荷载与结构设计方法-.ppt课件

1、第二章第二章 重力作用重力作用 内容提要内容提要 一、土重及土的侧压力一、土重及土的侧压力 二、构造自重二、构造自重 三、楼面和屋面活荷载三、楼面和屋面活荷载 四、厂房吊车荷载四、厂房吊车荷载 五、车辆荷载五、车辆荷载 六、人群荷载六、人群荷载 七、雪荷载七、雪荷载 一、土重及土的侧压力一、土重及土的侧压力 1 1、天然形状下土的容重变化范围较大、天然形状下土的容重变化范围较大 粘性土粘性土 (18 (18 20) kN/m3 20) kN/m3 砂砂 土土 (16 (16 20) kN/m3 20) kN/m3 腐填土腐填土 (15 (15 17) kN/m3 17) kN/m3设计时，土的

2、天然容重取设计时，土的天然容重取 18 kN/m318 kN/m3 均质土中：均质土中： cz= . z czcz沿程度面沿程度面 均匀分布均匀分布 czcz沿深度沿深度 直线分布直线分布2 2、土的自重应力、土的自重应力czcz cz cz= .z1 .zzzz天然地面天然地面一土的自重应力一土的自重应力 不同重度土层中，土的自重应力不同重度土层中，土的自重应力cz cz h1 1 h1 1 h2 1 h1 + 2 h2 2 h3 1 h1 + 2 h2 +/3 h3 3 /3 h4 1 h1 + 2 h2 +/3 h3 +/4 h4 4 /4 z iniiczh1 地下水位以下土的重度采用

3、土的有效重度地下水位以下土的重度采用土的有效重度= =土的饱和重度土的饱和重度- -水的重度水的重度 czcz沿深度沿深度 折线分折线分布布不透水层面不透水层面天然地面天然地面地下水位面地下水位面Wsat二、构造自重二、构造自重 1 1、构造的自重、构造的自重 永久荷载永久荷载2 2、构造自重规范值、构造自重规范值Gk Gk 应根据构造的设计尺寸和资料的容重规范值确定应根据构造的设计尺寸和资料的容重规范值确定普通相当于构造自重实践概率分布的平均值普通相当于构造自重实践概率分布的平均值( (G)G)3 3、资料容重规范值、资料容重规范值 按按 GB50009-2019GB50009-2019确定

4、确定常用资料与构件自重常用资料与构件自重(1)(1)4 4、构造设计时，将构造自重转化为平均楼面恒载、构造设计时，将构造自重转化为平均楼面恒载 1.98 1.98 2.48kN/m2 2.48kN/m2 木构造木构造; 4.95 ; 4.95 7.43kN/m2 7.43kN/m2 钢筋砼构造钢筋砼构造 2.48 2.48 3.96kN/m2 3.96kN/m2 钢构造钢构造; 3.46 ; 3.46 5.94kN/m2 5.94kN/m2 预应力砼构造预应力砼构造 衔接衔接 常用资料和构件的自重(GB50009-2019附录A表A.1) 砖 普通砖240mm115mm 53mm 18 kN/

5、m3 普通砖机制 19 kN/m3 灰浆 水泥砂浆 20 kN/m3 石灰砂浆、混合砂浆 17 kN/m3 混凝土砼 素混凝土 22 24 kN/m3 泡沫混凝土 4 6 kN/m3 钢筋混凝土R.C. 24 25 kN/m3 砌体 浆砌普通砖机制 1819 kN/m3 空斗砌体一眠一斗，中填碎瓦 17 kN/m3 粘土砖空斗砌体全斗 13 kN/m3 墙面墙面 贴瓷砖墙面贴瓷砖墙面25mm25mm厚包括水泥砂浆打底厚包括水泥砂浆打底 0.5 kN/m2 0.5 kN/m2 水泥粉饰墙面水泥粉饰墙面20mm20mm厚，水泥粗砂厚，水泥粗砂 0.36 kN/m2 0.36 kN/m2 石灰粗砂粉

6、饰墙面石灰粗砂粉饰墙面20mm20mm厚厚 0.34 kN/m2 0.34 kN/m2 屋顶屋顶 小青瓦屋面小青瓦屋面 0.9 0.9 1.1 1.1 kN/m2 kN/m2 粘土平瓦屋面粘土平瓦屋面 0.55 kN/m2 0.55 kN/m2 油毡防水层油毡防水层 一层油毡刷油两层一层油毡刷油两层 0.05 kN/m2 0.05 kN/m2 一毡二油上铺小石子一毡二油上铺小石子 0.25 0.25 0.30 0.30 kN/m2 kN/m2 二毡三油上铺二毡三油上铺 0.30 0.30 0.35 0.35 kN/m2 kN/m2 三毡四油上铺三毡四油上铺 0.35 0.35 0.40 0.4

7、0 kN/m2 kN/m2前往前往三、楼面和屋面活荷载三、楼面和屋面活荷载 1 1、民用建筑楼面活荷载、民用建筑楼面活荷载 民用建筑楼面活荷载民用建筑楼面活荷载 耐久性活荷载耐久性活荷载 设计基准期内经常出现设计基准期内经常出现家具等设备产生的荷载家具等设备产生的荷载 暂时性活荷载暂时性活荷载 设计基准期内短暂出现设计基准期内短暂出现人员的聚汇荷载人员的聚汇荷载 荷载的统计分析第二部分引见荷载的统计分析第二部分引见 民用建筑楼面均布活荷载的规范值民用建筑楼面均布活荷载的规范值 GB50009-2019GB50009-2019表表4.1.14.1.1取用取用 【例如】住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医

8、院病房、托儿所、幼儿园的建筑楼面【例如】住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园的建筑楼面均布活荷载的规范值为均布活荷载的规范值为 2.0kN/m22.0kN/m2。 民用建筑楼面均布荷载规范值中不包括隔墙自重和二次装饰荷载民用建筑楼面均布荷载规范值中不包括隔墙自重和二次装饰荷载 固定隔墙的自重固定隔墙的自重 按恒荷载思索按恒荷载思索 非固定隔墙隔墙位置可灵敏自在布置非固定隔墙隔墙位置可灵敏自在布置 作为楼面活荷载的附加值思索作为楼面活荷载的附加值思索 楼面活荷载的附加值楼面活荷载的附加值(kN/m2) = (kN/m2) = 每延米长墙重每延米长墙重kN/mkN/m的的1/31/3

9、 且附加值且附加值 1.0 kN/m2 1.0 kN/m2楼面活荷载小于楼面活荷载小于4.0 kN/m2 4.0 kN/m2 附加值附加值 0.5 kN/m2 0.5 kN/m2楼面活荷载大于楼面活荷载大于4.0 kN/m2 4.0 kN/m2 2 2、工业建筑楼面活荷载、工业建筑楼面活荷载 工业建筑楼面在消费运用或安装检修时，由设备、管道、运输工具工业建筑楼面在消费运用或安装检修时，由设备、管道、运输工具及能够撤除的隔墙产生的部分荷载，均应按实践情况思索，可用等及能够撤除的隔墙产生的部分荷载，均应按实践情况思索，可用等效均布活荷载替代。效均布活荷载替代。 工业建筑楼面包括任务平台上无设备区域

10、的操作荷载，包括操工业建筑楼面包括任务平台上无设备区域的操作荷载，包括操作人员、普通工具、零星原料和废品的自重，可按均布活荷载思索，作人员、普通工具、零星原料和废品的自重，可按均布活荷载思索，采用采用2.0kN/m22.0kN/m2。 消费车间的楼面活荷载，可按实践情况采用，但不宜小于消费车间的楼面活荷载，可按实践情况采用，但不宜小于3.5kN/m23.5kN/m2。 楼面的等效均布活荷载，应在其设计控制部位上，根据需求按内力楼面的等效均布活荷载，应在其设计控制部位上，根据需求按内力如弯矩、剪力等、变形及裂痕的等值要求来确定。普通情况，如弯矩、剪力等、变形及裂痕的等值要求来确定。普通情况，可按

11、内力的等效来确定。可按内力的等效来确定。 3 3、屋面均布活荷载、屋面均布活荷载 屋面均布活荷载包括施工检修人员、工具等自重，上人屋面还包括屋面均布活荷载包括施工检修人员、工具等自重，上人屋面还包括人员暂时聚汇的荷载人员暂时聚汇的荷载 GB50009-2019GB50009-2019规定了工业与民用建筑房屋的屋面其程度规定了工业与民用建筑房屋的屋面其程度投影面上的均布活荷载的规范值：投影面上的均布活荷载的规范值： 上人屋面的均布活荷载的规范值：上人屋面的均布活荷载的规范值： 2.0 kN/m22.0 kN/m2 不上人的屋面均布活荷载规范值：不上人的屋面均布活荷载规范值： 0.5 kN/m2

12、0.5 kN/m2 屋顶花园均布活荷载规范值：屋顶花园均布活荷载规范值： 3.0 kN/m2 3.0 kN/m2 屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重按部分荷载思索，同时其屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重按部分荷载思索，同时其等效均布荷载不低于等效均布荷载不低于5.0 kN/m2 5.0 kN/m2 。 部分荷载应按直升机实践最大起飞分量确定，当没有机型技术资料部分荷载应按直升机实践最大起飞分量确定，当没有机型技术资料时，普通可根据轻、中、重三种类型的不同要求，按时，普通可根据轻、中、重三种类型的不同要求，按 规定选规定选用部分荷载规范值及作用面积。用部分荷载规范值及作用面积。4 4、设计

13、楼面梁、墙、柱及根底时，楼面活荷载规范值的折减、设计楼面梁、墙、柱及根底时，楼面活荷载规范值的折减 思索到作用于楼面上的活荷载不能够以规范值的大小同时布满一切的楼面，思索到作用于楼面上的活荷载不能够以规范值的大小同时布满一切的楼面，在设计梁、墙、柱及根底时，还要思索实践荷载沿楼面分布的变异情况。在设计梁、墙、柱及根底时，还要思索实践荷载沿楼面分布的变异情况。 在确定梁、墙、柱及根底的荷载规范值时，还应按楼面活荷载规范值乘以折在确定梁、墙、柱及根底的荷载规范值时，还应按楼面活荷载规范值乘以折减系数。减系数。国际规范国际规范ISO2103ISO2103： 计算梁时：计算梁时： A所计算梁的从属面积

14、，取梁两侧各延伸所计算梁的从属面积，取梁两侧各延伸1/2梁间距范围内的实践楼面面积。梁间距范围内的实践楼面面积。 计算多层房屋的柱、墙和根底时：计算多层房屋的柱、墙和根底时： 对对公公共共建建筑筑： n6 . 05 . 0 n所计算截面以上的楼层数所计算截面以上的楼层数, 。 2n GB50009规定：规定： 5 5、屋面积灰荷载、屋面积灰荷载 设计消费中有大量排灰的机械、冶金、水泥等的厂房及其附近建设计消费中有大量排灰的机械、冶金、水泥等的厂房及其附近建筑时思索筑时思索 影响主要要素：除尘设备的运用维修情况、清灰制度执行情况、影响主要要素：除尘设备的运用维修情况、清灰制度执行情况、风向和风速

15、、烟囱高度、屋面坡度和屋面挡风板等风向和风速、烟囱高度、屋面坡度和屋面挡风板等 对于具有除尘设备和保证清灰制度普通厂房对于具有除尘设备和保证清灰制度普通厂房3 36 6个月清灰一次个月清灰一次的厂房屋面程度投影面上的积灰荷载的厂房屋面程度投影面上的积灰荷载=0.3kN/m2 =0.3kN/m2 1.0kN/m2 -1.0kN/m2 - -见见 GB50009-2019GB50009-2019表表4.4.1-14.4.1-1 积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时思索。同时思索。 即即 积灰荷载积灰荷载+ +雪荷载、不

16、上人的屋面均布活荷载雪荷载、不上人的屋面均布活荷载max max 施工或检修集中荷载施工或检修集中荷载 人和小工具的自重等人和小工具的自重等 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修集中荷载应取1.0kN1.0kN，并应在最不利位置处进展验算，并应在最不利位置处进展验算 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1.0m1.0m取一个集中荷载；取一个集中荷载； 在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔2.52.53.0m3.0m取一个

17、集中荷载。取一个集中荷载。 楼梯、看台、阳台和上人屋面的栏杆顶部程度荷载：楼梯、看台、阳台和上人屋面的栏杆顶部程度荷载： 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/m0.5kN/m 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/m1.0kN/m6.6.施工和检修荷载及栏杆程度荷载施工和检修荷载及栏杆程度荷载五、汽车荷载五、汽车荷载 1 1、一辆汽车的总重力、一辆汽车的总重力= =汽车自重汽车自重+ +载分量。一辆载分量。一辆100kN100

18、kN的汽车的汽车 30 7030 70 前轴前轴 后轴后轴2 2、汽车荷载、汽车荷载 汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成 车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。 桥涵构造的整体计算采用车道荷载，部分加载、横向桥面板、涵洞、桥台台后桥涵构造的整体计算采用车道荷载，部分加载、横向桥面板、涵洞、桥台台后汽车引起的土压力和挡土墙上汽车引起的土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载汽车引起的土压力和挡土墙上汽车引起的土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。与车道荷载的作用不得叠加。4 4、各级公路桥涵设计的汽车荷载等级、各级公

19、路桥涵设计的汽车荷载等级 边边 公路等级公路等级 高速公路高速公路 一级公路一级公路 二级公路二级公路 三级公路三级公路 四级公路四级公路 汽车荷载等级汽车荷载等级 公路公路- -I I 公路公路- -I I 公路公路- -IIII 公路公路- -IIII 公路公路- -IIII 二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可采用公路二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可采用公路-I-I级汽车荷载。级汽车荷载。 四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计所采用的公路四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计所采用的公路-II-II级车道荷级车道荷载的效应可乘以载的效应可乘以0.80.8的折减系数，

20、车辆荷载的效应可乘以的折减系数，车辆荷载的效应可乘以0.70.7的折减系的折减系数。数。3 3、汽车荷载等级、汽车荷载等级 公路公路-I -I 公路公路-II-II5 5、车道荷载、车道荷载 “均布荷载均布荷载+ +集中荷载的方式集中荷载的方式 根据车道荷载与车辆荷载在构造构件中产生的内力弯矩、剪力根据车道荷载与车辆荷载在构造构件中产生的内力弯矩、剪力等效确定等效确定 公路公路-I级车道荷载级车道荷载均均布布荷荷载载标标准准值值 mkNqk5 .10 公公路路-II 级级车车道道荷荷载载 均均布布荷荷载载标标准准值值kq和和集集中中荷荷载载标标准准值值 kP按按公公路路-I 级级车车道道荷荷载

21、载的的 0.75 倍倍采采用用 车道荷载的均布荷载规范值应满布于使构造产生最不利效应的同号影响线上车道荷载的均布荷载规范值应满布于使构造产生最不利效应的同号影响线上集中荷载规范值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处集中荷载规范值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处5 5、车辆荷载、车辆荷载 公路公路-I-I和公路和公路-II-II级汽车荷载采用一样的车辆荷载规范值。级汽车荷载采用一样的车辆荷载规范值。 公路公路级和公路级和公路级规范车辆荷载采用总重为级规范车辆荷载采用总重为550kN550kN的加重车。的加重车。车辆荷载横向布置车辆荷载横向布置 当桥梁计算跨径当桥梁计算跨径50m50m

22、时，人群荷载规范值取时，人群荷载规范值取 3.0 kN/m2 3.0 kN/m2 当桥梁计算跨径当桥梁计算跨径 150m 150m时，人群荷载规范值取时，人群荷载规范值取 2.5 kN/m2 2.5 kN/m2 当当 50m 50m桥梁计算跨径桥梁计算跨径 150m 150m时，由线性内插法得到人群荷载规范值时，由线性内插法得到人群荷载规范值 城镇郊区行人密集地域的公路桥梁，人群荷载规范值取上述规定值的城镇郊区行人密集地域的公路桥梁，人群荷载规范值取上述规定值的1.151.15倍倍 公用人行桥梁，人群荷载规范值取公用人行桥梁，人群荷载规范值取3.5 kN/m2 3.5 kN/m2 人群荷载在横

23、向应布置在人行道的净宽内；人群荷载在横向应布置在人行道的净宽内； 在纵向施加于使构造产生最不利荷载效应的区段内在纵向施加于使构造产生最不利荷载效应的区段内 人行道板部分构件可以一块板为单元，按规范值人行道板部分构件可以一块板为单元，按规范值4.0 kN/m24.0 kN/m2的均布荷的均布荷载计算载计算 计算人行道栏杆时，计算人行道栏杆时， 作用在栏杆立柱顶上的程度推力规范值作用在栏杆立柱顶上的程度推力规范值 0.75kN/m 0.75kN/m 作用在栏杆扶手上的竖向力规范值作用在栏杆扶手上的竖向力规范值 1.0kN/m 1.0kN/m六、桥梁人群荷载六、桥梁人群荷载七、雪荷载七、雪荷载 1

24、1、根本雪压、根本雪压S0 S0 单位程度面积上积雪的自重单位程度面积上积雪的自重(kN/m2)(kN/m2) 系指以当地普通空阔平坦地面上统计所得重现期为系指以当地普通空阔平坦地面上统计所得重现期为5050年的最大积雪的自年的最大积雪的自重确定。重确定。 积雪密度积雪密度t/m3t/m3 S0= S0= . h .g . h .g 重力加速度重力加速度(9.8m/s2)(9.8m/s2) 积雪深度积雪深度m m 积雪密度积雪密度 积雪深度、积雪时间、当地的地理气候条件等要素有关积雪深度、积雪时间、当地的地理气候条件等要素有关 随积雪深度和积雪时间变化的随积雪深度和积雪时间变化的 方便工程运用

25、方便工程运用 取定值取定值 我国按我国按 GB50009-2019)GB50009-2019)全国根本雪压分布图的规定全国根本雪压分布图的规定采用采用 2 2、屋面雪压、屋面雪压 屋面雪压屋面雪压-不同不同-地面雪压地面雪压 主要缘由：风、屋面方式、屋面散热等主要缘由：风、屋面方式、屋面散热等 风对屋面积雪的影响风对屋面积雪的影响 风的漂积作用风的漂积作用 对高低跨屋面、多跨坡屋面及曲线型屋面的屋角附近区域对高低跨屋面、多跨坡屋面及曲线型屋面的屋角附近区域 屋面坡度对积雪的影响屋面坡度对积雪的影响 屋面的雪荷载随其坡度的添加而减小屋面的雪荷载随其坡度的添加而减小 风的作用风的作用 使迎风面的部

26、分积雪漂积到背风面一侧的屋面上，引起屋面的不平衡积雪使迎风面的部分积雪漂积到背风面一侧的屋面上，引起屋面的不平衡积雪荷载荷载 雪的滑移作用坡度雪的滑移作用坡度100100的屋面的屋面 能够构成一坡有雪另一坡完全滑落的不平衡雪荷载；使滑落的雪堆积在与能够构成一坡有雪另一坡完全滑落的不平衡雪荷载；使滑落的雪堆积在与坡屋面临接的较低屋面上坡屋面临接的较低屋面上 我国我国 采用屋面积雪分布系数采用屋面积雪分布系数 r r对双坡屋面思索均匀雪载和不均匀对双坡屋面思索均匀雪载和不均匀雪载两种情况。雪载两种情况。 屋面积雪分布系数应根据不同类型的屋面方式，按屋面积雪分布系数应根据不同类型的屋面方式，按 GB50009-2019GB50009-2019采采用。用。 例例1 1 单跨双坡屋面单跨双坡屋面 例例22高低屋面高低屋面考考虑虑到到高高低低屋屋面面处处易易积积雪雪，应应在在高高低低屋屋面面处处 a a 范范围围内内0 . 2r。这这里里 mham824 3 3、屋面雪荷载规范值、屋面雪荷载规范值GB50009-2019GB50009-2019 屋面程度投影面上雪荷载规范值应按下式计算：屋面程度投影面上雪荷载规范值应按下式计算：屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数根本雪压根本雪压 kN/m2 雪荷载规范值雪荷载规范值kN/m2kN/m2 sk=sk=r