荷载优秀教学课件

2.结构的荷载与作用2.1荷载及其分类2.2荷载取值2.3特殊荷载与作用2.1荷载及其分类2.1.1荷载与作用结构的外部作用，一般分为荷载与作用两大类：荷载——外界、建筑构造与结构自身对于结构的所形成的力；结构自重、建筑物其他构造自重、建筑物各种附加物的自重、建筑物各种附加物的运动形成的力、自然界的作用（风、雨、雪等）等；作用——外界、建筑构造与结构自身对于结构所形成的变形、位移的不协调导致的结构受力。温度变化形成的构件与构件的不协调变形、地基的不均匀沉陷导致构件与构件的不协调变形、地震导致地表与结构的相对位移而形成的结构受力等。由于各种作用对于结构的效果最终也表现为力——等效力，因此在常规上将荷载与作用统称为荷载。2.1荷载及其分类温度变化的变形作用2.1荷载及其分类2.1.3力学计算的荷载简化分布荷载分布荷载是指荷载作用的范围相对于结构的尺度是线或面作用的荷载，分布荷载对于结构产生相对连续的作用。分布荷载不能直接进行力学计算，需要以积分的办法求得分布荷载对于结构或构件的整体作用效果。集中荷载集中荷载是指荷载作用的范围相对于结构的尺度来讲很小，可以忽略为一个点作用的荷载，集中荷载对于结构产生不连续的作用。集中荷载可以直接进行力学计算。2.2荷载取值2.2.1荷载取值的前提范围功能范围，是指建筑物的设计功能，不同功能的建筑物与构筑物所承担的荷载是不一样的，同一建筑物的不同功能区域所承担的荷载也是不一样的。重要程度，同样的建筑物由于特定的功能差异，重要程度也有所不同，因此安全等级也不一样。时间范围，是指对于荷载的测算时间长度，测算时间越长，建筑物所面临的荷载峰值越大。一般来说，建筑物的设计寿命期是该结构的荷载最短测算期。空间范围，是指建筑物所在的特定荷载发生区，对于自然界来讲，不同的区域与自然环境，荷载发生的状况不同。2.2荷载取值2.2.2荷载特征值的确定恒荷载的确定是比较简单的，可以直接通过形体与密度确定相关构件或永久性设备的重量、位置等因素。活荷载是随时间变化的荷载，其量值有着随机分布的特征，因此采用概率测算的方式确定某种荷载的特征值。概率分布原理统计发现，任一种活荷载均符合概率正态分布规律，如图。荷载值出现概率规律：较大与较小的荷载出现概率低，常规荷载出现概率高荷载平均值为μ，均方差为σ。

μσσ荷载值出现概率μσσ标准荷载值μ+1.645σ常规荷载范围，保证率95%意外荷载范围，失效率5%2.3特殊荷载与作用2.3.1地震作用2.3.2风荷载风与地震是两种典型的、随机的侧向动荷载，是建筑设计中必然考虑的两种荷载因素。2.3.1地震作用地震与地震荷载的形成地震是地球内发生的错动，发生地震的地方是震源。震源上方正对着的地面称为震中。地震时，在地球内部出现的弹性波叫作地震波，包含纵波和横波。纵波引起地面上下颠簸振动；横波能引起地面的水平晃动。横波是地震造成建筑物破坏的主要原因——地震横波产生地表的往复运动，由于惯性作用，建筑物与地表之间存在运动差，因而形成建筑物的惯性力。震源震中地震波=aF地震区域分布全球主要地震活动带有三个：环太平洋地震带，是地震活动最强烈的地带，发生全球约80%的地震；欧亚地震带，占全球地震的15%。海岭地震带：分布在太平洋、大西洋、印度洋中的海岭。中国位于世界两大地震带—环太平洋地震带与欧亚地震带之间，地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。我国的地震活动主要分布在五个地区：台湾省及其附近海域；西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部；西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾；东南沿海的广东、福建等地。2.3.1地震作用2.3.1地震作用地震与地震荷载的形成地球上的地震有强有弱。地震强度大小以震级与地震烈度衡量。震级是衡量地震大小的一种度量。每一次地震只有一个震级。地震烈度是指地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度。对同一次地震，在不同的地区，地震烈度大小是不一样的。基本烈度，某一地区今后一定测算期内，可能遭受的最大地震烈度，是抗震设计的主要参考指标。设防烈度，是建筑设计所采用的地震烈度标准，多数情况下采用该地区的基本烈度指标。对于重要建筑物，在基本烈度基础上加以调整。震源远离震中，地震烈度低震中附近，地震烈度高建筑物的抗地震设计建筑物的抗震设防标准我国的抗震规范规定了建筑物的三个基本设防标准：小震不坏：在较基本烈度低1.5度的第一水准烈度的地震作用下，结构处于正常使用阶段，材料受力处于弹性阶段。中震可修：在遭受基本烈度（第二水准烈度）的地震作用下，结构可能出现一定的损坏，但加以修缮后可继续使用，材料受力处于塑性阶段，但被控制在一定限度内，残余变形不大。大震不倒：在较基本烈度高1度的第三水准烈度作用下，结构出现严重破坏，但材料的变形仍在控制范围内，不至于迅速倒塌，赢得撤离时间。2.3.1地震作用建筑物的抗地震设计两阶段设计原则首先，以第一水准烈度为参数计算地震效应，与风、重力进行组合，并引入结构承载力抗震调整系数进行截面设计；其次，以同一抗震参数计算结构弹性层间侧移角，使其不超限值，并采取相应的构造措施，满足第二水准烈度要求。采用第三水准烈度为参数计算结构的弹塑性层间侧移角，使之小于规定的限值，并采取相应的构造措施，满足第三水准烈度要求。通常来讲，地震烈度低于六度时，不会对于永久性建筑物形成较大破坏。因此，我国规范规定，以六度为建筑设计基本设防标准。2.3.1地震作用2.3.2风荷载风的形成与危害风是由于大气层的温度差、气压差等大气现象导致的空气流动现象。建筑物会对风形成阻挡，因此风会对于建筑物形成反作用。风是极其复杂的气流现象，是随机性的动荷载，巨大的风力作用会致使建筑物水平侧移、振动甚至垮塌。在风的作用下，建筑物会发生以下破坏：1）主体结构变形导致内墙裂缝；2）长时间的风振效应使结构受到往复应力作用而发生局部疲劳破坏；3）外装饰，受风力作用而脱落；4）轻屋面，受风的作用会像上浮起甚至破坏。2.3.2风荷载风荷载的基本理论气体的流动速度与压力成反比，迎风面受到压力作用，其他面由于风的流动而受到吸力。基本风压基本风压是指某一地区，风力在迎风表面产生作用的标准值。平坦空旷的地面，距地面10米高处，年最大风速发生时10分钟内的风速平均值所形成的，并考虑该风速的历史重现期（30年为标准期限）而确定的迎风面风力作用。风玫瑰图如图所表示的某一地区的冬季、夏季主导风向的图形。建筑形体与风的作用迎风面风力为压力，侧风面随着与风的夹角的变化，风力逐渐有压力转变为吸力；矩形、圆形、三角形等不同的平面形状的建筑物，各个侧面所受的风力作用差异很大。建筑物表面粗糙会加大风力的作用。2.3.2风荷载建筑形体风作用系数举例2.3.2风荷载0.8-0.6-0.6-(0.48+0.03H/B)1.0-0.71.0-0.5-0.5-0.5-0.5-0.5-0.70.8-0.6-0.60.60.6-0.5-0.5-0.50.8-0.5-0.5μ城市中心区高层建筑的综合效应常规理解，地面粗糙度大，风速减缓。这个概念仅在城市多为多层建筑或高层建筑不多、分布不密集时是正确的。随着城市中心区高层建筑大量增加、高度加大（多数在百米以上）、密度也随之加大，在局部会由于过风面积狭小，形成风力急剧增加，而且这种风力增加是不确定的。西方国家已经开始对于城市中心商务高层建筑区域进行特征风的研究，并采用航空技术，以风洞试验的方式对于区域模拟规划进行调整。2.3.2风荷