建筑结构的受力

建筑结构的受力第1页/共45页CH.2建筑结构设计基本原理2.1建筑物结构的荷载作用（S）（或荷载）作用效应施加在结构上的集中力或分布力，称为作用——直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因——间接作用——由作用引起的结构或构件的反应结构抗力（R）——结构或结构构件承受效应的能力qVM2.1.1基本概念2第2页/共45页荷载与作用效应建筑结构的荷载与作用轴向力N弯矩M剪力V扭矩T应力（正、剪应力）应变（线、剪应变）位移作用的效应（S）内力3第3页/共45页——在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。——在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。——在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。永久荷载可变荷载偶然荷载2.1.2荷载分类按时间变异分类4第4页/共45页5第5页/共45页6第6页/共45页7第7页/共45页8第8页/共45页9第9页/共45页10第10页/共45页11第11页/共45页12第12页/共45页13第13页/共45页图例：风压特征14第14页/共45页图例：地震与建筑物扭转15第15页/共45页按空间变异分类固定荷载——在结构空间位置上具有固定的分布；可动荷载——在结构空间位置一定范围内可以任意分布。静态荷载——对结构不产生动力效应，或小的可以忽略；动态荷载——对结构产生动力效应，且不可以忽略。按照结构的反应分类16第16页/共45页荷载代表值

荷载标准值是指在结构使用期间正常情况下可能出现的最大荷载值（1）荷载标准值（包括永久荷载、可变荷载标准值）

进行结构设计时，应根据不同的设计要求采用不同的荷载代表值。永久荷载应采用标准值作为代表值，可变荷载应根据设计的不同要求分别采用标准值、组合值、频遇值和准永久值作为代表值。2.1.3荷载代表值17第17页/共45页——当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。——在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。——作用于结构上时而出现，持续时间较短的较大可变荷载，结构破坏性减缓。a.可变荷载组合值b.可变荷载准永久值c.可变荷载频遇值可变荷载（2）可变荷载的组合值、频遇值和准永久值2.1.3荷载代表值18第18页/共45页荷载标准值的计算2.2结构上的荷载1、恒荷载2、楼面活荷载3.雪荷载和屋面均布活荷载4.风荷载5.吊车荷载6.地震荷载根据自重计算查规范表19第19页/共45页结构上的荷载民用建筑楼面均布活荷载20第20页/共45页3.雪荷载和屋面均布活荷载结构上的荷载雪荷载：作用在屋面上的荷载。雪荷载和屋面均布活荷载设计时仅取两项荷载中的较大值。屋面均布活荷载：民用建筑分上人、不上人，工业建筑考虑设备、操作、检修荷载，厂房考虑积灰荷载，有停机坪还应考虑直升机重。21第21页/共45页4.风荷载结构上的荷载

基本风压是风荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再通过风速和风压关系换算而来。基本风压可从《荷载规范》附录中查得。风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取0.6、0.4、0。（1）基本风压22第22页/共45页4.风荷载结构上的荷载（2）风荷载（风压）高度变化系数

风速是随距地面的高度增加而增加的，故风压也是随离地面高度增加而增加的。风速随高度的变化规律主要取决于地面的粗糙程度。但当离地面450m以上时，风速即不受地面粗糙程度的影响，风压高度变化系数为常数。

地面粗糙度是指风在到达结构物以前吹越过2km范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状况的等级。规范将地面粗糙度分为A、B、C、D四类。23第23页/共45页结构上的荷载

A类——指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

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；

C类——指有密集建筑群的城市市区；

D类——指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。地面粗糙度分类24第24页/共45页风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与来流风压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。

4.风荷载结构上的荷载（3）风荷载体型系数25第25页/共45页4.风荷载结构上的荷载（4）风振系数

《规范》规定，以风振系数βz来描述动力反应的影响。规定对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，以及基本自振周期T1大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，应采用风振系数来描述风压脉动的影响，具体计算方法见规范。对于高度低于30m或高宽比小于1.5的房屋以及自振周期T1＜0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，取βz=1.0。26第26页/共45页5.吊车荷载结构上的荷载

桥式吊车在排架上产生的荷载有竖向荷载Dmax（或Dmin）、横向水平荷载Tmax及吊车纵向水平荷载Te。A.吊车竖向荷载Dmax（或Dmin）①吊车最大轮压Pmax与最小轮压Pmin

当小车吊有额定最大起重量行驶至大车某一侧端头极限位置时，小车所在一侧的每个大车轮压即为吊车的最大轮压Pmax，同时另外一侧的每个大车轮压即为最小轮压Pmin。27第27页/共45页28第28页/共45页29第29页/共45页30第30页/共45页5.吊车荷载结构上的荷载31第31页/共45页32第32页/共45页②吊车竖向荷载Dmax（或Dmin）当两台吊车满载靠紧并行，其中较大一台吊车的内轮正好运行至计算排架柱的位置时，作用于最大轮压Pmax一侧排架柱上的吊车荷载为最大值Dmax；同时，在另一侧的排架柱上，则由最小轮压Pmin产生的竖向荷载为最小值Dmin。Dmax

或Dmin可根据吊车最不利位置和吊车梁支座反力影响线求得：

Dmax=PmaxΣyi

Dmin=PminΣyi5.吊车荷载结构上的荷载33第33页/共45页B.吊车横向水平荷载Tmax、纵向水平荷载（略）

吊车的横向水平荷载Tmax是当小车沿厂房横向运动时，由于启动或突然制动产生的惯性力。吊车横向水平荷载作用位置在吊车梁顶面，且同时作用于吊车两侧的排架柱上，方向相同。吊车的横向水平制动力也是移动荷载，其最不利作用位置与吊车的竖向轮压相同，所以，吊车最大横向水平荷载标准值Tmax，也需根据吊车的最不利位置和吊车梁支座反力影响线确定。5.吊车荷载结构上的荷载34第34页/共45页2.2建筑结构构件及其受力状态建筑结构基本构件1.板2.梁3.柱4.墙5.桁架桁架ABC35第35页/共45页压力：N（轴心受压）建筑结构构件及其受力状态结构构件的受力状态36第36页/共45页拉力N（轴心受拉）37第37页/共45页弯曲力：弯矩MabcdabcdMM38第38页/共45页应力的分布图：MZyσmaxσmax中性轴和中性层上边缘压应力最大，下边缘拉应力最大矩形截面39第39页/共45页剪力V40第40页/共45页注意：Fs为横截面的剪力；Iz为整个横截面对z轴的惯性矩；b为所求点对应位置截面的宽度；为所求点对应位置以外的面积对Z轴的静矩。(1)t沿截面高度按二次抛物线规律变化；(2)同一横截面上的最大切应力tmax在中性轴处(y=0)；(3)上下边缘处（y=±h/2)，切应力为零。

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