6.11.2荷载与作用-结构工程师考试教程：荷载与作用解析

2023-08-28 理论教育版权反馈

【摘要】：可变荷载风荷载，覆冰荷载，常遇地震作用，雪荷载，安装检修荷载，塔楼楼面或平台的活荷载，温度变化等。偶然荷载索线断线，撞击、爆炸、罕遇地震作用等。表6.11-7 与构件直径有关的覆冰厚度修正系数α1表6.11-8 覆冰厚度的高度递增系数α2非圆截面的其他构件每单位表面面积上的覆冰荷载qa可按下式计算：qa=0.6bα2γ×10-3 式中 qa——单位面积上的覆冰荷载。由裹冰厚度离地高度75m，根据表6.11-8插值计算得α2=1.8。

高耸结构上的荷载与作用可分为下列三类：

（1）永久荷载结构自重，固定的设备重，物料重，土重，土压力，初始状态下索线或纤绳的拉力，结构内部的预应力，地基变形等。

（2）可变荷载风荷载，覆冰荷载，常遇地震作用，雪荷载，安装检修荷载，塔楼楼面或平台的活荷载，温度变化等。

（3）偶然荷载索线断线，撞击、爆炸、罕遇地震作用等。

1.地震作用

高耸结构应允许在其两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算；对抗震设防烈度为8度和9度的高耸结构，应同时考虑竖向地震作用和水平地震作用的不利组合。对高耸结构的悬挑桁架、悬臂梁、较大跨梁等，应考虑竖向地震作用。对于刚度或质量分布不均匀的高耸结构应考虑扭转地震作用。

下列高耸结构可不进行截面抗震验算，而仅需满足抗震构造要求：

1）抗震设防烈度为6度，在任何类场地的高耸结构及其地基基础。

2）抗震设防烈度小于或等于8度，Ⅰ、Ⅱ类场地的不带塔楼的钢塔架及其地基基础。

3）抗震设防烈度为7度，Ⅰ、Ⅱ类场地，基本风压ω₀不小于0.4kN/m²；7度，Ⅲ、Ⅳ类场地和8度，Ⅰ、Ⅱ类场地，且基本风压ω₀不小于0.7kN/m²的不带塔楼的混凝土高耸筒体结构及其地基基础。

4）对于抗震设防烈度小于9度的钢桅杆，可不进行抗震验算。

高耸结构的地震作用计算宜采用振型分解反应谱法。对于特别重要的高耸结构可采用时程分析法做比较计算，时程分析法的选波原则按现行国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011）确定。对于圆筒形结构、烟囱、水塔等可采用底部剪力法和近似简化法。一般混凝土高耸结构阻尼比取0.05。

计算高耸结构的地震作用时，其重力代表值应取结构自重标准值和各竖向可变荷载的组合值之和。结构自重和各竖向可变荷载的组合值系数应按下列规定采用：

1）对结构自重（结构和构配件自重、固定设备重等）取1.0。

2）对设备内的物料重取1.0，特殊情况时可按有关专业的规范或规程采用。

3）对升降机、电梯的自重取1.0，对吊重取0.3。

4）对塔楼楼面和平台的等效均布荷载取0.5，按实际情况考虑时取1.0。

5）对塔楼顶的雪荷载取0.5。

高耸结构的扭转地震效应的计算应采用空间模型。

2.覆冰荷载

（1）基本覆冰厚度《高耸规》4.3.1条规定，设计电视塔、无线电塔桅和送电杆塔等类似结构时，应考虑结构构件、架空线、拉绳表面覆冰后所引起的荷载及挡风面积增大的影响和不均匀脱冰时产生的不利影响。

基本覆冰厚度应根据当地离地10m高度处的观测资料，取统计50年一遇的最大覆冰厚度为标准。当无观测资料时，应通过实地调查确定，或按下列经验数值分析采用：

1）重覆冰区：大凉山、川东北、川滇、秦岭、湘黔、闽赣等地区，基本覆冰厚度可取10～30mm。

2）轻覆冰区：东北（部分）、华北（部分）、淮河流域等地区，基本覆冰厚度可取5～10mm。

3）覆冰气象条件：同时风压：0.15kN/m²；同时气温：-5℃。

覆冰还会受地形和局部气候的影响，因此轻覆冰区内可能出现个别地点的重覆冰或无覆冰的情况；同样，重覆冰区内也可能出现个别地点的轻覆冰或超覆冰的情况。

（2）覆冰荷载的计算圆截面的构件、拉绳、缆索、架空线等每单位长度上的覆冰荷载可按下式计算：

q_l=πbα₁α₂（d+bα₁α₂）γ×10^-6 （6.11-7）

式中 q_l——单位长度上的覆冰荷载（kN/m）；

b——基本覆冰厚度（mm）；

d——圆截面构件、拉绳、缆索、架空线的直径（mm）；

α₁——与构件直径有关的覆冰厚度修正系数，按表6.11-7采用；

α₂——覆冰厚度的高度递增系数，按表6.11-8采用；

γ——覆冰重度，一般取9kN/m³。

表6.11-7 与构件直径有关的覆冰厚度修正系数α₁

表6.11-8 覆冰厚度的高度递增系数α₂

非圆截面的其他构件每单位表面面积上的覆冰荷载q_a（kN/m²）可按下式计算：

q_a=0.6bα₂γ×10^-3 （6.11-8）

式中 q_a——单位面积上的覆冰荷载（kN/m²）。

重覆冰区输电导线、地线覆冰后的风荷载按《高耸规》的有关风荷载计算规定计算后，应乘覆冰增大系数β_i=1.2。重覆冰区输电高塔覆冰后的风荷载按《高耸规》的有关规定计算后，应乘覆冰增大系数β_i=2.0。

3.温度作用

对带塔楼的多功能电视塔或其他旅游塔，应计算塔楼内结构和邻近处塔楼外结构的温差作用效应。电梯井道封闭的多功能钢结构电视塔应计算温度作用引起井道相对于塔身的纵向变形值，并采取适当的措施释放其应力，且不影响使用。计算温差标准值Δt为当地的历年冬季（或夏季）最冷（或最热）的日平均气温与室内设计温度之差值，正负温差均应验算。

高耸结构由日照引起向阳面和背阳面的温差，应按实测数据采用，当无实测数据时可按20℃采用。

桅杆设计应计算温度作用及作用效应，计算温度为当地历年冬季（或夏季）最冷（或最热）的月平均气温，初始温度为安装调试完成时的月平均气温，正、负误差均应验算。

【例6.11-2】在华北地区建一拉索式桅杆，基本裹冰厚度为15mm，拉绳直径为20mm，其最高端距地面高75m。拉绳上端单位长度的裹冰荷载（kN/m）最接近于（）项数值。

（A）0.0137 （B）0.0304 （C）0.0219 （D）0.0174

答案：（B）

解答：由拉绳直径d=20mm，根据表6.11-7得α₁=0.90。

由裹冰厚度离地高度75m，根据表6.11-8插值计算得α₂=1.8。

裹冰重度γ=9kN/m³，基本覆冰厚度b=15mm，拉绳截面直径d=20mm。

由式（6.11-7）得

q_l=πbα₁α₂（d+bα₁α₂）γ×10^-6=π×15×0.90×1.8×（20+15×0.90×1.8）×9×10^-6kN/m