第3章 荷載及荷載組合

3.1 作用與荷載的概念

使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)（如內(nèi)力、位移等）的各種原因，統(tǒng)稱為作用。如果作用是直接施加在結(jié)構(gòu)上的力，例如自重荷載、風(fēng)荷載、波浪荷載、雪荷載等，可稱為直接作用；如果作用是引起結(jié)構(gòu)外加變形和約束變形的，例如地震、基礎(chǔ)沉降、混凝土收縮、溫度變化、焊接等，可稱為間接作用。

結(jié)構(gòu)上的作用力習(xí)慣上統(tǒng)稱為荷載。塔架結(jié)構(gòu)上的荷載和作用力按時(shí)間作用的變異性可分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載三類。其中：①永久荷載有結(jié)構(gòu)自重、固定的設(shè)備重、結(jié)構(gòu)上的物料重、基礎(chǔ)上的土重、土壓力、結(jié)構(gòu)內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力等；②可變荷載有風(fēng)荷載、波浪覆冰荷載、雪荷載、安裝檢修荷載、機(jī)艙面或平臺活荷載、基礎(chǔ)不均勻沉降引起的荷載、常遇地震作用等；③偶然荷載有塔腳絕緣子破碎、撞擊、爆炸、罕遇地震作用等。

作用按結(jié)構(gòu)反應(yīng)可以分為：①靜態(tài)作用，這種作用是逐漸地、緩慢地施加在結(jié)構(gòu)上的，作用過程中不產(chǎn)生加速度或加速度甚微可以忽略不計(jì)，例如塔架及機(jī)艙上人員荷載、雪荷載、設(shè)備重等；②動態(tài)作用，施加這類作用時(shí)，會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著的加速度，例如地震作用、設(shè)備振動、陣風(fēng)脈動等。

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，對于動態(tài)作用應(yīng)當(dāng)考慮其動力效應(yīng)，這些動力效應(yīng)在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生慣性力，這些慣性力作用在結(jié)構(gòu)上，就等效于這些荷載的動力作用，它與結(jié)構(gòu)的動力特性有必然的聯(lián)系。運(yùn)用結(jié)構(gòu)動力學(xué)方法考慮其影響，也可采用乘以動力系數(shù)的簡化方法，將動態(tài)作用轉(zhuǎn)換為等效靜態(tài)作用。

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的各類荷載中，起主要作用的是風(fēng)荷載，另外，在地震區(qū)地震也是主要的作用力，而對于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，海洋的環(huán)境荷載也是主要荷載。

因此，荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，它的取值是否合理和準(zhǔn)確，直接影響到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全和經(jīng)濟(jì)，因而理解及掌握荷載取值方法有著特別重要的意義。作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架和基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者，首先要分析它在使用過程中可能出現(xiàn)哪些荷載，它們產(chǎn)生的背景是什么，具備什么特點(diǎn)，哪些在時(shí)間和空間上是獨(dú)立的，哪些可能是相互關(guān)聯(lián)的或不能獨(dú)立存在的等，然后再確定和正確計(jì)算這些荷載。

作用在工程結(jié)構(gòu)上的各種荷載，都具有不同性質(zhì)的變異性，不僅隨地而異，而且隨時(shí)而異，其量值具有明顯的隨機(jī)性，只是永久荷載（恒荷載）的變異性較小，可變荷載（活荷載）的變異性較大。如果在設(shè)計(jì)中直接引用反映荷載變異性的各種統(tǒng)計(jì)參數(shù)，通過復(fù)雜的概率運(yùn)算進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，將會給設(shè)計(jì)帶來許多困難。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，除了采用便于設(shè)計(jì)者使用的設(shè)計(jì)表達(dá)式外，對荷載仍規(guī)定具體的量值（例如，混凝土自重25kN/m3等），這些確定的荷載值稱為荷載的代表值。進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)目的和要求，選取不同的荷載代表值，以便更確切地反映它在設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)。永久荷載只有一個(gè)代表值：標(biāo)準(zhǔn)值；可變荷載一般有3個(gè)代表值：標(biāo)準(zhǔn)值、頻遇值和準(zhǔn)永久值；偶然荷載的代表值，目前國內(nèi)還沒有比較成熟的確定方法，一般是由各專業(yè)部門根據(jù)歷史記載、現(xiàn)場觀測、試驗(yàn)等，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)綜合分析判斷確定。例如地震作用，在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）中規(guī)定了荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算方法。由于設(shè)計(jì)上的需要，有些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，可變荷載除上述代表值外，還規(guī)定了其他代表值。荷載標(biāo)準(zhǔn)值是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能出現(xiàn)的最大荷載值。由于荷載本身的隨機(jī)性，結(jié)構(gòu)在使用期間的最大荷載也是隨機(jī)變量，原則上也可用它的統(tǒng)計(jì)分布來描述：荷載標(biāo)準(zhǔn)值是具有某種保證率的荷載最大值，結(jié)構(gòu)在使用期間，仍有可能出現(xiàn)量值大于標(biāo)準(zhǔn)值的荷載，只是出現(xiàn)的概率比較小。若有足夠的荷載（直接作用）統(tǒng)計(jì)資料，能得出它的最大值的概率分布，則按統(tǒng)一規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和統(tǒng)一規(guī)定的概率分布的分位值百分?jǐn)?shù)來確定作用代表值，原則上取概率分布特征值，該代表值即為國際標(biāo)準(zhǔn)中所稱的特征值。