荷载及结构设计

下午好！,第11章荷载及结构设计,11.1建筑结构荷载及设计方法11.2砌体结构,1.作用、作用效应和结构抗力,什么是结构上的作用？,结构上的作用是使结构产生各种效应(内力和变形)的所有原因直接作用：施加在结构上的荷载间接作用：引起结构外加变形或约束变形的作用,什么是作用效应？,结构或结构构件在各种作用因素的作用下，将产生内力和变形称为作用效应，用S表示,什么是结构抗力？,结构抗力是指结构或结构构件承受内力和变形能力，用R表示,2.荷载的分类,永久荷载：在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的作用可变荷载：在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的作用偶然荷载：在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其值很大且持续时间很短的作用,作用按随时间的变异分类：,(荷载是随机变量),作用按随空间位置的变异分类：,固定荷载：在结构上具有固定分布的作用自由荷载：在结构上一定范围内可以任意分布的作用,作用按结构的反应特点分类：,静态荷载：使结构产生的加速度可以忽略不计的作用动态荷载：使结构产生的加速度不可忽略不计的作用,3.荷载代表值,荷载代表值,永久荷载应采用标准值作为代表值可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值荷载标准值是荷载的基本代表值,荷载标准值,荷载标准值是指其在结构的使用其间可能出现的最大荷载值，该值统一由设计基准期最大荷载概率分布的某个分位值来确,荷载组合值,荷载组合值是结构承受两种或两以上可变荷载时，承载力极限状态按基本组合设计和正常使用极限状态按标准组合设计采用的可变荷载代表值,荷载频遇值,荷载频遇值是设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与设计基准期的比值小于0.1的荷载代表值,荷载准永久值,荷载准永久值根据在设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与设计基准期的比值为0.5确定,4.荷载分项系数与荷载设计值,因为,（31）,用加拿大学者NCLind提出的分离方法，将（31）等式右边根号项线性化，即,(32),荷载分项系数是设计计算中，反映荷载不确定性并与结构可靠指标相关的一个系数。,分离系数a,当S和R均为正态分布，且满足13RS3时，如果取a0.750.06，其误差能满足工程结构要求。,将（32）式代入（31）式得：,因为,(33),(34),将（34）式代入（33）得：,将（35）式移项整理后得设计表达式,(35),(36),R和S标准值与平均值有下列关系,（37）,将（37）式代入（36）式，并用代替，则可得：,式中,(38),永久荷载分项系数gG,当永久荷载对结构产生的效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合取gG1.2；对由永久荷载效应控制的组合取gG1.35。当其产生的效应对结构有利时，一般情况下取gG1.0；当验算倾覆、滑移或漂浮时，取gG0.9；对其余特殊情况，应按有关规范采用。,可变荷载分项系数gQ,一般情况下取gQ1.4；但对工业房屋的楼面结构，当其可变荷载标准值4kN/m2时，则取gQ1.3。,荷载设计值,荷载设计值等于荷载标准值乘以相应荷载的分项系数。按承载力极限状态计算荷载效应时，取荷载设计值；按正常使用极限状态计算荷载效应时，取荷载标准值，即荷载分项系数为1.0。,5.材料强度指标,材料强度指标的取值原则,按承载力极限状态设计时，材料强度指标取设计值按正常使用极限状态设计时，材料强度指标取标准值,规范规定材料强度的标准值应不小于95%保证率的强度值，即：,材料强度的设计值,钢筋抗拉强度标准值,有明显屈服点的热轧钢筋是以钢材出厂的废品限值作为钢筋强度的标准值,其值保证率约为97.73%，即相当于平均值减去二倍的标准差没有明显屈服点的钢筋取0.85b作为钢筋强度的标准值,混凝土:gd=1.4；HRB335、HRB400、RRB400级钢筋：gd=1.10。,6.结构的功能要求,标准规定结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求：,在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用在正常使用时具有良好的工作性能在正常维护下具有足够的耐久性能在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性,结构的功能要求,安全性：建筑结构必须能承受可能出现的各种作用，并且能在偶然事件发生时和发生后保持必需的结构整体稳定性。适用性：建筑结构在正常使用过程中，应保持良好的工作性能。耐久性：结构在正常使用和正常维护条件下，应有足够的耐久性，完好使用到设计使用年限。,，,结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。结构可靠性的概率度量值称为结构的可靠度。,什么是结构的可靠性？,结构在规定的使用期限内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定功能的能力，称为结构的可靠性,什么是结构的可靠度？,结构在规定的使用期限内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定功能的概率，称为结构的可靠度,7.结构的极限状态,什么是结构的极限状态,结构能够满足功能要求而且良好的工作，则称结构“可靠”或“有效”，反之则称结构“不可靠”或“失效”。区分结构可靠与失效的界限状态称为极限状态,标准将结构极限状态分成两类：,承载力极限状态正常使用极限状态,承载力极限状态,是指对应结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形的状态，是结构安全性的基本保证,下列状态之一，应认为超过了承载力极限状态：,整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡结构构件或其连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度变形而不适于继续承载结构转变为机动体系结构或结构构件丧失稳定地基丧失承载能力而破坏,正常使用极限状态,是指对应结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值,下列状态之一时，应认为超过正常使用极限状态：,影响正常使用或外观的变形影响正常使用或耐久性能的局部损坏影响正常使用的振动影响正常使用的其他特定状态,8.设计基准期和设计使用年限,设计基准期,设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选定的时间参数,设计使用年限,设计使用年限是设计规定的一个期限，是计算结构可靠度的依据注意：结构设计使用年限不等同于其使用寿命,9.承载力极限状态设计表达式,承载力极限状态设计表达式,式中,建筑结构的安全等级,标准根据结构破坏可能产生的后果的严重性，将建筑物划分为三个安全等级,结构构件的重要性系数g0,安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件不应小于1.1安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件不应小于1.0安全等级为三级或设计使用年限为5年及以下的结构构件不应小于0.9抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数,建筑结构中各类构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同。但应根据需要可对某些构件的安全等级提高一级或降低一级。例如对以承受永久荷载为主的轴心受压、小偏压柱、屋架或托架的杆件等，其安全等级应提高一级；对预制构件的吊装验算时，安全等级可降低一级。但所有构件的安全等级不得低于三级。,荷载效应组合的设计值S,按承载力极限状态设计时:应考虑作用效应的基本组合必要时尚应考虑作用效应的偶然组合,荷载规范规定S基本组合应从下列组合值中取最不利值确定：,1.由可变荷载效应控制的组合,对于一般排架、框架结构，可采用下列简化的组合,2.由永久荷载效应控制的组合,一般情况下可取y0.90当只有一个可变荷载时,取y1.0,3.正常使用极限状态设计表达式,正常使用极限状态设计表达式,Sk荷载效应组合值,式中,C结构构件满足正常使用要求,所规定的限值,荷载效应组合值Sk,1.荷载效应的标准组合,2.荷载效应的准永久组合,10.荷载的标准值,应注意的几个问题,1.民用建筑楼面均布活荷载标准值（表112）后的注释；2.设计楼面梁、墙、柱及基础时，根据规范给定的不同情况，应将表112的荷载标准值乘以规定的折减系数；3.屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合；4.屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重按局部荷载考虑，同时其等效均布荷载不低于5.0kN/m2。5.设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，施工或检修集中荷载应取1.0kN，并应在最不利位置极进行验算；6.当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔1m取一个集中荷载（1.0kN）；在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔2.53.0m取一个集中荷载（1.0kN）；,7.楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶部水平荷载，应按下列规定采用：住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，应取0.5kN/m2；学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取1.0kN/m2；8.当采用荷载准永久组合时，可不考虑施工和检修荷载及栏杆水平荷载。9.雪荷载标准值,式中屋面积雪分布系数；（与屋面类别和屋面形式有关）,基本雪压；（50年一遇）,屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况考虑；屋架可分别按积雪全跨均匀分布情况、不均匀分布情况和半跨均匀分布情况考虑；框架和柱可按全跨均匀分布情况考虑。10.风荷载标准值风压随高度而增大，且与地面的粗糙度有关；建筑物体型与尺寸不同，实际风压（或吸力）不同；风压是脉动荷载，对于高宽比较大的建筑物，应考虑风的动力效应。（1）当计算主要承重结构时,地面粗糙度与风压高度变化系数mz,（2）当计算维护结构时,地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。,风荷载体型系数ms风振系数bz荷载规范规定，对于自振周期T10.25s的工程结构，以及高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔建筑，均应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振影响。基本风压w0(50年一遇）高度z处的阵风系数bgz,11.常用材料和构件自重（永久荷载标准值）,2003年度全国一级建筑师资格可考试试题,1.以下关于楼面均布活荷载的论述哪项符合荷载规范？A.住宅和教室的均布活荷载标准值相同。B.阳台的均布活荷载为2.0kN/m2(2.53.5)C.各种楼梯的均布活荷载相同D.屋面均布活荷载与雪荷载同时考虑2.以下哪项论述符合荷载规范？A.住宅楼面均布活荷载标准值为1.5kN/m2（2.0）B.阳台均布活荷载标准值最小为2.5kN/m2。C.教室及其走廊均布活荷载相同（2.0、2.5)D.商店和礼堂的均布活荷载相同,3.以下关于屋面积灰荷载的论述，哪项符合荷载规范？A.对于具有一定除尘设备和保证清灰制度的工业房屋，可不考虑积灰荷载B.积灰均布荷载的取值与屋面坡度有关。（表值为a250；a450不考虑)C.积灰荷载不与雪荷载同时考虑D.积灰荷载中已考虑了清灰设备的重量4.120mm厚普通粘土砖墙（包括双面抹灰）与200mm厚加气混凝土砌块墙（包括双面抹灰）相比，哪种墙体自重较重？A.粘土砖墙重B.一样重C.加气混凝土墙重D.粘土砖墙重约为加气混凝土墙重的两倍.加气混凝土块：5.57.5kN/m3*0.2=1.11.5kN/m3砖墙：1819kN/m3*0