第5章 土木工程荷載.ppt

1、第五章,土木工程荷載,2學(xué)時(shí),一 作用與作用效應(yīng),作用（或荷載）,作用效應(yīng)（S）,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)件承受作用效應(yīng)的能力,M,、基本概念,第一章已討論過(guò)：土木工程要解決的第二個(gè)問(wèn)題是工程結(jié)構(gòu)要有能抵御自然或人為的作用力的能力，因此，了解作用在結(jié)構(gòu)上的力有那些，其性質(zhì)如何非常重要。,5.1 工程結(jié)構(gòu)上的荷載類型,指持久存在著的外加力。比如結(jié)構(gòu)自重或土壓力等。,可移動(dòng)的外加力。其數(shù)量、位置都是可改變的。比如樓面活載、屋面活載、雪荷載、風(fēng)荷載、吊車荷載等。,不一定出現(xiàn)，而

2、一旦出現(xiàn),其量值很大而持續(xù)時(shí)間較短的荷載。比如爆炸力、撞擊力、地震作用等。,永久荷載,可變荷載,偶然荷載,2 荷載分類,按時(shí)間變異分類,設(shè)計(jì)原則,5.1 工程結(jié)構(gòu)上的荷載類型,可移動(dòng)的外加力。其數(shù)量、位置都是可改變的。如房屋中的人群、家具、儲(chǔ)存物等,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(dòng)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(duì)結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)，或小的可以忽略； 動(dòng)態(tài)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)，且不可以忽略。,按照結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類,設(shè)計(jì)原則,5.1 工程結(jié)構(gòu)上的荷載類型,5.1 工程結(jié)構(gòu)上的荷載類型,1. 恒載：,二、荷載種類,一般情況恒載由構(gòu)件的具體尺寸和材料

3、的重度計(jì)算。,可移動(dòng)的外加力。也稱活荷載，如樓面屋面活荷載、積灰荷載、積雪荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載等,單位 kN,恒載與活載的單位：,靜載：荷載作用不變或作用變化緩慢。,動(dòng)載：荷載作用急劇、快速變化。如撞擊力、落重等。,注意：動(dòng)載對(duì)房屋的作用效應(yīng)比它們作為靜載的絕對(duì)值要大。,2、可變荷載,1) 民用建筑樓面均布活荷載,a.民用建筑樓面均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻遇值 和準(zhǔn)永久值系數(shù)，應(yīng)按表4.1.1 的規(guī)定采用.,b.設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，表4.1.1 中的樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值在下列情況下應(yīng)乘以規(guī)定的折減系數(shù)。,c.施工和檢修荷載及欄桿水平荷載.,2) 屋面均布活荷載， 屋面均布活荷載，不

4、應(yīng)與雪荷載同時(shí)組合。,3)屋面積灰荷載,4)雪荷載,屋面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下式計(jì)算：,Sk=rS0 (6.6.1),式中 sk雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/)； r屋面積雪分布系數(shù)； S0基本雪壓(kN/ )。,5) 吊車荷載,a 吊車類型:橋式吊車,門架式吊車,手動(dòng)吊車,電葫蘆吊車. b 橋式吊車:軟鉤與硬鉤;單鉤與雙鉤(20/5t),由橫行小車與橋架組成.,c 吊車豎向和水平荷載,吊車豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)采用吊車最大輪壓或最小輪壓。,吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)取,Ti,k=(G2,k+G3,k),1)軟鉤吊車：當(dāng)額定起重量不大于10t 時(shí)，應(yīng)取12%；當(dāng)額定起重量為1650t 時(shí)，應(yīng)取1

5、0%；當(dāng)額定起重量不小于75t 時(shí)，應(yīng)取8%。,橫向水平荷載系數(shù),2)硬鉤吊車: 應(yīng)取20%。,應(yīng)按作用在一邊軌道上所有剎車輪的最大輪壓之和的10%采用；,吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值,吊車荷載的動(dòng)力系數(shù),當(dāng)風(fēng)施加于房屋的作用力在比房屋周期短的時(shí)間內(nèi)消失。,6) 風(fēng)荷載：,可分為動(dòng)載、靜載。,反之，若風(fēng)的作用在比房屋周期長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)消失，就是靜載。,高層建筑房屋周期長(zhǎng)，低層房屋周期短。,影響風(fēng)載的因素：,因地區(qū)而異（沿海、內(nèi)陸）；同一地區(qū)因時(shí)間而異；因房屋高度而異。,見(jiàn)圖2.15,北京郊區(qū)某5m高單層房屋迎風(fēng)面風(fēng)載,同處一幢18層高層建筑,3. 地震荷載,地震,地震是以地面發(fā)生不同強(qiáng)烈程度的振動(dòng)為特征

6、的一種物理現(xiàn)象,震源,震中,震中距,震級(jí),表示地震的強(qiáng)度，用釋放出來(lái)的能量大小衡量。,國(guó)際上通用的是Richter震級(jí)。,標(biāo)準(zhǔn)地震儀測(cè)得的最大水平位移幅值。m,1.26 印度發(fā)生強(qiáng)烈地震 7.9級(jí)地震狂襲南亞次大陸,一次里氏5級(jí)地震所釋放的能量為：,相當(dāng)于2萬(wàn)tT.N.T.炸藥，每增加一級(jí)，釋放的能量增加31.5倍,地震烈度,地震在某一個(gè)具體地區(qū)引起的振動(dòng)強(qiáng)度。與震級(jí)是兩個(gè)不同的概念。震中區(qū)烈度最大。根據(jù)震時(shí)人、地、物主要宏觀標(biāo)志劃分為12度。,1976年的唐山大地震有的人利用動(dòng)物異?，F(xiàn)象，做了震前預(yù)防。例如灤南縣胡各莊公社東胡大隊(duì)馬春林等幾個(gè)小青年，在7月27日晚上，聽(tīng)到奶羊慘叫，他們分析，

7、可能要鬧地震。于是幾個(gè)人都沒(méi)有睡覺(jué)，聚在一起聊天，大震發(fā)生，全部脫險(xiǎn)。,震中烈度與震級(jí)的關(guān)系,一次里氏5級(jí)地震所釋放的能量為,（爾格）,相當(dāng)于在花崗巖中爆炸2萬(wàn)tT.N.T炸藥，每增加一級(jí)，釋放的能量增加31.5倍。,地震荷載：,地震對(duì)房屋的作用力。地震引起的地面運(yùn)動(dòng)會(huì)使房屋在豎向或水平方向產(chǎn)生加速度反應(yīng)，其加速度反應(yīng)值與房屋本身質(zhì)量的乘積，就形成地震對(duì)房屋的作用力。,地震對(duì)房屋的破壞主要由水平方向的最大加速度反應(yīng)引起,北京地區(qū)一幢89層用磚填充框架結(jié)構(gòu)，它的總水平地震荷載約為其自重的0.050.08倍。,約束,4、 由溫差和地基不均勻沉降引起的內(nèi)力,溫差的影響,晝夜溫差、季節(jié)性溫差，每時(shí)每刻

8、都在改變著形狀和尺寸，當(dāng)這種改變受到約束時(shí)，就會(huì)使房屋結(jié)構(gòu)受到內(nèi)力效應(yīng)。,如一根長(zhǎng)20m的綱梁,內(nèi)外柱相差幾十毫米,外柱,現(xiàn)代高層房屋必須考慮這種溫差內(nèi)力效應(yīng)。,由地基不均勻沉降引起的內(nèi)力效應(yīng),6. 其它荷載,如結(jié)構(gòu)安裝、振動(dòng)、撞擊、爆炸等,各類荷載歸納如右圖,設(shè)計(jì)原則,三 荷載組合,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)使用過(guò)程中在結(jié)構(gòu)上可能同時(shí)出 現(xiàn)的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行 荷載(效應(yīng))組合，并應(yīng)取各自的最不利的效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。,對(duì)于承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)按荷載效應(yīng)的基本組合或偶然 組合進(jìn)行荷載(效應(yīng))組合，并應(yīng)采用下列設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì).,式中0結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；S荷載效應(yīng)組合的設(shè)

9、計(jì)值；R結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計(jì)值，應(yīng)按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī) 范的規(guī)定確定。,0SR,(1)基本組合1)由可變荷載效應(yīng)控制的組合:,式中G永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按第3.2.5 條采用；Qi第i 個(gè)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)，其中Q1 為可變荷 載Q1 的分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按第3.2.5 條采用；SGK按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk 計(jì)算的荷載效應(yīng)值；SQik按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qik 計(jì)算的荷載效應(yīng)值,其中 SQ1k 為諸可變荷載效應(yīng)中起控制作用者；ci可變荷載Qi 的組合值系數(shù)，應(yīng)分別按各章的規(guī)定 采用；n參與組合的可變荷載數(shù)。,2)由永久荷載效應(yīng)控制的組合：,對(duì)于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，基本組合可采用簡(jiǎn)化規(guī)則，1)由可變荷載效

10、應(yīng)控制的組合：,基本組合的荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用：1 永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)：1)當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.2；對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.35；2)當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)一般情況下應(yīng)取1.0；對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取0.9。2 可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)：一般情況下應(yīng)取1.4；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2 的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷 載應(yīng)取1.3。注:對(duì)于某些特殊情況，可按建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的 規(guī)定確定。,3)對(duì)于偶然組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值宜按下列規(guī)定 確定:偶然荷載的代表值不乘分項(xiàng)系數(shù)；與偶然荷載同 時(shí)出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測(cè)資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適 當(dāng)?shù)拇碇怠８鞣N情況下荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)值公式，可 由有關(guān)規(guī)范另行規(guī)定。,2. 正常使用極限狀態(tài),應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求,采用荷 載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)永久組合,并應(yīng)按下列設(shè) 計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)：,式中C結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求的規(guī)定限值， 例如變形、裂縫、振幅、加速度、應(yīng)力等的限值,應(yīng) 按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定采用。,正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)一般采用效應(yīng)小于規(guī)定值的驗(yàn)算方法,S C,1) 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)組合，荷載