建筑结构荷载介绍课件

建筑结构荷载介绍建筑结构荷载介绍1 1.荷荷载分分类；2.荷荷载代表代表值；3.结构的功能；构的功能；4.结构功能的极限状构功能的极限状态；5.结构上的作用、作用效构上的作用、作用效应和和结构抗力；构抗力；6.概率极限状概率极限状态设计法法实用用设计表达式。表达式。内容内容 1.荷载分类；内容2 1.1.了解掌握荷了解掌握荷载分分类、荷、荷载代表代表值的概念及种的概念及种类；2.2.理解理解结构的功能及其极限状构的功能及其极限状态的含的含义；3.3.能确定永久荷能确定永久荷载、可、可变荷荷载的代表的代表值。第第 一一 讲讲教学目标：教学目标：1.了解掌握荷载分类、荷载代表值的概念及种类；第 一 3重重点点 1、荷、荷载分分类；荷；荷载代表代表值；2、结构的功能；构的功能；结构功能的极限状构功能的极限状态；3、结构上的作用、作用效构上的作用、作用效应和和结构抗力。构抗力。难难点点结构上的作用、作用效构上的作用、作用效应和和结构抗力。构抗力。重 点 1、荷载分类；荷载代表值；难 点结构上的作用、41.1.1 1.1.1 荷载分类荷载分类按随按随时间的的变异，异，结构上的荷构上的荷载可分可分为以下三以下三类：1.1.永久荷永久荷载永久荷永久荷载亦称恒荷亦称恒荷载，是指在，是指在结构使用期构使用期间，其，其值不不随随时间变化，或者其化，或者其变化与平均化与平均值相比可忽略不相比可忽略不计的荷的荷载。如如结构自重、土构自重、土压力、力、预应力等。力等。1.1 荷载分类及荷载代表值荷载分类及荷载代表值1.1.1 荷载分类1.1 荷载分类及荷载代表值52.2.可可变荷荷载可可变荷荷载也称也称为活荷活荷载，是指在，是指在结构使用期构使用期间，其，其值随随时间变化，且其化，且其变化化值与平均与平均值相比不可忽略的荷相比不可忽略的荷载。3.3.偶然荷偶然荷载在在结构使用期构使用期间不一定出不一定出现，而一旦出，而一旦出现，其量，其量值很大很大且持且持续时间很短的荷很短的荷载称称为偶然荷偶然荷载。2.可变荷载61.1.2 1.1.2 荷载代表值荷载代表值1.1.荷荷载代表代表值定定义：结构构设计时，对于不同的荷于不同的荷载和不同的和不同的设计情况，情况，应赋予荷予荷载不同的量不同的量值，该量量值即荷即荷载代表代表值。2.2.荷荷载标准准值定定义：荷：荷载标准准值就是就是结构在构在设计基准期内具有一定概基准期内具有一定概率的最大荷率的最大荷载值,它是荷它是荷载的基本代表的基本代表值。设计基准期基准期为确定可确定可变荷荷载代表代表值而而选定的定的时间参参数，一般取数，一般取为5050年。年。1.1.2 荷载代表值7（1 1）永久荷）永久荷载标准准值永久荷永久荷载主要是主要是结构自重及粉刷、装修，固定构自重及粉刷、装修，固定设备的重的重量。一般可按量。一般可按结构构件的构构件的设计尺寸和材料或尺寸和材料或结构构件构构件单位体位体积（或面（或面积）的自重）的自重标准准值确定。确定。对于自重于自重变异性异性较大的材料，在大的材料，在设计中中应根据其根据其对结构构有利或不利的情况，分有利或不利的情况，分别取其自重的下限取其自重的下限值或上限或上限值。例例 取取钢筋混凝土筋混凝土单位体位体积自重自重标准准值为25 kN/m25 kN/m3 3，则截面尺寸截面尺寸为200500mm200500mm的的钢筋混凝土矩形截面梁的自重筋混凝土矩形截面梁的自重标准准值为0.20.525=2.5kN/m0.20.525=2.5kN/m。（1）永久荷载标准值8（2 2）可）可变荷荷载标准准值民用建筑楼面均布活荷民用建筑楼面均布活荷载标准准值及其及其组合合值、频偶偶值和和永久永久值系数按表系数按表1.1.11.1.1采用。采用。1 1）可）可变荷荷载准永久准永久值定定义：在：在设计基准期内基准期内经常达到或超常达到或超过的那部份荷的那部份荷载值（总的持的持续时间不低于不低于2525年），称年），称为可可变荷荷载准永久准永久值。可可变荷荷载准永久准永久值可表示可表示为q qk k ，其中，其中k k为可可变荷荷载标准准值，q q为可可变荷荷载准永久准永久值系数。系数。q q值见表表1.1.11.1.1。（2）可变荷载标准值92 2）可）可变荷荷载组合合值定定义：两种或两种以上两种或两种以上可可变荷荷载同同时作用于作用于结构上构上时，除主除主导荷荷载（产生最大效生最大效应的荷的荷载）仍可以其）仍可以其标准准值为代表代表值外，其他伴随荷外，其他伴随荷载均均应以小于以小于标准准值的荷的荷载值为代表代表值，此即可此即可变荷荷载组合合值。可可变荷荷载组合合值可表示可表示为c ck k 。其中。其中c c 为可可变荷荷载组合合值系数，其系数，其值按表按表1.1.11.1.1查取。取。2）可变荷载组合值103 3）可）可变荷荷载频遇遇值定定义：对可可变荷荷载，在，在设计基准期内，其超越的基准期内，其超越的总时间为规定的定的较小比率或超越小比率或超越频率率为规定定频率的荷率的荷载值（总的持的持续时间不低于不低于5050年年），称），称为可可变荷荷载频遇遇值。可可变荷荷载频遇遇值可表示可表示为f fk k。其中。其中f f为可可变荷荷载频遇遇值系数，其系数，其值按表按表1.1.11.1.1查取。取。3）可变荷载频遇值11荷载频遇值可变荷载频遇值是正常使用极限状态按频遇组合设计所采用的一种可变荷载代表值。在设计基准期内，荷载达到和超过该值的总持续时间仅为设计基准期的一小部分。可变荷载频遇值应取可变荷载标准值乘以荷载频遇值系数。荷载频遇值系数见荷载规范表达到荷载值的频率越大，频遇值系数越大，频遇值亦越大。如：书库频遇值系数为0.9，住宅频遇值系数为0.57。频遇组合目前仅在桥梁结构设计中应用。荷载频遇值 可变荷载频遇值是正常使用极限状态按频遇组合121.2 建筑结构极限状态设计法建筑结构极限状态设计法1.2.1 极限状态 1.1.结构的功能要求构的功能要求 （1 1）结构的安全等构的安全等级 建筑建筑结构构设计时，应根据根据结构破坏可能构破坏可能产生生的后果（危及人的生命、造成的后果（危及人的生命、造成经济损失、失、产生社会生社会影响等）的影响等）的严重性，采用不同的安全等重性，采用不同的安全等级。根据破坏后果的根据破坏后果的严重程度，建筑重程度，建筑结构划分构划分为三个安全等三个安全等级。1.2 建筑结构极限状态设计法1.2.1 极限状态 13表1.2.1 建筑结构的安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋二级严重一般的房屋三级不严重次要的房屋表1.2.1 建筑结构的安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一14（2 2）结构的构的设计使用年限使用年限 定定义：房屋建筑在正常房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和、正常施工、正常使用和维 护下所下所应达到的持久年限。达到的持久年限。结构的构的设计使用使用年限年限应按下表采用。按下表采用。类别类别 设设 计计 使使 用用 年限（年）年限（年）示示 例例 15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构（2）结构的设计使用年限类别 设 计 使 用 年限（年）15（3 3）结构的功能要求构的功能要求 1 1）结构的功能要求构的功能要求 功能要求功能要求适用性适用性耐久性耐久性安全性安全性（3）结构的功能要求功能要求适用性耐久性安全性16 安全性安全性结构在正常施工和正常使用的条件下，能承构在正常施工和正常使用的条件下，能承受可能出受可能出现的各种作用；在的各种作用；在设计规定的偶然事件（如定的偶然事件（如强烈烈地震、爆炸、地震、爆炸、车辆撞撞击等）等）发生生时和和发生后，仍能保持必生后，仍能保持必需的整体需的整体稳定性，即定性，即结构构仅产生局部的生局部的损坏而不致坏而不致发生生连续倒塌。倒塌。适用性适用性结构在正常使用构在正常使用时具有良好的工作具有良好的工作性能。例如，不会出性能。例如，不会出现影响正常使用的影响正常使用的过大大变形或振形或振动；不会不会产生使使用者感到不安的裂生使使用者感到不安的裂缝宽度等。度等。安全性结构在正常施工和正常使用的条17耐久性耐久性结构在正常构在正常维护条件下具有足条件下具有足够的耐久性能，的耐久性能，即在正常即在正常维护条件下条件下结构能构能够正常使用到正常使用到规定的定的设计使用年使用年限。例如，限。例如，结构材料不致出构材料不致出现影响功能的影响功能的损坏，坏，钢筋混凝土筋混凝土构件的构件的钢筋不致因保筋不致因保护层过薄或裂薄或裂缝过宽而而锈蚀等。等。耐久性结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即在正常维182 2）结构的可靠性和可靠度的概念构的可靠性和可靠度的概念结构可靠性构可靠性结构的安全性、适用性和耐久性的构的安全性、适用性和耐久性的总 称。称。结构可靠度构可靠度结构在构在规定定时间内，在内，在规定条件下，完成定条件下，完成预定功能的概率。定功能的概率。规定定时间指指设计使用年限；使用年限；规定条件指正常定条件指正常设计、正常施、正常施工、正常使用和正常工、正常使用和正常维护，不包括，不包括错误设计、错误施工和施工和违反反原来原来规定的使用情况定的使用情况。2）结构的可靠性和可靠度的概念19结构的可靠度是构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即构可靠性的概率度量，即对结构可靠构可靠性的定量描述。性的定量描述。注意注意1：结构可靠度与构可靠度与结构使用年限构使用年限长短有关。短有关。统一一标准准以以结构的构的设计使用年限使用年限为计算算结构可靠度的构可靠度的时间基准。基准。注意注意2：结构的构的设计使用年限使用年限虽与与结构使用寿命有构使用寿命有联系，系，但不等同。当但不等同。当结构的使用年限超构的使用年限超过设计使用年限后，并不意使用年限后，并不意味着味着结构就要构就要报废，但其可靠度将逐，但其可靠度将逐渐降低。降低。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述202.2.结构功能的极限状构功能的极限状态（1 1）定）定义整个整个结构或构或结构的一部份，超构的一部份，超过某一特定状某一特定状态就不能就不能满足足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，该特定状特定状态称称为该功能的极限状功能的极限状态。极限状极限状态承承载力极限状力极限状态正常使用极限状正常使用极限状态2.结构功能的极限状态极限状态承载力极限状态正常使用极限状态21（2 2）分）分类1）承承载能力极限状能力极限状态 这种极限状种极限状态对应于于结构或构或结构构件达到最大承构构件达到最大承载能力或不适于能力或不适于继续承承载的的变形。承形。承载能力极限状能力极限状态主要考主要考虑关于关于结构安全性构安全性的功能。的功能。（2）分类22当当结构或构或结构构件出构构件出现下列状下列状态之一之一时，即，即认为超超过了了承承载能力极限状能力极限状态：结构构件或构构件或连接因材料接因材料强度不度不够而破坏；而破坏；整个整个结构或构或结构的一部构的一部分作分作为刚体失去平衡（如体失去平衡（如倾覆等）；覆等）；结构构转变为机机动体系；体系；结构或构或结构构件构构件丧失失稳定（如柱子被定（如柱子被压曲等）。曲等）。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限232）正常使用极限状正常使用极限状态 正常使用极限状正常使用极限状态对应于于结构或构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限定限值。这一一状状态对应于于适用性或耐久性适用性或耐久性的功能。的功能。2）正常使用极限状态 正常使用极限状态对应于结构或结构24 当当结构或构或结构构件出构构件出现下列状下列状态之一之一时，即，即认为超超过了正常使用极限状了正常使用极限状态：影响正常使用或外影响正常使用或外观的的变形；形；影响正常使用或耐久性能的局部影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂坏（包括裂缝）；）；影响正常使用的振影响正常使用的振动；影响正常使用的其他特定状影响正常使用的其他特定状态等。等。当结构或结构构件出现下列状态之一时，253.3.结构的功能函数构的功能函数（1 1）作用效）作用效应和和结构抗力的概念构抗力的概念 作用效作用效应 结构上的各种作用，在构上的各种作用，在结构内构内产生的生的内内力力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）力、弯矩、剪力、扭矩等）和和变形形（如（如挠度、度、转角、角、裂裂缝等）的等）的总称称，用，用S 表示。由直接作用表示。由直接作用产生的效生的效应，通，通常称常称为荷荷载效效应。3.结构的功能函数（1）作用效应和结构抗力的概念 26 （2 2）结构的功能函数构的功能函数 (1.2.1)结构抗力构抗力 结构或构件承受作用效构或构件承受作用效应的能力，如构件的的能力，如构件的承承载力、力、刚度、抗裂度等，用度、抗裂度等，用R表示。表示。结构抗力是构抗力是结构内部固有构内部固有的，其大小主要取决于的，其大小主要取决于材料性能材料性能、构件几何参数构件几何参数及及计算模式的算模式的精确性等精确性等。（2）结构的功能函数(1.2.1)结构抗力 结构或27实际工程中，可能出工程中，可能出现以下三种情况以下三种情况实际工程中，可能出现以下三种情况28小小 结：结：1.荷荷载分分类、荷、荷载代表代表值的概念及种的概念及种类；2.永久荷永久荷载、可、可变荷荷载的代表的代表值；3.作用效作用效应、结构抗力的概念；构抗力的概念；4.结构的功能及其极限状构的功能及其极限状态的含的含义。作业布置：作业布置：预习：思考：思考题1.4、1.5；思考思考题：1.1、1.2。小 结：29