建筑结构的受力课件

1、 CH.2 建筑结构设计基本原理 2.1 2.1 建筑物结构的荷载建筑物结构的荷载 作用（作用（S S）（或荷载）（或荷载） 作用效应作用效应 施加在结构上的集中力或分布力，称为作用施加在结构上的集中力或分布力，称为作用直接作用直接作用 引起结构外加变形或约束变形的原因引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用间接作用 由作用引起的结构或构件的反应由作用引起的结构或构件的反应 结构抗力（结构抗力（R R）结构或结构构件承受效应的能力结构或结构构件承受效应的能力 q V M 2.1.1 2.1.1 基本概念基本概念 荷载与作用效应 建筑结构的荷载与作用 轴向力N 弯矩M 剪力V 扭矩T 应力（正、

2、剪应力） 应变（线、剪应变） 位移 作用的效应（S） 内力内力 在结构使用期间在结构使用期间，其值，其值不随时间变化不随时间变化，或其变或其变 化与平均值相比可以忽略不计化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称的荷载。也称恒恒 荷载荷载或或恒载恒载。比如结构自重或土压力等。比如结构自重或土压力等。 在结构使用期间在结构使用期间，其值，其值随时间变化，或其变化随时间变化，或其变化 与平均值相比不可以忽略不计与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称的荷载。也称活活 荷载荷载或或活载活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷。比如楼面活载、屋面活载、雪荷 载、风荷载、吊车荷载等。载、风荷载、吊车荷载等。 在结构

3、使用期间在结构使用期间不一定出现不一定出现，而，而一旦出现一旦出现, ,其量其量 值很大而持续时间较短值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、的荷载。比如爆炸力、 撞击力等。撞击力等。 永久荷载永久荷载 可变荷载可变荷载 偶然荷载偶然荷载 2.1.2 2.1.2 荷载分类荷载分类 按时间变异分类按时间变异分类 按空间变异分类按空间变异分类 固定荷载固定荷载在结构空间位置上具有在结构空间位置上具有固定的分布固定的分布； 可动荷载可动荷载在结构空间位置在结构空间位置一定范围内可以任意分布一定范围内可以任意分布。 静态荷载静态荷载对结构对结构不产生动力效应不产生动力效应，或小的可以忽略；，或小的可以

4、忽略； 动态荷载动态荷载对结构对结构产生动力效应产生动力效应，且不可以忽略。，且不可以忽略。 按照结构的反应分类按照结构的反应分类 荷载代表值荷载代表值 荷载标准值是指在结构使用期间正常情况下可荷载标准值是指在结构使用期间正常情况下可 能出现的最大荷载值能出现的最大荷载值 kk GQ或 （1）荷载标准值（包括永久荷载、可变荷载标准值）荷载标准值（包括永久荷载、可变荷载标准值） 进行结构设计时，应根据不同的设计要求采用进行结构设计时，应根据不同的设计要求采用 不同的荷载代表值。永久荷载应采用标准值作为代不同的荷载代表值。永久荷载应采用标准值作为代 表值，可变荷载应根据设计的不同要求分别采用标表值

5、，可变荷载应根据设计的不同要求分别采用标 准值、组合值、频遇值和准永久值作为代表值。准值、组合值、频遇值和准永久值作为代表值。 2.1.3 荷载代表值 当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时， 除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取 标准值，标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组其他伴随荷载取小于其标准值的组 合值为代表值。合值为代表值。 在在设计基准期设计基准期内经常作用在结构上的内经常作用在结构上的可变可变 荷载荷载。 cck QQ qqk QQ 作用于结构上作用于结构上时而出现时而出现，持续时间较短持续时间较短

6、的的 较大较大可变荷载，结构破坏性减缓可变荷载，结构破坏性减缓。 ffk QQ a. 可变荷载组合值可变荷载组合值 b. 可变荷载准永久值可变荷载准永久值 c. 可变荷载频遇值可变荷载频遇值 可可 变变 荷荷 载载 （2 2）可变荷载的组合值、频遇值和准永久值）可变荷载的组合值、频遇值和准永久值 2.1.3 荷载代表值 荷载标准值的计算荷载标准值的计算 2.2 结构上的荷载 1、恒荷载 2、楼面活荷载 3.雪荷载和屋面均布活荷载 4.风荷载 5.吊车荷载 6.地震荷载 根据自重计算 查规范表 结构上的荷载 民 用 建 筑 楼 面 均 布 活 荷 载 3.雪荷载和屋面均布活荷载 结构上的荷载 雪

7、荷载：作用在屋面上的荷载。雪荷载和屋面均布活 荷载设计时仅取两项荷载中的较大值。 屋面均布活荷载：民用建筑分上人、不上人， 工业建筑考虑设备、操作、检修荷载，厂房 考虑积灰荷载，有停机坪还应考虑直升机重。 4.风荷载 结构上的荷载 基本风压是风荷载的基准压力，一般按当地空 旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据， 经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再通 过风速和风压关系换算而来。 基本风压可从荷载规范附录中查得。 风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分 别取0.6、0.4、0。 （1）基本风压 4.风荷载 结构上的荷载 （2）风荷载（风压）高度变化系数 风速是随距地面的

8、高度增加而增加的，故风压也 是随离地面高度增加而增加的。风速随高度的变化规 律主要取决于地面的粗糙程度。但当离地面450m以上 时，风速即不受地面粗糙程度的影响，风压高度变化 系数为常数。 地面粗糙度是指风在到达结构物以前吹越过2km 范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状 况的等级。规范将地面粗糙度分为A、B、C、D四类。 结构上的荷载 地面粗糙度分类 4.风荷载 结构上的荷载 （3）风荷载体型系数 4.风荷载 结构上的荷载 （4）风振系数 5.吊车荷载 结构上的荷载 桥式吊车在排架上产生的荷载有竖向荷载桥式吊车在排架上产生的荷载有竖向荷载D Dmax max（或 （或 D Dmin

9、 min）、横向水平荷载 ）、横向水平荷载T Tmax max及吊车纵向水平荷载 及吊车纵向水平荷载T Te e。 A.A.吊车竖向荷载吊车竖向荷载D Dmax max（或 （或D Dmin min） ） 吊车最大轮压吊车最大轮压P Pmax max与最小轮压 与最小轮压P Pmin min 当小车吊有额定最大起重量行驶至大车某一侧端头当小车吊有额定最大起重量行驶至大车某一侧端头 极限位置时，小车所在一侧的每个大车轮压即为吊车的极限位置时，小车所在一侧的每个大车轮压即为吊车的 最大轮压最大轮压P Pmax max，同时另外一侧的每个大车轮压即为最小 ，同时另外一侧的每个大车轮压即为最小 轮压轮

10、压P Pmin min。 。 5.吊车荷载 结构上的荷载 吊车竖向荷载Dmax（或Dmin） 当两台吊车满载靠紧并行，其中较大一台吊车的 内轮正好运行至计算排架柱的位置时，作用于最大轮压 Pmax一侧排架柱上的吊车荷载为最大值Dmax；同时，在另 一侧的排架柱上，则由最小轮压Pmin产生的竖向荷载为 最小值Dmin。Dmax 或Dmin可根据吊车最不利位置和吊车梁 支座反力影响线求得： Dmax=Pmaxyi Dmin=Pminyi 5.吊车荷载 结构上的荷载 B.吊车横向水平荷载Tmax、纵向水平荷载（略） 吊车的横向水平荷载Tmax是当小车沿厂房横向 运动时，由于启动或突然制动产生的惯性力

11、。 吊车横向水平荷载作用位置在吊车梁顶面，且 同时作用于吊车两侧的排架柱上，方向相同。 吊车的横向水平制动力也是移动荷载，其最不 利作用位置与吊车的竖向轮压相同，所以，吊车最大 横向水平荷载标准值Tmax，也需根据吊车的最不利位置 和吊车梁支座反力影响线确定。 5.吊车荷载 结构上的荷载 2.2 建筑结构构件及其受力 状态 建筑结构基本构件 1.1.板板 2.2.梁梁 3.3.柱柱 4.4.墙墙 5.5.桁架桁架 桁架桁架 A B C 压力：N（轴心受压） N A 建筑结构构件及其受力状态 结构构件的受力状态 拉力N（轴心受拉） N A 弯曲力：弯矩M a b c d a b c d MM 应

12、力的分布图：应力的分布图： M Z y max max 中性轴和中性层中性轴和中性层 max ( ) 2 z Mh I 上边缘压应力最大，下边缘拉应力最大上边缘压应力最大，下边缘拉应力最大 矩形矩形截面 12 3 Z bh I z I 叫截面的惯性矩 剪力V bI SF z zs 注意：注意：Fs为横截面的剪力；为横截面的剪力；Iz 为整个横截面对为整个横截面对 z 轴的惯性矩；轴的惯性矩； b为所求点对应位置截面的宽度；为所求点对应位置截面的宽度； 为所求点对应位置以外为所求点对应位置以外 的面积对的面积对Z轴的静矩。轴的静矩。 * z S z y h b B s F ) 2 ( * y h bA * c y ) 4 ( 2 ) 2 ( 2 22