建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范講解講課教案

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建筑結(jié)構(gòu)荷載本章提要本章講述了建筑結(jié)構(gòu)承受的各種作用，包括直接作用和間接作用。主要講述了《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009—2001）中的各種荷載。討論了荷載的分類，荷載代表值，各類荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定。本章內(nèi)容荷載的分類荷載代表值永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值樓面和屋面活荷載雪荷載風(fēng)荷載1.1荷載的分類1.1.1

永久荷載在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載。例如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。永久荷載不隨時(shí)間變化，長期作用在結(jié)構(gòu)上，在結(jié)構(gòu)上的作用位置也不變。1.1.2

可變荷載在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間變化，且變化與平均值相比不可以忽略不計(jì)的荷載。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?？勺兒奢d的大小隨時(shí)間而變，作用位置可變，且像風(fēng)荷載、吊車荷載等能引起結(jié)構(gòu)振動，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生加速度。1.2荷載代表值《荷載規(guī)范》規(guī)定：對永久荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值。對可變荷載應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值或準(zhǔn)永久值作為代表值。對偶然荷載應(yīng)按建筑結(jié)構(gòu)使用的特點(diǎn)確定其代表值。1.2.1

荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的基本代表值，指結(jié)構(gòu)在使用期間可能出現(xiàn)的最大荷載值。荷載標(biāo)準(zhǔn)值統(tǒng)一由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（50年）最大荷載概率分布的某個(gè)分位值來確定，有永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值（Gk)和可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值（Qk）。1.2.3

可變荷載頻遇值在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。它相當(dāng)于在結(jié)構(gòu)上時(shí)而或多次出現(xiàn)的較大荷載，但總是小于荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。其值等于可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以可變荷載頻遇值系數(shù)：1.2.4

可變荷載準(zhǔn)永久值在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間約為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)值一半（可以理解為總持續(xù)時(shí)間不低于25年）的荷載值，也就是經(jīng)常作用于結(jié)構(gòu)上的可變荷載。其值等于可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以可變荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)：1.4樓面和屋面活荷載1.4.1

民用建筑樓面均布活荷載樓面活荷載是指作用在樓面上的人員、家具、設(shè)備等荷載。按樓面等效均布活荷載的確定方法，將實(shí)際荷載換算成為等效均布活荷載，再經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后，確定活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。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)見表1.1。設(shè)計(jì)墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)對各層樓面的樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行折減。樓面活荷載折減系數(shù)見表1.2、表1.3表1.1民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)表1.2樓面活荷載折減系數(shù)表1.3活荷載按樓層數(shù)的折減系數(shù)墻、柱、基礎(chǔ)計(jì)算截面以上的層數(shù)12~34~56~89~20＞20計(jì)算截面以上各樓層活荷載總和的折減系數(shù)1.00(0.900.850.700.650.600.551.4.2

屋面均布活荷載屋面上的活荷載因“上人”和“不上人”而不同。上人的屋面承受人群和施工檢修等荷載；不上人的屋面只承受施工檢修時(shí)施工、檢修人員以及堆料等重力。屋面均布活荷載見表1.4。表1.4屋面均布活荷載項(xiàng)次類別標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)組合值系數(shù)ψc頻遇值系數(shù)ψf準(zhǔn)永久值系數(shù)ψq1不上人的屋面0.50.70.502上人的屋面2.00.70.50.43屋頂花園3.00.70.60.5（3）

樓梯、看臺、陽臺和上人屋面等的欄桿頂部水平荷載，應(yīng)按下列規(guī)定采用：①住宅、宿舍、辦公樓、旅館、醫(yī)院、托兒所、幼兒園，應(yīng)取0.5kN/m；②

學(xué)校、食堂、劇場、電影院、車站、禮堂、展覽館或體育場，應(yīng)取1.0kN/m

。當(dāng)采用荷載準(zhǔn)永久組合時(shí)，可不考慮施工和檢修荷載及欄桿水平荷載。1.5雪荷載雪荷載是指房屋上由積雪而產(chǎn)生的荷載。雪荷載是作用在屋面上的?！逗奢d規(guī)范》規(guī)定，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：基本雪壓是雪荷載的基準(zhǔn)壓力，一般按當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛嫔戏e雪自重的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)計(jì)得出50年一遇最大值確定。③框架和柱可按積雪全跨均勻分布情況考慮。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(zhǔn)永久值系數(shù)應(yīng)按雪荷載分區(qū)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的不同，分別取0.5、0.2、0；雪荷載分區(qū)應(yīng)按規(guī)范中的規(guī)定采用。表1.5屋面積雪分布系數(shù)μr風(fēng)荷載的大小與基本風(fēng)壓、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)荷載體型系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)有關(guān)?！逗奢d規(guī)范》規(guī)定，垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下述公式計(jì)算：（1）

當(dāng)計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)（2）

當(dāng)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)1.6風(fēng)荷載1.6.1

基本風(fēng)壓基本風(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，再考慮相應(yīng)的空氣密度，按公式w0=1/2pv0

確定的風(fēng)壓值。2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。1.6.2

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(shí)，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(shí)，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。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)。1.6.3

風(fēng)荷載體型系數(shù)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)。幾種常見體型建筑物的風(fēng)荷載體型系數(shù)見表1.6。表1.6常見建筑物的風(fēng)荷載體型系數(shù)μs1.6.4

風(fēng)振系數(shù)《荷載規(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