建筑力学与结构构件上的荷载及支座反力计算课件

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,*,*,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,*,*,模块四 结构构件上的荷载及支座反力计算,模块四 结构构件上的荷载及支座反力计算,通过本模块学习，应知道结构上荷载的分类及其代表值的确定，能够进行一般结构上荷载的计算，会利用静力平衡条件求解简单静定结构的支座反力。,一般结构上荷载的计算，利用平衡条件求解简单静定结构的支座反力。,通过本模块学习，应知道结构,引例,实例一和实例二中，教室的楼盖，由梁和板组成，其上有桌椅家具和人群等荷载，其自身重量和外加荷载由梁和板承受，并通过梁、板传递到墙上，墙就是梁的支座，那么梁和板上的荷载是多少？由于荷载总是变化的，怎样取值才能保证结构及结构构件的可靠性？同时，梁和板传到支座的压力是多少？支座反力又是多少？都是我们要解决的问题。,引例,4.1,结构上的荷载,4.1.1,荷载的分类,建筑结构在施工与使用期间要承受各种作用，如人群、风、雪、及结构构件自重等，这些外力直接作用在结构物上；还有温度变化、地基不均匀沉降等间接作用在结构上；我们称直接作用在结构上的外力为荷载。,1,荷载按作用时间的长短和性质，可分为三类：永久荷载、可变荷载和偶然荷载；,1),永久荷载是指在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或其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。例如，结构的自重、土压力、预应力等荷载，永久荷载又称恒荷载。,2),可变荷载是指在结构设计使用期内其值随时间而变化，其变化与平均值相比不可忽略的荷载。例如，楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等，可变荷载又称活荷载。,3),偶然荷载是指在结构设计使用期内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如，爆炸力、撞击力等。,4.1 结构上的荷载 4.1.1 荷载的分类,2,荷载按结构的反应特点分为两类：静态荷载和动态荷载；,1,）静态荷载，使结构产生的加速度可以忽略不计的作用，如结构自重、住宅和办公楼的楼面活荷载等。,2,）动态荷载，使结构产生的加速度不可忽略不计的作用，如地震、吊车荷载、设备振动等。,3,荷载按作用位置荷载可分为两类：固定荷载和移动荷载。,1,）固定荷载,是指作用位置不变的荷载，如结构的自重等。,2,）移动荷载,是指可以在结构上自由移动的荷载，如车轮压力等。,2荷载按结构的反应特点分为两类：静态荷载和动态荷载；,4.1.2,荷载的分布形式,1,材料的重力密度：某种材料单位体积的重量（,kN/m3,），称为材料的重力密度，用 表示，详见附录,C,表,C1,。,特别提示,如工程中常用水泥砂浆的重力密度是,20 kN/m,3,，石灰砂浆的重力密度是,17 kN/m,3,，钢筋混凝土的重力密度是,25 kN/m,3,，砖的重力密度是,19kN/m,3,。,4.1.2荷载的分布形式1材料的重力密度：某种材料单位体积,2,均布面荷载：在均匀分布的荷载作用面上，单位面积上的荷载值，称为均布面荷载，其单位为,kN/m2,或,N/m2,，如图,4.1,所示的板的均布面荷载。,图,4.1,板的均布面荷载,2均布面荷载：在均匀分布的荷载作用面上，单位面积上的荷载值,特别提示,一般板上的自重荷载为均布面荷载，其值为重力密度乘以板厚。,如一矩形截面板，板长为,板宽度为 （,m,），截面厚度为,（,m,），重力密度为 （,kN/m3,）,则此板的总重量 ；,板的自重在平面上是均匀分布的，所以单位面积的自重,（,kN/m2,）。,g,k,值就是板自重简化为单位面积上的均布荷载标准值。,特别提示,3,均布线荷载：沿跨度方向单位长度上均匀分布的荷载，称为均布线荷载，其单位为,kN/m,或,N/m,如图,4.2,所示的梁上的均布线荷载。,图,4.2,梁上的均布线荷载,3均布线荷载：沿跨度方向单位长度上均匀分布的荷载，称为均布,特别提示,一般梁上的自重荷载为均布线荷载，其值为重力密度乘以横截面面积。,如一矩形截面梁，梁长为,其截面宽度为 （,mm,），截面高度为（,mm,），重力密度为 （,kN/m3,）,则此梁的总重量,梁的自重沿跨度方向是均匀分布的，所以沿梁轴每米长度的自重,（,kN/m,）。,值就是梁自重简化为沿梁轴方向的均布荷载标准值，均布线荷载 也称线荷载集度。,特别提示,4,非均布线荷载：沿跨度方向单位长度上非均匀分布的荷载，称为非均布线荷载，其单位为,kN/m,或,N/m,，如图,4.3a,所示的挡土墙的土压力。,图,4.3a,挡土墙的土压力 图,4.3b,柱子的自重,4非均布线荷载：沿跨度方向单位长度上非均匀分布的荷载，称为,5,集中荷载（集中力）：集中地作用于一点的荷载称为集中荷载（集中力），其单位为,kN,或,N,，通常用或表示，如图,4.3b,所示的柱子自重。,特别提示,一般柱子的自重荷载为集中力，其值为重力密度乘以柱子的体积，,即 。,【,知识链接,】,均布面荷载化为均布线荷载的计算,在工程计算中，板面上受到均布面荷载 （,kN/m2,）时，它传给支撑梁为线荷载，梁沿跨度（轴线）方向均匀分布的线荷载如何计算？,案例一：设板上受到均匀的面荷载 （,kN/m2,）作用，板跨度为,3.3,（,m,）（受荷宽度,),、,L2,梁跨度为,5.1,（,m,），那么，梁,L2,上受到的全部荷载,梁,L2,自重（,kN/m,）,而荷载 是沿梁的跨度均匀分布的。,5集中荷载（集中力）：集中地作用于一点的荷载称为集中荷载（,图,4.4,板上的荷载传给梁示意图,建筑力学与结构构件上的荷载及支座反力计算课件,4.1.3,荷载的代表值,在后续进行结构设计时，对荷载应赋予一个规定的量值，该量值即所谓荷载代表值。永久荷载采用标准值为代表值，可变荷载采用标准值、组合值、频遇值或准永久值为代表值。,1,荷载的标准值,荷载标准值是荷载的基本代表值。为设计基准期内（,50,年）最大荷载统计分布的特征值，是指其在结构使用期间可能出现的最大荷载值。,1),永久荷载标准值（），是永久荷载的唯一代表值。对于结构自重可以根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定，,建筑结构荷载规范,中列出了常用材料和构件自重，见附录,C,表,C1,。,应用案例,4.1,应用实例一中矩形截面钢筋混凝土梁,L2,，计算跨度为,5.1m,，截面尺寸为,b=250mm.,，,h=500mm,，求该梁自重,(,即永久荷载,),标准值。,解：梁自重为均布线荷载的形式，梁自重标准值应按照 计算，其中钢筋混凝土的重力度 ，故：,梁自重标准值,4.1.3荷载的代表值在后续进行结构设计时，对荷载应赋予一,特别提示,计算过程中应注意物理量单位的换算。,梁的自重标准值用 表示。,应用案例,4.2,实例一中楼面做法为：,30mm,水磨石地面，,120mm,钢筋混凝土空心板（折算为,80mm,厚的实心板），板底石灰砂浆粉刷厚,20mm,，求楼板自重标准值。,解：板自重为均布面荷载的形式，其楼面做法中每一层标准值均应按照 计算，然后把三个值加在一起就是楼板的自重标准值。,查附录,C,表,C1,得：,30mm,水磨石地面：,0.65kN/m2,，钢筋混凝土的重力密度 ，石灰砂浆的重力密度 ，故：,特别提示,楼面做法：,30mm,水磨石地面：,0.65kN/m2,120mm,空心板自重：,25kN/m30.08m=2kN/m2,板底粉刷：,17 kN/m30.02m=0.34kN/m2,板每平方米总重力（面荷载）标准值：,应用案例,4.3,实例一中钢筋混凝土梁,L5,（,7,），截面尺寸 ，且梁上放置,120,厚、,1.2m,高的栏杆，栏杆两侧,20mm,厚石灰砂浆抹面，求作用在梁上的永久荷载标准值。,解：经分析，梁,L5,（,7,）的自重及作用在梁上的栏杆、石灰砂浆抹面为梁的永久荷载，荷载计算如下：,楼面做法：30mm水磨石地面：0.65kN/m2,查附录,C,附表,C1,得：钢筋混凝土的重力密度 ，石灰砂浆的重力密度 ，故：,梁,L5,（,7,）的自重：,25kN/m30.2m0.3m=1.5kN/m,梁上的栏杆及石灰砂浆抹面：,1.2m(0.12m19 kN/m3,+0.02m17 kN/m32,）,=3.552 kN/m,梁上的永久荷载标准值,:,2),可变荷载标准值,(),，由设计使用年限内最大荷载概率分布的某个分位值确定，是可变荷载的最大荷载代表值，由统计所得。我国,建筑结构荷载规范,对于楼,(,屋,),面活荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等可变荷载标准值，规定了具体的数值，设计时可直接查用。,查附录C附表C1得：钢筋混凝土的重力密度,(1),楼,(,屋,),面可变荷载标准值见附录,C,表,C2,。,特别提示,根据附表,3-2,，查得实例二：教学楼教室的楼面活荷载标准值为,2.5kN/m2,；楼梯上的楼面活荷载标准值为,3.5 kN/m2,。,(2),风荷载标准值（），风受到建筑物的阻碍和影响时，速度会改变，并在建筑物表面上形成压力和吸力，即为建筑物所受的风荷载。根据,建筑结构荷载规范,（,GB50009-2012),相关规定，风荷载标准值（）按下式计算：,（,4-1,）,(1)楼(屋)面可变荷载标准值见附录C表C2。,式中：,风荷载标准值（,kN/m2,）；,高度处的风振系数，它是考虑风压脉动对结构产生的影响，按,建筑结构荷载规范,（,GB50009-2012),规定的方法计算；,(,以下简称,荷载规范,）,风荷载体型系数，见,荷载规范,；,风压高度变化系数，见,荷载规范,；,基本风压（,kN/m2,）是以当地平坦空旷地带，,10m,高处统计得到的,50,年一遇,10min,平均最大风速为标准确定的，按,荷载规范,中“全国基本风压分布图”查用。,(3),此外雪荷载标准值、施工及检修荷载标准值见,荷载规范,相关规定取值。,【,知识链接,】,应用实例一中根据上述风荷载计算方法，确定出框架结构上的风荷载，示意图如图,4.5,示。,式中：风荷载标准值（kN/m2）；,图,4.5,风荷载作用示意图,图4.5 风荷载作用示意图,2,可变荷载组合值（）,当结构上同时作用有两种或两种以上可变荷载时，由于各种可变荷载同时达到其最大值（标准值）的可能性极小，因此计算时采用可变荷载组合值，所谓荷载组合值是将多种可变荷载中的第一个可变荷载（或称主导荷载，即产生最大荷载效应的荷载），仍以其标准值作为代表值外，其他均采用可变荷载的组合值进行计算，即将它们的标准值乘以小于,1,的荷载组合值系数作为代表值，称为可变荷载的组合值，用 表示：,（,4-2,）,式中,可变荷载组合值；,可变荷载标准值；,可变荷载组合值系数，一般楼面活荷载、雪荷载取,0.7,，风荷载取,0.6,，其他可变荷载取值见附录,C,表,C2,和,C3,。,2可变荷载组合值（）,3,可变荷载频遇值（）,可变荷载频遇值是指结构上时而出现的较大荷载。对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。可变荷载频遇值总是小于荷载标准值，其值取可变荷载标准值乘以小于的荷载频遇值系数，用 表示：,（,4-3,）,式中,可变荷载频遇值；,可变荷载频遇值系数，见附录,C,表,C2,；,3可变荷载频遇值（）,4,可变荷载准永久值（）,可变荷载准永久值是指可变荷载中在设计基准期内经常作用（其超越的时间约为设计基准期一半）的可变荷载。在规定的期限内有较长的总持续时间，也就是经常作用于结构上的可变荷载。其值取可变荷载标准值乘以小于的荷载准永久值系数，用 表示：,（,4-4,）,式中,可变荷载准永久值,可变荷载准永久值系数，按,荷载规范,的规定取值，见附录,C,表,C2,。,4可变荷载准永久值（）,4.1.4,荷载分项系数,1,荷载分项系数,荷载分项系数用于结构承载力极限状态设计中，目的是保证在各种可能的荷载组合出现时，结构均能维持在相同的可靠度水平上。荷载分项系数又分为永久荷载分项系数 和可变荷载分项系数 ，其值见表