荷载及结构设计1

1、下下 午午 好！好！第第11章章荷载及结构设计荷载及结构设计11.1建筑结构荷载及设计方法建筑结构荷载及设计方法11.2 砌砌 体体 结结 构构1.作用、作用效应作用、作用效应 和结构抗力和结构抗力 什么是结构上的作用？什么是结构上的作用？ q 结构上的作用是使结构产生各种效应结构上的作用是使结构产生各种效应( (内力和内力和变形变形) )的所有原因的所有原因 q直接作用：直接作用：施加在结构上的荷载施加在结构上的荷载q间接作用：间接作用：引起结构外加变形或约束变形的作引起结构外加变形或约束变形的作用用什么是作用效应？ 结构或结构构件在结构或结构构件在各种作用因素的作用下，各种作用因素的作用下

2、，将产生将产生内力和变形内力和变形称为称为作用效应，用作用效应，用s表示表示 什么是结构抗力？ 结构抗力是指结构抗力是指结构或结构构件承结构或结构构件承受内力和变形能力，受内力和变形能力，用用r表示表示 2.荷载的分类荷载的分类v永久荷载永久荷载：在设计基准期内其量值不随在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略的作用忽略的作用 v可变荷载可变荷载：在设计基准期内其量值随时在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用略的作用 v偶然荷载偶然荷载：在设计基准期内不一定出现，在设计基准期内

3、不一定出现，而一旦出现其值很大且持续时间很短的而一旦出现其值很大且持续时间很短的作用作用作用按随时间的变异分类：作用按随时间的变异分类： (荷载是随机变量荷载是随机变量)作用按随空间位置的变异分类作用按随空间位置的变异分类： v 固定荷载固定荷载：在结构上具在结构上具有固定分布的作用有固定分布的作用 v 自由荷载自由荷载：在结构上一：在结构上一定范围内可以任意分布的作定范围内可以任意分布的作用用 作用按结构的反应特点分类作用按结构的反应特点分类： v 静态荷载静态荷载：使结构产生的加使结构产生的加速度可以忽略不计的作用速度可以忽略不计的作用 v动态荷载动态荷载：使结构产生的加使结构产生的加速度

4、不可忽略不计的作用速度不可忽略不计的作用 3.荷载代表值荷载代表值 荷载代表值荷载代表值n永久荷载永久荷载应采用应采用标准值标准值作为代表值作为代表值 n可变荷载可变荷载应根据设计要求采用应根据设计要求采用标准标准值、组合值、频遇值或准永久值值、组合值、频遇值或准永久值作作为代表值为代表值 n偶然荷载偶然荷载应按建筑结构使用的特点应按建筑结构使用的特点确定其代表值确定其代表值 n荷载标准值是荷载的基本代表值荷载标准值是荷载的基本代表值 荷载标准值荷载标准值 v 荷载标准值是指其在结构荷载标准值是指其在结构的使用其间可能出现的的使用其间可能出现的最大最大荷载值荷载值，该值统一由，该值统一由设计设

5、计基准期基准期最大荷载概率分布的最大荷载概率分布的某个分位值来确某个分位值来确 荷载组合值荷载组合值 v荷载组合值荷载组合值是结构承受两种是结构承受两种或两以上可变荷载时，承载或两以上可变荷载时，承载力极限状态按基本组合设计力极限状态按基本组合设计和正常使用极限状态按标准和正常使用极限状态按标准组合设计采用的组合设计采用的可变荷载代可变荷载代表值表值 荷载频遇值荷载频遇值 v 荷载频遇值荷载频遇值是是设计基设计基准期内准期内荷载达到和超过该荷载达到和超过该值的总持续时间与设计基值的总持续时间与设计基准期的比值小于准期的比值小于0.1的荷载的荷载代表值代表值 荷载准永久值荷载准永久值 v 荷载准

6、永久荷载准永久值值根据在根据在设计基准期内设计基准期内荷载达到和荷载达到和超过该值的总持续时间与超过该值的总持续时间与设计基准期的比值为设计基准期的比值为0.5确确定定 4.荷载分项系数与荷载分项系数与 荷载设计值荷载设计值因为因为22rsrs （31） 用加拿大学者用加拿大学者nclind提出的分离方提出的分离方法，将法，将（3 31 1）等式右边根号项线性化，即等式右边根号项线性化，即 22()rsrs(32)荷载分项系数是设计计算中，荷载分项系数是设计计算中，反映荷载不确反映荷载不确定性并与结构可靠指标相关的一个系数定性并与结构可靠指标相关的一个系数。分离系数分离系数 当当s s和和r

7、r均为正态分布均为正态分布，且，且满足满足 13rs3时，时，如果取如果取 0.750.06 ，其，其误差误差能满足工程结构要求能满足工程结构要求。将将（32）式代入式代入（31）式式得：得： rsrs 因为因为rrr sss (33)(34)将将（34）式代入式代入（33）得：得：rs rsrs 将将（3 35 5）式移项整理后得设计表达式式移项整理后得设计表达式 (35)()()11 rsrs(36)r和s标准值与平均值有下列关系 (1)krrrr(1)kssss（37）将将（37）式代入式代入（36）式，式，并用并用代替代替，则可得，则可得 ：kkrssr式中式中11rrrr 11sss

8、s(38)永久荷载分项系数永久荷载分项系数 g g当永久荷载对结构产生的效应对结构不利时，对由可变荷载当永久荷载对结构产生的效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合取效应控制的组合取 g g 1.2；对由永久荷载效应控制的组合取；对由永久荷载效应控制的组合取 g g 1.35。当其产生的效应对结构有利时，一般情况下取。当其产生的效应对结构有利时，一般情况下取 g g 1.0；当验算倾覆、滑移或漂浮时，取；当验算倾覆、滑移或漂浮时，取 g g 0.9 ；对其余特；对其余特殊情况，应按有关规范采用。殊情况，应按有关规范采用。可变荷载分项系数可变荷载分项系数 q q一般情况下取一般情况下取 q

9、q 1.4；但对工业房屋的楼面结构，当其；但对工业房屋的楼面结构，当其可变荷载标准值可变荷载标准值4kn/m2时，则取时，则取 q q 1.3 。荷载设计值荷载设计值荷载设计值等于荷载标准值乘以相应荷载的分项系数。按承荷载设计值等于荷载标准值乘以相应荷载的分项系数。按承载力极限状态计算荷载效应时，取荷载设计值；按正常使用载力极限状态计算荷载效应时，取荷载设计值；按正常使用极限状态计算荷载效应时，取荷载标准值，即荷载分项系数极限状态计算荷载效应时，取荷载标准值，即荷载分项系数为为1.0。5.材料强度指标材料强度指标材料强度指标的取值原则材料强度指标的取值原则 q按按承载力承载力极限状态设计时，极

10、限状态设计时，材料强度指标取材料强度指标取设计值设计值 q按按正常使用正常使用极限状态设计极限状态设计时，材料强度指标取时，材料强度指标取标准标准值值 规范规范规定材料强度的规定材料强度的标准值标准值应应不不小于小于95%95%保证率的强度值保证率的强度值 ，即：即：1.645(1 1.645 )kmmfff材料强度的材料强度的设计值设计值 kddff钢筋抗拉强度标准值钢筋抗拉强度标准值 n有明显屈服点有明显屈服点的热轧钢筋是以钢材出厂的的热轧钢筋是以钢材出厂的废品废品限值限值作为钢筋强度的作为钢筋强度的标准值标准值, ,其值保证率约为其值保证率约为97.73%，即相当于即相当于平均值减去二倍

11、的标准差平均值减去二倍的标准差n没有明显屈服点没有明显屈服点的钢筋取的钢筋取0.850.85b b作为钢筋强作为钢筋强度的度的标准值标准值 混凝土混凝土: d d=1.4=1.4；hrb335hrb335、hrb400hrb400、rrb400rrb400级钢筋：级钢筋： d d=1.10=1.10 。6.6.结构的功能要求结构的功能要求标准标准规定结构在规定的设计规定结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求使用年限内应满足下列功能要求： n在正常施工和正常使用时在正常施工和正常使用时，能承受能承受可能出现的各种作用可能出现的各种作用 n在正常使用时在正常使用时具有良好的工作性能具有良好的

12、工作性能 n在正常维护下在正常维护下具有足够的耐久性能具有足够的耐久性能 n在设计规定的偶然事件发生时及发在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能生后，仍能保持必要的整体稳定性保持必要的整体稳定性 结构的功能要求结构的功能要求 v安全性安全性：建筑结构必须能承受可能出现的各种作用，：建筑结构必须能承受可能出现的各种作用，并且能在偶然事件发生时和发生后保持必需的结构整体稳定并且能在偶然事件发生时和发生后保持必需的结构整体稳定性。性。v适用性适用性：建筑结构在正常使用过程中，应保持良好的：建筑结构在正常使用过程中，应保持良好的工作性能。工作性能。v耐久性耐久性：结构在正常使用和正常维护条件下，应有

13、足：结构在正常使用和正常维护条件下，应有足够的耐久性，完好使用到设计使用年限。够的耐久性，完好使用到设计使用年限。，结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。结构可结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。结构可靠性的概率度量值称为结构的可靠度。靠性的概率度量值称为结构的可靠度。什么是结构的可靠性？什么是结构的可靠性？ v 结构在结构在规定规定的使用期限的使用期限内，在内，在规定规定的条件下（正的条件下（正常设计、正常施工、正常常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定使用和维护），完成预定功能的能力，称为功能的能力，称为结构的结构的可靠性可靠性 什么是结构的可靠度？什么是结构的

14、可靠度？v结构在结构在规定规定的使用期限内，的使用期限内，在在规定规定的条件下（正常设计、的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维正常施工、正常使用和维护），完成预定功能的概率，护），完成预定功能的概率，称为称为结构的可靠度结构的可靠度 7.7.结构的极限状态结构的极限状态什么是结构的极限状态什么是结构的极限状态 n 结构能够满足功能要求而结构能够满足功能要求而且良好的工作，则称结构且良好的工作，则称结构“可靠可靠”或或“有效有效”，反之则称结构反之则称结构“不可靠不可靠”或或“失效失效”。区分结构区分结构可可靠靠与与失效失效的界限状态称为极的界限状态称为极限状态限状态 标准标准将结构极限状

15、态分成两类将结构极限状态分成两类： v承载力极限状态承载力极限状态 v正常使用极限状态正常使用极限状态 承载力极限状态承载力极限状态 v 是指对应结构或结构构件是指对应结构或结构构件达到最大承载力或不适于达到最大承载力或不适于继续承载的变形的状态，继续承载的变形的状态，是是结构安全性的基本保结构安全性的基本保证证 下列状态之一，应认为超过了下列状态之一，应认为超过了承载力极限状态：v 整个结构或结构的一部分作为整个结构或结构的一部分作为刚体失去刚体失去平衡平衡 v 结构构件或其连接因超过结构构件或其连接因超过材料强度材料强度而破而破 坏（包括疲劳破坏），或因坏（包括疲劳破坏），或因过度变形过度

16、变形而而不适于继续承载不适于继续承载v 结构转变为结构转变为机动体系机动体系 v 结构或结构构件结构或结构构件丧失稳定丧失稳定 v 地基丧失承载能力地基丧失承载能力而破坏而破坏 正常使用极限状态正常使用极限状态 v 是指对应结构或结构是指对应结构或结构构件达到正常使用或耐构件达到正常使用或耐久性能的久性能的某项规定限值某项规定限值 下列状态之一时，应认为超过下列状态之一时，应认为超过正常使用极限状态：正常使用极限状态： v影响正常使用或外观的影响正常使用或外观的变形变形 v影响正常使用或耐久性能的影响正常使用或耐久性能的局部损坏局部损坏 v影响正常使用的影响正常使用的振动振动 v影响正常使用的

17、影响正常使用的其他特定状其他特定状态态 8.8.设计基准期和设计设计基准期和设计 使用年限使用年限设计基准期设计基准期 v 设计基准期是为确定设计基准期是为确定可可变作用变作用及与时间有关的及与时间有关的材材料性能料性能取值而选定的取值而选定的时间时间参数参数 设计使用年限设计使用年限 v 设计使用年限是设计使用年限是设计规定设计规定的一个期限的一个期限，是是计算结构可靠计算结构可靠度的依据度的依据 v注意：结构设计使用年限结构设计使用年限不等不等同于同于其使用寿命其使用寿命 类类 别别设计使用年限年设计使用年限年示示 例例1 15临时性结构临时性结构2 22525易于替换的结构构件易于替换的

18、结构构件3 35050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4 4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构纪念性建筑和特别重要的建筑结构 表表31 设计使用年限分类设计使用年限分类9.9.承载力极限状态承载力极限状态 设计表达式设计表达式 承载力极限状态承载力极限状态设计表达式设计表达式 0sr 式中式中ksss,kckkkrcffrrrass建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级 n标准标准根据结构破坏根据结构破坏可能产生的可能产生的后果的严后果的严重性重性，将建筑物划分为，将建筑物划分为三个安全等级三个安全等级 延性破坏延性破坏脆性破坏脆性破坏一一 级级很很 严严 重重重要的房屋重要的房屋3.73.7

19、4.24.2二二 级级严严 重重一般的房屋一般的房屋3.23.23.73.7三三 级级不不 严严 重重次要的房屋次要的房屋2.72.73.23.2目标可靠指标目标可靠指标表表3 3 建筑结构的建筑结构的安全等级安全等级及结构构件承载力极限状态的及结构构件承载力极限状态的目标可靠指标目标可靠指标安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑物类型建筑物类型结构构件的重要性系数 0 0q安全等级为安全等级为一级一级或设计使用年限为或设计使用年限为100100年年及以上的结构构件不应小于及以上的结构构件不应小于1.11.1 q安全等级为安全等级为二级二级或设计使用年限为或设计使用年限为5050年年的结构构件不

20、应小于的结构构件不应小于1.01.0 q安全等级为安全等级为三级三级或设计使用年限为或设计使用年限为5 5年及年及以下以下的结构构件不应小于的结构构件不应小于0.90.9 q抗震设计中，抗震设计中，不考虑结构构件的重要性不考虑结构构件的重要性系数系数 建筑结构中各类构件的安全等级，建筑结构中各类构件的安全等级，宜与整个宜与整个结构的安全等级相同结构的安全等级相同。但应根据需要可对某。但应根据需要可对某些构件的安全等级些构件的安全等级提高一级或降低一级提高一级或降低一级。例。例如对以承受永久荷载为主的轴心受压、小偏如对以承受永久荷载为主的轴心受压、小偏压柱、屋架或托架的杆件等，其安全等级应压柱、

21、屋架或托架的杆件等，其安全等级应提高一级；对预制构件的吊装验算时，安全提高一级；对预制构件的吊装验算时，安全等级可降低一级。但所有构件的安全等级不等级可降低一级。但所有构件的安全等级不得低于三级。得低于三级。荷载效应组合的设计值荷载效应组合的设计值 s按承载力极限状态设计时按承载力极限状态设计时: : q应考虑作用效应的应考虑作用效应的基本组合基本组合 q必要时尚应考虑作用效应的必要时尚应考虑作用效应的偶然组合偶然组合 荷载规范荷载规范规定规定s s基本组合应基本组合应从下列组合值中取从下列组合值中取最不利值最不利值确确定定： 1.1.由由可变荷载效应控制可变荷载效应控制的组合的组合 112n

22、gkq kqikgqqiciissss 对于一般对于一般排架、框架结构排架、框架结构，可采用下列简化，可采用下列简化的组合的组合 1ngkqikgqiisss2.2.由由永久荷载效应控制永久荷载效应控制的组合的组合 1ngkqikgqiciisss 一般情况下可取一般情况下可取 0.900.90 当只有一个可变荷载时当只有一个可变荷载时, ,取取 1.01.0 3.3.正常使用极限状正常使用极限状 态设计表达式态设计表达式 正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式 kcs s k 荷载效应荷载效应组合值组合值 式中式中c 结构构件满足正常使用要求结构构件满足正常使用要求所所规定的限

23、值规定的限值 荷载效应组合值荷载效应组合值 s k 1.1.荷载效应的荷载效应的标准组合标准组合 12nkg kq kqikciis sss 2.2.荷载效应的荷载效应的准永久组合准永久组合 1nkg kqikqiisss 10.荷载的标准值荷载的标准值应注意的几个问题应注意的几个问题1.民用建筑楼面均布活荷载标准值（民用建筑楼面均布活荷载标准值（表表112）后的）后的注释注释；2.设计设计楼面梁、墙、柱及基础楼面梁、墙、柱及基础时，根据时，根据规范规范给定的不同给定的不同情况，应将情况，应将表表112的的荷载标准值乘以规定的折减系数荷载标准值乘以规定的折减系数；3.屋面均布活荷载不应与雪荷载

24、同时组合；屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合；4.屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重按局部荷载考虑，屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重按局部荷载考虑，同时其等效均布荷载不低于同时其等效均布荷载不低于5.0kn/m2。5.设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，施工或检修集中荷载应取施工或检修集中荷载应取1.0kn，并应在最不利位置极进行验，并应在最不利位置极进行验算；算；6.当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔1m取一个集中取一个集中荷载（荷载（ 1.0kn ）；在验算挑檐、雨篷倾覆时，

25、应沿板宽每隔）；在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔 2.53.0m取一个集中荷载（取一个集中荷载（ 1.0kn ）；）；7.7.楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶部水平荷载，应按楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶部水平荷载，应按下列规定采用：下列规定采用：住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，应取住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，应取0.5kn/m2 ；学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取1.0kn/m2 ；8.8.当采用荷载准永久组合时，可不考虑施工和检修荷载及栏杆当采用荷载准永久组

26、合时，可不考虑施工和检修荷载及栏杆水平荷载。水平荷载。9.9.雪荷载标准值雪荷载标准值0krss式中式中 屋面积雪分布系数；（屋面积雪分布系数；（与屋面类别和屋面形式有关与屋面类别和屋面形式有关）基本雪压；（基本雪压；（50年一遇年一遇）r0s屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况考虑；屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况考虑；屋架可分别按积雪全跨均匀分布情况、不均匀分布情况屋架可分别按积雪全跨均匀分布情况、不均匀分布情况和半跨均匀分布情况考虑；和半跨均匀分布情况考虑；框架和柱可按全跨均匀分布情况考虑。框架和柱可按全跨均匀分布情况考虑。10.10.风荷载标准值风荷载标准值风压随高度而增大

27、风压随高度而增大，且与地面的，且与地面的粗糙度粗糙度有关；建筑物体型有关；建筑物体型与尺寸不同，实际风压（或吸力）不同；与尺寸不同，实际风压（或吸力）不同；风压是脉动荷载风压是脉动荷载，对于高宽比较大的建筑物，应考虑风的动力效应。对于高宽比较大的建筑物，应考虑风的动力效应。（1 1）当计算主要承重结构时）当计算主要承重结构时0kzszww 地面粗糙度与风压高度变化系数地面粗糙度与风压高度变化系数 z z（2 2）当计算维护结构时）当计算维护结构时0kgzszww 地面粗糙度可分为地面粗糙度可分为a、b、c、d四类：四类：va类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区类指近海海面和海岛、海岸、湖岸

28、及沙漠地区；vb类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；vc类指有密集建筑群的城市市区；类指有密集建筑群的城市市区；vd类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。风荷载体型系数风荷载体型系数 s s风振系数风振系数 z z荷载规范荷载规范规定，对于自振周期规定，对于自振周期 t t1 10.25s 0.25s 的工程结构，以的工程结构，以及高度大于及高度大于30m30m且高宽比大于且高宽比大于1.51.5的高柔建筑，均应考虑风压的高柔建筑，均应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振影响。

29、脉动对结构产生顺风向风振影响。基本风压基本风压w w0 0 ( (5050年一遇年一遇）高度高度z z处的阵风系数处的阵风系数 gzgz11.11.常用材料和构件自重（常用材料和构件自重（永久荷载标准值永久荷载标准值）2003年度全国一级建筑师资格可考试试题年度全国一级建筑师资格可考试试题1.以下关于楼面均布活荷载的论述哪项符合以下关于楼面均布活荷载的论述哪项符合荷载规范荷载规范？a.住宅和教室的均布活荷载标准值相同住宅和教室的均布活荷载标准值相同。b.阳台的均布活荷载为阳台的均布活荷载为2 .0kn/m2 (2.53.5)c.各种楼梯的各种楼梯的均布活荷载相同均布活荷载相同d.屋面均布活荷载与雪荷载同时考虑屋面均布活荷载与雪荷载同时考虑2.以下哪项论述符合以下哪项论述符合荷载规范荷载规范？a.住宅楼面均布活荷载标准值为住宅楼面均布活荷载标准值为1 .5kn/m2 （ 2 .0 ）b.阳台阳台均布活荷载标准值最小为均布活荷载标准值最小为2.5kn/m2 。c.教室及其走廊教室及其走廊均布活荷载相同均布活荷载相同 （2