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摘要：工业厂房特别是重工业厂房，荷载种类较民用结构更为复杂，需考虑设备荷载相关的各种工况。故结构设计中应根据荷载种类，有针对性分析其出现概率。本文针对结构设计中荷载输入中的常见问题，提出了工业厂房结构设计中荷载效应的设计建议。
以合理确定荷载设计值、组合系数等荷载输入来进行结构设计。本
关键词，荷载效应，组合系数，偶然荷载
中图分类号：TB842文献标识码： A
中图分类号：TU318文献标识码：A
工业建筑，尤其是一些重工业厂房，荷载种类比民用结构更为复杂。结构设计中除了考虑设备自身重量，还必须考虑到设备的运输、检修、操作、事故等工况对结构的不利影响。如油田联合站，需要考虑与油、水、气相关的各种收集、处理设施的荷载值，并应兼顾油、水、气的运输、处理流线，还要考虑相应维修产生的荷载。故工业厂房的结构设计应基于《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）（下称荷载规范），根据设备荷载的特点来确定其荷载组合。
荷载规范中荷载特征值是基于设计基准期内的概率统计而确定的。对工业厂房设计中，设备荷载及与设备相关的偶然荷载应考虑其出现概率，并结合相关工艺资料来确定其荷载设计特征值及组合系数。对于设备荷载，还应按照规范要求“需按照设备安装和维修过程中的位置变化可能出现的最不利位置”进行设计。对于设计人员来讲，明确设备相关各种荷载特性，有针对性的分析，以确定合理的荷载输入是结构设计的前提。
1.荷载概率分析
结构设计应按照承载能力极限状态及正常使用极限状态分别进行组合分析。根据荷载规范的要求，承载能力状态下的荷载效应的设计值应满足：
，
式中，为荷载组合的效应设计值。
为构件抗力设计值。
工业厂房设计中，构件的承载力往往由可变荷载控制，其荷载效应值如下：
,
式中，为可变荷载的组合值系数，其值应根据荷载的概率分布确定，在工业厂房结构设计中，与设备相关的荷载工况及概率可见下表：
表1 工业厂房常见荷载及分类
在结构设计中，如规范中缺乏相应的组合系数且缺乏荷载概率的详细资料时，可根据设备使用频率采用近似的参考值，例如，与风机协同工作的固定设备可参考规范中风机的组合系数，和吊车协同工作的设备可参考吊车的组合值系数，与车辆一起工作的设备荷载可按照相应的车载组合值系数计算。
正常使用状况下的检修荷载，设备安装、调试荷载等可变荷载值，其出现概率值小于楼、屋面上的可变荷载，但远大于地震作用及事故工况等偶然荷载，因此对于检修、调试等小概率事件产生的荷载值组合系数的取值应介于可变荷载与偶然荷载之间。在设计中，如其出现概率大于吊车荷载或与吊车荷载运行概率相近，按吊车荷载的组合系数取值，计入重力荷载代表值然后进行抗震验算是偏于安全的；但如其出现概率远小于吊车荷载，则在地震计算中可以不予考虑。
2.荷载流线分析
人流的聚集和疏散是民用公共建筑设计中的重要因素，结构设计中需根据其流线位置来确认其可变荷载标准值。工业建筑除了人员流线之外，还应考虑设备荷载的运输流线。因此结构设计人员应明确相应的设备运输、检修流线，及其运输方式。如采用车辆运输，则在荷载计算过程中必须计入车辆荷载；如采用吊车吊运，还应考虑设备的临时停放位置，避免一些常见误操作产生的楼板破坏——如多层盖板或储桶的堆叠。质量较大的存储物还应虑可能的不同存储状态。设计中还应该考虑相应的刹车力及搬运、装卸因素，此时运输流线处的可变荷载应根据工艺要求乘以一定的动力系数。
当运输流线跨越板块时，应按照影响线法考虑其最不利位置。当设备是通过在相关的墙板相应位置开设预留安装洞口的方法来完成就位安装时，应在设计荷载中考虑安装时可能对结构构件造成的破坏（如在板洞上部预留吊点）。如设备流线穿越抗震墙，设计中需考虑抗震墙的二次浇注，以保证结构抗震性能。
需要指出，考虑设备荷载的运输、安装流线主要是针对梁、板的，且属于小概率事件，在计算墙、柱时应予以相应折减。荷载规范中对消防车等需要考虑荷载流线的小概率事件也采用了类似的折减。否则，会使得整个设备运输、安装流线处的基础设计值明显不合理。
3.偶然荷载
可能产生危险性的厂房（如石油化工中重要的油、气储存设施），应考虑事故工况下的偶然荷载（如燃、爆等），根据荷载规范，承载能力极限状态下偶然荷载的荷载效应如下式：
式中：为按偶然荷载标准值计算的荷载效应值；
为第1个可变荷载的频遇值系数。
为第i个可变荷载的准永久系数
偶然荷载的发生概率极低，设计中应根据事件的发生概率及工艺要求取值。荷载规范（GB50009-2012）给出了常见偶然荷载的计算公式，可以作为参考。与地震荷载类似，偶然荷载属于极低概率事件，故设计中偶然荷载与地震荷载不同时组合。需要指出，常用的结构设计软件（如PKPM）默认组合中并未考虑偶然荷载及频遇值系数，故设计中需要对同样的模型分别进行偶然荷载及抗震设计验算，以期达到更合理的结果。
4.结论
1）结构的可靠度是以概率为基础的极限状态设计方法确定的，故工业厂房设计中对设备相关的可变荷载、检修荷载，偶然荷载均应根据出现概率确定其组合值；当缺乏相关设备的组合系数时，可根据其荷载工况的出现概率，参照选取。
2）工业厂房的设备荷载值对结构设计影响较大，故大型设备需要明确其荷载流线。对荷载流线处应进行相应补强，以保证结构的安全使用。如荷载出现概率较低，应对荷载流线的墙、柱、基础予以相应折减。
3）具有危险性的结构应考虑偶然荷载的影响。偶然荷载属极低概率事件，故设计中与其它极低概率事件（如地震效应）并不同时组合，故需要分别验算，以达到合理分析结果
参考文献：
[1] GB50009-2012，建筑结构荷载规范[S]，中国建筑工业出版社，2012
[2]GB50068-2001，建筑结构设计统一标准[S]，中国建筑工业出版社，2002
[3]李嘉業，浅议火力发电厂结构设计的荷载效应组合[S]，武汉大学学报（工学版），2008,7（增）
[4]王凯，吕令毅等，60年设计基准期下的可变荷载标准研究[S]，建筑与结构设计，2009,10
[5]王琪，杨建江，偶然荷载空旷下LNG储罐荷载的选取及组合[S]，特种结构，2012,12
以合理确定荷载设计值、组合系数等荷载输入来进行结构设计。本
关键词，荷载效应，组合系数，偶然荷载
中图分类号：TB842文献标识码： A
中图分类号：TU318文献标识码：A
工业建筑，尤其是一些重工业厂房，荷载种类比民用结构更为复杂。结构设计中除了考虑设备自身重量，还必须考虑到设备的运输、检修、操作、事故等工况对结构的不利影响。如油田联合站，需要考虑与油、水、气相关的各种收集、处理设施的荷载值，并应兼顾油、水、气的运输、处理流线，还要考虑相应维修产生的荷载。故工业厂房的结构设计应基于《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）（下称荷载规范），根据设备荷载的特点来确定其荷载组合。
荷载规范中荷载特征值是基于设计基准期内的概率统计而确定的。对工业厂房设计中，设备荷载及与设备相关的偶然荷载应考虑其出现概率，并结合相关工艺资料来确定其荷载设计特征值及组合系数。对于设备荷载，还应按照规范要求“需按照设备安装和维修过程中的位置变化可能出现的最不利位置”进行设计。对于设计人员来讲，明确设备相关各种荷载特性，有针对性的分析，以确定合理的荷载输入是结构设计的前提。
1.荷载概率分析
结构设计应按照承载能力极限状态及正常使用极限状态分别进行组合分析。根据荷载规范的要求，承载能力状态下的荷载效应的设计值应满足：
，
式中，为荷载组合的效应设计值。
为构件抗力设计值。
工业厂房设计中，构件的承载力往往由可变荷载控制，其荷载效应值如下：
,
式中，为可变荷载的组合值系数，其值应根据荷载的概率分布确定，在工业厂房结构设计中，与设备相关的荷载工况及概率可见下表：
表1 工业厂房常见荷载及分类
在结构设计中，如规范中缺乏相应的组合系数且缺乏荷载概率的详细资料时，可根据设备使用频率采用近似的参考值，例如，与风机协同工作的固定设备可参考规范中风机的组合系数，和吊车协同工作的设备可参考吊车的组合值系数，与车辆一起工作的设备荷载可按照相应的车载组合值系数计算。
正常使用状况下的检修荷载，设备安装、调试荷载等可变荷载值，其出现概率值小于楼、屋面上的可变荷载，但远大于地震作用及事故工况等偶然荷载，因此对于检修、调试等小概率事件产生的荷载值组合系数的取值应介于可变荷载与偶然荷载之间。在设计中，如其出现概率大于吊车荷载或与吊车荷载运行概率相近，按吊车荷载的组合系数取值，计入重力荷载代表值然后进行抗震验算是偏于安全的；但如其出现概率远小于吊车荷载，则在地震计算中可以不予考虑。
2.荷载流线分析
人流的聚集和疏散是民用公共建筑设计中的重要因素，结构设计中需根据其流线位置来确认其可变荷载标准值。工业建筑除了人员流线之外，还应考虑设备荷载的运输流线。因此结构设计人员应明确相应的设备运输、检修流线，及其运输方式。如采用车辆运输，则在荷载计算过程中必须计入车辆荷载；如采用吊车吊运，还应考虑设备的临时停放位置，避免一些常见误操作产生的楼板破坏——如多层盖板或储桶的堆叠。质量较大的存储物还应虑可能的不同存储状态。设计中还应该考虑相应的刹车力及搬运、装卸因素，此时运输流线处的可变荷载应根据工艺要求乘以一定的动力系数。
当运输流线跨越板块时，应按照影响线法考虑其最不利位置。当设备是通过在相关的墙板相应位置开设预留安装洞口的方法来完成就位安装时，应在设计荷载中考虑安装时可能对结构构件造成的破坏（如在板洞上部预留吊点）。如设备流线穿越抗震墙，设计中需考虑抗震墙的二次浇注，以保证结构抗震性能。
需要指出，考虑设备荷载的运输、安装流线主要是针对梁、板的，且属于小概率事件，在计算墙、柱时应予以相应折减。荷载规范中对消防车等需要考虑荷载流线的小概率事件也采用了类似的折减。否则，会使得整个设备运输、安装流线处的基础设计值明显不合理。
3.偶然荷载
可能产生危险性的厂房（如石油化工中重要的油、气储存设施），应考虑事故工况下的偶然荷载（如燃、爆等），根据荷载规范，承载能力极限状态下偶然荷载的荷载效应如下式：
式中：为按偶然荷载标准值计算的荷载效应值；
为第1个可变荷载的频遇值系数。
为第i个可变荷载的准永久系数
偶然荷载的发生概率极低，设计中应根据事件的发生概率及工艺要求取值。荷载规范（GB50009-2012）给出了常见偶然荷载的计算公式，可以作为参考。与地震荷载类似，偶然荷载属于极低概率事件，故设计中偶然荷载与地震荷载不同时组合。需要指出，常用的结构设计软件（如PKPM）默认组合中并未考虑偶然荷载及频遇值系数，故设计中需要对同样的模型分别进行偶然荷载及抗震设计验算，以期达到更合理的结果。
4.结论
1）结构的可靠度是以概率为基础的极限状态设计方法确定的，故工业厂房设计中对设备相关的可变荷载、检修荷载，偶然荷载均应根据出现概率确定其组合值；当缺乏相关设备的组合系数时，可根据其荷载工况的出现概率，参照选取。
2）工业厂房的设备荷载值对结构设计影响较大，故大型设备需要明确其荷载流线。对荷载流线处应进行相应补强，以保证结构的安全使用。如荷载出现概率较低，应对荷载流线的墙、柱、基础予以相应折减。
3）具有危险性的结构应考虑偶然荷载的影响。偶然荷载属极低概率事件，故设计中与其它极低概率事件（如地震效应）并不同时组合，故需要分别验算，以达到合理分析结果
参考文献：
[1] GB50009-2012，建筑结构荷载规范[S]，中国建筑工业出版社，2012
[2]GB50068-2001，建筑结构设计统一标准[S]，中国建筑工业出版社，2002
[3]李嘉業，浅议火力发电厂结构设计的荷载效应组合[S]，武汉大学学报（工学版），2008,7（增）
[4]王凯，吕令毅等，60年设计基准期下的可变荷载标准研究[S]，建筑与结构设计，2009,10
[5]王琪，杨建江，偶然荷载空旷下LNG储罐荷载的选取及组合[S]，特种结构，2012,12