第5章-土木工程荷载.课件.ppt

1、2学时学时一一 作用与作用效应作用与作用效应作用作用（或荷载）（或荷载）作用效应（作用效应（S S）施加在结构上的集中力或分布力，称为作用施加在结构上的集中力或分布力，称为作用直接作用直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用间接作用由作用引起的结构或构件的反应由作用引起的结构或构件的反应结构抗力（结构抗力（R R）结构或结构构件承受作用效应的能力结构或结构构件承受作用效应的能力qM、基本概念、基本概念第一章已讨论过：土木工程要解第一章已讨论过：土木工程要解决的第二个问题是工程结构要有决的第二个问题是工程结构要有能抵御自然或人为的作用力的能能抵御自然或人为

2、的作用力的能力，因此，了解作用在结构上的力，因此，了解作用在结构上的力有那些，其性质如何非常重要。力有那些，其性质如何非常重要。5.1 工程结构上的荷载类型工程结构上的荷载类型指指持久存在着的外加力持久存在着的外加力。比如结构自重或土。比如结构自重或土压力等。压力等。可移动的外加力。其数量、位置都是可改变的。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。荷载、吊车荷载等。不一定出现不一定出现，而，而一旦出现一旦出现, ,其量值很大而持续时其量值很大而持续时间较短间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力、地震作的荷载。比如爆炸力、撞击力、地震作用等。用等。a.a.

3、永久荷载永久荷载b.b.可变荷载可变荷载c.c.偶然荷载偶然荷载2 2 荷载分类荷载分类按时间变异分类按时间变异分类设计原则5.1 工程结构上的荷载类型工程结构上的荷载类型可移动的外加力。其数量、位置都是可改变的。如房屋中的人群、家具、储存物等按空间变异分类按空间变异分类a.固定荷载固定荷载在结构空间位置上具有在结构空间位置上具有固定的分布固定的分布；b.可动荷载可动荷载在结构空间位置在结构空间位置一定范围内可以任意分布一定范围内可以任意分布。a.静态荷载静态荷载对结构对结构不产生动力效应不产生动力效应，或小的可以忽略；，或小的可以忽略；b.动态荷载动态荷载对结构对结构产生动力效应产生动力效应

4、，且不可以忽略。，且不可以忽略。按照结构的反应分类按照结构的反应分类设计原则5.1 工程结构上的荷载类型工程结构上的荷载类型5.1 工程结构上的荷载类型工程结构上的荷载类型1. 恒载：恒载： 二、荷载种类二、荷载种类一般情况恒载一般情况恒载由构件的具体由构件的具体尺寸和材料的尺寸和材料的重度计算。重度计算。可移动的外加力。也称活荷载，如楼面屋面活荷载、积灰荷载、积雪荷载、吊车荷载、风荷载等单位 kNkgkN1000102mkNmkN恒载与活载的单位： 静载：荷载作用不变或作静载：荷载作用不变或作用变化缓慢。用变化缓慢。 动载：荷载作用急剧、快动载：荷载作用急剧、快速变化。如撞击力、落重等。速变

5、化。如撞击力、落重等。注意：动载对房屋的作用效注意：动载对房屋的作用效应比它们作为静载的绝对值应比它们作为静载的绝对值要大。要大。2、可变荷载、可变荷载1) 民用建筑楼面均布活荷载民用建筑楼面均布活荷载a.民用建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值民用建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值 和准永久值系数，应按表和准永久值系数，应按表4.1.1 的规定采用的规定采用.b.设计楼面梁、墙、柱及基础时，表设计楼面梁、墙、柱及基础时，表4.1.1 中的楼面活荷载中的楼面活荷载标准值在下列情况下应乘以规定的折减系数。标准值在下列情况下应乘以规定的折减系数。c.施工和检修荷载及栏杆水平荷载施

6、工和检修荷载及栏杆水平荷载.2) 屋面均布活荷载，屋面均布活荷载，屋面均布活荷载，不应与屋面均布活荷载，不应与雪荷载雪荷载同时组合。同时组合。3)屋面积灰荷载屋面积灰荷载 4)雪荷载雪荷载屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：Sk=rS0 (6.6.1)式中式中 sk雪荷载标准值雪荷载标准值(kN/)； r屋面积雪分布系数；屋面积雪分布系数； S0基本雪压基本雪压(kN/ )。5) 吊车荷载吊车荷载a 吊车类型吊车类型:桥式吊车桥式吊车,门架式吊车门架式吊车,手动吊车手动吊车,电葫芦吊车电葫芦吊车.b 桥式吊车桥式吊车:软钩与硬钩软钩与硬钩

7、;单钩与双钩单钩与双钩(20/5t),由横行小车与桥由横行小车与桥架组成架组成.c 吊车竖向和水平荷载吊车竖向和水平荷载吊车吊车竖向荷载竖向荷载标准值标准值，应采用吊车，应采用吊车最大轮压最大轮压或或最小轮压最小轮压。吊车吊车横向水平荷载横向水平荷载标准值标准值，应取，应取Ti,k=(G(G2,k2,k+G+G3,k3,k) )1)软钩吊车：软钩吊车：当额定起重量不大于当额定起重量不大于10t 时，应取时，应取12%；当额定起重量为当额定起重量为1650t 时，应取时，应取10%；当额定起重量不小于当额定起重量不小于75t 时，应取时，应取8%。横向水平荷载系数横向水平荷载系数2)硬钩吊车硬钩

8、吊车: 应取应取20%。应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用；采用；吊车吊车纵向水平荷载纵向水平荷载标准值标准值吊车荷载的动力系数吊车荷载的动力系数当风施加于房屋的作用力当风施加于房屋的作用力在在比房屋周期短比房屋周期短的时间内的时间内消失。消失。6) 风荷载：风荷载：可分为动载、静载。可分为动载、静载。反之，若风的作用在比房反之，若风的作用在比房屋周期长的时间内消失，屋周期长的时间内消失，就是静载。就是静载。高层建筑房屋周期长，低高层建筑房屋周期长，低层房屋周期短。层房屋周期短。影响风载的因素：因地区而异（沿海、内陆）；同一地

9、区因时间而异；因房屋高度而异。见图2.15北京郊区某5m高单层房屋迎风面风载222. 0mkN同处一幢18层高层建筑27 . 0mkN3. 地震荷载地震荷载 地震地震地震是以地震是以地面发生地面发生不同强烈不同强烈程度的振程度的振动为特征动为特征的一种物的一种物理现象理现象震源震源震中震中震中距震中距 震级震级表示地震的强度，表示地震的强度，用释放出来的能用释放出来的能量大小衡量。量大小衡量。国际上通用的是Richter震级。AM10log标准地震仪测得的最大水平位移幅值。m1.26 印度发生强烈地震印度发生强烈地震 7.9级地震狂袭南亚次大陆级地震狂袭南亚次大陆一次里氏一次里氏5级地震级地震

10、所释放的能量为：所释放的能量为：erg19102相当于相当于2万万tT.N.T.炸药，每增加炸药，每增加一级，释放的能量增加一级，释放的能量增加31.5倍倍 地震烈度地震烈度地震在某一个具体地区引起的振动强度。地震在某一个具体地区引起的振动强度。与震级是两个不同的概念。震中区烈度最与震级是两个不同的概念。震中区烈度最大。根据震时人、地、物主要宏观标志划大。根据震时人、地、物主要宏观标志划分为分为12度。度。1976年的唐山大地震有的人利用动物异常现象，年的唐山大地震有的人利用动物异常现象，做了震前预防。例如滦南县胡各庄公社东胡大队做了震前预防。例如滦南县胡各庄公社东胡大队马春林等几个小青年，在

11、马春林等几个小青年，在7月月27日晚上，听到奶日晚上，听到奶羊惨叫，他们分析，可能要闹地震。于是几个人羊惨叫，他们分析，可能要闹地震。于是几个人都没有睡觉，聚在一起聊天，大震发生，全部脱都没有睡觉，聚在一起聊天，大震发生，全部脱险。险。震中烈度与震级的关系震中烈度与震级的关系一次里氏5级地震所释放的能量为erg19102（尔格）相当于在花岗岩中爆炸2万tT.N.T炸药，每增加一级，释放的能量增加31.5倍。 地震荷载：地震荷载：地震对房屋的作用力。地震引起的地面运动会使地震对房屋的作用力。地震引起的地面运动会使房屋在竖向或水平方向产生加速度反应，其加速房屋在竖向或水平方向产生加速度反应，其加速

12、度反应值与房屋本身质量的乘积，就形成地震对度反应值与房屋本身质量的乘积，就形成地震对房屋的作用力。房屋的作用力。地震对房屋的破坏主要由水平方向的最大加速度反应引起地震对房屋的破坏主要由水平方向的最大加速度反应引起北京地区一幢北京地区一幢89层层用砖填充框架结构，用砖填充框架结构，它的总水平地震荷它的总水平地震荷载约为其自重的载约为其自重的0.050.08倍。倍。约束mL204、 由温差和地基不均匀沉降引起由温差和地基不均匀沉降引起的内力的内力 温差的影响昼夜温差、季节性温差，每时每刻都在改变着形状和尺寸，当这种改变受到约束时，就会使房屋结构受到内力效应。如一根长20m的纲梁内外柱相差几十毫米外

13、柱现代高层房屋必须考虑这种温差内力效应。 由地基不均匀沉降引起的内力效应由地基不均匀沉降引起的内力效应6. 其它其它荷载荷载如结构如结构安装、安装、振动、振动、撞击、撞击、爆炸等爆炸等各类荷各类荷载归纳载归纳如右图如右图设计原则三 荷载组合荷载组合 建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载荷载(效应效应)组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。对于对于承载能力极限状态承载能力极限状态，

14、应按荷载效应的，应按荷载效应的基本组合基本组合或或偶然偶然组合组合进行荷载进行荷载(效应效应)组合，并应采用下列设计表达式进行设计组合，并应采用下列设计表达式进行设计. 式中式中0结构重要性系数；结构重要性系数；S荷载效应组合的设计值；荷载效应组合的设计值；R结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。范的规定确定。0SR(1)基本组合基本组合1)由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合:式中式中G永久荷载的分项系数，应按第永久荷载的分项系数，应按第3.2.5 条采用；条采用；Qi第第i 个可变荷载的分项系数，其中个可变荷载

15、的分项系数，其中Q1 为可变荷为可变荷 载载Q1 的分项系数，应按第的分项系数，应按第3.2.5 条采用；条采用；SGK按永久荷载标准值按永久荷载标准值Gk 计算的荷载效应值；计算的荷载效应值；SQik按可变荷载标准值按可变荷载标准值Qik 计算的荷载效应值计算的荷载效应值,其中其中 SQ1k 为诸可变荷载效应中起控制作用者；为诸可变荷载效应中起控制作用者；ci可变荷载可变荷载Qi 的组合值系数，应分别按各章的规定的组合值系数，应分别按各章的规定 采用；采用；n参与组合的可变荷载数。参与组合的可变荷载数。QiKciniQiKQQGKGSSSS2112)由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控

16、制的组合： 对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则，对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则，1)由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合：QikciniQiGKGSSS1QikniQiGkGkQQGkGSSSSSS1119 .0基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用：基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用：1 永久荷载的分项系数：永久荷载的分项系数：1)当其效应对结构不利时当其效应对结构不利时对由可变荷载效应控制的组合，应取对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2；对由永久荷载效应控制的组合，应取对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35；2)当其效应对结构有利时当其

17、效应对结构有利时一般情况下应取一般情况下应取1.0；对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。2 可变荷载的分项系数：可变荷载的分项系数：一般情况下应取一般情况下应取1.4；对标准值大于对标准值大于4kN/m2 的工业房屋楼面结构的活荷的工业房屋楼面结构的活荷 载应取载应取1.3。注注:对于某些特殊情况，可按建筑结构有关设计规范的对于某些特殊情况，可按建筑结构有关设计规范的 规定确定。规定确定。3)对于偶然组合，荷载效应组合的设计值宜按下列规定对于偶然组合，荷载效应组合的设计值宜按下列规定 确定确定:偶然荷载的代表值不乘分项系数；与偶然荷载同偶然荷载的代表值不

18、乘分项系数；与偶然荷载同 时出现的其他荷载可根据观测资料和工程经验采用适时出现的其他荷载可根据观测资料和工程经验采用适 当的代表值。各种情况下荷载效应的设计值公式，可当的代表值。各种情况下荷载效应的设计值公式，可 由有关规范另行规定。由有关规范另行规定。2. 正常使用极限状态正常使用极限状态,应根据不同的设计要求应根据不同的设计要求,采用采用荷荷 载的标准组合、频遇组合或准永久组合载的标准组合、频遇组合或准永久组合,并应按下列设并应按下列设 计表达式进行设计：计表达式进行设计：式中式中C结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值， 例如变形、裂缝、振幅、

19、加速度、应力等的限值例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值,应应 按各有关建筑结构设计规范的规定采用。按各有关建筑结构设计规范的规定采用。正常使用极限状态的设计一般采用效应小于规定值的验算方法S C1) 对于标准组合，荷载效应组合的设计值对于标准组合，荷载效应组合的设计值S 应按下式采用：应按下式采用：注注:以上三项组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性以上三项组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性 的情况。的情况。2) 对于频遇组合，荷载效应组合的设计值对于频遇组合，荷载效应组合的设计值S 应按下式采用：应按下式采用：式中式中f1可变荷载可变荷载Q1 的频遇值系数，应按各章的规定采用；的频遇值系数，应按各章的规定采用；qi可变荷载可变荷载Qi 的准永久值系数，应按各章的规定采用。的准永久值系数，应按各章的规定采用。3) 对于准永久组合，荷载效应组合的设计值对于准永久组合，荷载效应组合的设计值S 可按下式采用：可按下式采用：QiknicikQGkSSSS21niQikqikQfGkSSSS211niQikqiGkSSS1