第5章 土木工程荷載.ppt

1、第五章,土木工程荷載,2學時,一 作用與作用效應,作用（或荷載）,作用效應（S）,施加在結構上的集中力或分布力，稱為作用直接作用,引起結構外加變形或約束變形的原因間接作用,由作用引起的結構或構件的反應,結構抗力（R）,結構或結構構件承受作用效應的能力,M,、基本概念,第一章已討論過：土木工程要解決的第二個問題是工程結構要有能抵御自然或人為的作用力的能力，因此，了解作用在結構上的力有那些，其性質(zhì)如何非常重要。,5.1 工程結構上的荷載類型,指持久存在著的外加力。比如結構自重或土壓力等。,可移動的外加力。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,按時間變異分類,設計原則,5.1 工程結構上的荷載類型,可移動的外加力。其數(shù)量、位置都是可改變的。如房屋中的人群、家具、儲存物等,按空間變異分類,固定荷載在結構空間位置上具有固定的分布； 可動荷載在結構空間位置一定范圍內(nèi)可以任意分布。,靜態(tài)荷載對結構不產(chǎn)生動力效應，或小的可以忽略； 動態(tài)荷載對結構產(chǎn)生動力效應，且不可以忽略。,按照結構的反應分類,設計原則,5.1 工程結構上的荷載類型,5.1 工程結構上的荷載類型,1. 恒載：,二、荷載種類,一般情況恒載由構件的具體尺寸和材料

3、的重度計算。,可移動的外加力。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。,動載：荷載作用急劇、快速變化。如撞擊力、落重等。,注意：動載對房屋的作用效應比它們作為靜載的絕對值要大。,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準值及其組合值、頻遇值 和準永久值系數(shù)，應按表4.1.1 的規(guī)定采用.,b.設計樓面梁、墻、柱及基礎時，表4.1.1 中的樓面活荷載標準值在下列情況下應乘以規(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、應與雪荷載同時組合。,3)屋面積灰荷載,4)雪荷載,屋面水平投影面上的雪荷載標準值，應按下式計算：,Sk=rS0 (6.6.1),式中 sk雪荷載標準值(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,吊車豎向荷載標準值，應采用吊車最大輪壓或最小輪壓。,吊車橫向水平荷載標準值，應取,Ti,k=(G2,k+G3,k),1)軟鉤吊車：當額定起重量不大于10t 時，應取12%；當額定起重量為1650t 時，應取1

5、0%；當額定起重量不小于75t 時，應取8%。,橫向水平荷載系數(shù),2)硬鉤吊車: 應取20%。,應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準值,吊車荷載的動力系數(shù),當風施加于房屋的作用力在比房屋周期短的時間內(nèi)消失。,6) 風荷載：,可分為動載、靜載。,反之，若風的作用在比房屋周期長的時間內(nèi)消失，就是靜載。,高層建筑房屋周期長，低層房屋周期短。,影響風載的因素：,因地區(qū)而異（沿海、內(nèi)陸）；同一地區(qū)因時間而異；因房屋高度而異。,見圖2.15,北京郊區(qū)某5m高單層房屋迎風面風載,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)生不同強烈程度的振動為特征

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

7、可能要鬧地震。于是幾個人都沒有睡覺，聚在一起聊天，大震發(fā)生，全部脫險。,震中烈度與震級的關系,一次里氏5級地震所釋放的能量為,（爾格）,相當于在花崗巖中爆炸2萬tT.N.T炸藥，每增加一級，釋放的能量增加31.5倍。,地震荷載：,地震對房屋的作用力。地震引起的地面運動會使房屋在豎向或水平方向產(chǎn)生加速度反應，其加速度反應值與房屋本身質(zhì)量的乘積，就形成地震對房屋的作用力。,地震對房屋的破壞主要由水平方向的最大加速度反應引起,北京地區(qū)一幢89層用磚填充框架結構，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，每時每刻

8、都在改變著形狀和尺寸，當這種改變受到約束時，就會使房屋結構受到內(nèi)力效應。,如一根長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。,由地基不均勻沉降引起的內(nèi)力效應,6. 其它荷載,如結構安裝、振動、撞擊、爆炸等,各類荷載歸納如右圖,設計原則,三 荷載組合,建筑結構設計應根據(jù)使用過程中在結構上可能同時出 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，并應取各自的最不利的效應組合進行設計。,對于承載能力極限狀態(tài)，應按荷載效應的基本組合或偶然 組合進行荷載(效應)組合，并應采用下列設計表達式進行設計.,式中0結構重要性系數(shù)；S荷載效應組合的設

9、計值；R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。,0SR,(1)基本組合1)由可變荷載效應控制的組合:,式中G永久荷載的分項系數(shù)，應按第3.2.5 條采用；Qi第i 個可變荷載的分項系數(shù)，其中Q1 為可變荷 載Q1 的分項系數(shù)，應按第3.2.5 條采用；SGK按永久荷載標準值Gk 計算的荷載效應值；SQik按可變荷載標準值Qik 計算的荷載效應值,其中 SQ1k 為諸可變荷載效應中起控制作用者；ci可變荷載Qi 的組合值系數(shù)，應分別按各章的規(guī)定 采用；n參與組合的可變荷載數(shù)。,2)由永久荷載效應控制的組合：,對于一般排架、框架結構，基本組合可采用簡化規(guī)則，1)由可變荷載效

10、應控制的組合：,基本組合的荷載分項系數(shù)，應按下列規(guī)定采用：1 永久荷載的分項系數(shù)：1)當其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；對由永久荷載效應控制的組合，應取1.35；2)當其效應對結構有利時一般情況下應取1.0；對結構的傾覆、滑移或漂浮驗算，應取0.9。2 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 載應取1.3。注:對于某些特殊情況，可按建筑結構有關設計規(guī)范的 規(guī)定確定。,3)對于偶然組合，荷載效應組合的設計值宜按下列規(guī)定 確定:偶然荷載的代表值不乘分項系數(shù)；與偶然荷載同 時出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗采用適 當?shù)拇碇?。各種情況下荷載效應的設計值公式，可 由有關規(guī)范另行規(guī)定。,2. 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、頻遇組合或準永久組合,并應按下列設 計表達式進行設計：,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。,正常使用極限狀態(tài)的設計一般采用效應小于規(guī)定值的驗算方法,S C,1) 對于標準組合，荷載