《荷载与结构设计方法》课件

第二章 重力作用 内容提要 一、土重及土的侧压力 二、结构自重 三、楼面和屋面活荷载 四、厂房吊车荷载 五、车辆荷载 六、人群荷载 七、雪荷载 一、土重及土的侧压力 1、 天然状态下土的容重变化范围较大 粘性土 (18 20) kN/m3 砂 土 (16 20) kN/m3 腐填土 (15 17) kN/m3 设计时 ， 土的天然容重取 18 kN/m3 均质土中 ： cz= . z cz沿水平面 均匀分布 cz沿深度 直线分布 2、土的自重应力 cz cz cz=.z 1 .z z z z 天然地面 （一）土的自重应力 不同重度土层中 ， 土的自重应力 cz cz h1 1 h1 1 h2 1 h1 + 2 h2 2 h3 1 h1 + 2 h2 +/3 h3 3 /3 h4 1 h1 + 2 h2 +/3 h3 +/4 h4 4 /4 z ini icz h 1 地下水位以下土的重度采用 土的有效重度 =土的饱和重度 -水的重度 cz沿深度 折线分布 不透水层面 天然地面 地下水位面 Wsat 二、结构自重 1、 结构的自重 永久荷载 2、 结构自重标准值 Gk 应根据结构的 设计尺寸 和 材料的容重标准值 确定 一般相当于结构自重实际概率分布的平均值 (G) 3、 材料容重标准值 按 建筑结构荷载规范 （ GB50009-2001） 确定 常用材料与构件自重 (1) 4、 结构设计时 ， 将结构自重转化为 平均楼面恒载 1.98 2.48kN/m2 木结构 ; 4.95 7.43kN/m2 钢筋砼结构 2.48 3.96kN/m2 钢结构 ; 3.46 5.94kN/m2 预应力砼结构 连接 常用材料和构件的自重 (GB50009-2001附录 A表 A.1) 砖 普通砖 （ 240mm115mm 53mm） 18 kN/m3 普通砖 （ 机制 ） 19 kN/m3 灰浆 水泥砂浆 20 kN/m3 石灰砂浆 、 混合砂浆 17 kN/m3 混凝土 （ 砼 ） 素混凝土 （ 22 24） kN/m3 泡沫混凝土 （ 4 6） kN/m3 钢筋混凝土 （ R.C.） （ 24 25） kN/m3 砌体 浆砌普通砖 （ 机制 ） 18（ 19） kN/m3 空斗砌体 （ 一眠一斗 ， 中填碎瓦 ） 17 kN/m3 粘土砖空斗砌体 （ 全斗 ） 13 kN/m3 墙面 贴瓷砖墙面 （ 25mm厚 （ 包括水泥砂浆打底 ） 0.5 kN/m2 水泥粉饰墙面 （ 20mm厚 ， 水泥粗砂 ） 0.36 kN/m2 石灰粗砂粉饰墙面 （ 20mm厚 ） 0.34 kN/m2 屋顶 小青瓦屋面 （ 0.9 1.1） kN/m2 粘土平瓦屋面 0.55 kN/m2 油毡防水层 一层油毡刷油两层 0.05 kN/m2 一毡二油上铺小石子 （ 0.25 0.30） kN/m2 二毡三油上铺 （ 0.30 0.35） kN/m2 三毡四油上铺 （ 0.35 0.40） kN/m2 返回 三、楼面和屋面活荷载 1、 民用建筑楼面活荷载 民用建筑楼面活荷载 持久性活荷载 设计基准期内经常出现 家具等设备产生的荷载 临时性活荷载 设计基准期内短暂出现 人员的聚汇荷载 荷载的统计分析 （ 第二部分介绍 ） 民用建筑楼面均布活荷载的标准值 规范 （ GB50009-2001） 表 4.1.1取用 【 例如 】 住宅 、 宿舍 、 旅馆 、 办公楼 、 医院病房 、 托儿所 、 幼儿园的建 筑楼面均布活荷载的标准值为 2.0kN/m2。 民用建筑楼面均布荷载标准值中不包括 隔墙自重 和 二次装饰荷载 固定隔墙的自重 按恒荷载考虑 非固定隔墙（隔墙位置可灵活自由布置） 作为楼面活荷载的附加值考虑 楼面活荷载的附加值 (kN/m2) = 每延米长墙重（ kN/m）的 1/3 且 附加值 1.0 kN/m2（ 楼面活荷载小于 4.0 kN/m2 ） 附加值 0.5 kN/m2（ 楼面活荷载大于 4.0 kN/m2 ） 2、 工业建筑楼面活荷载 工业建筑楼面在生产使用或安装检修时 ， 由设备 、 管道 、 运输工具 及可能拆除的隔墙产生的局部荷载 ， 均应按实际情况考虑 ， 可用 等 效均布活荷载 代替 。 工业建筑楼面 （ 包括工作平台 ） 上无设备区域的操作荷载 ， 包括操 作人员 、 一般工具 、 零星原料和成品的自重 ， 可按均布活荷载考虑 ， 采用 2.0kN/m2。 生产车间的楼面活荷载 ， 可按实际情况采用 ， 但不宜小于 3.5kN/m2。 楼面的等效均布活荷载，应在其设计控制部位上，根据需要按内力 （如弯矩、剪力等）、变形及裂缝的等值要求来确定。 一般情况， 可按内力的等效来确定 。 3、 屋面均布活荷载 屋面均布活荷载包括 施工检修人员 、 工具等自重 ， 上人屋面还包括 人员临时聚汇的荷载 规范 （ GB50009-2001） 规定了工业与民用建筑房屋的屋面其水 平投影面上的均布活荷载的标准值： 上人屋面的均布活荷载的标准值： 2.0 kN/m2 不上人的屋面均布活荷载标准值： 0.5 kN/m2 屋顶花园均布活荷载标准值： 3.0 kN/m2 屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重 按局部荷载考虑 ， 同时其 等效均布荷载不低于 5.0 kN/m2 。 局部荷载应按直升机实际最大起飞重量确定，当没有机型技术资料 时， 一般可依据轻、中、重三种类型的不同要求，按 规范 规定 选用局部荷载标准值及作用面积 。 4、 设计楼面梁 、 墙 、 柱及基础时 ， 楼面活荷载标准值的折减 考虑到作用于楼面上的活荷载不可能以标准值的大小同时布满所有的楼面 ， 在设计梁 、 墙 、 柱及基础时 ， 还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况 。 在确定梁 、 墙 、 柱及基础的荷载标准值时 ， 还应按楼面活荷载标准值乘以折 减系数 。 国际标准 ISO2103： 计算梁时： 对住宅、办公楼等房屋或其房间： A33.0 ( 218 mA ) 对公共建筑或其房间： A35.0 ( 236 mA ) A 所计算梁的从属面积，取梁两侧各延伸 1/2梁间距范围内的实际楼面面积。 计算多层房屋的柱、墙和基础时： 对住宅、办公楼等房屋： n6.03.0 对公共建筑： n6.05.0 n 所计算截面以上的楼层数 , 。 2n GB50009规定： 5、屋面积灰荷载 设计生产中有大量排灰的 机械、冶金、水泥等的厂房及其附近建 筑 时考虑 影响主要因素 ：除尘设施的使用维修情况、清灰制度执行情况、 风向和风速、烟囱高度、屋面坡度和屋面挡风板等 对于具有除尘设施和保证清灰制度 （一般厂房 36个月清灰一次） 的厂房屋面水平投影面上的积灰荷载 =0.3kN/m2 1.0kN/m2 -见 规范 （ GB50009-2001）表 4.4.1-1 积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值 同时考虑 。 即 积灰荷载 +（雪荷载、不上人的屋面均布活荷载） max 施工或检修集中荷载 人和小工具的自重等 设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时， 施工或检 修集中荷载应取 1.0kN，并应在最不利位置处进行验算 当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔 1.0m取一个集中荷载； 在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔 2.53.0m取一个集中荷载。 楼梯、看台、阳台和上人屋面的栏杆顶部水平荷载 ： 住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，应取 0.5kN/m 学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取 1.0kN/m 6.施工和检修荷载及栏杆水平荷载 五、汽车荷载 1、一辆汽车的总重力 =汽车自重 +载重量。一辆 100kN的汽车 30 70 前轴 后轴 2、汽车荷载 汽车荷载由 车道荷载 和 车辆荷载 组成 车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。 桥涵结构的整体计算采用车道荷载，局部加载、横向桥面板、涵洞、桥台 台后汽车引起的土压力和挡土墙上汽车引起的土压力等的计算采用车辆荷载。车 辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。 4、各级公路桥涵设计的汽车荷载等级 边 公路等级 高速公路 一级公路 二级公路 三级公路 四级公路 汽车荷载等级 公路 - I 公路 - I 公路 - II 公路 - II 公路 - II 二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可采用公路 -I 级汽车荷载。 四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计所采用的公路 -II级车道荷 载的效应可乘以 0.8的折减系数，车辆荷载的效应可乘以 0.7的折减 系数。 3、汽车荷载等级 公路 -I 公路 -II 5、 车道荷载 “ 均布荷载 +集中荷载 ” 的形式 根据车道荷载与车辆荷载在结构构件中产生的 内力 （ 弯矩 、 剪力 ） 等效 确定 公路 -I级车道荷载 均布荷载标准值 mkNq k 5.10 计算弯矩时 集中荷载标准值 kNP k 180 ( 桥梁计算跨径 ml 5 ) kP = 采用直线内插计算 ( 桥梁计算跨径 mlm 505 ) kNP k 360 ( 桥梁计算跨径 ml 50 ) 计算剪力时 集中荷载标准值 取上述 kP 的 1 . 2 系数 公路 - II 级车道荷载 均布荷载标准值 kq 和集中荷载标准值 kP 按公路 - I 级车道荷载的 0 .7 5 倍采用 车道荷载的均布荷载标准值 应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上 集中荷载标准值 只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处 5、车辆荷载 公路 -I和公路 -II级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。 公路 级和公路 级标准车辆荷载采用总重为 550kN的加重车。 车辆荷载的立面、平面尺寸 车辆荷载横向布置 当桥梁计算跨径 50m时，人群荷载标准值取 3.0 kN/m2 当桥梁计算跨径 150m时 ， 人群荷载标准值取 2.5 kN/m2 当 50m桥梁计算跨径 150m时 ， 由 线性内插法 得到人群荷载标 准值 城镇郊区行人密集地区的公路桥梁 ， 人群荷载标准值取上述规定 值的 1.15倍 专用人行桥梁 ， 人群荷载标准值取 3.5 kN/m2 人群荷载在横向应布置在人行道的净宽内； 在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内 人行道板 （ 局部构件 ） 可以一块板为单元 ， 按标准值 4.0 kN/m2的 均布荷载计算 计算人行道栏杆时 ， 作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值 0.75kN/m 作用在栏杆扶手上的竖向力标准值 1.0kN/m 六、桥梁人群荷载 七、雪荷载 1、 基本雪压 S0 单位水平面积上积雪的自重 (kN/m2) 系指以当地一般空旷平坦地面上统计所得重现期为 50年 的最大积雪的自 重确定 。 积雪密度 （ t/m3） S0= . h .g 重力加速度 (9.8m/s2) 积雪深度 （ m） 积雪密度 积雪深度 、 积雪时间 、 当地的地理气候条件 等因素 有关 随积雪深度和积雪时间变化的 方便工程应用 取定值 我国按 建筑结构荷载规范 （ GB50009-2001)全国基本雪压分布图 的规 定采用 2、 屋面雪压 屋面雪压 -（ 不同 ） -地面雪压 主要原因： 风 、 屋面形式 、 屋面散热 等 风对屋面积雪的影响 风的漂积作用 对高低跨屋面 、 多跨坡屋面及曲线型屋面的屋角附近区域 屋面坡度对积雪的影响 屋面的雪荷载随其坡度的增加而减小 风的作用 使迎风面的部分积雪漂积到背风面一侧的屋面上 ， 引起屋面的不平衡积雪 荷载 雪的滑移作用 （ 坡度 100的屋面 ） 可能形成一坡有雪另一坡完全滑落的不平衡雪荷载；使滑落的雪堆积在与 坡屋面临接的较低屋面上 我国 规范 采用 屋面积雪分布系数 （ r） 对双坡屋面考虑均匀雪载和不均匀 雪载两种情况。 屋面积雪分布系数应根据不同类型的屋面形式，按 规范 （ GB50009-2001） 采用。 25 30 35 40 45 50 r 1. 0 0. 8 0 . 6 0 . 4 0 . 2 0 例 1 单跨双坡屋面 例 2高低屋面 考虑到高低屋面处易积雪，应在高低 屋面处 a 范围内 0.2r 。这里 mham 824 3、 屋面雪荷载标准值 （ GB50009-2001） 屋面 水平投影面 上雪荷载标准值应按下式计算： 屋面积雪分布系数 基本雪压 （ kN/m2 ） 雪荷载标准值（ kN/m2） sk=r s0 泡沫混凝土的概念 泡沫混凝土在我 国已经有几十年的生产历史，在 我国的 建筑行业和建材 行业中，大多数人都已经对它十分熟悉，在此让大家对泡沫混凝土有一个全面 的了解。 1.1泡沫混凝土的定义及其特点。 （ 1）泡沫混凝土的定义 泡沫混凝土又名发泡混凝土（发泡水泥）。它的突出特点就是在混凝土内 形成泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。 泡沫混凝土采用机械的方法将发泡剂制成泡沫，然后再将已制得的泡沫和 硅钙质材料所制成的料浆通过泡沫混凝土设备，在搅拌箱中均匀自动搅拌，即 制成泡沫混凝土拌和物。（搅拌使这些材料的硬质微粒黏附到 泡沫的外壳上面， 泡沫的气泡就变为互相隔开的单个气泡。所以泡沫混凝土除了保温隔热效果好 以外、还具有良好的隔音性，这与泡沫混凝土内部独立气孔有密切的关系。） （ 2）泡沫混凝土的特点： 泡沫混凝土之所以能得到快速的发展，并在在工程领域得到广泛应用。比 如：泡沫混凝土应用到屋顶保温、室内垫层、地暖、地下室、桥梁、隧道等基 坑填充等，还被做为隔音材料的首选。这与它具有许多优异的性能和优点关系 密切，主要表现在以下几个方面。 a、质量轻：干质密度 320 700KG/M3。是普通混凝土的 1/5-1/10左右，也 低于一般轻骨料混凝土。因此采用泡沫混凝土做墙体屋面材料可以大大减轻建 筑物自重，增加楼层高度，实现建筑的高层化，从而节约建筑物占地面积。同 时，也就可以减少建筑物对地基的压力，减少建筑物基础、梁、柱等结构的尺 寸，可以节约建筑材料和工程费用，大幅度减少工程量，缩短工期。 b、良好的隔热性能：其导热系数低于 0.20W/（ M.K）。 c、良好抗压性能：抗压强度大于 0.25Mpa。（能作上人屋面） d、抗震性优异、地基荷载越小、抗震力越强。 e、减少噪声污染，泡沫混凝土具有良好的气孔结构，能起到良好的隔音效 果，大大减少了噪声影响， 改善了居住环境。 f、调节室内湿度。泡沫混凝土产品的含水率可根据室内环境变化而变化， 具有调节室内外环境的作用，用泡沫混凝土材料砌的墙体，无论外边的气候条 件如何，可最大限度地消除墙体与人体之间的辐射现象，保持室内相对湿度的 平衡，即不干燥也不潮湿，能很好的调节室内湿度。