结构构件上的荷载及结构的计算简图

第三讲结构构件上的荷载及结构的计算简图1结构上的荷载目录2静力学基本知识3结构计算简图

1结构上的荷载1结构上的荷载

(1)按作用时间的长短和性质分按作用时间的长短和性质，荷载可分为三类：永久荷载、可变荷载和偶然荷载。①永久荷载是指在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。例如，结构的自重、土压力、预应力等荷载，永久荷载又称恒荷载。1结构上的荷载1.1荷载的分类②可变荷载是指在结构设计使用期内其值随时间而变化，其变化与平均值相比不可忽略的荷载。例如，楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等，可变荷载又称活荷载。③偶然荷载是指在结构设计使用期内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如，爆炸力、撞击力等。1结构上的荷载(2)按结构的反应特点分荷载按结构的反应特点分为静态荷载和动态荷载两类。①静态荷载是使结构产生的加速度可以忽略不计的作用，如结构自重、住宅和办公楼的楼面活荷载等。②动态荷载是使结构产生的加速度不可忽略不计的作用，如地震、吊车荷载、设备振动等。1结构上的荷载(3)按作用位置分荷载按作用位置可分为固定荷载和移动荷载两类。①固定荷载是指作用位置不变的荷载，如结构的自重等。②移动荷载是指可以在结构上自由移动的荷载，如车轮压力等。1结构上的荷载(1央)材料励的重面力密忙度某种华材料剪单位拦体积论的重养量（kN蹄/m3），舞称为韵材料静的重薯力密仁度，低用γ表示煌。1.2荷载的分布形式如工凯程中饮常用辩水泥旱砂浆塌的重羞力密驻度是20再k造N/尊m3，石绩灰砂铁浆的喇重力抗密度绳是17周k连N/李m3，钢臣筋混贸凝土星的重初力密局度是25榜k绕N/袋m3，砖卷的重静力密夫度是19使k木N/嫂m3。1结构谁上的驻荷载(2良)均布股面荷侨载在均柿匀分找布的班荷载鉴作用影面上焦，单榆位面晕积上抚的荷验载值辣称为咱均布职面荷嫂载，佩其单跟位为kN长/m2或N/论m2。下页逆图为板诉的均布嫩面荷局载。【知识初链接】一般协板上督的自姑重荷千载为跳均布饰面荷胆载，纹其值鄙为重副力密扒度乘阿以板剪厚。如一葬矩形却截面兄板，誉板厚滚度为h（m），重力页密度堤为γ（kN言/m3）,板的题自重忍在平也面上杆是均矩匀分介布的描，单海位面仪积的皱自重gk=γ跪h（kN裙/m2）。1结构田上的匙荷载板的密均布次面荷疾载梁上奏的均鸦布线俭荷载1结构跑上的房诚荷载(3皆)均布亦线荷株载沿跨节度方吵向单刃位长臣度上总均匀扯分布系的荷穗载称化为均败布线遗荷载称，其候单位慎为kN和/m或N/羊m，上页下图为梁判上的均布产线荷以载。一般托梁上宇的自断重荷丧载为美均布忌线荷屿载，已其值足为重歉力密粘度乘敬以横宗截面猪面积咏。如一带矩形脏截面造梁,其截吹面宽网度为b（mm），益截面坊高度陡为h（mm），盆重力绘密度莫为γ（kN洒/m3）,梁的他自重况沿跨胡度方煎向是扬均匀挂分布扒的，具沿梁默轴均坐布线沾荷载gk=γ迟bh（kN鸣/m）。1结构挂上的糊荷载(4击)非均省布线殊荷载沿跨光度方裳向单巨位长闪度上叨非均妥匀分括布的隶荷载俭称为住非均明布线捡荷载艰，其熔单位感为kN尖/m或N/贷m。下图已所示的挡心土墙气的土键压力鸽即为非均文布线钳荷载。挡土陕墙的秧土压饱力1结构遭上的已荷载(5够)集中搏荷载尼（集烦中力似）集中猫地作螺用于温一点蒜的荷俊载称录为集中撒荷载（集垦中力保），拾其单氏位为kN或N，通轿常用G或P表示纪，如右矮图所再示的柱额子自阔重。柱子冒的自慌重一般道柱子盘的自郊重荷陷载为翅集中卡力，谎其值听为重泥力密咱度乘花以柱滔子的得体积亏，即G=桐γbh抢L。1结构醒上的恼荷载板上弱的荷肉载传导给梁洽示意干图1结构宋上的渡荷载在后君续进鼓行结龙构设贝计时盖，对南荷载阀应赋样予一访个规境定的码量值盟，该王量值度即所清谓荷朵载代愁表值缠。永久掏荷载冬采用颗标准松值为尾代表防值，节可变贝荷载付采用海标准雁值、讽组合孔值、栋频遇为值或萌准永床久值逗为代及表值。1.3荷载的代表值1结构闪上的上荷载按承巷载能堡力极赵限状蚂态设流计时叶，可葛变荷壮载的疯代表狡值一着般取猾其标疏准值喇或组脂合值武，按任正常侍使用畅极限论状态塞设计贞时，药可变航荷载炮的代茫表值顿一般少取其湖频遇仅值或含准永捏久值网。1荷载寨的标四准值荷载标准寻值是荷血载的惊基本炎代表劈燕值。紧荷载担标准雪值为墙设计仍基准染期内伍（50年）垦最大井荷载康统计丝式分布仓的特近征值码，是指律其在甲结构肢使用匙期间丹可能迟出现械的最率大荷梁载值。（1)永久体荷载短标准辆值（gk或Gk），猛是永妖久荷付载的谋唯一茅代表单值。对淡于结运构自脏重可攀以根竟据结盯构的芝设计借尺寸灰和材库料的塘重力掏密度末确定羡。1结构奸上的扬荷载【例3.派1】矩形张截面蓄钢筋堤混凝元土梁L2，计输算跨着度为5.娘1贯m，截然面尺皇寸为b=尚25程0另mm，h=难50犹0工mm，求成该梁仿自重(即永不久荷妖载)标准冷值。【例3.超2】楼面森做法糖为：30朋m咬m水磨津石地芬面，12独0花mm钢筋拖混凝同土空财心板滨（折锦算为80源m辟m实心辟板）满，板扁底石肢灰砂歼浆粉拾刷厚20雕m眨m，求百楼板吼自重纱标准痛值。计算抚过程瓶中应晚注意席物理卵量单壳位的大换算蓝。（各病材料咏的重妹力密犹度前跟面已乎给出证）1结构僵上的诵荷载（2)可变辞荷载封标准极值(qk，Qk)，由草设计仁使用怜年限馒内最半大荷惊载概亲率分吊布的苗某个积分位劳值确菊定，倡是可响变荷绢载的生最大笋荷载社代表压值，矩由统占计所斜得。水我国《建筑丈结构上荷载菌规范》对于块楼(屋)面活阿荷载遗、雪武荷载闷、风廉荷载当、吊仪车荷坟载等涉可变连荷载深标准纸值，幕规定种了具睛体的约数值另，设仗计时鞠可直国接查园用。根据《荷载昂规范》查得必案例讯一中切教学汤楼教戴室的第楼面洋活荷贵载标燥准值姜为2跳kN策/m2；楼洗梯上两的楼保面活落荷载曾标准姥值为2.投5良kN链/m2。1结构分上的利荷载2可费变荷足载组帜合值湾（Qc）当结茎构上沟同时席作用认有两遥种或犁两种县以上劫可变利荷载帆时，教由于临各种弯可变向荷载回同时斜达到膏其最主大值库（标聚准值沾）的圣可能律性极逐小，袍因此付，计串算时港采用汁可变故荷载档组合响值，望用Qc表示番：式中Qc——可变假荷载焰组合畏值；Qk——可变眼荷载芳标准掠值；ψc——可变考荷载防组合宋值系嫩数，争一般岔楼面砌活荷克载、盆雪荷榨载取0.拼7，风乘荷载凯取0.析6。1结构葵上的舟荷载3.可变课荷载滑频遇释值（Qf）可变秩荷载量频遇俊值是携指结劝构上性时而益出现娇的较喂大荷网载。乎对可凶变荷身载，屠在设齿计基自准期旨内，初其超践越的俯总时呈间为映规定席的较现小比埋率或乒超越规频率恒为规采定频近率的劣荷载迟值。拾可变帮荷载补频遇竟值总唱是小编于荷征载标呀准值蚁，其魔值取爆可变父荷载政标准季值乘吹以小维于1的荷长载频筛遇值甚系数叼，用Qf表示搁：式中Qf——可变魂荷载轿频遇泡值；ψf——可变辜荷载伴频遇镰值系争数。3.棚1结构都上的株荷载4可变构荷载德准永友久值哨（Qq）可变下荷载尺准永屑久值抚是指李可变薪荷载乓中在秧设计奴基准钢期内腿经常慈作用幕（其困超越哗的时稻间约慢为设侵计基苍准期词一半寻）的膏可变烧荷载桃。在糠规定票的期机限内筑有较椒长的技总持盟续时兴间，棵也就饱是经郊常作勒用于主结构蛾上的俘可变脆荷载毕。其抹值取覆可变品荷载蓝标准旧值乘省以小严于1的荷煎载准聋永久率值系垄数，机用Qq表示编：式中Qq——可变签荷载往准永题久值况；ψq——可变圈荷载扮准永附久值揭系数雾。1结构朱上的断荷载(1纯)荷载姨分项怕系数荷载狐分项倒系数用于耀结构雨承载稠力极拨限状狗态设虏计中爱，目存的是夕保证义在各辜种可掘能的咏荷载望组合脉出现纳时，研结构毛均能桃维持役在相俱同的绣可靠型度水疏平上造。荷疑载分基项系趴数又稼分为皮永久介荷载宇分项搜系数γG和可智变荷搬载分道项系茂数γQ，其召值见下页浸表。1.4荷载分项系数与设计值1结构友上的歼荷载基本著组合抓的荷种载分窄项系少数1结构衰上的蛋荷载(2悔)荷载佳的设络计值一般睬情况犬下，饮荷载华标准色值与船荷载垮分项东系数垦的乘怒积即翼为荷群载设奸计值，也杜称设允计荷冬载，该其数狼值大停体上岗相当仆于结推构在哗非正沾常使艇用情口况下拆荷载订的最校大值弦，它甩比荷可载的希标准万值具叨有更泥大的税可靠徐度。橡永久就荷载柏设计叠值为γGGk；可劳变荷饭载设狡计值橡为γQQk。【例3.档3】求例3.恒2中楼涉面永吉久荷砍载设候计值参和可迷变荷血载设疯计值严。永哑久荷洲载及暴可变侨荷载放分项宵系数批分别凤为1.胆2和1.臂4。1结构描上的岭荷载结构绣构件告的承肺载力输设计移应采耗用下其列极怜限状替态设楚计表男达式删：S≤仇R由可叠变荷鲜载效沟应控刮制的打组合锹：（1）杀按承煌载能翁力极香限状泉态设犯计的蛋实用怜表达无式由永蹄久荷依载效魔应控怕制的骗组合员：1.5

极限状态下的实用设计表达式1以上牧各式枕中，γGSＧk和γQSＱk分别事称为曲恒荷雷载效邮应设糟计值拍和活忽荷载娃效应谎设计率值。受相应霜地，γGＧk和γQＱk分别躺称为何恒荷受载设荡计值歼和活征荷载黎设计古值，坐它们棒是荷晶载分共项系胃数与秒荷载展代表激值的智乘积焦。【例4】某办决公楼榨钢筋板混凝扁土矩宪形截保面简广支梁赠，安脖全等拘级为辩二级你，截肃面尺炸寸b×业h红=怀20掠0m误m×肠40厦0m黑m，计同算跨吐度l0=5捉m。承旁受均丙布线女荷载很：活旨荷载犯标准棚值7k障N/傻m，恒植荷载傍标准稻值10恩kN轮/m（不邻包括头自重劲）。迷求跨娱中最杂大弯姓矩设标计值南。【解】活荷镇载组顷合值刑系数ψc=0穴.7，结晒构重案要性谢系数γ0=1怕.0。钢筋衣混凝宽土的升重度挥标准屯值为25龄kN求/m3，故济梁自撞重标提准值娘为25乱×0快.2命×0疑.4奇=2避kN况/m。总恒度荷载溉标准腔值gk=1羞0+木2=滴12共kN堵/mMgk=1苦/8鉴gk筐l02=3杂7.锤5k最N·颤mMqk=1沸/8渴qk俗l02=2逮1.径87冻5k听N·耳m由恒例载弯卫矩控描制的芦跨中阳弯矩房诚设计狭值为贝：γ0(γGMgk+ψcγQMqk)=背7览2.崖06挤3k士N·马m由活询载弯闻矩控检制的锈跨中暮弯矩始设计什值为楚：γ0(γGMgk+γQMqk)=掀7润5.飘62姻5k药N·紧m取较剖大值隐得跨猛中弯现矩设贩计值M=傅75把.6族25来kN迹·m。对于颗正常塞使用湖极限温状态章，应咽根据局不同劲的设叶计要专求，与采用荷载汇效应恒的标夜准组销合、毙频遇缴组合烘或准规永久积组合，按译下列汗设计迎表达密式进阻行设霉计：Sd≤C混凝纪土结锯构的正常笋使用金极限串状态景主要孟是验毯算构而件的根变形顾、抗禾裂度己或裂辱缝宽案度，使细其不架超过淡相应忽的规武定限纵值。砌体色结构散的正抛常使偶用极啄限状牌态要辅求，梨一般鸡情况缓下可头由相祸应的享构造桥措施贝保证暮。（2）暴按正剧常使倘用极短限状石态设灰计的产实用势表达妄式2静力菌学的辣基本米知识2静力斩学的昆基本保知识静力昆学（St镜at构ic持s）就纵是研扮究物罗体在扁力系鱼作用谎下平联衡规奸律的挖科学脉。静武力学茶是力轻学的烧一个码分支谜。静力愁学的薪基本齿物理快量有奸三个凯：力灿、力肉偶、笨力矩株。力的团三个浇要素妙：力的霸大小诸，力衔的方捷向和爷力的圾作用锐点。2.1静力学回顾2静力祖学的承基本却知识（1）生力的鸣分解纱与合眼成在工浅程实舅际问傍题中创，常怒把一骑个力F沿直局角坐图标轴捷方向分解为两浇个互监相垂帜直的腿两个睁分力Fx、Fy，如下图所坊示。Fx、Fy的大备小可触由三大角公衫式求惨得:力的痕合成端方法烈与之量类同【例4】试分肌别求扩出下图中各躬力在x轴和y轴上第的投扭影，岂已知F1=8缘瑞0坚N，F2=1奴20羞N，F3=F4=2济00研N，各强力的农方向衬如下图所州示。例4附图（2载）力矩荐的概己念如右图所示氏，扳脑手拧准螺母砌的转窝动效差果不爱仅与判力F的大暴小有姿关，湖而且金与点O到力侦作用卡线的砖垂直阵距离d有关巷。力对限点之厉矩为力对O点的框力矩伟（N·偶m或kN歪·m）【例5】分别削计算下图所示开的力F1、F2对O点的工力矩棕。由例张5可坡以看使出，贝合力节对某匠一点炉的力虏矩与捏其分形力对已该点暮的力帜矩有尼如下停关系剂：平面伤汇交取力系疾的合渠力对沾平面使内任洒一点蒸的力华矩，丝式等于猜力系家中各比分力汁对同抛一点早力矩钢的代隙数和东。这就益是平夸面汇葵交力主系的合力帝矩定社理。（3）力偶香和力绘偶矩在力想学中免，这埋种由津大小帖相等爱、方沾向相真反、蚊作用朱线互岩相平四行但命不重竭合的裂两个填力组加成的点力系局，称自为力篇偶（如下图所示卖），宅用符懒号（F、F′）表证示。注意坝：力偶筑不能民简化激为一吨个力笋，既支不能刑用一连个力纹代替堵，也貌不能避和一下个力农平衡冈，力纳偶只同能与挨力偶镇平衡处。（1霞）约束渴与约德束反集力的已概念限制扇一个掩物体煮运动并的其求他物醒体就贯称为然该物拔体的门约束堆。例如宣，柱供子就描是梁助的约砌束，呼基础圣就是新柱子崖的约期束，屑合页蚊是门翼和窗肤的约宅束。由于卖约束毒限制寺了被隆约束盘物体鱼的运醋动，答因此桶，约束仔必然曾对约宜束物号体有辽力的望作用牲，这减种力可称为顶约束钻反力凳，简苍称反披力。孝约束盟反力坛的方刊向总常是与亦被约舍束物烦体的合运动斯方向泛相反泽。2.2

约束与约束反力（2华）几种坑常见拿的约慰束类时型1)柔体递约束柔体碗约束师只能痒受拉齐，不役能受渣压。如下图所例示。2)光滑碎接触忌面约性束光滑占接触剪面的东约束猛反力巴必定拨通过伸接触赛点，喊并沿颗着接假触面政的公溪法线艺方向机指向振被约老束的喇物体隆，且御只能畜是压匠力，如下图所示赵。3)可动蒜铰支呈座它只击能限境制结草构或糖构件穴沿垂恐直于喜支承佣面方泄向的筒移动动，而累不能称限制她其绕白铰轴嘱转动臂和沿乒支承辅面方旬向的菌运动。如下崭图所呼示4)固定怪铰支联座它可剂以限栗制结俯构或硬构件妄沿任身意方歪向的屑移动岗，而是不能佛限制傲其转男动。5)固定寨端支钓座它既汗能限雹制连接痕点在亿任意墓方向恋的移动纳，又上能限毕制其窃转动对。所以电它的支座喂反力搅常用棚两个狮互相抄垂直蓬的分起力和茂反力绝偶共温三个覆反力须分量浴来表死示，如下图所纯示。3结构冶的计舅算简江图3结构势的计活算简厦图把结建构抽薪象和绪简化甘为既仇能反垄映实俭际受彩力情附况又胀便于黄计算理的图押形。召这种抄简化锁图形互是计倡算时振用来嘱代替婆实际包结构禁的力畏学模南型，易一般色称为宁结构轿的计判算简怜图。计算敢简图糊的选共择应达遵循演下列透两条锻原则喘：①能正确面反映躺结构漂的实余际受既力情含况，总使计堂算结假果接全近实缸际情颠况；②网略去箱次要槐因素肠，便津于进问行分码析和副计算由。3.1计算简图计算坑简图县一般般从如行下四席个方余面来可进行怒简化抖。(1拖)结构圾体系柄的简相化工程加实际黄中往凡往都兽是由商若干料构件权或杆取件组出成的派空间柜体系砖。除惧特殊涛情况炮外，阻一般左根据陶其受追力情双况忽挨略一验些次狼要的拍空间议约束复而将孟实际外结构瞧分解清为平垃面体究系。叼对于泊构件悲或杆工件常劲用其壤纵向烛轴线备（画攀成粗朴实线轰）来学表示键。(2慨)节点牺的简净化杆件帝与杆佣件相醋互连龟接处俘称为格节点斧。①铰节透点是指莫杆件鼠与杆姥件相打互连旺接处吨采用境上节蹦介绍栋的圆缸柱铰投链约梁束，蛮连接涌后杆聋件之怖间可棒以绕野节点吴中心璃产生拴相对盟转动托而不电能产县生相炭对移马动。②刚节资点是指明杆件缩慧与杆联件相民互连麻接处技采用责焊接灯（钢凤结构猴）或堆现浇评（钢踩筋混白凝土驴结构饰）等虾方式除，连是接后返杆件培之间扭既不鸦能产底生相造对移威动，期也不击能产侨生相笑对转蛋动，选即使筛结构茎在荷锯载作隐用下燥发生岭变形仗，在悦节点摧处各脑杆端筐之间准的夹彻角仍功然保仔持不泊变。(3零)支座吹的简瞒化在工悲程结岗构中烦，随索着支萌座构更造形切式或住材料允不同影，其粱支承众的约嘱束情思况差续异很狮大。急一般奸根据寨支座五的实脑际构咏造不叠同和璃约束任的特吗点不还同，捐通常炎将其畏简化挎为可动柄铰支差座、吓固定款铰支卫座和敢固定胜端支范座三种献基本阀类型系。