第5章土木工程荷载课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章,土木工程荷载,2学时,第五章土木工程荷载2学时,1,一 作用与作用效应,作用,（或荷载）,作用效应（S）,施加在结构上的集中力或分布力，称为作用,直接作用,引起结构外加变形或约束变形的原因,间接作用,由作用引起的结构或构件的反应,结构抗力（R）,结构或结构构件承受作用效应的能力,q,M,、基本概念,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能抵御自然或人为的作用力的能力，因此，了解作用在结构上的力有那些，其性质如何非常重要。,5.1 工程结构上的荷载类型,一 作用与作用效应作用（或荷载）作用效应（S）施加在结构上的,2,指,持久存在着的外加力,。比如结构自重或土压力等。,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、风荷载、吊车荷载等。,不一定出现,，而,一旦出现,其量值很大而持续时间较短,的荷载。比如爆炸力、撞击力、地震作用等。,永久荷载,可变荷载,偶然荷载,2 荷载分类,按时间变异分类,设计原则,5.1 工程结构上的荷载类型,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,指持久存在着的外加力。比如结构自重或土压力等。可移动,3,按空间变异分类,固定荷载在结构空间位置上具有,固定的分布,；,可动荷载在结构空间位置,一定范围内可以任意分布,。,静态荷载对结构,不产生动力效应,，或小的可以忽略；,动态荷载对结构,产生动力效应,，且不可以忽略。,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,按空间变异分类固定荷载在结构空间位置上具有固定的分布；静,4,5.1 工程结构上的荷载类型,1. 恒载：,二、荷载种类,一般情况恒载由构件的具体尺寸和材料的重度计算。,5.1 工程结构上的荷载类型1. 恒载： 二、荷载种类一,5,第5章土木工程荷载课件,6,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 kN,恒载与活载的单位：,静载：荷载作用不变或作用变化缓慢。,动载：荷载作用急剧、快速变化。如撞击力、落重等。,注意：动载对房屋的作用效应比它们作为静载的绝对值要大。,2、可变荷载,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,7,第5章土木工程荷载课件,8,1) 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,和准永久值系数，应按表4.1.1 的规定采用.,b.设计楼面梁、墙、柱及基础时，表4.1.1 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。,c.施工和检修荷载及栏杆水平荷载.,1) 民用建筑楼面均布活荷载a.民用建筑楼面均布活荷,9,第5章土木工程荷载课件,10,2) 屋面均布活荷载，,屋面均布活荷载，不应与,雪荷载,同时组合。,3)屋面积灰荷载,2) 屋面均布活荷载，3)屋面积灰荷载,11,4)雪荷载,屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：,S,k,=,r,S,0,(6.6.1),式中 s,k,雪荷载标准值(kN/)； r屋面积雪分布系数； S,0,基本雪压(kN/ )。,5) 吊车荷载,a 吊车类型:桥式吊车,门架式吊车,手动吊车,电葫芦吊车.,b 桥式吊车:软钩与硬钩;单钩与双钩(20/5t),由横行小车与桥架组成.,4)雪荷载屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：S,12,c 吊车竖向和水平荷载,吊车,竖向荷载,标准值,，应采用吊车,最大轮压,或,最小轮压,。,吊车,横向水平荷载,标准值,，应取,T,i,k,=,(G,2,k,+G,3,k,),1)软钩吊车：当额定起重量不大于10t 时，应取12%；当额定起重量为1650t 时，应取10%；当额定起重量不小于75t 时，应取8%。,横向水平荷载系数,2)硬钩吊车: 应取20%。,c 吊车竖向和水平荷载吊车竖向荷载标准值，应采用吊车最,13,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；,吊车,纵向水平荷载,标准值,吊车荷载的动力系数,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；吊,14,当风施加于房屋的作用力在,比房屋周期短,的时间内消失。,6) 风荷载：,可分为动载、静载。,反之，若风的作用在比房屋周期长的时间内消失，就是静载。,高层建筑房屋周期长，低层房屋周期短。,当风施加于房屋的作用力在比房屋周期短的时间内消失。6) 风,15,影响风载的因素：,因地区而异（沿海、内陆）；同一地区因时间而异；因房屋高度而异。,见图2.15,影响风载的因素：因地区而异（沿海、内陆）；同一地区因时间而异,16,北京郊区某5m高单层房屋迎风面风载,同处一幢18层高层建筑,北京郊区某5m高单层房屋迎风面风载同处一幢18层高层建筑,17,3. 地震荷载,地震,地震是以地面发生不同强烈程度的振动为特征的一种物理现象,震源,震中,震中距,3. 地震荷载 地震地震是以地面发生不同强烈程度的振动为特,18,第5章土木工程荷载课件,19,第5章土木工程荷载课件,20,震级,表示地震的强度，用释放出来的能量大小衡量。,国际上通用的是Richter震级。,标准地震仪测得的最大水平位移幅值。m,1.26 印度发生强烈地震 7.9级地震狂袭南亚次大陆,一次里氏5级地震所释放的能量为：,相当于2万tT.N.T.炸药，每增加一级，释放的能量增加31.5倍,震级表示地震的强度，用释放出来的能量大小衡量。国际上通用,21,地震烈度,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。震中区烈度最大。根据震时人、地、物主要宏观标志划分为12度。,1976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马春林等几个小青年，在7月27日晚上，听到奶羊惨叫，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，全部脱险。,地震烈度地震在某一个具体地区引起的振动强度。与震级是两个,22,第5章土木工程荷载课件,23,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,（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。,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（尔格）相,24,地震荷载：,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。,地震荷载：地震对房屋的作用力。地震引起的地面运动会使房,25,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89层用砖填充框架结构，它的总水平地震荷载约为其自重的0.050.08倍。,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一,26,第5章土木工程荷载课件,27,约束,4、 由温差和地基不均匀沉降引起的内力,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,约束4、 由温差和地基不均匀沉降引起的内力 温差的影响昼,28,内外柱相差几十毫米,外柱,现代高层房屋必须考虑这种,温差内力效应。,内外柱相差几十毫米外柱现代高层房屋必须考虑这种温差内力效应。,29,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,30,6. 其它荷载,如结构安装、振动、撞击、爆炸等,各类荷载归纳如右图,6. 其它荷载如结构安装、振动、撞击、爆炸等各类荷载归纳如,31,第5章土木工程荷载课件,32,第5章土木工程荷载课件,33,第5章土木工程荷载课件,34,设计原则,三,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,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(效应)组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。,对于,承载能力极限状态,，应按荷载效应的,基本组合,或,偶然,组合,进行荷载(效应)组合，并应采用下列设计表达式进行设计.,式中0结构重要性系数；S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,范的规定确定。,0,SR,设计原则三 荷载组合 建筑结构设计应根据使用,35,(1)基本组合1)由可变荷载效应控制的组合:,式中,G,永久荷载的分项系数，应按第3.2.5 条采用；,Qi,第i 个可变荷载的分项系数，其中,Q1,为可变荷,载Q,1,的分项系数，应按第3.2.5 条采用；S,GK,按永久荷载标准值G,k,计算的荷载效应值；S,Qik,按可变荷载标准值Q,ik,计算的荷载效应值,其中,S,Q1k,为诸可变荷载效应中起控制作用者；,ci,可变荷载Qi 的组合值系数，应分别按各章的规定,采用；n参与组合的可变荷载数。,(1)基本组合1)由可变荷载效应控制的组合:式中G,36,2)由永久荷载效应控制的组合：,对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则，1)由可变荷载效应控制的组合：,2)由永久荷载效应控制的组合： 对于一般排架,37,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：1)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1.2；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一般情况下应取1.0；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：一般情况下应取1.4；对标准值大于4kN/m,2,的工业房屋楼面结构的活荷,载应取1.3。注: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。,基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用：1 永久荷载,38,3)对于偶然组合，荷载效应组合的设计值宜按下列规定,确定:偶然荷载的代表值不乘分项系数；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,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。,2. 正常使用极限状态,应根据不同的设计要求,采用荷,载的标准组合、频遇组合或准永久组合,并应按下列设,计表达式进行设计：,式中C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、加速度、应力等的限值,应,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 C,3)对于偶然组合，荷载效应组合的设计值宜按下列规定2. 正常,39,1) 对于标准组合，荷载效应组合的设计值S 应按下式采用：,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,的情况。,2) 对于频遇组合，荷载效应组合的设计值S 应按下式采用：,式中,f1,可变荷载Q,1,的频遇值系数，应按各章的规定采用；,qi,可变荷载Q,i,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S 可按下式采用：,1) 对于标准组合，荷载效应组合的设计值S 应按下式采用：,40,