建筑结构设计原理结构设计原理基础02章-结构荷载.pptx

第第2 2章章 结构上的荷载结构上的荷载 及其取值及其取值2.1 建筑结构设计基本规定建筑结构设计基本规定2.2 建筑结构荷载及其分类建筑结构荷载及其分类2.3 永久荷载代表值永久荷载代表值2.4 可变荷载代表值可变荷载代表值2.1 建筑建筑结构构设计基本基本规定定 2.1.1 结构的安全等级结构的安全等级 安全等级安全等级一级一级破坏后果破坏后果很严重很严重重要的房屋重要的房屋二级二级破坏后果破坏后果严重严重一般的房屋一般的房屋三级三级破坏后果不严重破坏后果不严重次要房屋次要房屋同一建筑物内各种构件宜与整个结同一建筑物内各种构件宜与整个结构采用相同的安全等级构采用相同的安全等级v升一级：额外费用少，减少破坏升一级：额外费用少，减少破坏v降一级：该构件破坏不影响整个结构降一级：该构件破坏不影响整个结构 或相邻构件或相邻构件安全等级在设计中体现安全等级在设计中体现v结构重要性系数结构重要性系数 0 v重要性系数取值重要性系数取值 安全等级一级：安全等级一级：安全等级一级：安全等级一级：0 0=1.1=1.1；安全等级二级：；安全等级二级：；安全等级二级：；安全等级二级：0 0=1.0=1.0；安全等级三级：；安全等级三级：；安全等级三级：；安全等级三级：0 0=0.9=0.9。2.1.2 结构构设计基准期基准期结构设计结构设计基准期基准期荷载统计分析和材料荷载统计分析和材料性能取值的时间参数性能取值的时间参数建筑结构设计建筑结构设计基准期基准期50年年50年一遇的年一遇的风雪荷载风雪荷载桥梁结构设计桥梁结构设计基准期基准期100年年100年一遇的年一遇的风、雪、洪水风、雪、洪水2.1.3 结构的构的设计使用年限使用年限v结构设计规定的一个时期。结构设计规定的一个时期。v在规定时期内只要进行正常的维护而不在规定时期内只要进行正常的维护而不需要进行大修就能按预期目的使用需要进行大修就能按预期目的使用1 1类类类类 5 5年年年年 临时性结构临时性结构临时性结构临时性结构2 2类类类类 2525年年年年 易于替换的结构构件易于替换的结构构件易于替换的结构构件易于替换的结构构件3 3类类类类 5050年年年年 普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4 4类类类类 100100年年年年 纪念性建筑和特别重要的建纪念性建筑和特别重要的建纪念性建筑和特别重要的建纪念性建筑和特别重要的建 筑结构筑结构筑结构筑结构普通房屋，结构设计基准期和使用年限都是普通房屋，结构设计基准期和使用年限都是50年。年。2.2 建筑建筑结构荷构荷载及其分及其分类作作 用用Action使结构产生效使结构产生效应（内力、变应（内力、变形、裂缝）的形、裂缝）的各种原因。各种原因。直接施加于结构上直接施加于结构上的集中力或分布力的集中力或分布力直接作用直接作用荷荷 载载引起结构外加引起结构外加变形或约束变变形或约束变形的原因形的原因间接作用间接作用 作用作用地基变形、混凝土收缩、焊接地基变形、混凝土收缩、焊接变形、温度变化、地震等作用变形、温度变化、地震等作用2.2.1 按随按随时间的的变异分异分类荷荷 载载永久荷载永久荷载可变荷载可变荷载偶然荷载偶然荷载永久荷载（永久荷载（permanent load）v定义定义 在结构使用期间，其值不随时间变化，或其在结构使用期间，其值不随时间变化，或其在结构使用期间，其值不随时间变化，或其在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。是单调的并能趋于限值的荷载。是单调的并能趋于限值的荷载。是单调的并能趋于限值的荷载。v类型类型 结构自重结构自重结构自重结构自重 =恒载恒载恒载恒载 土压力，土压力，土压力，土压力，预应力预应力预应力预应力 基础变位影响力基础变位影响力基础变位影响力基础变位影响力 混凝土收缩及徐变影响力混凝土收缩及徐变影响力混凝土收缩及徐变影响力混凝土收缩及徐变影响力 水的浮力水的浮力水的浮力水的浮力统计参数与统计参数与时间无关时间无关可变荷载（可变荷载（variable load）v定义定义 在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。与平均值相比不可以忽略不计的荷载。与平均值相比不可以忽略不计的荷载。与平均值相比不可以忽略不计的荷载。v特点特点统计规律与时间参数有关统计规律与时间参数有关统计规律与时间参数有关统计规律与时间参数有关随机过程模型随机过程模型随机过程模型随机过程模型v类型类型楼面、屋面活荷载、积灰荷载楼面、屋面活荷载、积灰荷载楼面、屋面活荷载、积灰荷载楼面、屋面活荷载、积灰荷载风荷载、雪荷载风荷载、雪荷载风荷载、雪荷载风荷载、雪荷载吊车荷载吊车荷载吊车荷载吊车荷载偶然荷载（偶然荷载（accidental load）v定义定义 在结构使用期间不一定出现，一旦出现，在结构使用期间不一定出现，一旦出现，在结构使用期间不一定出现，一旦出现，在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载其值很大且持续时间很短的荷载其值很大且持续时间很短的荷载其值很大且持续时间很短的荷载v特点特点设计基准期内可能不出现设计基准期内可能不出现设计基准期内可能不出现设计基准期内可能不出现一旦出现量值很大，持续时间很短一旦出现量值很大，持续时间很短一旦出现量值很大，持续时间很短一旦出现量值很大，持续时间很短v类型类型爆炸力爆炸力爆炸力爆炸力撞击力撞击力撞击力撞击力 罕遇地震是间接作用罕遇地震是间接作用=偶然作用偶然作用 偶然荷载偶然荷载2.2.2 按空按空间位置的位置的变异分异分类荷荷 载载固定荷载固定荷载自由荷载自由荷载空空间间位位置置固固定定不不变变数数量量值值是是随随机机变变量量一一定定空空间间上上任任意意分分布布位位置置和和量量值值都都具具有有随随机机性性固定设固定设备荷载备荷载屋顶水屋顶水箱重力箱重力楼面上的楼面上的自由荷载自由荷载称为活荷称为活荷载，载，活载活载2.2.3 按按结构的反构的反应特点分特点分类荷荷 载载静态荷载静态荷载动态荷载动态荷载使结构产生使结构产生的加速度可的加速度可忽略不计忽略不计使结构产生使结构产生的加速度不的加速度不可忽略不计可忽略不计v动态荷载需用结构动力学进行分析动态荷载需用结构动力学进行分析v可按静态荷载处理的动态荷载（乘系数）可按静态荷载处理的动态荷载（乘系数）吊车制动荷载吊车制动荷载吊车制动荷载吊车制动荷载预制构件的吊装搬运预制构件的吊装搬运预制构件的吊装搬运预制构件的吊装搬运风荷载风荷载风荷载风荷载2.3 永久荷永久荷载代表代表值永久荷载永久荷载对结构不利取上限对结构不利取上限平均值平均值最大值（上限）最大值（上限）最小值（下限）最小值（下限）单位重单位重量变异量变异尺寸变异尺寸变异标准值标准值Gk或或gk为为代表值代表值一般取平均一般取平均值为标准值值为标准值变异较大时变异较大时对结构有利取下限对结构有利取下限自重线荷载标准值自重线荷载标准值gk=单位体积自重单位体积自重 截面面积截面面积gk=单位面积自重单位面积自重 荷载宽度荷载宽度构件自重面积荷载标准值构件自重面积荷载标准值单位面积自重单位面积自重=单位体积自重单位体积自重 厚度厚度自重合力标准值自重合力标准值Gk=单位体积自重单位体积自重 体积体积Gk=单位面积自重单位面积自重 荷载面积荷载面积单位体积自重单位体积自重 和和 单位面积自重见表单位面积自重见表2-3v例题例题2-1 楼面做法为：硬木地板，楼面做法为：硬木地板，楼面做法为：硬木地板，楼面做法为：硬木地板，20mm20mm厚水泥砂厚水泥砂厚水泥砂厚水泥砂浆找平层，浆找平层，浆找平层，浆找平层，80mm80mm厚钢筋混凝土现浇楼板，厚钢筋混凝土现浇楼板，厚钢筋混凝土现浇楼板，厚钢筋混凝土现浇楼板，钢丝网抹灰吊顶。试求板的恒载标准值钢丝网抹灰吊顶。试求板的恒载标准值钢丝网抹灰吊顶。试求板的恒载标准值钢丝网抹灰吊顶。试求板的恒载标准值（面积荷载）。（面积荷载）。（面积荷载）。（面积荷载）。v解解自重面积荷载标准值自重面积荷载标准值自重面积荷载标准值自重面积荷载标准值 =0.2+20=0.2+20 0.02+250.02+25 0.08+0.450.08+0.45 =3.05 kN/m =3.05 kN/m2 2 v例题例题2-2 矩形截面钢筋混凝土梁，宽矩形截面钢筋混凝土梁，宽矩形截面钢筋混凝土梁，宽矩形截面钢筋混凝土梁，宽b b=300mm=300mm，高，高，高，高h h=600mm=600mm，梁的底面和侧面用石膏砂浆抹灰、，梁的底面和侧面用石膏砂浆抹灰、，梁的底面和侧面用石膏砂浆抹灰、，梁的底面和侧面用石膏砂浆抹灰、20mm20mm厚，求梁自重线荷载标准值厚，求梁自重线荷载标准值厚，求梁自重线荷载标准值厚，求梁自重线荷载标准值g gk k。v解解g gk k=25=25 0.30.3 0.6 0.6 +12 +12 (0.3+0.6(0.3+0.6 2+0.02 2+0.02 2)2)0.02 0.02 =4.5+0.37 =4.5+0.37 =4.87 kN/m =4.87 kN/m2.4 可可变荷荷载代表代表值2.4.1 可变荷载代表值的概念可变荷载代表值的概念可变荷载与时间参数有关，可变荷载与时间参数有关，随时在变化，属于随机过程随时在变化，属于随机过程可变荷载可变荷载代表值代表值可变荷载可变荷载标准值标准值可变荷载可变荷载组合值组合值可变荷载可变荷载频遇值频遇值可变荷载可变荷载准永久值准永久值可变荷载标准值可变荷载标准值qk(或或Qk)v可变荷载的基本代表值可变荷载的基本代表值 其他代表值均由标准值计算得到其他代表值均由标准值计算得到其他代表值均由标准值计算得到其他代表值均由标准值计算得到v设计基准期内最大荷载统计分布的特设计基准期内最大荷载统计分布的特征值征值对于有足够资料的可变荷载，取最大荷载对于有足够资料的可变荷载，取最大荷载对于有足够资料的可变荷载，取最大荷载对于有足够资料的可变荷载，取最大荷载统计分布特征值统计分布特征值统计分布特征值统计分布特征值风、雪荷载，习惯上以平均重现期来定义风、雪荷载，习惯上以平均重现期来定义风、雪荷载，习惯上以平均重现期来定义风、雪荷载，习惯上以平均重现期来定义标准值（标准值（标准值（标准值（5050年一遇、年一遇、年一遇、年一遇、100100年一遇）年一遇）年一遇）年一遇）对于资料不充分的可变荷载，根据工程经对于资料不充分的可变荷载，根据工程经对于资料不充分的可变荷载，根据工程经对于资料不充分的可变荷载，根据工程经验确定。验确定。验确定。验确定。可变荷载组合值可变荷载组合值v定义定义组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载。一致的荷载。一致的荷载。一致的荷载。两种及其以上的可变荷载同时作用于结构上两种及其以上的可变荷载同时作用于结构上两种及其以上的可变荷载同时作用于结构上两种及其以上的可变荷载同时作用于结构上时，所有可变荷载都达到最大值的概率很小，时，所有可变荷载都达到最大值的概率很小，时，所有可变荷载都达到最大值的概率很小，时，所有可变荷载都达到最大值的概率很小，除主导荷载取标准值外，其他伴随荷载只能除主导荷载取标准值外，其他伴随荷载只能除主导荷载取标准值外，其他伴随荷载只能除主导荷载取标准值外，其他伴随荷载只能取组合值为代表值。取组合值为代表值。取组合值为代表值。取组合值为代表值。v取值取值可变荷载组合值可变荷载组合值可变荷载组合值可变荷载组合值 =组合值系数组合值系数组合值系数组合值系数 c c 标准值标准值标准值标准值可变荷载频遇值可变荷载频遇值v定义定义在设计基准期内，其超越的总时间为规定在设计基准期内，其超越的总时间为规定在设计基准期内，其超越的总时间为规定在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率的较小比率的较小比率的较小比率 ，或超越概率为规定频率的荷，或超越概率为规定频率的荷，或超越概率为规定频率的荷，或超越概率为规定频率的荷载值。载值。载值。载值。设计基准内，被超越的总时间为设计基准内，被超越的总时间为设计基准内，被超越的总时间为设计基准内，被超越的总时间为5050年中的年中的年中的年中的一小部分的荷载。一小部分的荷载。一小部分的荷载。一小部分的荷载。v取值取值可变荷载频遇值可变荷载频遇值可变荷载频遇值可变荷载频遇值 =频遇值系数频遇值系数频遇值系数频遇值系数 f f 标准值标准值标准值标准值可变荷载准永久值可变荷载准永久值v定义定义在设计基准期内，其超越的总时间约为设在设计基准期内，其超越的总时间约为设在设计基准期内，其超越的总时间约为设在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。计基准期一半的荷载值。计基准期一半的荷载值。计基准期一半的荷载值。经常可以达到或被超过的荷载，对结构的经常可以达到或被超过的荷载，对结构的经常可以达到或被超过的荷载，对结构的经常可以达到或被超过的荷载，对结构的影响类似于永久荷载。影响类似于永久荷载。影响类似于永久荷载。影响类似于永久荷载。v取值取值 可变荷载准永久值可变荷载准永久值可变荷载准永久值可变荷载准永久值 =准永久值系数准永久值系数准永久值系数准永久值系数 q q 标准值标准值标准值标准值2.4.2 可可变荷荷载取取值民用建筑楼面均布活荷载民用建筑楼面均布活荷载v楼面活荷载标准值（楼面活荷载标准值（kN/m2）按表按表按表按表2-42-4采用：采用：采用：采用：住宅、医院、办公楼、教室住宅、医院、办公楼、教室住宅、医院、办公楼、教室住宅、医院、办公楼、教室 2.02.0 礼堂、剧院、公共洗衣房礼堂、剧院、公共洗衣房礼堂、剧院、公共洗衣房礼堂、剧院、公共洗衣房 3.03.0 健身房、舞台、舞厅健身房、舞台、舞厅健身房、舞台、舞厅健身房、舞台、舞厅 4.04.0v组合值系数、频遇值系数、准永久值组合值系数、频遇值系数、准永久值系数见表系数见表2-4活荷载可按楼层折减活荷载可按楼层折减屋面活荷载屋面活荷载v屋面分类屋面分类不上人屋面不上人屋面不上人屋面不上人屋面上人屋面上人屋面上人屋面上人屋面屋顶花园屋顶花园屋顶花园屋顶花园v屋面活载标准值屋面活载标准值不上人屋面：不上人屋面：不上人屋面：不上人屋面：0.50.5（施工、检修荷载）（施工、检修荷载）（施工、检修荷载）（施工、检修荷载）上人屋面：上人屋面：上人屋面：上人屋面：2.02.0屋顶花园：屋顶花园：屋顶花园：屋顶花园：3.03.0v组合值系数、频遇值系数、准永久值系组合值系数、频遇值系数、准永久值系数见表数见表2-6吊车荷载吊车荷载v吊车竖向荷载吊车竖向荷载标准值：采用最大轮压和最小轮压标准值：采用最大轮压和最小轮压标准值：采用最大轮压和最小轮压标准值：采用最大轮压和最小轮压以出厂规格为准以出厂规格为准以出厂规格为准以出厂规格为准v吊车水平荷载吊车水平荷载制动惯性力制动惯性力制动惯性力制动惯性力取重量乘系数取重量乘系数取重量乘系数取重量乘系数横向有左右之分横向有左右之分横向有左右之分横向有左右之分纵向有前后之别纵向有前后之别纵向有前后之别纵向有前后之别组合值、频遇值和准组合值、频遇值和准永久值系数见表永久值系数见表2-7雪荷载雪荷载v雪荷载标准值雪荷载标准值按屋面水平投影面积计算按屋面水平投影面积计算按屋面水平投影面积计算按屋面水平投影面积计算单位面积上的雪荷载标准值（单位面积上的雪荷载标准值（单位面积上的雪荷载标准值（单位面积上的雪荷载标准值（kN/mkN/m2 2）为）为）为）为基本雪压基本雪压s0空旷地带最大积雪深空旷地带最大积雪深度统计分析得到的度统计分析得到的50年一遇的最大雪压值年一遇的最大雪压值北京北京0.40，南京，南京0.65成都成都0.10，沈阳，沈阳0.50v雪荷载的其他代表值雪荷载的其他代表值组合值系数组合值系数组合值系数组合值系数0.70.7频遇值系数频遇值系数频遇值系数频遇值系数0.60.6准永久值系数，与分区有关准永久值系数，与分区有关准永久值系数，与分区有关准永久值系数，与分区有关0.50.5、0.20.2、0 0屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数风荷载风荷载v风荷载标准值风荷载标准值wk（kN/m2）垂直于建筑物表面垂直于建筑物表面垂直于建筑物表面垂直于建筑物表面迎面压力，背风面吸力（方向与风向同）迎面压力，背风面吸力（方向与风向同）迎面压力，背风面吸力（方向与风向同）迎面压力，背风面吸力（方向与风向同）动力荷载静力法处理动力荷载静力法处理基本风压基本风压w0空旷地带，离地空旷地带，离地10m，自，自记记10min，年最大风速，年最大风速确定确定50年一遇最大风速年一遇最大风速计算基计算基本风压本风压风压高度变化系数风压高度变化系数风荷载体型系数风荷载体型系数风振系数风振系数v风荷载其他代表值风荷载其他代表值组合值系数组合值系数组合值系数组合值系数0.60.6频遇值系数频遇值系数频遇值系数频遇值系数0.40.4准永久值系数准永久值系数准永久值系数准永久值系数0 0基本风压基本风压北京北京0.45，上海，上海0.55深圳深圳0.90，厦门，厦门0.80成都成都0.30，重庆，重庆0.40吐鲁番吐鲁番1.00，青岛，青岛0.60