《设计荷载》课件

设计荷载建筑结构设计的重要基础，是确保建筑物安全性的关键因素。by课程简介课程内容本课程主要讲解建筑物结构设计中所涉及的各种荷载及其计算方法。课程目标帮助学生掌握建筑物结构设计荷载的分类、确定和计算方法，为后续结构设计课程奠定基础。学习方法课堂讲解、案例分析和课后练习相结合，加深对知识的理解和应用。荷载分类11.永久荷载建筑结构自身重量和固定设备重量。22.变动荷载随时间变化或空间位置变化的荷载，例如人员、家具、设备、雪、风和地震。33.偶然荷载偶尔出现的荷载，例如吊车、施工荷载、爆炸荷载和撞击荷载。44.组合荷载几种不同荷载同时作用于结构时的荷载。永久荷载自重荷载建筑物自身重量固定设备荷载固定在建筑物上的设备基础设施荷载管道、电缆等装饰装修荷载墙面、地面装饰材料变动荷载车辆荷载车辆荷载是指车辆在道路、桥梁或其他建筑物上行驶时产生的荷载。火车荷载火车荷载是指火车在铁路轨道上行驶时产生的荷载。人群荷载人群荷载是指人群在建筑物内活动时产生的荷载，例如在剧院、体育馆或商场。吊车荷载吊车荷载是指吊车在建筑物内作业时产生的荷载。偶然荷载偶然荷载定义偶然荷载是指可能出现的，但不是经常出现的荷载。它们对结构安全的影响通常很小，但在设计中需要考虑，因为它们可能在特定情况下产生显著影响。偶然荷载示例常见的偶然荷载包括风荷载、雪荷载、地震荷载等。这些荷载通常由自然因素引起，可能在特定时间和地点出现，对建筑结构产生较大的影响。组合荷载综合考虑组合荷载是指各种荷载作用下，对建筑物结构产生的合力。设计安全组合荷载的设计目的是确保建筑物在各种情况下都能承受各种荷载。计算模型组合荷载的设计值需要通过复杂的计算模型得出，以确保结构安全。永久荷载的设计值永久荷载的设计值是指结构在正常使用状态下，其自身重量以及永久性设备重量的总和。设计值一般通过将标准值乘以荷载分项系数γG来确定，其通常取值为1.2。荷载类型标准值荷载分项系数γG设计值结构自重G1.21.2G永久设备重量Gk1.21.2Gk变动荷载的设计值变动荷载的设计值是指在结构设计中考虑的实际荷载值。这些值通常是根据经验数据和规范要求确定的。偶然荷载的设计值偶然荷载的设计值是指在结构设计时考虑的偶然荷载的大小，它通常是根据结构的具体情况和相关规范来确定的。偶然荷载的设计值通常要比永久荷载的设计值小，因为偶然荷载出现的频率比较低，而且其大小也比较不确定。在确定偶然荷载的设计值时，需要考虑各种因素，例如结构的使用功能、结构的类型、结构的地理位置等。1.2安全系数偶然荷载设计值通常乘以安全系数，以确保结构的安全。0.5荷载组合偶然荷载设计值通常与其他荷载一起进行组合，以确定结构的最终设计荷载。1.0设计规范偶然荷载设计值需要根据相关规范进行计算，并保证其合理性。组合荷载设计值的计算1基本荷载组合考虑永久荷载和变动荷载2偶然荷载组合考虑永久荷载、变动荷载和偶然荷载3特殊荷载组合考虑地震荷载、风荷载组合荷载设计值是结构设计中重要的参数。不同的荷载组合方式，需要根据不同的结构特点进行计算。建筑物结构的平面布置建筑物结构的平面布置是建筑设计的重要组成部分，它直接影响着建筑物的使用功能、空间布局和美观性。平面布置应充分考虑建筑物的使用功能和空间需求，并合理安排各功能区域的面积和位置，确保各区域之间通畅的交通流线。同时，平面布置还应考虑建筑物的朝向、采光、通风和日照等因素，以创造舒适宜人的室内环境。建筑物结构的高度布置建筑物结构的高度布置是指建筑物各层楼板的高度和层高。层高是指相邻两层楼板之间的垂直距离，层高影响建筑物内部空间的使用功能和舒适度。高度布置方案应根据建筑物功能要求、建筑物高度、结构类型、建筑材料等因素进行综合考虑。高度布置方案应满足建筑物使用功能需求，同时应符合建筑规范要求。屋顶的设计荷载屋顶的设计荷载是建筑物设计的重要参数，它直接影响到屋顶结构的承载能力和安全性。屋顶荷载主要包括：自重荷载、雪荷载、风荷载、使用荷载等。1.5自重0.5雪荷载0.8风荷载0.2使用荷载外墙的设计荷载荷载类型设计值(kN/m²)说明自重荷载0.5-1.0外墙材料重量风荷载0.5-1.5风力对外墙的影响雪荷载0.2-0.5积雪对外墙的压力地震荷载0.1-0.3地震对外墙的冲击楼地面的设计荷载楼地面的设计荷载是指建筑物楼层地面在使用过程中所承受的各种荷载，主要包括活荷载和恒荷载。活荷载是指建筑物在使用过程中变化的荷载，例如人员、家具、设备等的重量。恒荷载是指建筑物在使用过程中始终存在的荷载，例如楼板、墙体、屋顶等结构的自重。楼地面的设计荷载是建筑物结构设计的重要参数，它直接关系到建筑物的安全性和使用寿命。楼梯和平台的设计荷载楼梯5.0kN/m2平台5.0kN/m2楼梯和平台的设计荷载应考虑人员和物品的重量，并应符合相关规范的要求。楼梯的设计荷载应包括人员荷载和物品荷载，平台的设计荷载应考虑人员荷载和平台自重。栏杆和扶手的设计荷载栏杆和扶手是建筑物中常见的安全设施，主要用于防止人员坠落，同时也起着装饰作用。在设计栏杆和扶手时，需要考虑其所承受的荷载，以确保其安全性和可靠性。栏杆和扶手的荷载主要包括静荷载和动荷载两种。静荷载是指长期作用于栏杆和扶手的荷载，例如自身重量和固定荷载；动荷载是指短暂作用于栏杆和扶手的荷载，例如人员行走或倚靠的荷载。在设计中，需要对静荷载和动荷载进行计算，并根据计算结果选择合适的材料和截面尺寸。0.5KN/m静荷载通常考虑自身重量，并适当考虑固定荷载1.0KN/m动荷载根据人员行走或倚靠的荷载设备和管线的设计荷载设备和管线的设计荷载应考虑其重量、尺寸、安装方式以及运行时的振动和冲击等因素。例如，空调系统、供水系统、排水系统、电力系统、通信系统、消防系统等。温度荷载的确定1温度差建筑物材料在不同温度下会发生膨胀或收缩，产生温度应力。温度差越大，应力越大。2材料特性不同材料的热膨胀系数不同，对温度荷载的敏感程度也不同。3建筑类型不同建筑类型对温度荷载的敏感程度也不同，例如，外墙暴露在阳光下的部分温度变化较大。雪荷载的确定雪荷载的定义雪荷载是指积雪对屋顶或其他结构的垂直压力。雪荷载的大小取决于雪的密度、积雪深度和屋顶的形状。雪荷载的计算雪荷载的计算方法通常采用经验公式或规范规定，并考虑屋顶坡度、风向和地理位置等因素。雪荷载的影响雪荷载对建筑结构的影响很大，可能会导致屋顶坍塌或结构损坏。雪荷载的控制为了防止雪荷载对建筑结构造成危害，需要在建筑设计时考虑雪荷载，并采取相应的防雪措施。风荷载的确定1风压风荷载是建筑物受到风力作用产生的力，它对建筑物的安全性和稳定性有重要影响。2风向根据建筑物所处的位置，确定风荷载的方向。3风速根据建筑物所处的地区，确定风荷载的大小。4建筑形状建筑物的形状和尺寸会影响风荷载的大小和分布。地震荷载的确定1地震烈度地震烈度是指地震对地面和建筑物的影响程度，通过地震烈度表确定对应地区的地震烈度。2地震动参数地震动参数包括地震动峰值加速度、地震动持续时间等，根据地震烈度和场地条件确定。3结构自振周期结构自振周期是指结构在受到外力作用下发生振动时的周期，通过结构计算确定。4地震荷载计算根据地震动参数、结构自振周期和结构的抗震性能计算地震荷载。综合荷载的确定综合荷载是指在结构上同时作用的各种荷载的总和。确定综合荷载是进行结构设计的重要步骤。通过综合荷载分析，可以评估结构在各种荷载作用下的安全性，并确定结构所需的强度和刚度。1永久荷载包括建筑物本身的重量，如墙体、楼板、屋顶、楼梯等。2可变荷载包括使用过程中产生的荷载，如人流、家具、设备等。3偶然荷载包括地震、风、雪等自然灾害作用产生的荷载。根据不同的荷载组合和作用情况，可以选择不同的荷载组合方式。常用的荷载组合方式包括基本组合和特殊组合。基本组合用于日常使用情况下的结构设计，特殊组合用于特殊情况下的结构设计，例如地震或风荷载作用。建筑使用功能的影响11.荷载类型不同功能建筑的荷载类型和大小差异很大，比如住宅建筑以生活荷载为主，工业厂房则需要考虑生产设备荷载。22.荷载分布不同功能建筑的荷载分布也有差异，比如图书馆的书架荷载集中分布，而商场则需要考虑人群荷载的均匀分布。33.使用频率建筑的使用频率也会影响设计荷载，比如高频使用的建筑需要考虑动态荷载的影响，而低频使用的建筑则可以考虑静力荷载。建筑结构使用年限的影响设计寿命使用年限决定结构设计标准，例如材料强度等级、安全系数等。维护保养不同年限需要不同的维护计划，确保结构安全可靠。翻新改造使用年限影响结构改造难度和成本，需要考虑是否进行加固或更新。建筑物地理位置的影响气候条件不同地区的降雨量、温度、风速等气候条件会直接影响建筑物的设计荷载。例如，高寒地区需要考虑积雪荷载，沿海地区需要考虑台风荷载。地质环境建筑物地基的承载力、地震烈度等地质条件会影响建筑物结构的设计。例如，地震多发区需要考虑抗震设计，软弱地基需要进行地基处理。结构承重能力的验算验算建筑结构的承重能力是确保结构安全性和稳定性的关键步骤。验算过程需要考虑多种因素，包括荷载类型、荷载大小、结构材料强度和结构构件的尺寸等。验算方法通常采用有限元分析或其他数值分析方法，通过计算机模拟来计算结构在荷载作用下的应力和变形。验算结果需要满足设计规范的要求，确保结构在荷载作用下不会发生破坏或过度的变形。结构安全性的检查结构安全性的检查是建筑工程中至关重要的环节，确保建筑物在使用过程中能够安全可靠地承受各种荷载和环境影响。1承载力检查结构构件的承载能力是否满足设计要求，防止因荷载过大而导致结构破坏。2稳定性检查结构的整体稳定性，防止因外力作用而导致结构失稳倒塌。3变形检查结构的变形是否在允许范围内，防止因变形过大而影响使用功能或美观。4耐久性检查结构材料的耐久性，防止因腐蚀、风化等因素导致结构寿命缩短。结构安全性的检查需要专业人员进行，采用科学的检测方法和仪器设备，确保建筑物的安全性。结构抗震性能的评估评估方法描述地震反应谱分析利用地震反应谱模拟地震动，计算结构的动力响应。时程分析利用地震时程记录，模拟地震动，计算结