12.第七章第一節(jié)建筑結構荷載及設計方法二

1、（三）結構功能的極限狀態(tài)整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某能要求，這個特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)可分為下列兩類：1承載能力極限狀態(tài)這種極限狀態(tài)對應于結構或結構構件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。當結構或結構構件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了承載能力極限狀態(tài)：(1)整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；(2)結構構件或連接（即節(jié)點）因超過材料強度而破壞（包括疲勞破壞），或因變形過大而不適于繼續(xù)承載；(3)結構轉變?yōu)闄C動體系；，(4)結構或結構構件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）；(5)地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）。2正常使用極限狀態(tài)這種極限

2、狀態(tài)對應于結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。當結構或結構構件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了正常使用極限狀態(tài)：(1)影響正常使用或外觀的變形；(2)影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；(3)影響正常使用的振動；(4)影響正常使用的其他特定狀態(tài)。在建筑結構設計時，除了考慮結構功能的極限狀態(tài)之外，還須根據(jù)結構在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分下列三種設計狀況：(1)持久狀況，即在結構使用過程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長的狀況，例如房屋結構承受家具和正常荷載的狀況。持續(xù)期一般與設計使用年限為同一數(shù)量級。(2)短暫狀況，即在結構施工和使用過程中出現(xiàn)概率較大，而與設計使用年限相

3、比，持續(xù)期很短的狀況，如結構施工和維修時承受堆料荷載的狀況。(3)偶然狀況，即在結構使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如結構火災、撞擊、等作用。這三種設計狀況分別對應不同的極限狀態(tài)設計。對于持久狀況、短暫狀況和偶然狀況，都必須進行承載能力極限狀態(tài)設計；對于持久狀況，進行正常使用極限狀態(tài)設計；而對于短暫狀況，可根據(jù)需要進行正常使用極限狀態(tài)設計。（四）結構極限狀態(tài)的設計表達式建筑結構應根據(jù)使用過程中在結構上可能出現(xiàn)的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進行荷載（效應）組合，并應取各自最不利的效應組合進行設計。1承載能力極限狀態(tài)設計表達式根據(jù)荷載規(guī)范的要求，結構構件承載力設計應根

4、據(jù)荷載效應的基本組合或偶然組合進行，其一般表達式為(7-1)式中 一一結構重要性系數(shù)，應按各有關建筑結構設計規(guī)范的規(guī)定采用；一一結構組合的效應設計值；一一結構構件抗力的設計值，應按各有關建筑結構設計規(guī)范的規(guī)定確定。(1)結構構件重要性系數(shù)根據(jù)結構可靠度標準，在建筑結構設計時，根據(jù)破壞可能產(chǎn)生的（危及人的生命安全、造成經(jīng)濟損失、產(chǎn)生社會影響等）的嚴重性，采用不同的安全等級或設計使用年限按表 7-3 取值。結構重要性系數(shù) 表 7-3注：對設計使用年限為 25 年的結構構件，各類材料結構設計規(guī)范可根據(jù)各自情況確定結構重要性系數(shù) 的取值。在抗震設計中，不考慮結構構件的重要性系數(shù)。同筑物中的各種構件的安

5、全等級，宜與整個結構的安全等級相同。但應根據(jù)需要，對某些構件的安全等級可采取提高一級或降低一級。(2)荷載效應組合設計值 S1)荷載效應基本組合對于基本組合，荷載效應組合的設計值Sd 應從下列組合值中取最不利值確定：a由可變荷載效應控制的組合：安全等級設計使用年限一級不應小于l.1100年及以上二級不應小于1.050年三級不應小于0.95年（7-2）式中：第j 個荷載的分項系數(shù)，應按荷載規(guī)范第 3.2.4 條采用；第 i 個可變荷載的分項系數(shù)，其中，為主導可變荷載 Q1 的分項系數(shù)，應按荷載規(guī)范第3.2.4 條采用；-第 i 個可變荷載考慮設計使用年限的調整系數(shù)，其中為主導可變荷載Q1考慮設計

6、使用年限的調整系數(shù)；樓（屋）面活荷載考慮設計使用年限的調整系數(shù) 為 5 年 0.9、50 年1.0、100 年 1.1；-按第 j 個荷載標準值 Gjk 計算的荷載效應值；-按第 i 個可變荷載標準值 Qik 計算的荷載效應值，其中。為諸可變荷載效應中起控制作用者；第i 個可變荷載 Qi 的組合值系數(shù)；m參與組合的荷載數(shù)；n參與組合的可變荷載數(shù)。b由荷載效應控制的組合：(7-3)注：基本組合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。當對無法明顯判斷時，應輪次以各可變荷載效應作為，并選取其中最不利的荷載組合的效應設計值?；窘M合的荷載分項系數(shù)，應按下列規(guī)定采用：a.荷載的分項系數(shù)：(a)當其

7、效應對結構不利時對由可變荷載效應控制的組合，應取 1.2；對由荷載效應控制的組合，應取 1. 35。(b)當其效應對結構有利時的組合，不應大于 1O。b可變荷載的分項系數(shù)：一般情況下應取 1.4；對標準值大于 4kN/m2 的工業(yè)房屋樓面結構的活荷載取 1.3。對結構的傾覆、滑移或漂浮驗算，荷載分項系數(shù)應按有關的結構設計規(guī)范的規(guī)定采用。2)荷載效應偶然組合用于承載能力極限狀態(tài)計算的效應設計值，應按下式進行計算：(7-4)式中：-按偶然荷載標準值 Ad 計算的荷載效應值；第 1 個可變荷載的頻遇值系數(shù)；-第 i 個可變荷載的準值系數(shù)。用于偶然事件發(fā)生后受損結構整體穩(wěn)固性驗算的效應設計值，應按下式

8、進行計算：(7-5)合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。2正常使用極限狀態(tài)表達式對于正常使用極限狀態(tài)，應根據(jù)不同的設計要求，采用荷載的標準組合、頻遇組合或準組合，并應按下列設計表達式進行設計：SdC(7-6)式中 C-結構或結構構件達到正常使用要求的規(guī)定限值，例如變形、裂縫、振幅、加速度、應力等的限值，應按各有關建筑結構設計規(guī)范的規(guī)定采用。對于標準組合，荷載效應組合的設計值S。應按下式采用：(7-7)合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。對于頻遇組合，荷載效應組合的設計值Sd 應按下式采用：(7-8)式中可變荷載Q1，的頻遇值系數(shù)，應按荷載規(guī)范的規(guī)定采用；可變荷載 Qi

9、的準值系數(shù)，應按荷載規(guī)范的規(guī)定采用。合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。對于準組合，荷載效應組合的設計值Sd 可按下式采用：(7-9)合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。三、荷載的標準值（一）民用建筑樓面均布活荷載1樓面活荷載是房屋結構設計中的主要荷載。荷載規(guī)范規(guī)定的民用建筑摟面均布活荷載標準值及其組合值、頻遇值、準值系數(shù)如表 7-4所列。表略2設計樓面梁、墻、柱及基礎時，表 7-4 中的樓面活荷載標準值折減系數(shù)不應小于下列規(guī)定：略（二）民用建筑屋面均布活荷載房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷載的標準值及其組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)和準值系數(shù)的取值，不應小于表 7

10、-6 的規(guī)定。屋面均布活荷載標準值及其組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)和準值系數(shù)表 7-6項次類別標準值(kN m2)組合值 系數(shù)c頻遇值 系數(shù)f準值系 數(shù)ql不上人的屋面0.50.70.50.02上人的屋面2.00.70.50.43屋頂花園3OO70.60.54屋頂運動場地3OO70.60.4（三）雪荷載雪荷載是房屋屋面結構的主要荷載之一。在寒冷地區(qū)的大跨度結構和輕型結構，對雪荷載更為敏感。1雪荷載標準值及基本雪壓荷載規(guī)范規(guī)定，屋面水平投影面上的雪荷載標準值，應按下式計算：(7-10)式中雪荷載標準值，kN/m2；屋面積雪分布系數(shù)；-基本雪壓，kNm2?；狙簯捎靡?guī)范規(guī)定的 50 年重現(xiàn)期的雪壓；

11、對雪荷載敏感的結構（主要指大跨、輕質屋蓋結構），應采用 100 年重現(xiàn)期的雪壓?；狙簯春奢d規(guī)范基本雪壓分布圖的規(guī)定采用。山區(qū)的基本雪壓，當無實測資料時，可按當?shù)乜諘缙教沟孛娴幕狙褐党艘?1.2 采用。基本雪壓標準值范圍為 01.OkN/m2(個別地區(qū)，如區(qū)達 1.65kN/m2)，在無雪地區(qū)，雪載可以為零。雪荷載的組合值系數(shù)可取 0.7；頻遇值系數(shù)可取 0.6；準值系數(shù)應按雪荷載分區(qū)I、和的不同，分別取 0.5、0.2 和 0；雪荷載分區(qū)按荷載規(guī)范的規(guī)定采用。2屋面積雪分布系數(shù)屋面積雪分布系數(shù)實際上就是將地面基本雪壓換算為屋面雪荷載的換算系數(shù)，它與屋面形式、朝向及風力等有關。荷載規(guī)范

12、規(guī)定的屋面積雪分布系數(shù)，應根據(jù)不同類別的屋面形式，按表 7-7 采用。表略設計建筑結構及屋面的承重構件時，可按下列規(guī)定考慮積雪的分布情況：屋面板和檁條按積雪不均勻分布的最不利情況考慮；屋架可分別按積雪全跨均勻分布、積雪半跨均勻分布和不均勻分布的最不利情況考慮；框架和柱可按積雪全跨均勻分布情況采用。（荷載風荷載是建筑結構上的一種主要的直接作用，對建筑尤為重要。風壓隨高度而增大，且與地面的粗糙度有關；建筑物體型與尺寸不同，作用在建筑物表面上的實際風壓力（或吸力）不同；風壓不是靜態(tài)壓力，實際上是脈動風壓，對于較大的房屋結構，應考慮風的動力效應。1風荷載標準值及基本風壓垂直于建筑物表面上的風荷載標準值

13、，應按下述公式計算：(1)當計算主要承重結構時(7-11)式中風荷載標準值(kNm2)；一一高度z 處的系數(shù)；風荷載體形系數(shù)；風壓高度變化系數(shù)；-基本風壓(kN/m2)。(2)當計算圍護結構時(7-12)式中-高度 z 處的陣風系數(shù)，-局部風壓體形系數(shù)?；撅L壓應按規(guī)范附錄D4 中附表D4 給出的 50 年一遇的風壓采用，但不得小于 0. 3kN/m2?；撅L壓標準值范圍為 0.30. 9kN/m2。對于建筑、高聳結構以及對風荷載比較敏感的其他結構，基本風壓應適當提高，并應由有關的結構設計規(guī)范具體規(guī)定。2地面粗糙度與風壓高度變化系數(shù)口：對于平坦或稍有起伏的地形，風壓高度變化系數(shù)應根據(jù)地面粗糙度

14、類別按表78 確定。地面粗糙度可分為A、B、C、D 四類：(1)A 類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；(2)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)；(3)C 類指有密集建筑群的城市市區(qū)；(4)D 類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。表略從表 7-8 中，可以看出：1)當?shù)孛娲植诙阮悇e相同時，離地面越高， 值越大，但當達到一定高度后， 越接近以至相同；2)對同一高度， 則A 區(qū)B 區(qū)C 區(qū)D 區(qū)，但當高度不小于 550m 后，其值相同；3)表中 變化為從 0. 51 至 2.91，當離地面 510m 高，B 類時， =1.0。3風荷載體形系數(shù) 。風速只是代表在氣

15、流中各點的風速。氣流以不同形式在房屋表面繞過，房屋對氣流形成某種干擾，因此房屋設計時不能直接以氣流的風速作為結構荷載。風壓在建筑物各表面上的分布是不均勻的，設計上取其平均值采用。在房屋的迎風上，受正風壓（壓力）；在背風上受負風壓（吸力）；在側上受負風壓；在屋面上，因屋面形狀的不同，風壓可表現(xiàn)為正風壓或負風壓。荷載規(guī)范規(guī)定的房屋風荷載體形系數(shù)可按表 7-9 采用。表略4系數(shù)荷載規(guī)范規(guī)定，對于基本自振周期 T1 大于 0.25s 的工程結構，如房屋、屋蓋及各種高聳結構，以及高度大于 30m 且大于 1.5 的建筑，均應考慮風壓脈動對結構產(chǎn)生順風向的影響。順風向系數(shù)值大于 1。其值與脈動增大系數(shù)、脈

16、動影響系數(shù)、振型系數(shù)有關。其值計算詳見荷載規(guī)范的規(guī)定。附錄主要材料和構件自重主要材料和構件自重表項次名稱自重( kN/m3)備注1木材49隨樹種和含水率而不同2鋼78.53鋁274黏土13520與含水率有關5花崗石、大理石28片石堆置6普通磚19機器制7混凝土空心小砌塊11.8390mmX190mmX190mm8水泥砂漿209素混凝土2224振搗或不振搗10焦渣混凝士1617承重用11焦渣混凝土1014填充用12混凝土4613水泥焦渣1414鋼筋混凝土242515焦渣1016普通玻璃25.617水10溫度4密度最大時18書籍5書架藏置19漿砌機磚1920雙面抹灰板條隔墻0.9角面抹灰厚1624

17、mm，龍骨在內21C 形輕鋼龍骨 隔墻0.27 0.54與層數(shù)及有無保溫層有關22貼瓷磚0.5包括水泥漿打底，共厚25mm23木屋架0.07+0.07 l按屋面水平投影面積計算，跨度l以m計24鋼屋架0.12+0.11 l無天窗，包括支撐，按屋面水平投影面積計算跨度l以m計25石板瓦屋面0.46 0.96厚度6. 312.1mm26彩色鋼板波形瓦0.120.130. 6mm厚彩色鋼板27玻璃屋頂0.39. 5mm夾絲玻璃，框架自重在內28油氈防水層0.250.4與層數(shù)有關續(xù)表注：以上材料自重自第 1第 19 項為kNm3，第 20第 32 項為kN/m2。以上常用材料自重中，應熟記下列材料自重

18、值：鋼筋混凝土25 kN/m3鋼78. 5kN/m3磚砌體1820kN/m3木材（由于樹種和含水率不同差別較大，可以榆、松、水曲柳為例）7 kN/m3焦渣混凝土（承重用） l6l7kN/m3焦渣混凝土（填充用） l0l4kN/m3混凝土46kN/m3花崗石28kN/m3水泥焦渣l4kN/m3鋁27kN/m3習題：1.下列構件中哪一種超過承載能力極限狀態(tài)（ ）。A構件在荷載作用下產(chǎn)生較大變形而影響使用B構件在動力荷載作用下產(chǎn)生較大的振動C構件受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)裂縫項次名稱自重( kN/rri3)備注31缸磚地面1.7 2.160mm砂墊層，53mm面層，平鋪32玻璃幕墻1.01.5一般可按面積玻璃

19、自重增大20%30%采用29V 形輕鋼龍骨吊頂0.120.2530松木地板0.18D構件因過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載： D2 某辦公樓設計中將樓面混凝土面層厚度由原來的 50mm 調整為 100mm，調整后增加的樓面荷載標準值與下列最為接近（混凝土容重按 20kN m2 計算） ? ( ) A . 0 . 5kN / m2；B . 1 . 0kN m2；C . 1 . 5kN m2；D . 2 . 0kN m2（ GB50009 一 2012 ）第 3 . 1 . 3提示：參見 建筑結構荷載規(guī)范 條。： B3在下列荷載中，哪一項為活荷載？( )A 風荷載B 土壓力C 結構自重D 結構的面層作法提示：參見 建筑結構荷載規(guī)范 （ GB 50009 一 2012 ）第 3 . 1 . 1 條。： A4 地面粗糙度是