建筑结构设计原理,李章政 博士 教授,第2章 结构上的荷载 及其取值,2.1 建筑结构设计基本规定 2.2 建筑结构荷载及其分类 2.3 永久荷载代表值 2.4 可变荷载代表值,2019/7/10,3,2.1 建筑结构设计基本规定,2.1.1 结构的安全等级,一级,破坏后果很严重,重要的房屋,二级,破坏后果严重,一般的房屋,三级,破坏后果不严重,次要房屋,2019/7/10,4,同一建筑物内各种构件宜与整个结构采用相同的安全等级 升一级：额外费用少，减少破坏 降一级：该构件破坏不影响整个结构 或相邻构件 安全等级在设计中体现 结构重要性系数0 重要性系数取值 安全等级一级：0=1.1；安全等级二级： 0=1.0；安全等级三级：0=0.9。,2019/7/10,5,2.1.2 结构设计基准期,荷载统计分析和材料性能取值的时间参数,建筑结构设计基准期50年,50年一遇的风雪荷载,桥梁结构设计基准期100年,100年一遇的风、雪、洪水,2019/7/10,6,2.1.3 结构的设计使用年限,结构设计规定的一个时期。 在规定时期内只要进行正常的维护而不需要进行大修就能按预期目的使用 1类 5年 临时性结构 2类 25年 易于替换的结构构件 3类 50年 普通房屋和构筑物 4类 100年 纪念性建筑和特别重要的建 筑结构,普通房屋，结构设计基准期和使用年限都是50年。,2019/7/10,7,2.2 建筑结构荷载及其分类,作 用Action,使结构产生效应（内力、变形、裂缝）的各种原因。,直接施加于结构上的集中力或分布力,直接作用,荷 载,引起结构外加变形或约束变形的原因,间接作用, 作用,地基变形、混凝土收缩、焊接变形、温度变化、地震等作用,2019/7/10,8,2.2.1 按随时间的变异分类,永久荷载,可变荷载,偶然荷载,2019/7/10,9,永久荷载（permanent load） 定义 在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。 类型 结构自重 = 恒载 土压力， 预应力 基础变位影响力 混凝土收缩及徐变影响力 水的浮力,统计参数与时间无关,2019/7/10,10,可变荷载（variable load） 定义 在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。 特点 统计规律与时间参数有关 随机过程模型 类型 楼面、屋面活荷载、积灰荷载 风荷载、雪荷载 吊车荷载,2019/7/10,11,偶然荷载（accidental load） 定义 在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载 特点 设计基准期内可能不出现 一旦出现量值很大，持续时间很短 类型 爆炸力 撞击力,罕遇地震是间接作用,= 偶然作用, 偶然荷载,2019/7/10,12,2.2.2 按空间位置的变异分类,固定荷载,自由荷载,空间位置固定不变,数量值是随机变量,一定空间上任意分布,位置和量值都具有随机性,固定设备荷载,屋顶水箱重力,楼面上的自由荷载称为活荷载，活载,2019/7/10,13,2.2.3 按结构的反应特点分类,静态荷载,动态荷载,使结构产生的加速度可忽略不计,使结构产生的加速度不可忽略不计,动态荷载需用结构动力学进行分析 可按静态荷载处理的动态荷载（乘系数） 吊车制动荷载 预制构件的吊装搬运 风荷载,2019/7/10,14,2.3 永久荷载代表值,对结构不利取上限,平均值,最大值（上限）,最小值（下限）,单位重量变异,尺寸变异,标准值Gk或gk为代表值,一般取平均值为标准值,变异较大时,对结构有利取下限,2019/7/10,15,自重线荷载标准值,gk=单位体积自重截面面积,gk=单位面积自重荷载宽度,构件自重面积荷载标准值,单位面积自重=单位体积自重厚度,自重合力标准值,Gk=单位体积自重体积,Gk=单位面积自重荷载面积,单位体积自重 和 单位面积自重见表2-3,2019/7/10,16,例题2-1 楼面做法为：硬木地板，20mm厚水泥砂浆找平层，80mm厚钢筋混凝土现浇楼板，钢丝网抹灰吊顶。试求板的恒载标准值（面积荷载）。 解 自重面积荷载标准值 = 0.2 + 200.02 + 250.08 + 0.45 = 3.05 kN/m2,2019/7/10,17,例题2-2 矩形截面钢筋混凝土梁，宽b=300mm，高h=600mm，梁的底面和侧面用石膏砂浆抹灰、20mm厚，求梁自重线荷载标准值gk。 解 gk = 250.30.6 + 12(0.3 + 0.6 2 +0.02 2 ) 0.02 = 4.5 + 0.37 = 4.87 kN/m,2019/7/10,18,2.4 可变荷载代表值,2.4.1 可变荷载代表值的概念,可变荷载与时间参数有关，随时在变化，属于随机过程,可变荷载标准值,可变荷载组合值,可变荷载频遇值,可变荷载准永久值,2019/7/10,19,可变荷载标准值qk(或Qk) 可变荷载的基本代表值 其他代表值均由标准值计算得到 设计基准期内最大荷载统计分布的特征值 对于有足够资料的可变荷载，取最大荷载统计分布特征值 风、雪荷载，习惯上以平均重现期来定义标准值（50年一遇、100年一遇） 对于资料不充分的可变荷载，根据工程经验确定。,2019/7/10,20,可变荷载组合值 定义 组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载。 两种及其以上的可变荷载同时作用于结构上时，所有可变荷载都达到最大值的概率很小，除主导荷载取标准值外，其他伴随荷载只能取组合值为代表值。 取值 可变荷载组合值 = 组合值系数c 标准值,2019/7/10,21,可变荷载频遇值 定义 在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率 ，或超越概率为规定频率的荷载值。 设计基准内，被超越的总时间为50年中的一小部分的荷载。 取值 可变荷载频遇值 = 频遇值系数f 标准值,2019/7/10,22,可变荷载准永久值 定义 在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。 经常可以达到或被超过的荷载，对结构的影响类似于永久荷载。 取值 可变荷载准永久值 = 准永久值系数q 标准值,2019/7/10,23,2.4.2 可变荷载取值,民用建筑楼面均布活荷载 楼面活荷载标准值（kN/m2） 按表2-4采用： 住宅、医院、办公楼、教室 2.0 礼堂、剧院、公共洗衣房 3.0 健身房、舞台、舞厅 4.0 组合值系数、频遇值系数、准永久值系数见表2-4,活荷载可按楼层折减,2019/7/10,24,屋面活荷载 屋面分类 不上人屋面 上人屋面 屋顶花园 屋面活载标准值 不上人屋面：0.5（施工、检修荷载） 上人屋面： 2.0 屋顶花园： 3.0 组合值系数、频遇值系数、准永久值系数见表2-6,2019/7/10,25,吊车荷载 吊车竖向荷载 标准值：采用最大轮压和最小轮压 以出厂规格为准 吊车水平荷载 制动惯性力 取重量乘系数 横向有左右之分 纵向有前后之别,组合值、频遇值和准永久值系数见表2-7,2019/7/10,26,雪荷载 雪荷载标准值 按屋面水平投影面积计算 单位面积上的雪荷载标准值（kN/m2）为,基本雪压s0,空旷地带最大积雪深度统计分析得到的50年一遇的最大雪压值,北京0.40，南京0.65,成都0.10，沈阳0.50,雪荷载的其他代表值 组合值系数0.7 频遇值系数0.6 准永久值系数，与分区有关0.5、0.2、0,屋面积雪分布系数,2019/7/10,27,风荷载 风荷载标准值wk（kN/m2） 垂直于建筑物表面 迎面压力，背风面吸力（方向与风向同）,动力荷载静力法处理,基本风压w0,空旷地带，离地10m，自记10min，年最大风速,确定50年一遇最大风速,计算基本风压,2019/7/10,28,风压高度变化系数,风荷载体型系数,风振系数,风荷载其他代表值 组合值系数0.6 频遇值系数0.4 准永久值系数0,基本风压,北京0.45，上海0.55,深圳0.90，厦门0.80,成都0.30，重庆0.40,吐鲁番1.00，青岛0.60,The End,