建筑結(jié)構(gòu)的受力

建筑結(jié)構(gòu)的受力第1頁/共45頁CH.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理2.1建筑物結(jié)構(gòu)的荷載作用（S）（或荷載）作用效應(yīng)施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，稱為作用——直接作用引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因——間接作用——由作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的反應(yīng)結(jié)構(gòu)抗力（R）——結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受效應(yīng)的能力qVM2.1.1基本概念2第2頁/共45頁荷載與作用效應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)的荷載與作用軸向力N彎矩M剪力V扭矩T應(yīng)力（正、剪應(yīng)力）應(yīng)變（線、剪應(yīng)變）位移作用的效應(yīng)（S）內(nèi)力3第3頁/共45頁——在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)的荷載。也稱恒荷載或恒載。比如結(jié)構(gòu)自重或土壓力等?！诮Y(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間變化，或其變化與平均值相比不可以忽略不計(jì)的荷載。也稱活荷載或活載。比如樓面活載、屋面活載、雪荷載、風(fēng)荷載、吊車荷載等。——在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn),其量值很大而持續(xù)時間較短的荷載。比如爆炸力、撞擊力等。永久荷載可變荷載偶然荷載2.1.2荷載分類按時間變異分類4第4頁/共45頁5第5頁/共45頁6第6頁/共45頁7第7頁/共45頁8第8頁/共45頁9第9頁/共45頁10第10頁/共45頁11第11頁/共45頁12第12頁/共45頁13第13頁/共45頁圖例：風(fēng)壓特征14第14頁/共45頁圖例：地震與建筑物扭轉(zhuǎn)15第15頁/共45頁按空間變異分類固定荷載——在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分布；可動荷載——在結(jié)構(gòu)空間位置一定范圍內(nèi)可以任意分布。靜態(tài)荷載——對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生動力效應(yīng)，或小的可以忽略；動態(tài)荷載——對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動力效應(yīng)，且不可以忽略。按照結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類16第16頁/共45頁荷載代表值

荷載標(biāo)準(zhǔn)值是指在結(jié)構(gòu)使用期間正常情況下可能出現(xiàn)的最大荷載值（1）荷載標(biāo)準(zhǔn)值（包括永久荷載、可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值）

進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求采用不同的荷載代表值。永久荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值，可變荷載應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的不同要求分別采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值作為代表值。2.1.3荷載代表值17第17頁/共45頁——當(dāng)結(jié)構(gòu)同時承受兩種或兩種以上可變荷載時，除主導(dǎo)荷載（產(chǎn)生荷載效應(yīng)最大的荷載）取標(biāo)準(zhǔn)值，其他伴隨荷載取小于其標(biāo)準(zhǔn)值的組合值為代表值?！谠O(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常作用在結(jié)構(gòu)上的可變荷載?！饔糜诮Y(jié)構(gòu)上時而出現(xiàn)，持續(xù)時間較短的較大可變荷載，結(jié)構(gòu)破壞性減緩。a.可變荷載組合值b.可變荷載準(zhǔn)永久值c.可變荷載頻遇值可變荷載（2）可變荷載的組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值2.1.3荷載代表值18第18頁/共45頁荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算2.2結(jié)構(gòu)上的荷載1、恒荷載2、樓面活荷載3.雪荷載和屋面均布活荷載4.風(fēng)荷載5.吊車荷載6.地震荷載根據(jù)自重計(jì)算查規(guī)范表19第19頁/共45頁結(jié)構(gòu)上的荷載民用建筑樓面均布活荷載20第20頁/共45頁3.雪荷載和屋面均布活荷載結(jié)構(gòu)上的荷載雪荷載：作用在屋面上的荷載。雪荷載和屋面均布活荷載設(shè)計(jì)時僅取兩項(xiàng)荷載中的較大值。屋面均布活荷載：民用建筑分上人、不上人，工業(yè)建筑考慮設(shè)備、操作、檢修荷載，廠房考慮積灰荷載，有停機(jī)坪還應(yīng)考慮直升機(jī)重。21第21頁/共45頁4.風(fēng)荷載結(jié)構(gòu)上的荷載

基本風(fēng)壓是風(fēng)荷載的基準(zhǔn)壓力，一般按當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛嫔?0m高度處10min平均的風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)計(jì)得出50年一遇最大值確定的風(fēng)速，再通過風(fēng)速和風(fēng)壓關(guān)系換算而來。基本風(fēng)壓可從《荷載規(guī)范》附錄中查得。風(fēng)荷載的組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)可分別取0.6、0.4、0。（1）基本風(fēng)壓22第22頁/共45頁4.風(fēng)荷載結(jié)構(gòu)上的荷載（2）風(fēng)荷載（風(fēng)壓）高度變化系數(shù)

風(fēng)速是隨距地面的高度增加而增加的，故風(fēng)壓也是隨離地面高度增加而增加的。風(fēng)速隨高度的變化規(guī)律主要取決于地面的粗糙程度。但當(dāng)離地面450m以上時，風(fēng)速即不受地面粗糙程度的影響，風(fēng)壓高度變化系數(shù)為常數(shù)。

地面粗糙度是指風(fēng)在到達(dá)結(jié)構(gòu)物以前吹越過2km范圍內(nèi)的地面時，描述該地面上不規(guī)則障礙物分布狀況的等級。規(guī)范將地面粗糙度分為A、B、C、D四類。23第23頁/共45頁結(jié)構(gòu)上的荷載

A類——指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；

B類——指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；

C類——指有密集建筑群的城市市區(qū)；

D類——指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。地面粗糙度分類24第24頁/共45頁風(fēng)荷載體型系數(shù)是指風(fēng)作用在建筑物表面上所引起的實(shí)際壓力（或吸力）與來流風(fēng)壓的比值，它描述的是建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力的分布規(guī)律，主要與建筑物的體型和尺度有關(guān)，也與周圍環(huán)境和地面粗糙度有關(guān)。

4.風(fēng)荷載結(jié)構(gòu)上的荷載（3）風(fēng)荷載體型系數(shù)25第25頁/共45頁4.風(fēng)荷載結(jié)構(gòu)上的荷載（4）風(fēng)振系數(shù)

《規(guī)范》規(guī)定，以風(fēng)振系數(shù)βz來描述動力反應(yīng)的影響。規(guī)定對于高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋結(jié)構(gòu)，以及基本自振周期T1大于0.25s的塔架、桅桿、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用風(fēng)振系數(shù)來描述風(fēng)壓脈動的影響，具體計(jì)算方法見規(guī)范。對于高度低于30m或高寬比小于1.5的房屋以及自振周期T1＜0.25s的塔架、桅桿、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)，取βz=1.0。26第26頁/共45頁5.吊車荷載結(jié)構(gòu)上的荷載

橋式吊車在排架上產(chǎn)生的荷載有豎向荷載Dmax（或Dmin）、橫向水平荷載Tmax及吊車縱向水平荷載Te。A.吊車豎向荷載Dmax（或Dmin）①吊車最大輪壓Pmax與最小輪壓Pmin

當(dāng)小車吊有額定最大起重量行駛至大車某一側(cè)端頭極限位置時，小車所在一側(cè)的每個大車輪壓即為吊車的最大輪壓Pmax，同時另外一側(cè)的每個大車輪壓即為最小輪壓Pmin。27第27頁/共45頁28第28頁/共45頁29第29頁/共45頁30第30頁/共45頁5.吊車荷載結(jié)構(gòu)上的荷載31第31頁/共45頁32第32頁/共45頁②吊車豎向荷載Dmax（或Dmin）當(dāng)兩臺吊車滿載靠緊并行，其中較大一臺吊車的內(nèi)輪正好運(yùn)行至計(jì)算排架柱的位置時，作用于最大輪壓Pmax一側(cè)排架柱上的吊車荷載為最大值Dmax；同時，在另一側(cè)的排架柱上，則由最小輪壓Pmin產(chǎn)生的豎向荷載為最小值Dmin。Dmax

或Dmin可根據(jù)吊車最不利位置和吊車梁支座反力影響線求得：

Dmax=PmaxΣyi

Dmin=PminΣyi5.吊車荷載結(jié)構(gòu)上的荷載33第33頁/共45頁B.吊車橫向水平荷載Tmax、縱向水平荷載（略）

吊車的橫向水平荷載Tmax是當(dāng)小車沿廠房橫向運(yùn)動時，由于啟動或突然制動產(chǎn)生的慣性力。吊車橫向水平荷載作用位置在吊車梁頂面，且同時作用于吊車兩側(cè)的排架柱上，方向相同。吊車的橫向水平制動力也是移動荷載，其最不利作用位置與吊車的豎向輪壓相同，所以，吊車最大橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值Tmax，也需根據(jù)吊車的最不利位置和吊車梁支座反力影響線確定。5.吊車荷載結(jié)構(gòu)上的荷載34第34頁/共45頁2.2建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其受力狀態(tài)建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件1.板2.梁3.柱4.墻5.桁架桁架ABC35第35頁/共45頁壓力：N（軸心受壓）建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其受力狀態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀態(tài)36第36頁/共45頁拉力N（軸心受拉）37第37頁/共45頁彎曲力：彎矩MabcdabcdMM38第38頁/共45頁應(yīng)力的分布圖：MZyσmaxσmax中性軸和中性層上邊緣壓應(yīng)力最大，下邊緣拉應(yīng)力最大矩形截面39第39頁/共45頁剪力V40第40頁/共45頁注意：Fs為橫截面的剪力；Iz為整個橫截面對z軸的慣性矩；b為所求點(diǎn)對應(yīng)位置截面的寬度；為所求點(diǎn)對應(yīng)位置以外的面積對Z軸的靜矩。(1)t沿截面高度按二次拋物線規(guī)律變化；(2)同一橫截面上的最大切應(yīng)力tmax在中性軸處(y=0)；(3)上下邊緣處（y=±h/2)，切應(yīng)力為零。

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