荷载与结构设计方法：02-第2-讲土侧压楼面活荷

1、第二章 重力作用本章内容1、结构自重2、土的自重及侧压力3、楼面及屋面活荷载4、雪荷载5、厂房吊车荷载6、车辆荷载7、人群荷载第一节 结构自重 结构自重是由于地球引力作用而产生的重力，可以根据结构的材料种类、构件尺寸和材料重度经计算确定。 由于工程结构各构件尺寸多变，各部分材料重度可能不同，在计算工程结构的自重时，为方便起见，常将结构人为地划分为许多容易计算的基本构件或材料重度不同的若干单元。 如：杉木：4kN/m3，铝合金28.4kN/m3 ，素混凝土2223.4kN/m2第一节 结构自重 结构自重的标准值，可按照结构图纸的设计尺寸与材料单位体积、面积或长度的重力，经计算直接确定。 固定设备

2、荷载按恒载考虑，注意厂家给出反力参数的意义。 对于自重变异较大的材料和构件（如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件），其自重根据对结构有利与不利，分别取上限值或下限值第二节 土的自重及土的侧压力一、土的自重应力：均匀土的自重应力； 任意水平面分布 沿深度分布在计算土中应力时，通常将土体视为均匀连续的弹性介质，假设天然地面是一个无限大的水平面，土体在自重作用下只产生竖向变形，而无侧向变形和剪切变形，因此在任意竖直面和水平面均无剪应力存在。第二节 土的自重及土的侧压力一、土的自重应力：成层土的自重应力； 地基土往往是由不同重度的土层组成的层状介质，设天然地面以下各土层的厚度为hi，重度为i，则地面以

3、下深度z处的自重应力可通过对各层土的自重应力求和得到n-从天然地面起到深度z处土的层数；hi-第i层土的厚度i-第i层土的天然重度（kN/m2），对地下水位以下的土层，取有效重度第二节 土的自重及土的侧压力一、土的自重应力：成层土的自重应力； 成层土中自重应力沿深度分布若土层位于地下水位以下，计算土的自重应力时，应以土的有效重度代替天然重度。土的有效重度是扣除水的浮力后单位体积土体所受重力。第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力挡土墙是防止土体坍塌的构筑物，常用砖石、素混凝土、钢筋混凝土等材料简称，广泛应用于土建工程中。第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：1、定义：土的侧压力是指挡

4、土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。土压力是挡土墙设计的主要外荷载，设计挡土墙时首先确定土压力的性质、大小、方向和作用点，土压力的大小及分布规律受到墙体可能的移动方向、填土的性质、填土的截面形式、墙体的刚度和地基变形等一系列因素影响；2、分类：根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态可分为：静止土压力、主动土压力和被动土压力 静止土压力 主动土压力 被动土压力 静止土压力 主动土压力 被动土压力第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：静止土压力： 当挡土墙在土压力作用下，不产生任何位移或转动，墙后土体处于弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力成为静止土压力。例如地下室外墙由于

5、受到内侧楼面支撑可认为没有位移发生，这时作用在墙体外侧的回填土侧压力可按静止土压力计算。第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：主动土压力 当挡土墙在土压力的作用下，向离开土体方向移动或转动时，作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐减少，直至土体出现滑动面。滑动面以上的土体将沿这一滑动面向下向前滑动，在滑动楔体开始滑动的瞬间，墙背上的土压力减少到最小值，土体内应力处于主动极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力成为主动土压力。如基础开挖时的维护结构。第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：被动土压力 当挡土墙在外力作用下向土体方向移动或转动时，墙体挤压墙后土体，作用在墙背上的土压力从静止

6、土压力值逐渐增大，墙后土体也会出现滑动面，滑动面以上土体将沿滑动方向向上，向后推出。在滑动楔体开始隆起的瞬间，墙背上的土压力增加到最大值，土体内应力处于被动极限平衡状态。此时作用在墙背上的土压力称为被动土压力。例如拱桥在桥面荷载作用下，供体将水平推力传至桥台，挤压桥台背后土体。第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：3、基本原理：一般土的侧向压力计算采用朗金土压力理论和库仑土压力理论计算，我们以朗金土压力理论为例，介绍土压力的基本原理和计算方法；朗金通过研究弹性半空间土体在自重作用下，由于某种原因而处于极限平衡状态时的受力，提出了土压力计算方法；朗金土压力理论的基本假设： （1）弹性半空间

7、土体 （2）挡土墙墙背竖直光滑、填土面水平、无超载 （3）不考虑挡土墙及回填土的施工因素据此，墙背与填土之间无摩擦，即无剪应力，墙背为主应力面第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：3、基本原理：弹性静止状态 挡土墙无位移，墙后土体处于弹性静止状态，则离填土表面深度z处各应力状态为： 竖向应力： 水平应力： 式中 为土体侧压力系数， 用 和 作成摩尔应力圆与土的抗剪强度曲线不相切第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：3、基本原理：塑性主动状态 挡土墙向离开土体方向移动，墙后土体有伸张趋势，则离填土表面深度z处各应力状态为： 竖向应力： 水平应力：达最低值 用 和 作成摩尔应力圆与土的

8、抗剪强度包络线相切 滑裂面与大主应力作用的水平夹角 第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：3、基本原理：塑性被动状态 挡土墙向挤压土体方向移动，墙后土体被挤压达到极限平衡状态，则离填土表面深度z处各应力状态为： 竖向应力： 水平应力：达最大值 用 和 作成摩尔应力圆与土的抗剪强度包络线相切 滑裂面与小主应力作用的水平夹角 第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：4、土的侧压力计算：静止土压力在地面以下深度z处，取一单元体，其上作用着竖向土体自重z，如前所述，土体在竖直面和水平面均无剪应力，该处的静止土压力强度为 Ko-静止土压力系数，又称土的侧压力系数，与土的性质、密实程度等因素有关

9、，对于正常固结土可按照表中取值，可以按照下式计算：墙后填土重度（kN/m3），地下水位以下采用有效重度。第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：4、土的侧压力计算：由上式可知，静止土压力与深度成正比，沿墙高呈三角形分布。如取单位墙长，则作用在墙上的静止土压力为： 式中：H-挡土墙高度（m） E0-作用在距墙底H/3处的压力第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：4、土的侧压力计算：主动土压力 主动土压力计算（强度）示意图主动朗金状态下，主动土压力强度为：粘性土：无粘性土：式中 Ka 主动土压力系数，Ka=tan2（45-0.5）c-填土的粘聚力（kPa）第二节 土的自重及土的侧压力二、

10、土的侧压力：4、土的侧压力计算：主动土压力 无粘性土： 无粘性土的主动土压力强度与z成正比，沿墙高的压力分布为三角形，如取单位墙长计算则主动土压力为：Ea通过三角形的形心，其作用点在离墙底H/3处。无粘性土第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：4、土的侧压力计算：主动土压力 粘性土： 粘性土的主动土压力包括两部分，一部分是由土自重引起的土压力，另一部分是有粘聚力c引起的负侧压力。这两部分土压力叠加后的作用效果见图。Ade部分为负值，意味着墙与土已分离，计算土压力时，该部分略去不计。Ea通过三角形图abc的形心，其作用点在离墙底（H-z0）/3处。第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力

11、：4、土的侧压力计算：被动土压力 被动土压力计算（强度）示意图当挡土墙在外力作用下挤压土体出现被动郎金状态时，墙背填土离地任意深度z处的竖向应力z已变为小主应力，而水平应力x成为大主应力。被动土压力强度分别为：粘性土：无粘性土：式中 Kp 被动土压力系数，Kp=tan2（45+0.5）c-填土的粘聚力（kPa）第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：4、土的侧压力计算：被动土压力 无粘性土： 无粘性土无粘性土的被动土压力强度也与z成正比，并沿墙高呈三角形分布，如取单位墙长，则被动土压力为第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：4、土的侧压力计算：被动土压力 粘性土： 粘性土力的作用线通

12、过梯形形心对于粘性土，被动土压力通过梯形压力分布图的形心。第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：5、填土表面有荷载土的侧压力计算：受连续均布荷载作用 当挡土墙后填土表面有连续均布荷载q作用时，可将均布荷载换算成当量土重，即用假想的土代替均布荷载。当量土层厚度h为q/土压力作用点通过在梯形的重心，由上可知当填土面有均布荷载时，其土压力强度比无均布荷载时增加一项qKa第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：5、填土表面有荷载土的侧压力计算：受局部均布荷载作用 用近似方法计算 C点以上、d点以下不受局部荷载影响 局部荷载对c、d之间墙背产生附加土压 力强度第二节 土的自重及土的侧压力二、土

13、的侧压力：5、填土表面有荷载土的侧压力计算：成层填土的作用 用当量土层法计算粘性土主动土压力强度 第一层填土第二层填土当某层为无粘性土，只需将该层粘聚力系数取为0第二节 土的自重及土的侧压力二、土的侧压力：5、填土表面有荷载土的侧压力计算：墙后填土有地下水粘性土随含水量增加，抗剪强度降低，墙背土压力增大，无粘性土抗剪强度受含水量影响不大墙后填土有地下水，作用在墙背生的侧压力为土压力与水压力之和，地下水位以下土的重度取浮重度 档土墙后填土常因排水不畅部分或全部处于地下水位以下，导致墙后填土含水量增加。第三节 楼面及屋面活荷载民用建筑楼面活荷载是指建筑物中的人群、家具、设施等产生的重力作用，这些荷

14、载的量值随时间发生变化，位置也是可移动的，亦称可变荷载。楼面活荷载按其随时间变异的特点，可以分为持久性和临时性两部分。持久性活荷载是指楼面上在某个时段内基本保持不变的荷载：家具、物品、常住人员临时性活荷载是指楼面上偶尔出现的短期荷载：如聚会的人群、装修材料的堆积等。民用建筑楼面活荷载第三节 楼面及屋面活荷载楼面活荷载在楼面上的位置是任意布置的，为方便起见，工程设计时一般可将楼面活荷载处理为等效均布荷载，均布荷载的量值与房屋使用功能有关，根据楼面上人员活动状态和设施分布情况，其取值大致可分为7个档次。（1）活动的人较少，如住宅、旅馆、医院、教师等，活荷载的标准值可取2.0kN/m2;（2）活动的

15、人较多且有设备，如食堂、餐厅在某一时段有较多人员聚集，办公楼内的档案室、资料室可能堆积较多文件资料，活荷载标准值可取2.5KN/m2；第三节 楼面及屋面活荷载（3）活动的人很多且有较重的设备，如礼堂、剧场、影院人员可能十分拥挤，公共洗衣房常常搁置较多洗衣设别，活荷载标准值可取3.0kN/m2;（4）活动的人很集中，有时很拥挤或有较重的设备，如商店、展览厅既有拥挤的人群，又有较重的物品，活荷载标准值可取3.5kN/m2；（5）人员活动的性质比较剧烈，如健身房、舞厅由于人的跳跃、翻滚会引起楼面瞬间振动，通常把楼面静力荷载适当放大来考虑这种动力效应，活荷载标准值可取4.0kN/m2;（6）储存物品的

16、仓库，如藏书库、档案馆、储藏室，柜架上往往堆满图书、档案和物品，活荷载标准值可取5.0 kN/m2;（7）有大型的机械设备，如建筑物内的通风机房、电梯机房，因运行需要放有重型设备，活荷载标准值可取6.07.5 kN/m2第三节 楼面及屋面活荷载民用建筑楼面活荷载的取值民用建筑楼面均布活荷载标准值（建筑结构荷载规范GB5009-2001）第三节 楼面及屋面活荷载民用建筑楼面活荷载的折减由于楼面均布活荷载可理解为楼面活荷载按楼面面积平均，因此一般情况下所考虑的楼面面积越大，实际平摊的楼面活荷载越小，故如引起效应的楼面活荷载面积超过一定的数值，则应对楼面均布活荷载进行折减。折减系数的确定是一个比较复

17、杂的问题，按照概率统计方法来考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况尚不成熟，目前大多数国家均采用半经验的传统方法，根据荷载从属面积的大小来考虑折减系数。国际标准ISO2103建议按照不同情况对楼面均布荷载乘以折减系数，如：计算梁的楼面活荷载效应时：对于住宅、办公楼等房屋或其房间，A大于18m2， A-所计算梁的从属面积，只向梁两侧0.5梁间距范围内的实际楼面面积。第三节 楼面及屋面活荷载民用建筑楼面活荷载的折减我国荷载规范在借鉴国际标准的同时，结合我国设计经验作了合理简化与修正，给出了设计楼面梁、墙、柱及基础时，不同情况下楼面活荷载的折减系数，设计时可根据不同情况直接取用。设计楼面梁时的折减系数 第

18、1（1）项当楼面梁从属面积超过25时，应取0.9； 第1（2）-7项当楼面梁从属面积超过50时应取0.9； 第8项 对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8； 对单向板楼盖的主梁应取0.6； 对双向板楼盖的梁应取0.8； 第9-12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。第三节 楼面及屋面活荷载民用建筑楼面活荷载的折减 设计墙、柱和基础时的折减系数 第1（1）项应按下表规定采用： 第1（2）-7项应采用与其楼面梁相同的折减系数； 第8项 对单向板楼盖取0.5； 对双向板楼盖和无梁楼盖应取0.8； 第9-12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。第三节 楼面及屋面活荷载工业建筑楼面活荷载的取值工

19、业建筑楼面在生产使用或安装检修时，受有工艺设备、生产工具，原料和成品部件等传来的重量，由于厂房加工性质不同，使用用途不同，在设计多层工业厂房时，楼面活载标准值多由工艺确定，或由土建设计人员根据有关资料自行确定。荷载规范对全国有代表性的70多个工厂进行实际调查和统计，给出了金工车间，仪器仪表生产车间等工业建筑楼面活荷载的标准值。第三节 楼面及屋面活荷载第三节 楼面及屋面活荷载工业建筑楼面活荷载的取值对于一般金工车间、仪器仪表生产车间、半导体器件车间、棉纺织车间、轮胎厂准备车间和粮食加工车间，当缺乏资料时，可按照荷载规范附录C采用。工业建筑楼面（包括工作平台）上无设备区域的操作荷载，包括操作人员、

20、一般工具、零星原料或成品自重，可按均布活荷载考虑，采用2.0 kN/。生产车间的楼梯活荷载，可按照实际情况采用，但不宜小于 3.5 kN/。工业建筑楼面活荷载的组合值系数、频遇值系数和准永久值系数，除本规范附录C中给出的以外，应按实际情况采用；但在任何情况下，组合值和频遇值系数不应小于0.7，准永久值系数不应小于0.6。第三节 楼面及屋面活荷载屋面活荷载的取值房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载，应按下表采用。屋面均布活荷载，不应与雪荷载同时组合。不上人屋面，当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用；对不同结构应按有关设计规范的规定，将标准值作0.2 kN/的增减。上人屋面，当兼作其

21、它用途时，应按相应楼面活荷载采用。对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加以防止；必要时，应按积水的可能深度确定屋面活荷载。屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。第三节 楼面及屋面活荷载屋面活荷载的取值高档宾馆与大型医院的屋面有时还设有直升机停机坪，直升机总重引起的局部荷载可按直升机的实际最大起飞重量并考虑动力系数确定，同时其等效均布荷载不低于5kN/m2.当没有机型技术资料时，一般可按照轻、中、重三种类型的不同要求，按照下表选用局部荷载标准值。第三节 楼面及屋面活荷载屋面积灰荷载的取值机械、冶金、水泥等行业在生产过程中有大量排灰产生，易于在厂房及其临近建筑屋面堆积，形成积

22、灰荷载。影响积灰厚度的主要因素有除尘装置的使用、清灰制度的执行、风向和风速、烟囱高度、屋面坡度和挡风板等。当工厂设有一定除尘设施，且能坚持正常清灰的前提下，屋面水平投影面上的积灰荷载应按下表采用。第三节 楼面及屋面活荷载屋面积灰荷载的取值项次类别标准值（kN/）屋面无挡风板屋面有挡风板挡风板内挡风板外1机械厂铸造车间（冲天炉）0.500.750.302炼钢车间（氧气转炉）0.750.303锰、铬铁合金车间0.751.000.304硅、钨铁合金车间0.300.500.305烧结室、一次混合室0.501.000.206烧结厂通廊及其他车间0.307水泥厂有灰源车间（窑房、磨房、联合贮库、烘干房、破碎房）1.008水泥厂无灰源车间（空气压缩机站、机修车间、材料库、配电站）0.50第三节 楼面及屋面活荷载屋面积灰荷载的取值对于