车单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于2台；对一层吊车的多跨厂房的每个排架，不宜多于4台。
   • 风荷载
     • 在门式刚架计算时会涉及风荷载体型系数取值问题，需考虑是按《建筑结构荷载规范》取值还是按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》取值。
3. 偶然荷载（地震作用）
   • 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)3.2.4条规定：地震作用应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011 - 2001)的规定计算。

二、荷载组合计算

1. 荷载效应组合原则
   • 当永久荷载效应对结构不利时：
     • 由可变荷载效应控制的组合：荷载组合为$1.2$1.2永久荷载$+ 1.4$+1.4可变荷载。
     • 由永久荷载效应控制的组合：荷载组合为$1.35$1.35永久荷载$+1.4\times0.7$+1.4×0.7可变荷载。
   • 当永久荷载效应对结构有利时，荷载组合为$1.0$1.0永久荷载$+1.4$+1.4可变荷载。可变荷载分项系数一般情况应取$1.4$1.4，但对于标准值大于$4kN/m^2$4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载，应取$1.3$1.3。对于永久荷载应采用标准值作为代表值，对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。
2. 具体荷载组合示例（以某钢结构厂房为例）
   • 只考虑恒载、活载、风载的情况
     • $1.2$1.2恒$+ 1.4$+1.4活。
     • $1.2$1.2恒$+ 1.4$+1.4风（该组合是恒荷载对结构不利）。
     • $1.0$1.0恒$+ 1.4$+1.4风（该组合是恒荷载对结构有利）。
     • $1.2$1.2恒$+ 1.4$+1.4活$+1.4\times0.6$+1.4×0.6风。
     • $1.2$1.2恒$+ 1.4\times0.7$+1.4×0.7活$+1.4$+1.4风。
   • 考虑恒载、活载、风载、吊车荷载
     • 当可变荷载效应控制的组合（见GB50009 - 2001中3.2.3 - 1式）
       • 当永久荷载对结构不利时
         • $1.2$1.2恒$+ 1.4$