中原地区住宅建筑结构荷载调查与统计模型研究

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本论文研究课题是国家“十五”科技攻关项目“住宅建筑体系与工程质量保障关键技术”子项目“中原地区住宅建筑结构可靠性技术的荷载和抗力调查与统计”。研究荷载的目的在于寻求符合实际变化规律的荷载理论模型,在此基础上提出有关各种荷载取值。荷载取值是结构设计必须考虑的一个重要指标,荷载取值直接影响到结构设计,荷载取值不当会造成严重的后果。我国现阶段建筑结构设计规范中所使用的荷载指标还是上世纪80年代初统计得出的,现在住宅所承受的荷载与80年代初住宅所承受的荷载已经有了很大的不同,进行活荷载统计,建立活荷载的概率分布模型,确定活荷载统计参数是住宅建筑体系与工程质量保障的关键技术之一,因此,开展该项研究具有十分重要的意义。本文从调查中原地区城镇住宅楼面活荷载出发,阐述了建立活荷载的统计模型,得出了代表中原地区城镇住宅楼面活荷载的统计参数,这对规范的编制具有重要的参考价值。 描述荷载有2种常用的概率模型,一种是随机变量概率模型,另一种是随机过程概率模型。对于恒载,其值随时间变化很小,近似保持恒定的量值,可以按随机变量进行统计分析。对于作用在结构上的活荷载,在整个设计基准期内,它不但在空间上具有变异性,而且在时间上也具有变异性,其值随时间而变化,因此,对于活荷载不能采用随机变量概率模型,而应采用和时间参数t有关的随机过程。由于随机过程的样本函数十分复杂,统计分析比较繁琐,加上目前对活荷载随机过程的样本函数及其性质的研究还不完善。为了简化起见,本文按照《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068-2001)中的规定,采用了平稳二项随机过程概率模型,即将活荷载的样本函数模型化为等时段矩形波函数,矩形波幅值的变化规律采用荷载随机过程{Q(t),t∈[0,T]}中任意时点荷载的概率分布函数FQ(x)=P{Q(t0)≤x,t0∈[0,T]}来描述。由于在《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068-2001)中采用了以概率理论为基础的极限状态设计方法,即考虑基本变量概率分布类型的一次二阶矩极限状态方法,各种基本变量都是按随机变量考虑的,所以必须将荷载的随机过程转化为随机变量,如果采用任意时点的随机变量代替随机过程,这样就会偏于不安全。荷载随机过程在建筑结构的基准使用期中必有一个荷载最大值QT,由于荷载随时间而变化,所以荷载最大值QT是一个随机变量,该值与基准使用期的长短有关。因此,这样的随机变量隐含了时间因素。为安全起见,以设计基准期内出现的荷载最大值QT作为随机变量代替随机过程来进行统计分析,即QT=max Q(t),(0≤t≤T)。平稳二项随机过程 郑州大学硕士学位论文{以‘)·‘。{O,珊在【0,川上的最大值g的概率分布只(、)是任一时点分布月(‘)的m次方,即曰、)一[以、)」川,以二)可以根据统计得到。 为了详细说明住宅活荷载的情况,本文在活荷载分类时采用了与以往不同的方法,即按照房间使用功能的不同将房间分类,具体分为:卧室荷载、兼作书房的卧室荷载、书房荷载、室荷载(将卧室、兼作书房的卧室荷载、书房混合在一起考虑的荷载)、客厅荷载、兼作餐厅的客厅荷载、餐厅荷载、厅荷载(将客厅、兼作餐厅的客厅、餐厅混在一起考虑的荷载)、综合荷载(包括所有房间的荷载混在一起考虑)、卫生间荷载、厨房荷载。根据使用功能的不同对活荷载分别进行分析,将使用功能相同房间的活荷载作为一个母体,对各类活荷载分别建立其概率模型,计算统计参数。通过这样的分类,可以对不同使用功能房间的活荷载情况有更详尽的了解,对建筑结构设计和规范的编制都有一定的借鉴作用。 为了得到准确可靠的统计参数,荷载调查是统计工作的基础,在进行荷载的调查统计I<sub>作时,主要进行了编制荷载调查表格,调查住宅情况,各种家具、电器的计量工作,统计分析和参数检验等工作。在进行住宅情况调查时,共调查了1000余户住宅,得到了大量住宅信息。进行家具等的计量工作时,主要对郑州市的大型家具商场、电器商场以及百货商场进行了实地的调查及计量,并得到了大量的数据。根据实测得到的重量并结合调查得到的家具情况,将每种家具的重量输入到表中。对每个房间的各种家具的重量综合,再根据每个房间的面积,求出每个房间单位面积的家具重量,以及每个房间单位面积的人员重量和单位面积的临时堆放物品重量,然后根据持久性活荷载以及临时性活荷载的不同要求进行组合,最后得出每个房间的持久性活荷载单位面积的重量以及临时性活荷载单位面积的重量。根据得到的房间单位面积的重量,将房间按不同的使用功能分类,并对每种房间进行分析,画直方图、根据直方图假设分布、对假设的分布用了法和K一S检验法分别进行检验,最后得出每种情况下荷载的统计参数以及在一定分位值下的标准值。 通过本文的计算分析可得出结论:持久性活荷载及临时性活荷载服从极值1型分布,文中给出了具体的分布函数和持久性活荷载及临时性活荷载的统计参数;在和原规范取相同分位值的情况下,卧室、室、客厅、兼作餐厅的客厅、厅、综合、卫生间、厨房的标准
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