工程结构荷载与设计方法荷载与作用

张丽安徽工业大学工程结构荷载与设计方法

（荷载与作用）Chapter0of1结构上的作用术语符号作用：使结构产生内力和变形的原因，分为直接作用和间接作用两种。荷载是直接作用，混凝土的收缩、徐变、温度变化、地基不均匀沉降、地震是间接作用。作用效应(S)：结构上的作用使结构产生的内力（弯矩、剪力、扭矩）和变形、裂缝的统称。荷载标准值：是指其在结构的使用期间可能出现的最大荷载值。根据统计分析可以确定一个具有一定保证率（如95%）的上限荷载分位值，该特征值称为荷载标准值（符号Gk，Qk）。术语符号组合值：按极限状态设计时为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载进行组合，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值。荷载准永久值：对可变荷载，在设计基准期内，其超过的总时间约为设计基准期的一半的荷载值。结构抗力：结构抵抗外界作用效应的能力。◆

结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。◆

区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”何谓结构的极限状态？安全性

承载力能力极限状态

不安全适用性耐久性正常使用极限状态不适用性不耐久性Z=R-S=0极限状态Z=R-S<0

失效Z=R-S>0

可靠Z：结构的功能函数何谓结构的极限状态？3.2极限状态S——作用效应ActionEffect

结构上的作用（使结构产生内力和变形的原因，如荷载、不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等）引起的效应如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度f、裂缝宽度w等

S=S(Q)=C*QR——结构抗力Resistance

结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度[f]、容许裂缝宽度[w]R=R(fc,fy,A,h0,As,…)结构力学的主要内容为何开设本课程？3.2极限状态★

恒载g与构件尺寸、材料容重等有关★

活载q（楼面活载、雪荷载）的数值是随时在变化的★

计算跨度l的不准确★材料强度fy和fc的离散★截面尺寸h0和b的施工误差★应力-应变关系参数k1和k2不一定安全（可靠）绪论3.2极限状态典型工程图示典型工程图示3.2极限状态典型工程图示3.2极限状态若干建筑工程及荷载示例3.2极限状态风荷载：塔科马大桥风毁录像若干建筑工程事故及荷载示例3.2极限状态海浪作用：印尼海啸录像若干建筑工程事故及荷载示例3.2极限状态地震作用：汶川地震地震科普若干建筑工程事故及荷载示例3.2极限状态撞击作用：911恐怖袭击若干建筑工程事故及荷载示例3.2极限状态撞击作用：911恐怖袭击若干建筑工程事故及荷载示例3.2极限状态土侧压力：上海莲花河畔景苑建筑事故2009年6月27日若干建筑工程事故及荷载示例3.2极限状态上海莲花河畔景苑建筑事故本课爪程主腔要内牛容3.2极限炕状态建筑缴工程泽结构乎体系很各种孕作用糖的确沸定及筝计算距方法结构臂体系考设计斥值中栏作用柄和荷洞载的密组合句方法描，抗样力值荣的确糠定要嫁考虑日的随虑机因峡素本课员程具仙体章渔节3.东2极限状短态第一章荷载与蔽作用第二章滩重力第三卖章侧压力第四章风荷载第五期章地震作副用第六绳章世其他谅作用第七章深荷载街的统计盾分析第八压章妥结构松构件畏抗力卵的统欺计分搞析第九失章铃结构照可靠度设计悔方法第十址章综合例听题附录一、珍结构摇上的惩作用牌及其抱分类1、“结借构上哑的作饱用”的定劝义施加在虏结构上兆的集中携力或分援布力，以及引起篇结构责外加辨变形伴或约蜜束变随形的拳原因（地震值、基础洽沉降、椒温度变眉化、焊滑接等）的总称施加吓在结欠构上鸽的集悉中力倡或分借布力直接桥作用晕（荷润载）引起结毅构外加榨变形或亮约束变钉形的原贵因间接作岂用2、“结疼构上梦的作暮用”的分惊类按随时道间的变斯异分类永久灯作用在结构适使用期迈间，其痰值不随神时间而痛变化，窄或其变扁化值与王平均值墙相比可骑以忽略蚂不计，税或其变介化是单气调的并园能趋于仅限值的罚作用【例如】结构自胳重，土析压力、群预加力峡、基础蜡沉降、侵焊接、悦水的浮孔力、混敞凝土收猪缩及徐节变作用砖等可变席作用在结构猴使用期峰间，其铜值随时才间而变埋化，且在其变化兽值与平副均值相款比不可暂以忽略罢不计的含作用【例如】安装爱荷载享、楼质面活宅荷载剩、吊虚车荷带载、血风荷亲载、葡雪荷傍载、界汽车过荷载促、汽押车离款心力吵、汽雅车制岩动力色、流崖水压窑力、啄冰压口力、妖温度倘作用批等偶然上作用在结构倡使用期膛间，不桥一定出甩现，但仔一旦出书现，其肚量值很迫大且持扫续时间萍较短的顾作用【例如】爆炸晌、船有舶或坦漂流百物的犹撞击晋作用疯、汽质车撞列击作咽用等【思考蠢题】水压激力属剂于何粘种作呈用？地震作上用属于寸何种作扯用？按随绑空间鼠位置庙的变兴异分估类固定困作用在结至构空瞎间位容置上界具有沉固定木的分裹布【例如】工业摸与民基用建穴筑楼插面上尾的固慎定设塘备荷批载、墨结构辰构件翠自重弹等可动作宝用在结构窗空间位著置上的育一定范底围内可猎以任意叹分布【例如】工业与愤民用建巡寿筑楼面跌上的人未员荷载轧、吊车臣荷载等按结头构的凶反应怪分类静态撇作用不使鹅结构悟或结第构构昨件产但生加造速度坚，或郊产生会的加籍速度工可以挂忽略猎不计【例如】结构自拒重、住弯宅与办竟公楼的护楼面活堡荷载等动态叹作用使结咳构或无结构锣构件撞产生胆不可灭忽略默的加放速度【例如】地震、松吊车荷旧载、设两备振动铺、作用堡于高耸舌结构上返的风荷姨载等二、荷红载分类按作用插时间的皱长短和准性质永久关荷载究（恒载围）在结构仰使用期缸间，泰其值不荡随时间妙而变化毅，或虽纺有变化洋，但变零化不大啊，且其消变化值袋与平均此值相比嗓可以忽煌略不计删，或其杨变化是钳单调的握并能趋恒于限值乞的荷载若。可变具荷载供（活载）在结构碗使用期吃间，位其值随添时间而腐变化，伞且其变踪蝶化值与责平均值缴相比不取可以忽参略不计翠的荷载疏。偶然箭荷载在结构肺使用期吐间不一河定出现抬，但一耻旦出现询，其值倚很大，制作用时御间则较嗽短的荷醒载。永久订荷载仪（恒栏载）【例如】结构自目重，土思压力、炼预应力圾等可变宽荷载亲（活陷载）【例如】楼面构活荷鄙载、荷屋面党活荷哑载和肃积灰身荷载台、吊凶车荷守载、紫风荷很载、灰雪荷逐载等偶然荷晕载【例如】爆炸迹力、税撞击全力等三、驻荷载奥代表重值荷载代贝表值是斯指设计论中用以汗计算极激限状态旋所采用怪的荷载逮量值，甩如标准跃值、组荒合值、辩频遇值捐和准永撑久值。建筑衰结构贸设计搞中，滋对不涂同荷馅载应厦采用勉不同候的代腹表值疤。永条久荷恰载采释用标械准值浆作为飘代表完值；奔可变树荷载藏应根泥据设抵计要衔求采闭用标甘准值孕、组矮合值舒、频野遇值香或准胖永久尖值作毁为代笋表值陡；偶庸然荷蝇载应愉按建镇筑结总构使检用的乔特点趁确定段其代镇表值岂。1.荷载标群准值荷载标傲准值是GB这50之00污9-淋20饱12规定的盒荷载基梅本代表湖值，为格设计基掀准期内星最大荷网载统计崇分布的剥特征值辞。由于仙最大荷品载值是有随机变欢量，因遇此，原则晕上应舞由设乘计基昌准期湖荷载机最大际值概饼率分蓝布的陆某一漂分位跪数来盏确定端。但是吐，有阳些荷贿载并测不具拢备充预分的绑统计海参数旗，只阿能根率据已纹有的工程衣经验确定震。2.荷载组过合值荷载绍组合份值是做对可瞒变荷考载而挥言的游。当史两种岗或两尺种以相上可佣变荷途载在箭结构绩上同骄时作刊用时构，由击于所造有荷咬载同驾时达犁到其挥单独箱出现关时可获能达喝到的萄最大迷值的皱概率触极小狗，因虹此，植除主樱导荷闪载(产生白最大事荷载捞效应姥的荷毛载)仍可以枣用其标众准值为离代表值负外，其疯他伴随轰荷载均框取小于谊其标准妨值的组严合值为谋荷载代申表值。3.荷载准贺永久值圈：荷载伸准永雅久值孟也是嫁对可拿变荷骡载而圈言的贪，是晓指可弃变荷建载中活动相扮对较小膛的部分，在捞规定尺的时象间内盈具有裹较长月的总抱持续馅期，拍对结山构的付影响缺犹如筝永久奥荷载锹。荷惜载准悄永久漏值主晋要用达于正乖常使湿用极增限状嫌态的写长期便效应衫组合狂，其雀值与辩可变甚荷载仍出现滋的频它繁程垄度和叼持续膨时一午间长素短有朝关。4.荷载剥频遇绝值：荷载准民永久值穿同样是捡对可变枣荷载而咐言的，灯是指可乔变荷载尘在结构稳上频繁隔出现且量值晌较大努的值，主要酬用于荷透载短期凡效应组厦合中。暂可变荷统载频遇胖值可以厨通过乘鸦以频遇庸值系数享得到，祥频遇值锈系数通桶过调查拾统计结扫果并结阳合工程享经验综巡寿合分析脚后确定洗。工程结婶构设计啄理论演声变简况容许柴应力周设计票法容许龟应力艘设计江法是添建立膏在弹指性理粥论基狭础上效的设李计方名法。哭其表腔达式雨为：式中瞧，讯－喊构件惜在使蛾用阶孔段(使用蛇荷载蔑作用粥下)截面上姜的最大骗应力；－材盆料的为容许众应力有。容许应客力设计似法计算佩简单，涌但其有午许多问勉题：①没有颗考虑材泻料塑性主性质。②没缴有对横作用省阶段扁给出编明确烫的定芝义，约也就浴是使会用期小间荷葵载的炎取值垂原则幕规定堂得不牛明确跑。③把宾影响栏结构允可靠击的各蒜种因兽素(荷载萝的变别异、虾施工颗的缺啄陷、勒计算面公式脾的误费差等)统统归对结在反恋映材料来性质的穿容许应屑力上扎，显然越不够合锋理。④容蠢许应力昌的取值篇无科学谣根据，嗓纯属经胞验的，摊历史上赠曾多次观提高过蛇材料的暮容许应唇力值。⑤按容轿许应力陶法设计谁的构件赌是否安僵全可靠晚，无法始用实验庆来验证签。工程结焰构设计崖理论演陕变简况破损阶屿段设计阵法针对严容许免应力帮设计挠法存毒在的精缺陷屡，之藏后出添现了劳假定定材料客均已枕达到躲塑性京状态农，依腹据截央面所扶能抵象抗的巾破损狮内力知建立莲的计迅算公撞式。四其设漆计表朱达式忧为：式中，——构件窗最终青破坏此时的坏承载爹能力们；——安全公系数注，用兼来考响虑影封响结徒构安腰全的去所有号因素残。优点为故：①它可链以反映乔材料的恐塑性性志质，结陈束了长丽期以来全假定混饼凝土为柳弹性体房诚的局面耻。②采用鞭一个安负全系数婆，使构搏件有了予总的安陡全度的灰概念。③它养以承括载能悲力值(如)为依据蔑，其计卵算值是阔否正确朱可由实扫验检验球。工程足结构磁设计嗓理论蜡演变都简况苏联曾谨把该理键论用下斧式来表捞达：式中，M—档—正常使贤用时，瞒由各种伍荷载枕所产生娱的截面弯内力；a—武—反映截妇面尺寸铸等的尺干寸函数蹲；，——材料强岸度的平仰均值。破损阶丢段理论警仍存在照一些重涂大缺点圾：①破损条阶段计折算，构舍件的承午载力是返得以保革证，但扇却无法故了解构友件在正俗常使用并时能否严满足正铁常使用板要求。②安全踢系数K的取悼值仍营须经乡丰验确股定，历并无眠严格伍的科点学依巾据。③采砖用笼干统的捕单一及安全唱系数请，无织法就圈不同幻玉荷载福、不蹈同材药料结界构件忙安全系的影搭响加饱以区柏别对椅待，叶不能势正确斧地度名量结爆构的笛安全输度。④荷载巡寿的取西值仍然铃也是经算验值；⑤表多达式限中采筋用的盏材料龄强度充是平贼均值店，它集不能旨正确遭反映透材料资强度楼的变作异程啊度，残显然粗也是因不够晌合理粘的。工程备结构煤设计盐理论琴演变权简况概率获极限盖状态油设计阶法概率极述限状态盈设计法龟是以概率理赌论为基础，将作用效俘应和影合响结构朗抗力的主要因肚素作为废随机变国量，根据盯统计分苗析确定藏可靠概蛾率来度洗量结构制可靠性露的结构杆设计方贱法。其瞎特点是涝有明确巧的、用矿概率尺还度表达反的结构蒜可靠度惧的定义扬，通过喘预先规兄定的可喉靠指标脊值，使压结构各费构件间索，以及轰不同材董料组成尺的结构查之间有哪较为一朋致的可姻靠度水泼平。国际上溉把处理捎可靠度周的精确敲程度分利为3个水准街。(1)水准I——半概率菌方法。精度最肤低，用俘随机变瓶量的一盆阶矩（赤均值）怖加以概热括，可援靠度分次析基本摇上靠工红程经验集进行估容计判断组，很难湖准确预圣计结构牢的可靠拥度。工程奥结构辣设计哲理论蒜演变我简况(2)水准II—肿—近似概寨率法。相对馅比较扁精确铃，是痛用随挑机变瞒