《設計荷載》課件

設計荷載建筑結構設計的重要基礎，是確保建筑物安全性的關鍵因素。by課程簡介課程內(nèi)容本課程主要講解建筑物結構設計中所涉及的各種荷載及其計算方法。課程目標幫助學生掌握建筑物結構設計荷載的分類、確定和計算方法，為后續(xù)結構設計課程奠定基礎。學習方法課堂講解、案例分析和課后練習相結合，加深對知識的理解和應用。荷載分類11.永久荷載建筑結構自身重量和固定設備重量。22.變動荷載隨時間變化或空間位置變化的荷載，例如人員、家具、設備、雪、風和地震。33.偶然荷載偶爾出現(xiàn)的荷載，例如吊車、施工荷載、爆炸荷載和撞擊荷載。44.組合荷載幾種不同荷載同時作用于結構時的荷載。永久荷載自重荷載建筑物自身重量固定設備荷載固定在建筑物上的設備基礎設施荷載管道、電纜等裝飾裝修荷載墻面、地面裝飾材料變動荷載車輛荷載車輛荷載是指車輛在道路、橋梁或其他建筑物上行駛時產(chǎn)生的荷載?；疖嚭奢d火車荷載是指火車在鐵路軌道上行駛時產(chǎn)生的荷載。人群荷載人群荷載是指人群在建筑物內(nèi)活動時產(chǎn)生的荷載，例如在劇院、體育館或商場。吊車荷載吊車荷載是指吊車在建筑物內(nèi)作業(yè)時產(chǎn)生的荷載。偶然荷載偶然荷載定義偶然荷載是指可能出現(xiàn)的，但不是經(jīng)常出現(xiàn)的荷載。它們對結構安全的影響通常很小，但在設計中需要考慮，因為它們可能在特定情況下產(chǎn)生顯著影響。偶然荷載示例常見的偶然荷載包括風荷載、雪荷載、地震荷載等。這些荷載通常由自然因素引起，可能在特定時間和地點出現(xiàn)，對建筑結構產(chǎn)生較大的影響。組合荷載綜合考慮組合荷載是指各種荷載作用下，對建筑物結構產(chǎn)生的合力。設計安全組合荷載的設計目的是確保建筑物在各種情況下都能承受各種荷載。計算模型組合荷載的設計值需要通過復雜的計算模型得出，以確保結構安全。永久荷載的設計值永久荷載的設計值是指結構在正常使用狀態(tài)下，其自身重量以及永久性設備重量的總和。設計值一般通過將標準值乘以荷載分項系數(shù)γG來確定，其通常取值為1.2。荷載類型標準值荷載分項系數(shù)γG設計值結構自重G1.21.2G永久設備重量Gk1.21.2Gk變動荷載的設計值變動荷載的設計值是指在結構設計中考慮的實際荷載值。這些值通常是根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)和規(guī)范要求確定的。偶然荷載的設計值偶然荷載的設計值是指在結構設計時考慮的偶然荷載的大小，它通常是根據(jù)結構的具體情況和相關規(guī)范來確定的。偶然荷載的設計值通常要比永久荷載的設計值小，因為偶然荷載出現(xiàn)的頻率比較低，而且其大小也比較不確定。在確定偶然荷載的設計值時，需要考慮各種因素，例如結構的使用功能、結構的類型、結構的地理位置等。1.2安全系數(shù)偶然荷載設計值通常乘以安全系數(shù)，以確保結構的安全。0.5荷載組合偶然荷載設計值通常與其他荷載一起進行組合，以確定結構的最終設計荷載。1.0設計規(guī)范偶然荷載設計值需要根據(jù)相關規(guī)范進行計算，并保證其合理性。組合荷載設計值的計算1基本荷載組合考慮永久荷載和變動荷載2偶然荷載組合考慮永久荷載、變動荷載和偶然荷載3特殊荷載組合考慮地震荷載、風荷載組合荷載設計值是結構設計中重要的參數(shù)。不同的荷載組合方式，需要根據(jù)不同的結構特點進行計算。建筑物結構的平面布置建筑物結構的平面布置是建筑設計的重要組成部分，它直接影響著建筑物的使用功能、空間布局和美觀性。平面布置應充分考慮建筑物的使用功能和空間需求，并合理安排各功能區(qū)域的面積和位置，確保各區(qū)域之間通暢的交通流線。同時，平面布置還應考慮建筑物的朝向、采光、通風和日照等因素，以創(chuàng)造舒適宜人的室內(nèi)環(huán)境。建筑物結構的高度布置建筑物結構的高度布置是指建筑物各層樓板的高度和層高。層高是指相鄰兩層樓板之間的垂直距離，層高影響建筑物內(nèi)部空間的使用功能和舒適度。高度布置方案應根據(jù)建筑物功能要求、建筑物高度、結構類型、建筑材料等因素進行綜合考慮。高度布置方案應滿足建筑物使用功能需求，同時應符合建筑規(guī)范要求。屋頂?shù)脑O計荷載屋頂?shù)脑O計荷載是建筑物設計的重要參數(shù)，它直接影響到屋頂結構的承載能力和安全性。屋頂荷載主要包括：自重荷載、雪荷載、風荷載、使用荷載等。1.5自重0.5雪荷載0.8風荷載0.2使用荷載外墻的設計荷載荷載類型設計值(kN/m2)說明自重荷載0.5-1.0外墻材料重量風荷載0.5-1.5風力對外墻的影響雪荷載0.2-0.5積雪對外墻的壓力地震荷載0.1-0.3地震對外墻的沖擊樓地面的設計荷載樓地面的設計荷載是指建筑物樓層地面在使用過程中所承受的各種荷載，主要包括活荷載和恒荷載。活荷載是指建筑物在使用過程中變化的荷載，例如人員、家具、設備等的重量。恒荷載是指建筑物在使用過程中始終存在的荷載，例如樓板、墻體、屋頂?shù)冉Y構的自重。樓地面的設計荷載是建筑物結構設計的重要參數(shù)，它直接關系到建筑物的安全性和使用壽命。樓梯和平臺的設計荷載樓梯5.0kN/m2平臺5.0kN/m2樓梯和平臺的設計荷載應考慮人員和物品的重量，并應符合相關規(guī)范的要求。樓梯的設計荷載應包括人員荷載和物品荷載，平臺的設計荷載應考慮人員荷載和平臺自重。欄桿和扶手的設計荷載欄桿和扶手是建筑物中常見的安全設施，主要用于防止人員墜落，同時也起著裝飾作用。在設計欄桿和扶手時，需要考慮其所承受的荷載，以確保其安全性和可靠性。欄桿和扶手的荷載主要包括靜荷載和動荷載兩種。靜荷載是指長期作用于欄桿和扶手的荷載，例如自身重量和固定荷載；動荷載是指短暫作用于欄桿和扶手的荷載，例如人員行走或倚靠的荷載。在設計中，需要對靜荷載和動荷載進行計算，并根據(jù)計算結果選擇合適的材料和截面尺寸。0.5KN/m靜荷載通?？紤]自身重量，并適當考慮固定荷載1.0KN/m動荷載根據(jù)人員行走或倚靠的荷載設備和管線的設計荷載設備和管線的設計荷載應考慮其重量、尺寸、安裝方式以及運行時的振動和沖擊等因素。例如，空調(diào)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等。溫度荷載的確定1溫度差建筑物材料在不同溫度下會發(fā)生膨脹或收縮，產(chǎn)生溫度應力。溫度差越大，應力越大。2材料特性不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，對溫度荷載的敏感程度也不同。3建筑類型不同建筑類型對溫度荷載的敏感程度也不同，例如，外墻暴露在陽光下的部分溫度變化較大。雪荷載的確定雪荷載的定義雪荷載是指積雪對屋頂或其他結構的垂直壓力。雪荷載的大小取決于雪的密度、積雪深度和屋頂?shù)男螤睢Ｑ┖奢d的計算雪荷載的計算方法通常采用經(jīng)驗公式或規(guī)范規(guī)定，并考慮屋頂坡度、風向和地理位置等因素。雪荷載的影響雪荷載對建筑結構的影響很大，可能會導致屋頂坍塌或結構損壞。雪荷載的控制為了防止雪荷載對建筑結構造成危害，需要在建筑設計時考慮雪荷載，并采取相應的防雪措施。風荷載的確定1風壓風荷載是建筑物受到風力作用產(chǎn)生的力，它對建筑物的安全性和穩(wěn)定性有重要影響。2風向根據(jù)建筑物所處的位置，確定風荷載的方向。3風速根據(jù)建筑物所處的地區(qū)，確定風荷載的大小。4建筑形狀建筑物的形狀和尺寸會影響風荷載的大小和分布。地震荷載的確定1地震烈度地震烈度是指地震對地面和建筑物的影響程度，通過地震烈度表確定對應地區(qū)的地震烈度。2地震動參數(shù)地震動參數(shù)包括地震動峰值加速度、地震動持續(xù)時間等，根據(jù)地震烈度和場地條件確定。3結構自振周期結構自振周期是指結構在受到外力作用下發(fā)生振動時的周期，通過結構計算確定。4地震荷載計算根據(jù)地震動參數(shù)、結構自振周期和結構的抗震性能計算地震荷載。綜合荷載的確定綜合荷載是指在結構上同時作用的各種荷載的總和。確定綜合荷載是進行結構設計的重要步驟。通過綜合荷載分析，可以評估結構在各種荷載作用下的安全性，并確定結構所需的強度和剛度。1永久荷載包括建筑物本身的重量，如墻體、樓板、屋頂、樓梯等。2可變荷載包括使用過程中產(chǎn)生的荷載，如人流、家具、設備等。3偶然荷載包括地震、風、雪等自然災害作用產(chǎn)生的荷載。根據(jù)不同的荷載組合和作用情況，可以選擇不同的荷載組合方式。常用的荷載組合方式包括基本組合和特殊組合?；窘M合用于日常使用情況下的結構設計，特殊組合用于特殊情況下的結構設計，例如地震或風荷載作用。建筑使用功能的影響11.荷載類型不同功能建筑的荷載類型和大小差異很大，比如住宅建筑以生活荷載為主，工業(yè)廠房則需要考慮生產(chǎn)設備荷載。22.荷載分布不同功能建筑的荷載分布也有差異，比如圖書館的書架荷載集中分布，而商場則需要考慮人群荷載的均勻分布。33.使用頻率建筑的使用頻率也會影響設計荷載，比如高頻使用的建筑需要考慮動態(tài)荷載的影響，而低頻使用的建筑則可以考慮靜力荷載。建筑結構使用年限的影響設計壽命使用年限決定結構設計標準，例如材料強度等級、安全系數(shù)等。維護保養(yǎng)不同年限需要不同的維護計劃，確保結構安全可靠。翻新改造使用年限影響結構改造難度和成本，需要考慮是否進行加固或更新。建筑物地理位置的影響氣候條件不同地區(qū)的降雨量、溫度、風速等氣候條件會直接影響建筑物的設計荷載。例如，高寒地區(qū)需要考慮積雪荷載，沿海地區(qū)需要考慮臺風荷載。地質(zhì)環(huán)境建筑物地基的承載力、地震烈度等地質(zhì)條件會影響建筑物結構的設計。例如，地震多發(fā)區(qū)需要考慮抗震設計，軟弱地基需要進行地基處理。結構承重能力的驗算驗算建筑結構的承重能力是確保結構安全性和穩(wěn)定性的關鍵步驟。驗算過程需要考慮多種因素，包括荷載類型、荷載大小、結構材料強度和結構構件的尺寸等。驗算方法通常采用有限元分析或其他數(shù)值分析方法，通過計算機模擬來計算結構在荷載作用下的應力和變形。驗算結果需要滿足設計規(guī)范的要求，確保結構在荷載作用下不會發(fā)生破壞或過度的變形。結構安全性的檢查結構安全性的檢查是建筑工程中至關重要的環(huán)節(jié)，確保建筑物在使用過程中能夠安全可靠地承受各種荷載和環(huán)境影響。1承載力檢查結構構件的承載能力是否滿足設計要求，防止因荷載過大而導致結構破壞。2穩(wěn)定性檢查結構的整體穩(wěn)定性，防止因外力作用而導致結構失穩(wěn)倒塌。3變形檢查結構的變形是否在允許范圍內(nèi)，防止因變形過大而影響使用功能或美觀。4耐久性檢查結構材料的耐久性，防止因腐蝕、風化等因素導致結構壽命縮短。結構安全性的檢查需要專業(yè)人員進行，采用科學的檢測方法和儀器設備，確保建筑物的安全性。結構抗震性能的評估評估方法描述地震反應譜分析利用地震反應譜模擬地震動，計算結構的動力響應。時程分析利用地震時程記錄，模擬地震動，計算結