《作用及荷载设计》课件

作用及荷载设计作用及荷载设计是建筑结构设计的重要组成部分。作用指的是作用于结构上的力，荷载指的是作用于结构上的外力。课程介绍本课程主要介绍作用及荷载在建筑结构设计中的应用。课程内容包括：荷载概述、常见荷载类型、荷载组合、极限状态设计、荷载系数、抗震设防等级、地震反应谱法、地震动力分析法、地震作用分析等。本课程将通过理论讲解、案例分析、软件操作等方式，帮助学生掌握作用及荷载设计的基本理论和方法，为学生从事建筑结构设计工作奠定基础。结构与作用结构结构指建筑物或构筑物的骨架，提供承载能力和稳定性。作用作用指作用在结构上的外力，包括荷载和环境因素。荷载荷载指作用在结构上的重量，包括自重、活荷载、风荷载等。环境因素环境因素指温度、湿度、地震等影响结构性能的因素。荷载概述荷载是作用在结构物上的外力，包括自重、活荷载、风荷载、雪荷载、温度作用、地震作用等。荷载设计是结构设计的重要组成部分，直接关系到结构物的安全性、耐久性和使用功能。准确确定荷载的大小、方向和作用位置，是进行荷载设计的基础。荷载设计要考虑各种因素，例如结构物的用途、使用环境、地理位置等。自重荷载自重荷载是指建筑物或构筑物本身的重量，包括各种材料的重量、结构构件的重量以及安装设备的重量等。1材料钢筋混凝土、钢结构、木材、砖石等材料的重量。2构件梁、柱、板、墙、楼板、屋顶、基础等构件的重量。3设备电梯、管道、空调、照明等设备的重量。4装饰墙面、地面、天花板的装饰材料重量。活荷载活荷载是指在建筑物或构筑物使用过程中，由于人员、设备、家具等活动而产生的荷载。活荷载的大小和位置都是不确定的，因此在设计时需要根据不同的使用功能和环境条件进行确定。活荷载的设计值通常根据结构的使用功能和环境条件确定，例如住宅的活荷载设计值通常为2.0kN/㎡，而车库的活荷载设计值则为4.0kN/㎡。风荷载风荷载风力对建筑物产生的荷载风压风对建筑物表面产生的压力风力系数风荷载大小的比例系数风荷载是建筑物重要的荷载之一，需要根据风速、风向、建筑物形状等因素进行计算。雪荷载雪荷载作用类型特点静荷载垂直荷载均匀分布，集中在屋顶可变荷载随时间变化雪量、雪深、雪密度影响雪荷载主要影响屋顶结构，需要根据当地气象条件和建筑物类型进行计算，并考虑积雪的分布和厚度。温度作用温度变化对建筑物结构产生影响，主要体现在热胀冷缩。温度变化引起结构内部应力，进而影响结构的强度和稳定性。10温度变化温度变化主要指季节变化或昼夜变化引起的温度差。50膨胀系数不同材料的膨胀系数不同，导致结构不同部位的膨胀量不同，产生应力。100温度梯度结构内部不同部位的温度梯度也会产生应力。20应力温度应力会降低结构的承载能力，甚至引起结构破坏。温度作用的计算方法和设计规范需要根据具体工程情况和规范要求进行。地震作用地震作用是结构设计中非常重要的考虑因素之一。地震的发生会对建筑物造成巨大的破坏，因此必须进行合理的设计以确保建筑物的抗震能力。地震作用的大小取决于地震烈度、地震震级、地质条件和建筑物自身的结构特点等因素。组合作用基本组合基本组合是指由各种荷载作用共同作用于结构的一种组合，用于确定结构的强度和稳定性。偶然组合偶然组合是指由各种荷载作用共同作用于结构的一种组合，用于确定结构的耐久性。特殊组合特殊组合是指在某些特殊情况下，例如地震或爆炸，需要考虑的荷载组合。荷载系数11.安全系数考虑材料强度、施工质量等因素，确保结构安全。22.可变系数反映荷载的变异性，确保结构在不同荷载工况下安全。33.组合系数考虑不同荷载类型之间的相互影响，确保结构在组合荷载作用下安全。极限状态结构失效结构失去承载能力，无法正常使用，例如倒塌、断裂、严重变形等。使用功能失效结构虽然没有倒塌，但无法满足使用功能要求，例如过大的振动、沉降、裂缝等。极限状态设计建筑结构设计时，需要考虑结构在各种荷载作用下可能出现的极限状态，并确保结构能够安全可靠地使用。极限状态设计原则安全性结构能够安全地承受各种荷载并保持稳定性，防止倒塌或局部破坏。适用性结构在使用过程中满足功能需求，确保使用性能和耐久性，满足用户体验和舒适度。经济性设计方案应经济合理，尽可能降低成本，满足工程造价要求。极限承载能力极限承载能力是指结构或构件在荷载作用下所能承受的最大荷载，超出此荷载，结构将发生破坏或丧失使用功能。极限承载能力是结构安全的重要指标，在结构设计中必须予以充分考虑。结构设计的目的是保证结构在正常使用情况下具有足够的承载能力，并能够抵抗各种意外荷载，如地震、风、雪等。极限承载能力的计算方法主要有两种：理论计算法和试验法。理论计算法基于材料力学和结构力学原理，通过计算得出结构的承载能力；试验法通过对结构或构件进行试验，直接测量其承载能力。极限使用状态定义结构在正常使用情况下，可能出现的结构失效或功能丧失特征结构的变形、振动或其他性能超过规定的限值后果影响结构的正常使用功能，但不威胁结构安全永久和临时荷载永久荷载永久荷载是指作用在结构上长期不变的荷载。例如，房屋的自重、墙体、楼板、屋顶、固定设备等。临时荷载临时荷载是指作用在结构上时间不固定、大小和位置可能变化的荷载。例如，人和家具的重量、风荷载、雪荷载、地震荷载等。荷载区分区分永久荷载和临时荷载的目的是为了确定结构的承载能力和使用寿命。永久荷载是结构安全的重要保证，而临时荷载则需要考虑其变化规律，确保结构的安全性和稳定性。荷载组合1基本组合基本组合用于计算结构构件的正常使用极限状态，考虑永久荷载、可变荷载和其他荷载的影响。2偶然组合偶然组合用于计算结构构件的承载能力极限状态，考虑永久荷载、可变荷载和其他荷载的影响。3地震组合地震组合用于计算结构构件的抗震设计，考虑永久荷载、地震荷载和其他荷载的影响。分部验算基础基础验算主要考虑地基承载力，并根据基础形式进行验算。主要包括基础抗压强度验算，抗剪强度验算，以及基础的整体稳定性验算。主体结构主体结构验算主要包括梁、柱、板、墙等构件的强度、刚度和稳定性验算。验算时应考虑不同荷载工况下的内力、变形和屈服条件。屋面和楼面屋面和楼面验算主要包括板、梁、柱等构件的强度、刚度和稳定性验算。需要考虑屋面荷载、楼面活荷载、以及屋面和楼面自身的重量。建筑物全体验算综合考量考虑所有可能的作用和荷载组合，包括自重、活荷载、风荷载、雪荷载、温度作用和地震作用等。安全系数根据建筑物的类别、重要性和使用功能，确定相应的安全系数，确保建筑物的安全性和可靠性。规范要求遵循相关的建筑规范和标准，例如《建筑结构荷载规范》GB50009-2012等。抗震设防等级11.地震烈度地震烈度表示地震对地面和建筑物的影响程度，采用中国地震烈度表。22.结构重要性结构的重要性指建筑物在发生地震时对社会、经济的影响程度。33.结构场地条件场地条件指建筑物所在地的地质、土壤条件，会影响地震波的传播和放大程度。44.结构抗震措施抗震措施包括结构的抗震设计、施工、材料、抗震验收等。地震作用分析1地震动输入地震动是地震作用的基本参数。2结构响应分析分析结构在地震动作用下的动力响应。3地震力计算根据结构响应计算地震作用力。地震作用分析是结构抗震设计的基础，确定结构在发生地震时如何响应，计算结构需要承受的地震力。地震弹性反应谱地震弹性反应谱是描述地震动特性的一种重要工具。反应谱是以地震动频率为横坐标，结构在不同频率下产生的最大地震加速度为纵坐标绘制的曲线。1频率结构的固有频率2加速度结构在该频率下的最大加速度3地震动特定地震事件的地震动记录地震弹性反应谱可以用于确定地震荷载对结构的影响。地震反应谱法1确定地震动参数周期、阻尼比、峰值加速度2绘制反应谱根据地震动参数计算结构反应3确定结构自振周期通过振型分析获得4确定结构最大地震力利用反应谱计算结构承受地震力地震反应谱法是一种简便有效的方法，广泛应用于建筑结构抗震设计中。地震动力分析法结构动力模型构建结构的动力模型，包括质量、刚度和阻尼等参数。地震激励将地震动输入结构模型，模拟地震发生时的地面运动。计算分析运用数值方法求解结构在地震激励作用下的动力响应，包括位移、速度和加速度。结果评估分析结构的动力响应，评估结构的抗震性能和可能发生的破坏模式。整体抗震性能控制结构安全确保建筑结构在发生地震时不发生倒塌，保证生命安全。损伤控制控制地震造成的结构损伤，减少维修成本，提高抗震耐久性。功能恢复地震后，建筑结构能够尽快恢复功能，满足基本使用要求。构件抗震设计柱抗震设计保证柱的抗震强度和延性，控制破坏模式。梁抗震设计确保梁的抗震强度，避免剪切破坏，增强抗弯能力。墙抗震设计提高墙体的抗震强度，增加延性，控制墙体裂缝宽度。节点抗震设计保证节点的抗震强度，防止节点提前破坏，保证结构整体性。基础抗震设计1基础类型基础类型应根据地质条件和建筑物类型选择，如条形基础、筏形基础等。2抗震措施应采取措施增强基础的抗震性能，例如增加基础刚度、设置抗震缝等。3基础计算基础应进行抗震计算，确保其能承受地震荷载，并满足相关规范要求。4施工质量基础施工质量应严格控制，确保其符合设计要求，以保证建筑物的安全。材料与构造要求材料选择使用符合国家标准的优质材料。构造设计确保结构的稳定性和耐久性，并符合相关规范。施工工艺严格遵守施工规范，保证施工质量。验收标准根据国家标准和设计要求进行验收。质量控制材料质量控制材料质量直接影响结构安全，因此要严格