第二部分 荷载与结构设计方法
第八章 轻骨架结构设计荷载总论
第一节 概要
一 、范围
本章为从屋顶测量到附近最低的修整好的参考水准面，基础之上最大高度为12.2m的三层或三层以下的一到二个家庭附联式（联排住宅）和独立式住所建筑物的设计和分析提供了最小结构荷载和有关的指导。应该避免易膨胀的土壤和霜冻举起引起的荷载条件。应该根据ASCE 7-98、当地建筑规范或公认的工程习惯来评估本章范围内没有提到的荷载条件。本章不打算拒绝使用合理的工程分析判断或可选的设计方法。
注：本书汇编的设计荷载资料是专门针对住宅建筑物提出的。本章从几个现有的和过去的研究、标准、地方和全国性建筑规范，以及类似的国际文献资料里提取了有关的技术资料。最大高度限制尽管稍微有点武断，但也为本章的应用定义了清晰的限制。
注意：本章已经采用强制性条款来书写，例如“应该”符合当前建筑规范。然而，本章不是规章性文献，它是按照一致公认的规则来开发的。
二、目的
正如在范围里所描述的一样，本章是打算为住宅建筑物的工程分析提供合理、简练的技术，并为确定
设计荷载提供实用的方法。
注：目的是帮助住宅结构进行有效工程分析和设计，在简单和精确之间，本章始终遵循维持实际的平衡。
三、定义
空气冻结指数（Air-Freezing Index）：气候指数，单位为℉-天，是在任何特定的冬季期间，冰点上下空气温度的合成数量和持续时间的一个计量单位，是用来确定潜在和特定的冻结土壤的基础设计霜冻深度。
允许应力（Allowable Stress）：材料应力值，通过除上安全系数获得的特有的强度特性。
允许强度（Allowable Strength*）。名义强度除以安全系数，Rn/Ω。
允许应力设计（Allowable Stress Design或ASD）：最早采用的结构设计计算方法就是以弹性力学为基础的“允许应力设计法”，他是在规定的标准荷载作用下，按弹性理论进行计算，让结构构件与最大计算应力成比例的设计方法，使应用的设计荷载不超过指定的允许应力值。
允许强度设计（AllowableStrength Design或ASD）。确定结构构件几何尺寸的方法，在ASD（允许强度设计）荷载组合的作用下，让允许强度等于或超过部件的要求强度。
适用的建筑规范（Applicable Building Code）。结构设计所用的建筑规范。
可以利用的强度（Available Strength*）。合适的设计强度或允许强度。
ASD荷载组合（ASDLoad Combination）。在打算采用允许强度设计（允许应力设计）的建筑规范里的荷载组合。
基本风速（Basic Wind Speed）：设计风速，在开阔地、平坦的地形里，地面以上10m高度处的阵风风速。
刚性骨架（Braced Frame）。提供侧向荷载抵抗和结构系统稳定性的基本上垂直的桁架系统。
建筑物（Building）：住宅建筑物，既包括单个家庭住所单元，又多个附联式住所单元（即联排住宅建筑物），不包括高度超过基础以上三层的建筑物，或从屋顶测量到邻近的修整好的参考水准面，最大高度超过12.2m的建筑物。
冷轧钢结构构件（Cold-FormedSteel Structural Member）。在室内环境温度下，也就是没有热成型所要求的明显的额外加热，把从薄板、定尺长度的钢材卷板或钢板上剪下来的钢板压弯成型，或通过滚轧冷或热轧的卷板或薄板来成型的构件。
集中荷载（Concentrated Load）：施加到小的表面区域（即点荷载）上的荷载。
部件（Component）：零件、要素或构件，以及不必要的完整的结构系统。尽管没有把结构系统考虑为零件，但覆盖层却是承受结构荷载（即工况荷载）的部件。
连接（Connection）。结构要素的结合和在二个或二个以上构件之间用来传递力的节点。
设计荷载（Design Load）。根据所应用的LRFD荷载组合或ASD荷载组合来确定的应用荷载。
设计强度（Design Strength*）。名义强度乘以抵抗系数，φRn。
横隔层（Diaphragm）：用来抵抗轻骨架建筑里建筑物侧向（剪力）荷载的骨架系统，它的强度来自可靠固定到骨架上的结构覆盖物。主要是指屋顶、楼层或把平面内力转移到侧向力抵抗系统的其他构件或刚性系统。楼层和屋顶横隔层是“水平的横隔层”，而剪力墙是“垂直的横隔层”。
静荷载（Dead Load）：来自屋顶、楼层、墙和基础系统上的永久性建筑材料荷载，也包括来自覆盖层、装修材料和固定设备的荷载。参考第三节 静荷载（D）。
住所单元（Dwelling Unit）：住所单元是适合居住单个家庭的结构。附联的车库、附属物和其它的附属结构考虑为住所单元的零件。
地震荷载（Earthquake Load）：由建筑物的惯性导致的等效静荷载，反应为设计地震地面运动。参考第八节。
地震光谱响应加速度（Earthquake Spectral Response Acceleration）：为了确定地震荷载，设计地震地面运动（正如重力的百分比）大小的测量单位。
计算荷载（Factored Load）。荷载系数和名义荷载的乘积。
弯扭翘曲（Flexural-TorsionalBuckling）。在受压构件里同时弯曲和扭曲，但没有横截面形状变化的翘曲模式。
洪灾区域（Flood Hazard Area）：在设计洪水时候，属于停滞的或移动的水流区域，包括沿海和河流泛滥区域。参考第五节第四段洪水荷载。
围带（Girt）。支撑墙板的水平结构构件，并且主要是在水平荷载，例如风荷载下弯曲。
地面雪荷载（Ground Snow Load）：堆积和聚集在地面上的雪荷载，用来确定屋顶上雪荷载。
水平横隔层（Horizontal Diaphragm）：覆盖的屋顶、楼层或其它的隔膜系统，作用是水平转移和分布建筑物垂直剪力抵抗系统经历的侧向力。
节点（Joint）。固定二个或二个以上端部、表面或边缘的区域。通过紧固件或采用的焊接类型，以及力转移的方法来分类。
侧向力抵抗系统（Lateral Force ResistingSystem或LRFS）：结构要素或系统（即楼层和屋顶横隔层，以及剪力墙）的集合，设计提供侧向抵抗建筑物经历的风和地震力。侧向力抵抗系统（LRFS）也为部件和覆盖层提供支撑，把侧向荷载转移到侧向力抵抗系统（LRFS）上。
侧向荷载（Lateral Load）：侧向荷载是在建筑物或建筑物表面上的横向荷载，是在侧向力抵抗系统（LRFS）里产生破坏力（剪力）或在单独的墙和部件上产生的平面外弯曲荷载。侧向荷载通常是由水平风或地震力产生的。对于来自海岸或河流洪涝区域里的侧向荷载，请参考ASCE 7-98或赵阳等人编著，重庆大学出版社2001年出版的《荷载与结构设计方法》。
荷载（Load）：作用在建筑物部件或系统上的力或压力，起源于建筑材料的重量（静荷载）、居住者和容纳物（活荷载）、环境影响（即土壤、风、雪或地震荷载）。尽管没有提及，但荷载也可能是由建筑物零件的微小运动和受限制的尺寸变化产生的，额外的指导请参考ASCE 7-98或赵阳等人编著，重庆大学出版社2001年出版的《荷载与结构设计方法》。
荷载效果（Load Effect）。施加的荷载在结构零件里产生的力、压力和变形。
荷载系数（Load Factor）。解决名义荷载偏离实际荷载、把荷载转换成荷载效果时的分析偏差和可能同时发生一个以上极端荷载的系数。
荷载和抵抗系数设计(Load andResistance Factor Design或LRFD)。让结构构件与计算材料应力成比例的设计方法，使系数名义荷载不超过系数抵抗（应力）值。即在LRFD（荷载和抵抗系数设计）荷载组合的作用下，让设计强度等于或超过部件的要求强度，以确定结构构件几何尺寸的方法。荷载和抵抗系数设计（LRFD）方法也称为强度设计。
LRFD荷载组合（LRFDLoad Combination）。在打算采用强度设计（荷载和抵抗系数设计）的建筑规范里的荷载组合。
活荷载（Live Load）：持续不变的和随时间变化的（瞬间的）荷载，是由人类居住者、家具、非固定设备、储藏物品，以及建造和维修活动所产生的荷载。参考第四节活荷载（L）。
荷载路径（Load Path）：为了让建筑物和它的零部件在设计荷载下维持稳定，通过结构构件和连接转移荷载的“路径”。荷载路径的例子包括屋顶、墙和基础抵抗风抬起力的互相连接。荷载路径经常包括了重力、抬起和倾覆力的联合作用。
主风力抵抗系统（Main Wind Force Resisting System或MWFRS）：来自建筑物或建筑物的大的分布表面区域组成的多个部件或表面，接收和抵抗风荷载（压力）的结构要素的集合。主风力抵抗系统（MWFRS）可能包括屋顶桁架、横隔层和一部分抬起或倾覆荷载路径。
弯矩骨架（Moment Frame）。主要是通过骨架构件和他们的连接的剪力和弯曲来提供侧向荷载抵抗和结构系统稳定性的骨架系统。
名义荷载（Nominal load）。由应用的建筑规范指定的荷载大小。
名义强度（Nominal Strength*）。根据规范或标准确定的结构或构件（没有施加抵抗系数或安全系数）抵抗荷载效果的强度。
永久性荷载（Permanent Load）。随着时间的过去，荷载变化很少或很小。所有其他的荷载都是变动荷载。
檩条（Purlin）。支撑屋顶覆盖物的水平结构构件，并且主要是在垂直荷载，例如雪、风或静荷载下弯曲。
合理的工程分析（Rational Engineering Analysis）。基于适当的场地情形、有用的试验数据和合理的判断进行适当的理论分析。
要求强度（Required Strength）。在结构部件里产生的力、压力和变形，对于LRFD或ASD荷载组合，是通过适当的结构分析来确定的，或是由规范或标准来指定。
抵抗系数Φ（Resistance Factor）。解决名义强度必然要偏离实际强度和故障的类别与后果的系数。
安全系数（Safety Factor）。解决实际强度偏离名义强度、实际荷载偏离名义荷载、把荷载转换成荷载效果时的分析偏差，以及故障的类别与后果的系数。
工况荷载（Service Load）。在适用性限制规定值之内的荷载。
剪力墙（Shear Wall）。提供墙平面内侧向荷载抵抗和提供结构系统稳定性的墙。
指定的最小屈服应力（Specified Minimum Yield Stress）。材料规范为材料指定的屈服应力的下限。
强度设计（Strength Design）：见荷载和抵抗系数设计（LRFD）。
结构分析（Structural Analysis）。基于结构力学的原理来确定构件和连接的荷载效果。
结构零件（Structural Component）。构件、连接件、连接要素或一组部件。
结构安全（Structural Safety）：建筑物和它的结构部件充分抵挡设计荷载条件的能力，并且相应的荷载影响要低到可以接受的结构失效概率。
结构适用性（Structural Serviceability）：建筑物和它的部件为居住者或业主提供合理服务的能力，通常要在名义使用条件下履行预期的结构功能。
结构系统（Structural System）：结构要素或部件的集合，可能包括组合的构件、墙、楼层、屋顶、紧固件，乃至整栋建筑物。
地震场地系数（Seismic Site Coefficient）：基于场地下方的土壤条件和设计地面运动的大小，用来放大或抑制地震地面运动的系数。例如，“弱的”或“软的“土壤往往扩大了微弱的地震地面运动，但是却抑制了强地震地面运动。
剪力墙（Shear Wall）：带有支撑（平面内剪力）强度的墙，能够抵抗设计侧向建筑物荷载，并且也称为拉紧墙。
雪荷载（Snow Load）：在建筑物屋顶上的均匀和漂浮（不稳定的）的雪堆积物和聚积物荷载。参考第七节雪荷载（S）。
土壤侧向荷载（Soil Lateral Load）：由土壤和土壤里的水侧向压力引起的水平荷载。参考第五节土壤侧向荷载（H）。
层（Story）：通常打算供人类居住的建筑物的水平，楼层高度是从地板测量到天花表面。
抗张强度（Tensile Strength）。材料规范定义的材料最大张应力。
附属区域（Tributary Area）：结构构件支撑的表面面积，基于几何学（即构件的间距和跨度）要好过基于刚度。
变动荷载（Variable Load.）。不属于永久性荷载的荷载，变动荷载是指在结构使用期间，荷载值会随时间发生变化，并且变化值与平均值相比不可忽略的荷载，主要包括结构在使用过程中所承受的各种活荷载。
风刮下来的碎片（Wind-Borne Debris）：在极大的风速下，变成了飞行发射物的人造或自然的材料。例如，在飓风期间，安装在住宅上的屋顶瓦就是典型的碎片来源。
风荷载（Wind Load）：露在建筑物和它的部件上的风压力和力，其结果是基本风速受暴露和其它因素调节。第六节 风荷载（W）。
屈服点（Yield Point）。在材料里增加变形，没有增加应力的初始应力。
屈服强度（Yield Strength）。在材料里显示的规定限制，从比例性的应力偏离到变形的应力。
屈服应力（Yield Stress）。表示材料的屈服点或屈服强度的专业术语。
注释：*这些术语通常都是由荷载效果的类型，例如名义抗张强度、可用的耐压强度或设计弯曲强度来限定的。
四、符号和单位
本书列出和定义的符号和单位是公制的。附录C里提供了公英制换算系数。
注：在本书里，与符号有关的单位是由所使用的上下文来定义的（根据实际应用的不同，某些符号可
能采取了不同的单位表达方式）。在进行计算时，使用者应该小心核实，正确的使用单位换算
AT——附属楼层、屋顶或墙表面区域
Ce——屋顶雪荷载位向系数
Cs——屋顶坡度系数
D——静荷载
E——地震荷载
Fa——地震场地系数
h——回填土壤的深度
H——土壤侧向荷载
Ka——活跃的土壤压力系数
KD——风方向性系数
Kz——速度压力位向系数
Lo——未减少的楼层活荷载
Lr——均匀的屋顶活荷载
L——活荷载
P——均匀的屋顶雪荷载
Pg——均匀的地面雪荷载
P——在深度h处的侧向土壤压力
q——土壤等效流动密度
R——地震响应修整系数
S——雪荷载
SDC——地震设计光谱响应加速度
Ss——在短周期（0.2秒）时映射的光谱响应加速度
V——基本风速
W——风荷载*
Wu——在屋顶上的风抬起或吸力荷载*
Ws——在地震荷载分析时所用的建筑物（静荷载）的重量
w——土壤单位重量
*风荷载包括内部和外部表面压力。
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