结构的荷载和作用课件

1、 第二章 结构的荷载与作用本章主要内容 2.1 荷载与作用 2.2 作用分类 2.3 荷载标准值与设计值 2.4 建筑结构常见的荷载与作用12.1 荷载与作用1、“结构上的作用”的定义 施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变形的原因的总称。（1）直接作用：直接以力的不同集结形式（集中力和分布力）作用于结构，例如：结构自重、楼面活荷载等。（2）间接作用：不是直接以力出现（外加变形和约束变形），但对结构产生内力，例如：基础沉降、温度变化等。直接作用间接作用22、“荷载”的定义作用在结构上的外加力，即直接作用。3、作用与荷载的关系“作用”泛指结构产生内力、变形的所有原因，包括直接

2、作用和间接作用，而“荷载”仅指结构上的直接作用。32.2 作用分类（1）永久作用 在结构设计基准期内，其值不随时间变化，或者变化的量值相对平均值而言可以忽略不计。 例如：结构自重、土的侧压力、静水压力、预加应力、混凝土收缩和徐变、基础不均匀沉降等（后两者随时间单调变化而趋于限值）。1、按随时间的变异分类其中的直接作用为永久荷载（恒载）41、按随时间的变异分类（2）可变作用其中的直接作用为可变荷载（活载） 在结构设计基准期内，其值随时间发生变化，变化的量值相对平均值而言不可忽略不计。 例如：楼面活荷载、车辆荷载、风荷载、雪荷载、流水压力、温度变化等。51、按随时间的变异分类（3）偶然作用 在结构

3、设计基准期内不一定出现，一旦出现其持续时间较短，量值可能很大。 例如：地震作用、爆炸力、船只或漂流物撞击力等。【思考】施工荷载、设备及家具自重属于何种作用？62、按随空间位置的变异分类（1）固定作用 在结构上出现的空间位置固定不变，但其量值可能具有随机性。 例如：结构自重、固定设备自重、屋顶水箱重量等。（2）自由作用 在结构上的一定空间任意分布，出现的位置和量值都可能是随机的。 例如：车辆荷载、吊车荷载等，需要考虑其位置变化引起的最不利效应。73、按结构的动力反应分类（1）静态作用（2）动态作用动态作用应当考虑其动力效应，一般采用乘以动力系数，将动态作用等效为静态作用的简化设计方法。 逐渐地、

4、缓慢地施加在结构上，作用过程中不产生加速度或加速度甚微可以忽略不计。 例如：楼面上人员荷载、雪荷载、土压力等。 使结构产生显著的加速度。 例如：地震作用、设备振动、阵风脉动、打桩冲击等。84、按作用方向分类（1）竖向作用（2）水平作用例如：结构自重、楼面荷载等。例如：水平地震作用及风荷载等。作用按时间的变异分类最主要的分类（应用最多）92.3 荷载标准值与设计值1、荷载标准值（1）荷载的统计特性 我国对建筑结构的各种恒载、民用房屋楼面活荷载、风荷载和雪荷载进行了大量的调查和实测工作。对所取得的资料应用概率统计方法处理后，得到了这些荷载的概率分布统计参数。 永久荷载 正态分布如结构自重，该类荷载

5、表现为近似恒定10 可变荷载 可变荷载随时间的变异可统一用随机过程来描述。对可变荷载随机过程的样本函数处理后可得到可变荷载在任意时点的概率分布和在设计基准期内的最大值的概率分布。 极值型分布如楼面活荷载，表现为一定时间段内量值恒定、各时间段量值可能不等、或某时间段不出现。11（2）荷载标准值 荷载标准值是指结构在使用期间，在正常情况下，可能出现的具有一定保证率的出现的偏大荷载，可由概率分布图某一分位数确定。若为正态分布，则如图中的 。荷载标准值的概率含义 永久荷载标准值一般相当于永久荷载概率分布的平均值。在结构设计中，各类可变荷载标准值及各种材料容重可由荷载规范查取。 可变荷载标准值楼面活荷载

6、标准值风荷载标准值雪荷载标准值保证率均大于95%12荷载分项系数 根据统计，考虑必要安全储备后标准值和荷载分项系数的乘积。永久荷载分项系数：当永久荷载效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合取1.2，对由永久荷载效应控制的组合取1.35。当永久荷载效应对结构有利时取1.0；当验算倾覆和滑移时,对抗倾覆,滑移有利时取0.9。可变荷载分项系数：一般情况取1.4；对工业建筑的楼面结构，当活荷载标准值4KN/m2时,取1.3。2、荷载设计值设计值 标准值 分项系数13 结构构件自重和建筑构造层重力荷载 面荷载 材料容重 构件厚度 线荷载 材料容重 构件截面积 集中荷载材料容重 构件体积2.4 建筑

7、结构常见的荷载与作用1、恒载水磨石地面 0.65 kN/m2 板自重 250.08=2.00 kN/m2 板底抹灰 170.015=0.26 kN/m2 恒载 2.91 kN/m2钢筋混凝土现浇整体楼盖，楼面面层为水磨石地面（自重重力荷载标准值0.65kN/m2 ），楼板厚80mm（容重25kN/m3），楼板底面石灰砂浆抹灰15mm （容重17kN/m3 ），计算楼面恒载标准值。 142、楼面和屋面活荷载 楼面、屋面均布活荷载，屋面积灰荷载，施工和检修荷载及栏杆水平荷载等。楼面活载人群家具可移动设备15民用建筑楼面均布活荷载标准值 1617屋面水平投影面上的雪荷载标准值Sk（ kN/m2） S

8、kr So 3、雪荷载基本雪压屋面积雪分布系数 由积雪引起的荷载。雪荷载因地区不同而有差异。另外雪荷载还受到以下因素影响： 风对屋面对积雪的影响 屋面坡度对积雪的影响 屋面温度对积雪的影响1819 由于风的运动而施加在墙面或结构上的压力称为风荷载。风荷载与建筑所在地区、高度和地面条件等因素有关。4、风荷载204、风荷载k=zsz0 k : 风荷载标准值 z ：高度Z处的风振系数 s ：建筑物对于风荷载的形体系数 z ：风压高度变化系数 0 ：建筑物所在地区的基本风压215、地震作用 地震（Earthquake）是一种自然现象，每年大约500万次，只有1%为有感地震。中国是一个地震多发的国家。国

9、语周语记载：“幽王二年，西周三川皆震。是岁也，三川竭，岐山崩。”嘉靖实录记载：“压死官吏军民奏报有名者82万奇” 中国历史上的大地震：1556年1月23日陕西华县8级死亡83万1920年12月16日宁夏海源8.5级死亡20万1976年7月28日2008年5月12日唐山汶川7.8级8.0级死亡24万死亡8.6万22地震震害23地震造成的破碎带，引起地表沉陷、隆起、裂缝、液化等地表破坏24局部地形改观引起铁轨变形25山体破坏：山崩、滑坡萨尔瓦多地震引发巨大的泥石流汶川地震26砂土液化使建筑物倾斜甚至翻倒日本新泻大地震1964M7.327液化（Liquefaction ）如果砂粒之间了孔隙中充满了水

10、，由于地震时砂粒力求趋于紧状态，但是，砂粒之间的水是不可压缩的。因此，水的压力就增大了，地基有效垂直压应力减少了，克服了砂土的剪切强度，地基土就液化了。 砂粒的振动砂土液化试验28承载力不足变形过大29座落在活断层上的一座二层小学教学楼被完全摧毁30楼房底层空旷，结构不合理，房屋整体倾斜，二楼成了一楼31地震时河床变形，导致跨河公路桥梁跨塌32 地震造成的次生灾害有水灾、火灾、毒气污染、滑坡、泥石流和海啸等，由此引起的灾害也相当严重。海啸33 1923年日本关东地震，东京市内227处起火，33处未能扑灭造成火灾蔓，旧市区烧毁约50%；横滨市烧毁80%，死亡10万。34常用术语地球内部发生地震的

11、地方叫震源； 震源深度震源在地面上的投影点称为震中； 震中距震中及其附近的地方称为震中区，也称极震区 92%的地震发生在地壳中， 其余的发生在地幔上部 。35 地震波 地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这就是地震波。 地震波的分类地震波36杂波P波开始S波开始面波开始 地震时，震中及其附近的人们先感觉到上下颠簸，然后感到前后或左右摇晃。人们在感觉到“颠”的时候，要立刻就地避震，因为大的破坏力马上就要到了。37地震强度震级（Earthquake magnitude) 震级M是表示一次地震本身强弱程度在大小的尺度。国际上通用的是里氏震级。其原始定义是在1935年C.F.Ric

12、hter提出。 里氏震级 里克特（C. F. Richter）于1935年通过美国南加利福尼亚地区的地震的研究发现，对于同一地点的2次大小不同的地震，用伍德安德森标准地震仪进行记录，其周期0.8秒，阻尼0.8，放大倍数为2800倍，在不同地点的各个台记录到这两次地震的两水平向最大振幅的算术平均值之比为一常数，且这一比值与震中距无关。于是提出了计算震级的公式为：M=lgAC. F. Richter(1900-1985)38震级（Earthquake magnitude)M5M6M7 震级相差一级, 能量就要相差32倍之多, 一次6级地震所放出的能量,相当于一个2万吨级的原子弹.震级与能量之间的关

13、系微 震有 感地 震破坏性地震强 震特 大地 震M22M4M5M7M8震级与破坏程度的关系39地震烈度(Earthquake Intensity) 地震烈度I0是指地震时某一地区和各类建筑物受到一次地震影响的强弱程度。一次地震只有一个震级，但对于不同的地区，可以有不同的烈度。 震级与烈度的关系：一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。 中国地震烈度表（GB/T 17742-1999）是根据1957年谢毓寿教授编制的新的中国地震烈度表制定的，共分为12个烈度。 而最早的地震烈度表为

14、M-C-S（MCS intensity scale）为莫加利-坎卡尼-西伯格地震烈度表，在1924年由德国人A.Sieberg制定的。40无感 1室内个别静止中的人感觉 2悬挂物微动门、窗轻微作响室内少数静止中的人感觉 3悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒 43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人梦中惊醒 56（5-9）63（45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出

15、 613（10-18）125（90-177）河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏局部破坏开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出 725（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏结构受损，需要修理摇晃颠簸，行走困难 850（36-71）500（354-707）干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏墙体龟裂，局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人可能摔跤 9100（72-141）1000（708-1414）山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或

16、倒毁倒塌大部倒塌，不堪修复骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感 10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁灭11地面剧烈变化，山河改观12个别：10%以下少数：10%50%多数：50%70%大多数：70%90%普遍：90%以上速度加速度 其它现象 一般房屋 人的感觉烈度41结构的抗震设防一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值。基本烈度建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度最高的烈度。也称为众值烈度、小震烈度。其超越概率为63.2%，重现期为50年。建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率2%-3%的地震烈度，也称为

17、大震烈度，重现期约为2000年。多遇烈度罕遇烈度三个地震烈度水准设防烈度按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。一般情况，取基本烈度。42地震水准 性能1特殊设防目标 性能2重要设防目标 性能3 性能4（略高于基本 设防目标）多遇烈度地震 完好 完好 完好 完好 基本烈度地震 完好，正常使用 基本完好，检修后继续使用 轻微损坏，简单修复后继续使用 轻微至中等破坏，变形 罕遇烈度地震 基本完好，检修后继续使用 轻微至中等破坏，修复后继续使用 加固后继续使用 接近严重破坏，大修后继续使用 抗震性能设计的性能目标（设防目标）43地震作用的形成地震作用的影响因素(1) 建筑物总等效重力荷载(2) 建筑物所在地区的基本烈度(3) 建筑物动力特性（基本自振周期T1）(4) 建筑物所在地区场地土类别建筑物的惯性力与地表运动加速度成相应的关系：根据牛顿第二定律，F = ma， F：建筑物的惯性力， m：建筑物的物理质量，a：地表运动加速度。在建筑设计中，以等效力原理为基础，假设地表不运动，以等效