住宅楼面活荷载取值缘由

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1、住宅楼面活荷载取值缘由一、各版本规范中住宅楼面活荷载取值的发展历史，参考文献1。我国最早的荷载规范是荷载暂行规范（规结 1-58），其中民用建筑楼面活荷载取值是 参照当时的苏联荷载规范并结合我国具体情况，按经验判断的方法来确定的。在工业与民用建筑结构荷载规范（TJ9-74）修订前，曾在全国一定范围内对办公室和 住宅的楼面活荷载进行了调查。当时对4个城市（北京、兰州、成都和广州）的606间住宅 和 3个城市（北京、兰州和广州）的258间办公室的实际荷载进行了测定，并按板内弯矩等 效的原则，将实际荷载换算成为等效均布荷载。经统计计算，其平均值分别为1.051kN/m2和 1.402kN/m2，标准

2、差为0.23kN/m2和0.219kN/m2。按平均值加两倍标准荷载定义，得出住宅 和办公室的标准活荷载分别为1.513kN/m2和1.84kN/m2。建筑结构荷载规范（GBJ9-87）根据建筑结构设计统一标准（GBJ68-84）对荷载标 准值的定义，于 19771981 年在全国六大区重新对住宅和办公楼的楼面活荷载做了调查实 测工作。共调查了25个城市各种行业127个使用单位的113栋办公楼，计2201间办公室， 总面积63700平方米；调查了10个城市566间住宅，总面积7014平方米。考虑荷载随空 间和时间的变异性，采用了适当的概率统计模型。模型中直接采用房间面积平均荷载来代替 等效均布

3、荷载，这在理论上虽然不很严格，但对其结果不会有严重影响，而对调查和统计工 作却可得到很大的简化。建筑结构荷载规范（GB50009-2001）在广泛考虑工程界意见的基础上，认为对于建 设工程量比较大的住宅和办公楼来说，其荷载标准值与国外相比显然偏低，同时又考虑到民 用建筑的楼面活荷载今后的变化较大，决定将楼面活荷载的最小值规定为2.0kN/m2。其他类 别的荷载，由于缺乏系统的统计资料，仍按以往的设计经验，并参考1986年颁布的居住 和公共建筑的使用和占用荷载IS02103而加以确定。建筑结构荷载规范（GB50009-2012） 2仍然依据20世纪70年代末经调查统计得到 的荷载值以及国际相关文

4、件和工程经验来加以确定，将楼面活荷载的最小值规定为2.0kN/m2, 设计偏于保守。二、住宅建筑结构楼面活荷载调查步骤，参考文献1。2.1 城市选取我国地大面广，住宅结构所处的地理位置、建成日期、楼层层次、面积大小都有很大差 异。文献3在上世纪70年代末的调查统计分析中运用“单因素方差分析方法”分析了这些 因素对住宅楼面活荷载的影响，结果表明：地理位置、使用年份、楼层层次和居住面积的大 小等差异，在数据统计分析时，对楼面活荷载值不产生影响，可以将不同地区的荷载数据作 为同一母体的子样观察值来进行处理。故可选取有代表性的大、中、小城市进行调查。2.2 住宅样本的选取住宅结构楼面荷载受结构类型、户

5、型、住户职业、住户人数、教育水平与经济收入水平 等的影响，因此，在样本的选取时，将遵循综合考虑诸因素，尽量覆盖典型住宅结构的原则。 目前，典型的住宅结构形式有剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架结构和砌体结构四种，在 样本选取时要覆盖这四种结构形式，同时兼顾各种结构形式在实际住宅建筑中的比例大小。 从住户的职业考虑，取样应包括重工业、轻工业、商业群体以及知识分子家庭等。在职业相 同的情况下，尽量选取不同结构形式；在结构形式相同的情况下，尽量选取不同的户型。2.3 调查内容和方法民用建筑楼面活荷载的统计测量历来都是各国荷载规范的重要工作，我国目前的建筑 结构可靠度设计统一标准对荷载统计采用50年设

6、计基准期，采用平稳二项随机过程对荷 载进行描述。考虑到楼面活荷载在楼面位置上的任意性，一般将楼面活荷载处理为楼面均布 荷载。若以某一房间活荷载作为随机过程的一个统计样本，跟踪此样本进行长达50 年时间 的数据实测工作是不可能的，也就是说，不可能由一间房间的实测值获得此样本函数的信息。 对于平稳二项随机过程概率模型，由于各时段上任意时点分布相同且相互独立等特点，可以 以“时空互换”的方法获得随机过程的全部信息3。即可以从一次对许多相同类型房间的调查 数据来推出一个房间在时轴上的表现。住宅结构楼面活荷载可分为楼面持久性活荷载与楼面临时性活荷载两类。住宅结构楼面 持久性活荷载，包括室内的家具、日用品

7、、电器设备、书籍及常住人员的重量，各个房间的 持久性活荷载中除了人员体重人为规定为60 公斤外，其余均以实测重量为准。住宅楼面临 时性活荷载包括逢年过节，婚丧喜事时家庭成员团聚，亲戚朋友串门等短期人员集中，临时 性重物及房屋维修时材料和工具的临时堆放。调查时根据不同的荷载，采用不同的方法。在住宅结构楼面持久性活荷载调查时，需量 测房间尺寸、家具、日用品、电器设备、书籍等的布置情况，并实地称量或估计其重量，同 时记录该房间的常住人口数。临时性活荷载采用对用户进行口头调查的方式，询问住户的搬 迁和装修间隔年限，以及房间的最多聚集人数。考虑到住户在楼地面装修过程中采用材料的差异，如各种陶瓷地板砖及大

8、理石、花岗岩 等石材地板，对楼板的可靠性会有很大影响，所以也需要调查地面的装修情况。三、住宅建筑结构楼面均布活荷载确定方法，参考文献1。在上世纪70 年代末的调查资料处理时，分别采用了室面积平均荷载法、板带等效均布 荷载法和进深板带面积平均荷载法三种方法对实测数据进行综合整理及统计分析，最后以室 面积平均荷载法，给出了代表全国办公楼和住宅楼面活荷载的概率分布模型2。3.1 室面积平均荷载法室面积平均荷载法，又称为荷载密度或荷载集度法，是以每个房间实测总荷载除以该房间的实际面积。室面积平均荷载法是建筑结构荷载规范（GB50009-2001）采用的方法，其条文说明中对此法的评价是“理论上虽然不很严

9、格，但对其结果估计不会有严重影响，而 对调查和统计工作却可得到很大的简化”。由于常住人员和临时性人员的重量也采用该法进 行面荷载的转化，所以可做到荷载统计方法上的一致。用该法得到的值是四种方法中的最小 值，也是一个偏于保守的值。3.2 板带等效均布荷载法板带等效均布荷载，即在房间的两个跨度方向取出一米宽范围的最不利布置板带，按简 支板计算出等效均布活荷载，取两个方向的较大值作为本房间的荷载等效值。板带等效均布 荷载法没有考虑到双向板的另一个方向对它的约束作用，所以得到的值偏大。3.3 进深板带面积平均荷载法进深板带是指在一个房间内按进深方向取一米宽的范围，以开间为跨度来确定的最不利 （指楼面活

10、荷载最大或以简支板计算的弯矩最大）板带。在计算预制楼板时可取垂直预制板 方向上的板带。进深板带面积平均荷载法考虑了双向板主要受力方向上最不利布置，得到的 值是一个比较合理的值，而且在计算过程中，由于所取的板带上不一定正好有常住人员，所 以在折算持久性活荷载时可忽略常住人员的重量，这使调查工作和数据处理得到简化。四、中日建筑规范楼面活荷载对比，参考文献4。在日本，活荷载Q是在由实际调查获得的持久性荷载数据的基础上经统计分析得到的，其值按式（1）确定：Q=k k k Q（ 1）e a n 0式中，Ke为等效均布活荷载的换算系数；Ka为面积折减系数；kn为层数折减系数，仅适合用 于柱轴力和基础竖向荷

11、载的计算；Q0为基本活荷载强度。4.1 活荷载的基本代表值中日规范均对活荷载的基本代表值做出了规定，且均采用了概率统计方法确定其取值， 但两国规范采用的统计方法不同。中国规范采用室面积平均荷载法对实测数据进行处理，并 取标准值作为活荷载的基本值，标准值是指在设计基准期内最大荷载统计分布的某个特征 值，可取均值、峰值、某个分位值。日本规范采用等效均布活荷载作为基本值。等效均活布 荷载是将由实测数据经概率统计得到的基本荷载强度乘以等效均布活荷载的换算系数而求 得的。在日本规范中，计算等效均布活荷载换算系数时，板的边界条件为四边固定，梁为两 端固定。此外，等效均布荷载是基于影响面积计算的。等效均布活

12、荷载可产生与实测荷载相 同的荷载效应，且不同的构件按各自的受力特点求解，采用拟合度较好而归一化误差较小的 Gamma 分布进行拟合，并取 Gamma 分布的 99%分位值，相比于中国规范，日本规范的基本 值更加精确、合理。4.2 面积折减系数中日规范均考虑了面积折减系数，但两国规范对于面积折减系数的适用范围却不相同， 且所采用的面积定义和公式也不同。中国规范的面积折减系数只针对设计梁时的楼面活荷载 标准值，通过从属面积考虑折减系数。对于支撑单向板的梁，其从属面积为梁两侧各延伸二 分之一的梁间距范围内的面积；对于支撑双向板的梁，其从属面积由板面的剪力零线围成。 日本规范对不同的构件类型（包括板、

13、梁、柱）都按面积进行折减，且在考虑面积折减系数 时，采用的面积为影响面积。影响面积定义为对结构构件有影响的楼板面积，板的影响面积 等同于其从属面积，但梁和柱的影响面积与其从属面积不同。4.3 层数折减系数中日规范均规定，在计算柱轴力、基础的竖向荷载时，应按照柱所支撑的楼层层数考虑 活荷载的折减。但两国规范确定层数折减系数的方法不同。中国规范在确定墙、柱、基础的 折减系数时，综合考虑了按面积和层数的折减，这里的面积是指从属面积。而日本规范的层 数折减系数是根据柱影响面积的等效均布活荷载的均值和标准差来确定的。日本规范的层数 折减系数并未将面积折减考虑入内，因此在设计柱、基础时，需用规范中的面积折

14、减系数与 层数折减系数的乘积作为构件的折减系数。对于所有的建筑物类型，层数折减系数与面积折 减系数的乘积应大于0.4。五、基于大数据重新测定活载值，参考文献5。采用大数据技术可以突破传统的小样本抽样称重的方式，利用多类型、非结构化数据， 实现建筑物活荷载的统计。将这一思路与日益成熟的各类智能携带设备（如谷歌眼镜、智能 监控镜头）、深度学习技术等相结合，可以形成建筑物活荷载研究的新范式，实现对建筑物 内部活荷载的实时、在线获取。基于大数据思维和技术，可以利用业已积累的丰富数据资源，在完全不称重的前提下研 究该建筑活荷载的分布情况。流程图如下：开始多角度拍摄室内照片和视频信息深度学习技术识别、分离

15、照片中的物体提取物体的特征属性并进行互联网匹配-T匹配失败 VIL匹配成功:v重新进行第一步通过网络爬虫获得物体重量信息累积所有重量获得室内实际活荷载情况参考文献：1牛建刚.典型住宅结构楼面荷载的调查与统计分析D.西安：西安建筑科技大学，2004 GB 50009-2012建筑结构荷载规范S.北京：中国建筑工业出版社，2012李继华，林忠民，李明顺，等建筑结构概率极限状态设计M.北京：中国建筑工业出 版社， 1990， 281-2924高若凡，李杰.中日建筑规范楼面活荷载对比J.结构工程师，2016，32(2): 84-91 陈隽试论结构工程中的大数据：范式、技术与实例分析J.工程力学，2019, 36(6): 175-182