工程荷载-重力侧压力

工程结构荷载与可靠度设计原理 上海超高层建筑 迪拜塔 建于公元595 605年 李春 国际土木工程历史古迹 InternationalHistoricCivilEngineeringLandmark 赵州桥 1889年建成 塔高320米 总重7000吨 晴天可观赏70公里的景色 山西应县木塔 辽代建筑 1056年落成 67 31米高 底层直径30 27米 呈平面八角形 五层六檐 实为九层 共用红松木料3000立方 约2600多吨重 历经950年风霜雨雪和地震仍巍然屹立 38岁的丹麦建筑师D J 乌茨设计 1957年方案中选 1959 1973 中间两次停工 历时14年才建成 预算造价350万英镑 实际造价5000万英镑 设计方案由10片薄壳组成 但结构不合理 后改为三铰拱结构 本门课程主要知识点 工程结构荷载 重力 侧压力 风载等 地震作用与其他作用 温度 沉降 爆炸 浮力等作用 工程结构可靠度设计原理 荷载和结构抗力的统计分析 结构可靠度分析 结构概率可靠度设计法 典型工程结构的荷载计算 工民建结构 桥梁结构 隧道衬砌结构 相关规范建筑结构可靠度设计统一标准GB50068 2001Unifiedstandardforreliabilitydesignofbuildingstructures建筑地基基础设计规范GB50007 2002Codefordesignofbuildingfoundation建筑结构荷载规范GB50009 2001 2006年版 Loadcodeforthedesignofbuildingstructures建筑抗震设计规范GB50011 2001Codeforseismicdesignofbuildings混凝土结构设计规范GB50010 2002Codefordesignofconcretestructures高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3 2002Technicalspecificationforconcretestructuresoftallbuilding 工程结构可靠度设计统一标准GB50153 92 参考书 1 李国强等 工程结构荷载与可靠度设计原理 中国建筑工业出版社 2001 4第二版 2 白国良等 荷载与结构设计方法 高等教育出版社 2003 10 3 罗福午等 建筑结构概念设计及案例 清华大学出版社 2003 12 4 叶列平 混凝土结构 清华大学出版社 2005 8第二版 结构功能的基本要求 安全适用耐久经济美观 盘锦燃气爆炸 第四章结构设计方法 4 1结构的功能 第四章结构设计方法 4 1结构的功能 LondonRonanPoint公寓天然气爆炸引起连续倒塌 龙卷风袭田纳西房屋严重破坏 第一篇工程结构荷载 第一章荷载类型 1 1荷载与作用 荷载各种材料的自重人群和家具 设备车辆重力 制动力与冲击力风压力 水压力和土压力爆炸 冲击 制动 离心和其他物体的惯性力 直接作用 地震温度变化不均匀沉陷焊接间接作用 荷载 作用及作用效应 将能使结构产生效应 内力 应力 位移 应变 裂缝 挠度等 的因素统称为作用 将可归结为作用在结构上的力的因素成为直接作用 荷载 将不是作用力但同样引起结构效应的其他因素称为间接作用 结构上作用的效果如内力 变形等称为作用效应 1 2作用的分类 永久荷载 作用 permanentload action 设计基准期内其量值不随时间变化 或其变化与平均值相比可以忽略不计 可变荷载 作用 variableload action 设计基准期内其量值随时间变化 且其变化与平均值相比不可忽略 偶然荷载 作用 accidentalload action 设计基准期内出现或不一定出现 而一旦出现其量值很大且持续时间很短 1 按随时间的变异分类 2 按随空间位置的变异分类固定作用 在结构空间位置上固定分布可动作用 在结构空间位置上的一定范围内任意分布 3 按结构的反应分类静态荷载 作用 staticload action 对结构或结构部件不产生加速度或其加速度可忽略动态荷载 作用 Dynamicload action 对结构或结构部件产生的加速度不可忽略 风荷载 地震作用 温度作用 爆炸作用 基础不均匀沉降 第二章重力 2 1结构自重 结构自重 是由地球引力产生的组成结构的材料重力 一般而言 只要知道结构各部件或构件的尺寸及所使用的材料资料 就可以根据材料的重度 算出构件的自重 2 1 2 2 土的自重 参见地基基础教材土的自重应力即为土自身有效重力在土体中所引起的应力 成层土深度Z处的竖直有效自重应力的计算公式 2 2土的自重应力 莫斯科市中心的鲍曼市场发生屋顶坍塌事件 雪压 单位面积地面上积雪的自重 基本雪压 当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值 雪的深度 温度 风速 海拔高度都会对基本雪压大小产生影响 2 3雪荷载 一 基本雪压 屋面雪压的影响因素 风 屋面形式 坡度 屋面散热 二 屋面雪压 1 风的影响 漂积作用 高低屋面上漂积雪的分布 风会把部分本将飘落在屋面上的雪吹积到附近的地面上或其他较低的物体上 多跨屋面上的积雪分布 2 屋面坡度的影响 屋面雪荷载与屋面坡度密切相关 一般随坡度的增加而减小 主要原因是风的作用和雪滑移所致 较低侧的雪的堆积 造成很大的局部堆积雪荷载 双坡屋面一侧融化产生的非对称荷载 当坡度大到一定角度时 积雪滑移或滑落 坡度越大滑落的雪越多 屋面坡度对屋面积雪系数的影响 r 屋面积雪分布系数 即屋面雪载与地面雪载之比 3 屋面温度的影响采暖房屋的积雪小 不连续加热的可能危害 冰棱及冰坝形成附加荷载 楼面活荷载 liveload 房屋中生活或工作的人群 家具 用品 设施等产生的荷载 2 4楼面活荷载 考虑楼面活荷载位置的任意性 为工程应用上方便 一般将楼面活荷载处理为楼面均布荷载 活荷载的折减 结构和构件的计算 中国规范规定 某钢砼框架结构平面示意图 底层层高4 2m 基础顶面标高 1 2米 房屋开间4 2米 3 3米 进深6 6米 走廊2 1米 标准层3 3m 共6层 如何确定结构计算简图 如何计算竖向荷载 竖向荷载下框架结构计算简图 示意图 左图仅为示意图 不全面 屋面恒载SBS防水卷材 铝箔保护层0 4kN m220mm厚水泥砂浆找平层20kN m3 0 02m 0 4kN m250mm苯板保温层0 5kN m21 10水泥珍珠岩找坡层 3 1 2 15 3m 3 1 2 11kN m3 1 26kN m2隔气层0 1kN m220mm厚水泥砂浆找平层0 4kN m2100mm现浇楼板25kN m3 0 1m 2 5kN m215mm天棚抹灰17kN m3 0 015m 0 26kN m25 82kN m2梁自重ql 0 3m 0 6 0 1 m 25kN m3 0 02m 2 0 50m 17kN m3 4 09kN m线荷载q1 5 82kN m2 4 2m 4 09kN m 28 53kN m 楼面恒载12mm大理石地面28kN m3 0 012mm 0 34kN m230mm细石混凝土24kN m3 0 03mm 0 72kN m2100mm现浇楼板25kN m3 0 1m 2 5kN m215mm天棚抹灰17kN m3 0 015m 0 26kN m23 86kN m2q2 3 86 4 2 4 09 20 30kN m 2 5车辆荷载 车辆荷载 公路桥 汽车 挂车 履带车等铁路桥 列车车列荷载 集中荷载 尺寸及车的排列方式 车道荷载 均布荷载和一个作用在任意位置的集中荷载 静活载 不包括冲击效应的车辆荷载 1 公路车辆荷载 公路 级公路 级桥梁结构的整体计算 车道荷载 桥梁的局部加载 对于涵洞 桥台和挡土墙压力 车辆荷载 注 1 二级公路作为干线公路且重型车辆较多时 其桥涵设计可采用公路 级汽车荷载 2 四级公路重型车辆少时 其桥涵设计可采用公路 级车道荷载效应的0 8倍 车辆荷载效应可采用0 7倍 车辆荷载的主要技术指标 各级公路桥涵的汽车荷载等级 横向折减系数 纵向折减系数 列车荷载 中 活载 中华人民共和国铁路标准活载 普通活载220 kN 1 5220 kN 1 5220 kN 1 5220 kN 1 5220 kN 1 592 kN m 3080 kN m 长度不限特种活载 小桥 250 kN 1 5250 kN 1 5250 kN 人群荷载 公路桥梁设计 人群荷载一般取3kN m2市郊行人密集区域取值3 5kN m2当人行道为钢筋混凝土板时 换应以1 2kN集中竖向力作用在一块板上验算 计算栏杆时 人行扶手 水平0 75kN m竖向1kN m 力作用点位于上部扶手 城市桥梁1 人行道板 局部构件 人群荷载分别取5kN m2的均布荷载或1 5KN的集中竖向力作用在构件上进行计算 取其不利值 2 梁及其他大跨结构可按公式计算 但需 2 4kN m2 当加载长度l 20m时 当加载长度l 20m时 当加载长度l 20m时 人行天桥1 人行道板 局部构件 人群荷载分别取5kN m2的均布荷载或1 5KN的集中竖向力作用在构件上进行计算 取其不利值 2 梁及其他大跨结构可按下列公式计算 但需 2 4kN m2 当加载长度l 20m时 思考题 荷载与作用在概念上有何不同 说明直接作用与间接作用的区别 作用 或荷载 有哪些类型 影响基本雪压的主要因素有哪些 说明影响屋面雪压的主要因素及原因 计算楼面活荷载效应时 为什么当活荷载影响面积超过一定数值时需要对均布活荷载取值加以折减 侧压力有几种 第三章侧压力 第一节土的侧压力3 1 1基本概念及土压力分类1 静止土压力2 主动土压力3 被动土压力Ea E0 EP 参见地基基础教材及规范 第二节水压力及流水压力 静水压力 动水压力3 2 1静水压力作用在建筑物的法线方向上 3 2 2流水压力水流过结构物表面时 会对结构物产生切应力和正应力 某点的压力为静动水压力之和 瞬时动水压力为时段平均动压力和脉动压力之和 第三节波浪荷载 3 3 1波浪的分类在有波浪时水对结构物产生的附加应力称为波浪压力 波浪荷载 波浪具有波的特性 波长 周期 波幅h 浪高 平均波浪线产生的压力要高于计算水位 静止水位 产生的压力 差为超高h0 影响波浪的形状和各参数值的因素 风速v 风的持续时间t 水深h 吹程D 前两项为随机变量 在计算浪高时按照暴风的风速和吹程的最不利组合来确定 现行波的分类方法 1 海洋表面的波浪按频率 或周期 排列来分类 2 根据干扰力来分类 如风波 潮汐波 3 把波分成自由波和强迫波 4 根据波前进时是否有流量产生把波分成输移波和振动波 按前进的方向分为推进波和立波 3 3 2波浪荷载的计算 波浪对建筑物的荷载不仅和波浪的特性有关还和构筑物的形式和受力特性有关 而当地的地形 地貌 海底坡度等也对其有很大的影响 现行规范具有很大的试验性 一帮情况下波高超过0 5m时 应考虑波高对建筑物的作用力 1 直墙上的波浪荷载立波 近区破碎波 远区破碎波 1 立波上的压力 适用范围 相对水深与波长的比值在0 135 0 20之间 波陡 超高与波长之比 小于等于0 035 波峰压强公式 波谷压强公式 教材给出的是简化的sainflow 1928 压强公式 目前的分析已经进入了更加精细和完备的阶段 可以查阅相关资料 校园网 图书馆 维普 清华同方 下载波浪的资料 可以归纳出你认为合适的立波上的压强的计算公式 2 近区破碎波的压力 波浪在墙前半个波长范围内破碎时 会对墙体产生一个瞬时的动压力 数值大时间短 Bagnold 1939 发现当破碎波夹着空气冲击直墙时 会发生强烈的冲击压力 Minikin 1963 计算公式 最大压强发生在静水面 由动静两部分组成 3 远区破碎波的压力 如直墙处海底有斜坡 使直墙水深减少 则波浪将在抵达直墙以前发生破碎 如果波浪发生破碎的位置距离直墙在半个波长以外 称之为远区破碎波 波浪压力的最大值发生在静水面以上1 3远区破碎波的浪高 到墙底处为最大值的1 2 日茹科夫斯基 1940 直墙上最大压强公式 2 圆柱体上的波浪荷载 1 小圆柱体上的波浪荷载计算圆柱直径与波长之比小于0 2的圆柱体Morison 1950 阻力 惯性力 2 大圆柱体上的波浪荷载计算圆柱直径与波长之比不小于0 2的圆柱体波浪绕过圆柱时就会发生绕射现象 3 4冻胀力 3 4 1冻土的概念 性质与结构的关系有水的松散岩石和土 多年冻土