12.第七章第一节建筑结构荷载及设计方法二

1、（三）结构功能的极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某能要求，这个特定状态称为该功能的极限状态。极限状态可分为下列两类：1承载能力极限状态这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：(1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；(2)结构构件或连接（即节点）因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因变形过大而不适于继续承载；(3)结构转变为机动体系；，(4)结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；(5)地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。2正常使用极限状态这种极限

2、状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：(1)影响正常使用或外观的变形；(2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；(3)影响正常使用的振动；(4)影响正常使用的其他特定状态。在建筑结构设计时，除了考虑结构功能的极限状态之外，还须根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，区分下列三种设计状况：(1)持久状况，即在结构使用过程中一定出现，其持续期很长的状况，例如房屋结构承受家具和正常荷载的状况。持续期一般与设计使用年限为同一数量级。(2)短暂状况，即在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相

3、比，持续期很短的状况，如结构施工和维修时承受堆料荷载的状况。(3)偶然状况，即在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况，如结构火灾、撞击、等作用。这三种设计状况分别对应不同的极限状态设计。对于持久状况、短暂状况和偶然状况，都必须进行承载能力极限状态设计；对于持久状况，进行正常使用极限状态设计；而对于短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计。（四）结构极限状态的设计表达式建筑结构应根据使用过程中在结构上可能出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应取各自最不利的效应组合进行设计。1承载能力极限状态设计表达式根据荷载规范的要求，结构构件承载力设计应根

4、据荷载效应的基本组合或偶然组合进行，其一般表达式为(7-1)式中 一一结构重要性系数，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用；一一结构组合的效应设计值；一一结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。(1)结构构件重要性系数根据结构可靠度标准，在建筑结构设计时，根据破坏可能产生的（危及人的生命安全、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级或设计使用年限按表 7-3 取值。结构重要性系数 表 7-3注：对设计使用年限为 25 年的结构构件，各类材料结构设计规范可根据各自情况确定结构重要性系数 的取值。在抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数。同筑物中的各种构件的安

5、全等级，宜与整个结构的安全等级相同。但应根据需要，对某些构件的安全等级可采取提高一级或降低一级。(2)荷载效应组合设计值 S1)荷载效应基本组合对于基本组合，荷载效应组合的设计值Sd 应从下列组合值中取最不利值确定：a由可变荷载效应控制的组合：安全等级设计使用年限一级不应小于l.1100年及以上二级不应小于1.050年三级不应小于0.95年（7-2）式中：第j 个荷载的分项系数，应按荷载规范第 3.2.4 条采用；第 i 个可变荷载的分项系数，其中，为主导可变荷载 Q1 的分项系数，应按荷载规范第3.2.4 条采用；-第 i 个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，其中为主导可变荷载Q1考虑设计

6、使用年限的调整系数；楼（屋）面活荷载考虑设计使用年限的调整系数 为 5 年 0.9、50 年1.0、100 年 1.1；-按第 j 个荷载标准值 Gjk 计算的荷载效应值；-按第 i 个可变荷载标准值 Qik 计算的荷载效应值，其中。为诸可变荷载效应中起控制作用者；第i 个可变荷载 Qi 的组合值系数；m参与组合的荷载数；n参与组合的可变荷载数。b由荷载效应控制的组合：(7-3)注：基本组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。当对无法明显判断时，应轮次以各可变荷载效应作为，并选取其中最不利的荷载组合的效应设计值。基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用：a.荷载的分项系数：(a)当其

7、效应对结构不利时对由可变荷载效应控制的组合，应取 1.2；对由荷载效应控制的组合，应取 1. 35。(b)当其效应对结构有利时的组合，不应大于 1O。b可变荷载的分项系数：一般情况下应取 1.4；对标准值大于 4kN/m2 的工业房屋楼面结构的活荷载取 1.3。对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，荷载分项系数应按有关的结构设计规范的规定采用。2)荷载效应偶然组合用于承载能力极限状态计算的效应设计值，应按下式进行计算：(7-4)式中：-按偶然荷载标准值 Ad 计算的荷载效应值；第 1 个可变荷载的频遇值系数；-第 i 个可变荷载的准值系数。用于偶然事件发生后受损结构整体稳固性验算的效应设计值，应按下式

8、进行计算：(7-5)合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。2正常使用极限状态表达式对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准组合，并应按下列设计表达式进行设计：SdC(7-6)式中 C-结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用。对于标准组合，荷载效应组合的设计值S。应按下式采用：(7-7)合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。对于频遇组合，荷载效应组合的设计值Sd 应按下式采用：(7-8)式中可变荷载Q1，的频遇值系数，应按荷载规范的规定采用；可变荷载 Qi

9、的准值系数，应按荷载规范的规定采用。合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。对于准组合，荷载效应组合的设计值Sd 可按下式采用：(7-9)合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。三、荷载的标准值（一）民用建筑楼面均布活荷载1楼面活荷载是房屋结构设计中的主要荷载。荷载规范规定的民用建筑搂面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值、准值系数如表 7-4所列。表略2设计楼面梁、墙、柱及基础时，表 7-4 中的楼面活荷载标准值折减系数不应小于下列规定：略（二）民用建筑屋面均布活荷载房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载的标准值及其组合值系数、频遇值系数和准值系数的取值，不应小于表 7

10、-6 的规定。屋面均布活荷载标准值及其组合值系数、频遇值系数和准值系数表 7-6项次类别标准值(kN m2)组合值 系数c频遇值 系数f准值系 数ql不上人的屋面0.50.70.50.02上人的屋面2.00.70.50.43屋顶花园3OO70.60.54屋顶运动场地3OO70.60.4（三）雪荷载雪荷载是房屋屋面结构的主要荷载之一。在寒冷地区的大跨度结构和轻型结构，对雪荷载更为敏感。1雪荷载标准值及基本雪压荷载规范规定，屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：(7-10)式中雪荷载标准值，kN/m2；屋面积雪分布系数；-基本雪压，kNm2。基本雪压应采用规范规定的 50 年重现期的雪压；

11、对雪荷载敏感的结构（主要指大跨、轻质屋盖结构），应采用 100 年重现期的雪压。基本雪压应按荷载规范基本雪压分布图的规定采用。山区的基本雪压，当无实测资料时，可按当地空旷平坦地面的基本雪压值乘以 1.2 采用。基本雪压标准值范围为 01.OkN/m2(个别地区，如区达 1.65kN/m2)，在无雪地区，雪载可以为零。雪荷载的组合值系数可取 0.7；频遇值系数可取 0.6；准值系数应按雪荷载分区I、和的不同，分别取 0.5、0.2 和 0；雪荷载分区按荷载规范的规定采用。2屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数实际上就是将地面基本雪压换算为屋面雪荷载的换算系数，它与屋面形式、朝向及风力等有关。荷载规范

12、规定的屋面积雪分布系数，应根据不同类别的屋面形式，按表 7-7 采用。表略设计建筑结构及屋面的承重构件时，可按下列规定考虑积雪的分布情况：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、积雪半跨均匀分布和不均匀分布的最不利情况考虑；框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况采用。（荷载风荷载是建筑结构上的一种主要的直接作用，对建筑尤为重要。风压随高度而增大，且与地面的粗糙度有关；建筑物体型与尺寸不同，作用在建筑物表面上的实际风压力（或吸力）不同；风压不是静态压力，实际上是脉动风压，对于较大的房屋结构，应考虑风的动力效应。1风荷载标准值及基本风压垂直于建筑物表面上的风荷载标准值

13、，应按下述公式计算：(1)当计算主要承重结构时(7-11)式中风荷载标准值(kNm2)；一一高度z 处的系数；风荷载体形系数；风压高度变化系数；-基本风压(kN/m2)。(2)当计算围护结构时(7-12)式中-高度 z 处的阵风系数，-局部风压体形系数。基本风压应按规范附录D4 中附表D4 给出的 50 年一遇的风压采用，但不得小于 0. 3kN/m2。基本风压标准值范围为 0.30. 9kN/m2。对于建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。2地面粗糙度与风压高度变化系数口：对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度

14、类别按表78 确定。地面粗糙度可分为A、B、C、D 四类：(1)A 类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；(2)B 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；(3)C 类指有密集建筑群的城市市区；(4)D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。表略从表 7-8 中，可以看出：1)当地面粗糙度类别相同时，离地面越高， 值越大，但当达到一定高度后， 越接近以至相同；2)对同一高度， 则A 区B 区C 区D 区，但当高度不小于 550m 后，其值相同；3)表中 变化为从 0. 51 至 2.91，当离地面 510m 高，B 类时， =1.0。3风荷载体形系数 。风速只是代表在气

15、流中各点的风速。气流以不同形式在房屋表面绕过，房屋对气流形成某种干扰，因此房屋设计时不能直接以气流的风速作为结构荷载。风压在建筑物各表面上的分布是不均匀的，设计上取其平均值采用。在房屋的迎风上，受正风压（压力）；在背风上受负风压（吸力）；在侧上受负风压；在屋面上，因屋面形状的不同，风压可表现为正风压或负风压。荷载规范规定的房屋风荷载体形系数可按表 7-9 采用。表略4系数荷载规范规定，对于基本自振周期 T1 大于 0.25s 的工程结构，如房屋、屋盖及各种高耸结构，以及高度大于 30m 且大于 1.5 的建筑，均应考虑风压脉动对结构产生顺风向的影响。顺风向系数值大于 1。其值与脉动增大系数、脉

16、动影响系数、振型系数有关。其值计算详见荷载规范的规定。附录主要材料和构件自重主要材料和构件自重表项次名称自重( kN/m3)备注1木材49随树种和含水率而不同2钢78.53铝274黏土13520与含水率有关5花岗石、大理石28片石堆置6普通砖19机器制7混凝土空心小砌块11.8390mmX190mmX190mm8水泥砂浆209素混凝土2224振捣或不振捣10焦渣混凝士1617承重用11焦渣混凝土1014填充用12混凝土4613水泥焦渣1414钢筋混凝土242515焦渣1016普通玻璃25.617水10温度4密度最大时18书籍5书架藏置19浆砌机砖1920双面抹灰板条隔墙0.9角面抹灰厚1624

17、mm，龙骨在内21C 形轻钢龙骨 隔墙0.27 0.54与层数及有无保温层有关22贴瓷砖0.5包括水泥浆打底，共厚25mm23木屋架0.07+0.07 l按屋面水平投影面积计算，跨度l以m计24钢屋架0.12+0.11 l无天窗，包括支撑，按屋面水平投影面积计算跨度l以m计25石板瓦屋面0.46 0.96厚度6. 312.1mm26彩色钢板波形瓦0.120.130. 6mm厚彩色钢板27玻璃屋顶0.39. 5mm夹丝玻璃，框架自重在内28油毡防水层0.250.4与层数有关续表注：以上材料自重自第 1第 19 项为kNm3，第 20第 32 项为kN/m2。以上常用材料自重中，应熟记下列材料自重

18、值：钢筋混凝土25 kN/m3钢78. 5kN/m3砖砌体1820kN/m3木材（由于树种和含水率不同差别较大，可以榆、松、水曲柳为例）7 kN/m3焦渣混凝土（承重用） l6l7kN/m3焦渣混凝土（填充用） l0l4kN/m3混凝土46kN/m3花岗石28kN/m3水泥焦渣l4kN/m3铝27kN/m3习题：1.下列构件中哪一种超过承载能力极限状态（ ）。A构件在荷载作用下产生较大变形而影响使用B构件在动力荷载作用下产生较大的振动C构件受拉区混凝土出现裂缝项次名称自重( kN/rri3)备注31缸砖地面1.7 2.160mm砂垫层，53mm面层，平铺32玻璃幕墙1.01.5一般可按面积玻璃

19、自重增大20%30%采用29V 形轻钢龙骨吊顶0.120.2530松木地板0.18D构件因过度的塑性变形而不适于继续承载： D2 某办公楼设计中将楼面混凝土面层厚度由原来的 50mm 调整为 100mm，调整后增加的楼面荷载标准值与下列最为接近（混凝土容重按 20kN m2 计算） ? ( ) A . 0 . 5kN / m2；B . 1 . 0kN m2；C . 1 . 5kN m2；D . 2 . 0kN m2（ GB50009 一 2012 ）第 3 . 1 . 3提示：参见 建筑结构荷载规范 条。： B3在下列荷载中，哪一项为活荷载？( )A 风荷载B 土压力C 结构自重D 结构的面层作法提示：参见 建筑结构荷载规范 （ GB 50009 一 2012 ）第 3 . 1 . 1 条。： A4 地面粗糙度是