建筑結(jié)構(gòu)概論課件

第三講

荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法李文雄第三講

荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法李文雄1內(nèi)容1.建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用2.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和設(shè)計(jì)使用年限3.結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力3.結(jié)構(gòu)的可靠度與極限設(shè)計(jì)方法4.舉例內(nèi)容1.建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用2建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用1.“結(jié)構(gòu)上的作用”的定義

施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形（地震、基礎(chǔ)沉降、溫度變化、焊接等）的原因的總稱。（1）施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載

直接作用（2）引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因

間接作用

2.“結(jié)構(gòu)上的作用”的分類

按時(shí)間的變異分類：（1）永久作用；（2）可變作用；（3）偶然作用按空間位置的變異分類：（1）固定作用；（2）自由作用按結(jié)構(gòu)的反映特點(diǎn)分類：（1）靜態(tài)作用；（2）動(dòng)態(tài)作用建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用1.“結(jié)構(gòu)上的作用”的定義3建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用3.荷載的分類

按時(shí)間的長(zhǎng)短和性質(zhì)：（1）永久荷載【例如】結(jié)構(gòu)自重，土壓力、預(yù)應(yīng)力等。

（2）可變荷載【例如】樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載等。（3）偶然荷載【例如】爆炸力、撞擊力等。建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用3.荷載的分類4建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用4.荷載的代表值（1）標(biāo)準(zhǔn)值荷載基本代表值，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載最大值概率分布的某一分位值確定。一般恒載：0.5；活載：0.95。（2）準(zhǔn)永久值根據(jù)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載達(dá)到和超過該值的總持續(xù)時(shí)間與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的比值確定準(zhǔn)永久系數(shù)。（3）組合值根據(jù)兩個(gè)或兩個(gè)以上可變荷載在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)相遇的情況及其組合的最大效應(yīng)概率分布的原則確定組合系數(shù)。

（4）頻遇值指在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T內(nèi)，其超越的總時(shí)間為規(guī)定的較小比率或超越頻數(shù)為規(guī)定頻率的荷載值。建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用4.荷載的代表值5建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用5.恒載結(jié)構(gòu)的自重＝重度×體積形式：1.集中荷載2.線荷載3.面荷載注：各種結(jié)構(gòu)材料的重度可以叢建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范查出。建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用5.恒載6建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用6.活載（1）樓面活荷載

持久性活荷載—家具等設(shè)備產(chǎn)生的荷載臨時(shí)性活荷載—人員的聚匯荷載根據(jù)房間的使用功能，參照建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范確定，例如住宅、宿舍、旅館、辦公樓、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園的建筑樓面均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為2.0kN/m2。

（2）屋面活荷載屋面均布活荷載包括施工檢修人員、工具等自重，上人屋面還包括人員臨時(shí)聚匯的荷載。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范根據(jù)屋面是否上人取不同的值。（3）雪荷載、積灰荷載、檢修荷載等建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用6.活載7建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用7.風(fēng)荷載風(fēng)荷載的影響因素：（1）建筑所在的位置（2）建筑的高度（3）建筑的體型（4）建筑所在地的地貌

計(jì)算公式：w=

z

s

z

w0

z：風(fēng)振系數(shù)s

：體型系數(shù)z

：風(fēng)壓高度變化系數(shù)W0

：基本風(fēng)壓建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用7.風(fēng)荷載z：風(fēng)振系數(shù)s：體型8建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用建筑物體型系數(shù)舉例

150300600

s-0.60+0.8風(fēng)載體型系數(shù)

s【例1】封閉式雙坡屋面【例2】封閉式房屋和構(gòu)筑物(正多邊形)+0.8-0.5-0.5

s+0.8-0.5-0.7-0.7注：中間值按插入法計(jì)算+0.8-0.5-0.7-0.7建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用建筑物體型系數(shù)舉例15039建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用8.地震作用地震作用的影響因素：（1）建筑所在的場(chǎng)地情況（2）地震的強(qiáng)弱程度（3）建筑結(jié)構(gòu)的特性及其重力代表值建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用8.地震作用10建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用9.其它作用（1）溫度作用

溫度變化引起材料自由膨脹、收縮（2）變形作用

指外界因素的影響使結(jié)構(gòu)被迫發(fā)生變形地基變形混凝土徐變、收縮受內(nèi)部或外部約束制造誤差等（3）預(yù)加力建筑結(jié)構(gòu)上的荷載與作用9.其它作用11設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和設(shè)計(jì)使用年限1.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期

——結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中與荷載取值有關(guān)的參數(shù)。2.設(shè)計(jì)使用年限

——設(shè)計(jì)規(guī)定的一個(gè)時(shí)期。在該時(shí)期內(nèi)，房屋建筑在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)下不需要進(jìn)行大修就能按其預(yù)定目的使用。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和設(shè)計(jì)使用年限1.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期12結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力1.抗力及其不定因素

抗力：抵抗作用效應(yīng)的能力

抗力不定性主要因素：

材料性能的不定性

幾參數(shù)的不定性

計(jì)算模式的不定性

2.材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值(1)實(shí)質(zhì)：以確定值（標(biāo)準(zhǔn)值）表達(dá)不確定值，便于應(yīng)用。(2)標(biāo)準(zhǔn)值取值：根據(jù)材料強(qiáng)度概率分布的0.05分位值，即95%保證率的要求確定。（參照附表）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力1.抗力及其不定因素2.材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值（參照13結(jié)構(gòu)的可靠度與極限設(shè)計(jì)方法1.結(jié)構(gòu)可靠度荷載效應(yīng)--S

結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力--R

承載能力極限狀態(tài)函數(shù)Z=R-S當(dāng)Z=R-S>0可靠狀態(tài)Z=R-S=0

極限狀態(tài)Z=R-S<0失效狀態(tài)結(jié)構(gòu)的可靠度與極限設(shè)計(jì)方法1.結(jié)構(gòu)可靠度荷載效應(yīng)--S

14結(jié)構(gòu)的可靠度與極限設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)可靠度理論破壞類型安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)β結(jié)構(gòu)的可靠度與極限設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)可靠度理論安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)15結(jié)構(gòu)的可靠度與極限設(shè)計(jì)方法2.概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)指定的某一功能要求，這個(gè)特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。(1)承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或者達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)，稱為承載能力極限狀態(tài)。(2)正常使用極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能中某項(xiàng)規(guī)定限度的狀態(tài)稱為正常使用極限狀態(tài)。

結(jié)構(gòu)的可靠度與極限設(shè)計(jì)方法2.概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法16結(jié)構(gòu)的可靠度與極限設(shè)計(jì)方法一、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)表達(dá)式：基本組合的荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值：（1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合：（2）由永久荷載效應(yīng)控制的組合：結(jié)構(gòu)的可靠度與極限設(shè)計(jì)方法一、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法設(shè)17結(jié)構(gòu)的可靠度與極限設(shè)計(jì)方法二、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法

考慮變形、裂縫、振幅等情況設(shè)計(jì)表達(dá)式：根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用不同的荷載效應(yīng)組合：（1）標(biāo)準(zhǔn)組合：（2）頻遇組合：（3）準(zhǔn)永久組合：結(jié)構(gòu)的可靠度與極限設(shè)計(jì)方法二、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法設(shè)18舉例－溫室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)舉例－溫室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19建筑結(jié)構(gòu)概論課件20建筑結(jié)構(gòu)概論課件21計(jì)算簡(jiǎn)圖的建立結(jié)構(gòu)基本條件

脊高5.5米，肩高3.0米，柱距3.0米，屋面材料：塑料薄膜鋼結(jié)構(gòu)：矩形鋼管

計(jì)算簡(jiǎn)圖的建立結(jié)構(gòu)基本條件22荷載取值（1）恒載

恒載主要考慮結(jié)構(gòu)自重以及覆蓋材料的自重。經(jīng)計(jì)算:骨架約0.12kN/m薄膜按0.3kg/m2，折算成約0.01kN/m共：0.13kN/m0.13kN/m荷載取值0.13kN/m23荷載取值（2）風(fēng)荷載

取基本風(fēng)壓0.5kN/m2，風(fēng)壓高度變化系數(shù)取1，體型系數(shù)根據(jù)規(guī)范取值風(fēng)振系數(shù)取1，則各面的風(fēng)荷載如下：

W1＝0.5*0.8*3＝1.2KN/m，W2=0.5*0.05*3=0.075KN/m

W3=-0.5*0.5*3=-0.75KN/m，W4=-0.5*0.5*3=-0.75KN/m

1.2kN/m0.75kN/m0.075kN/m0.75kN/m荷載取值1.2kN/m0.75kN/m0.075kN/m0.24荷載取值（3）檢修荷載

可考慮1個(gè)人的重量，偏于安全考慮取1kN,加于屋脊和肩處。1kN1kN1kN荷載取值1kN1kN1kN25荷載取值（4）天溝積水荷載

天溝積水荷載按均布作用于天溝的線荷載計(jì)算，從該荷載變異的可能性考慮，按滿布于天溝的積水荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。經(jīng)計(jì)算后折算成集中荷載：1.05KN。1.05kN1.05kN1.05kN荷載取值經(jīng)計(jì)算后折算成集中荷載：1.05KN。1.05kN126荷載效應(yīng)組合

對(duì)于線彈性結(jié)構(gòu)，荷載與荷載效應(yīng)成線性關(guān)系，因此可以直接考慮荷載的組合，再分析得到內(nèi)力；也可先分別計(jì)算出各工況的內(nèi)力，再進(jìn)行組合。承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)基本組合形式如下：組合1：1.0*恒載+1.4*風(fēng)荷載

組合2：1.2*恒載+1.0*檢修荷載

組合3：1.0*恒載+1.0*天溝水載+1.4*風(fēng)荷載以下列出三種組合下的彎矩圖作為舉例，實(shí)際設(shè)計(jì)還需要考慮軸力、剪力