建筑力学与结构(吴承霞)模块4结构构件上的荷载及支座反力计算ppt课件

模块四个结构构件的载荷和承载反力的计算。1.通过对该模块的研究，应该知道结构上载荷的分类及其代表值的确定。可以进行一般结构上的载荷计算。利用静平衡条件可以求解简单静定结构的支座反力。对于一般结构的荷载计算，简单静定结构的支座反力用平衡条件求解。在例1和例2中，教室的地板是由梁和板组成的，上面放着桌子、椅子、家具和人等等。它自身的重量和施加的载荷由梁和板承受，并通过梁和板传递到墙壁。墙是梁的支撑，那么梁和板上的荷载是多少？由于载荷总是在变化，如何保证结构及其部件的可靠性？同时，从梁和板传递到支架的压力是多少？轴承反作用力是多少？这些都是我们必须解决的问题。3、4.1结构荷载，4.1.1建筑结构在施工和使用过程中承受的各种荷载作用，如人、风、雪和结构构件重量等，这些外力直接作用在结构上；还有温度变化、地基不均匀沉降和其他对结构的间接影响。我们称外力直接作用于结构载荷。1.根据作用时间的长短和性质，荷载可分为三类：永久荷载、可变荷载和意外荷载；1)永久荷载是指在结构设计和使用过程中，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计，或其变化单调且趋于极限值的荷载。例如，自重、土压力、预应力和结构的其他荷载，永久荷载也称为恒载。2)可变荷载是指其值在结构设计寿命期间随时间变化的荷载，其变化与平均值相比不可忽略。例如，楼面活荷载、起重机荷载、风荷载、雪荷载等。可变荷载也称为活载。3)意外荷载是指在结构设计寿命期间不一定发生的荷载，一旦发生，其数值很大，持续时间很短。例如，爆炸力、冲击力等。根据结构的响应特性，荷载可分为两种类型：静荷载和动荷载。1)静荷载，使结构产生的加速度可以忽略，如结构自重、住宅和办公楼的活楼面荷载等。2)动载荷，使结构产生的加速度不可忽略，如地震、起重机载荷、设备振动等。3.根据作用位置，载荷可分为两种类型：固定载荷和移动载荷。1)固定荷载是指作用位置相同的荷载，如结构自重等。2)移动荷载是指能够在结构上自由移动的荷载，如轮压等。5，4.1.2荷载分布形式，1。材料的重力密度：某一材料的单位体积重量(kN/m3)，称为材料的重力密度，以表示，见附录C，表C1。特别指出，工程中常用的水泥砂浆的重力密度为20kN/m3，石灰砂浆的重力密度为17kN/m3，钢筋混凝土的重力密度为25kN/m3，砖的重力密度为19kN/m3。6，2。均匀布面载荷：在均匀分布的载荷作用面上，单位面积的载荷值称为均匀布面载荷，单位为kN/m2或N/m2，如图4.1所示。图4.1板、和的平均布面载荷，特别指出一般板的自重载荷为平均布面载荷，其值为重力密度乘以板厚。例如，如果矩形截面板的长度为(m)，宽度为(m)，截面厚度为(m)，重力密度为(kN/m3)，则为板的总重量；平板的自重在平面上均匀分布，所以单位面积的自重(kN/m2)。Gk值是标准值，板的自重被简化为单位面积的均匀载荷。平均布线负荷：在跨距方向上沿单位长度均匀分布的负荷称为平均布线负荷，单位为千牛顿/米或千牛顿/米，如所示例如，如果矩形横截面梁的长度为，横截面宽度为(mm)，横截面高度为(mm)，重力密度为(kN/m3)，则梁的总重量沿跨度方向均匀分布，因此沿梁轴每米长度的重量(kN/m)也是如此。该值是将梁的自重简化为沿梁轴线均布荷载的标准值，均布荷载也称为线荷载集中。非均匀布线荷载：沿单元长度在跨度方向上分布不均匀的荷载称为非均匀布线荷载，其单位为kN/m或N/m，如图4.3a挡土墙土压力图4.3a挡土墙土压力图4.3b柱自重、11、5所示。集中荷载(集中力):集中作用于一点的荷载称为集中荷载(集中力)，其单位为kN或n，通常用or表示，如图4.3b柱自重。特别指出，一般柱的自重荷载为集中力，其值为重力密度乘以柱的体积，即知识链均匀布荷载计算为均匀布线荷载在工程计算中，当面板承受均匀布荷载(kN/m2)时，它作为线性荷载传递给支撑梁。如何计算沿跨度(轴)方向均匀分布的线性载荷？情况1:如果板承受均匀表面载荷(kN/m2)，板跨度为3.3(m)(载荷宽度)，L2梁跨度为5.1(m)，则梁L2上的总载荷为L2自重(kN/m)，载荷沿梁跨度均匀分布。在随后的结构设计中，应给载荷一个规定值，即所谓的载荷代表值。永久负荷以标准值为代表值，可变负荷以标准值、组合值、频率值或准永久值为代表值。1.荷载标准值荷载标准值是荷载的基本代表值。设计基准期(50年)内最大荷载统计分布的特征值是指结构使用过程中可能出现的最大荷载值。1)永久荷载的标准值()是永久荷载的唯一代表值。结构的自重可以根据结构的设计尺寸和材料的重力密度来确定。常见材料和组件自重列于建筑结构荷载规范，见附录C，表C1。应用案例4.1对于应用案例1中的矩形截面钢筋混凝土梁L2，计算跨度为5.1m，截面尺寸为b=250mm，h=500mm，并计算梁自重(即永久荷载)的标准值。解决方案：梁的自重为均匀接线荷载的形式，梁的自重标准值应根据钢筋混凝土的重力计算，因此：梁的自重标准值、和14，特别建议在计算过程中应注意物理量单位的换算。横梁自重的标准值由下式表示。应用实例4.2实例1中的地面做法为：30毫米水磨石地面，120毫米钢筋混凝土空心板(转换为80毫米厚的实心板)，在板底部抹20毫米厚的石灰砂浆，以获得地面自重的标准值。解决方案：板坯的自重是以均匀的布料表面载荷的形式。楼层法中各楼层的标准值应根据计算结果进行计算，然后将这三个值相加得到楼板自重的标准值。查阅附录c中的表C1，得出：30毫米水磨石地面：0.65千牛顿/平方米，钢筋混凝土的重力密度，石灰砂浆的重力密度，因此：15，地面做法：30毫米水磨石地面：0.65千牛顿/平方米120毫米空心板自重：25千牛顿/平方米30.08米=20千牛顿/平方米底板涂漆：17千牛顿/平方米0.02米=0.34千牛顿/平方米板总重力(表面荷载)标准值每平方米：应用案例4.3例1钢筋混凝土梁L5解决方案：经过分析，梁L5(7)的自重和作用在梁上的栏杆和石灰砂浆抹灰是梁的永久荷载。载荷计算如下：16。查阅附录C，附录C1，获得：钢筋混凝土的重力密度中国建筑结构荷载规范规定了可变荷载标准值的具体值，如活荷载、雪荷载、风荷载和地板(房屋)上的起重机荷载，可直接用于设计。(1)层(房屋)可变荷载的标准值见附录C表C2。根据附表3-2，发现第二个例子：教学楼教室楼面活荷载标准值为2.5 kN/m2；楼梯楼面活荷载的标准值为3.5千牛顿/平方米。(2)风荷载标准值()，当风被建筑物阻挡和影响时，速度会发生变化，在建筑物表面形成压力和吸力，这就是建筑物的风荷载。根据建筑结构荷载规范 (GB50009-2012)的相关规定，风荷载标准值()计算如下：(4-1)、18，其中：风荷载标准值(kN/m2)；高度处的风振系数根据建筑结构荷载规范 (GB50009-2012)中规定的方法计算，考虑了风压脉动对结构的影响。(以下简称荷载规范 )风荷载体型系数，见荷载规范；风压高度变化系数，见荷载规范；33，354基本风压(kN/m2)根据当地平坦开阔地区10m高度处每50年10分钟的平均最大风速确定，并根据荷载规范中的“国家基本风压分布图”进行检查。(3)此外，雪荷载、施工和维护荷载的标准值见荷载规范的相关规定。知识链接框架结构上的风荷载根据上述示例1中的风荷载计算方法确定，示意图如图4.5所示。当两个或两个以上的可变荷载同时作用在结构上时，每个可变荷载达到其最大值(标准值)的概率极小，因此计算中使用可变荷载组合值。所谓的负荷组合值是各种可变负荷中的第一可变负荷(或主要负荷，即产生最大负荷效应的负荷)。标准值仍作为代表值，其余均按变负荷组合值计算，即标准值乘以小于1的负荷组合值系数作为代表值，称为变负荷组合值，用公式(4-2)表示变负荷组合值；可变载荷标准值；-可变荷载组合值系数，一般楼面活荷载和雪荷载为0.7，风荷载为0.6。其他可变载荷值见附录c中的表C2和C3。可变荷载频率值()可变荷载频率值是指有时出现在结构上的较大荷载。对于可变负载，在设计参考期内，总超过时间是指定的较小比率，或者超过频率是指定频率的负载值。可变负载频率相遇值总是小于负载标准值，其值是可变负载标准值乘以小于的负载频率相遇值系数，用公式(4-3)-可变负载频率相遇值表示；-可变负载频率系数，见附录C，表C2；可变荷载准永久值()可变荷载准永久值是指设计基准期内经常使用的可变荷载(超过时间约为设计基准期的一半)。在规定的时间内，总的持续时间很长，即经常作用在结构上的可变载荷。其值为可变荷载标准值乘以小于的荷载准永久值系数，在公式中表示为：(4-4)-可变荷载准永久值-可变荷载准永久值系数，取荷载规范中规定的值，见附录c，表C2。加载子因子1。荷载子系数荷载子系数用于结构承载能力的极限状态设计，以确保结构在各种可能的荷载组合出现时能够保持相同的可靠性水平。荷载分项系数分为永久荷载分项系数和可变荷载分项系数，其取值见表4.1。表4.1基本组合荷载分项系数，24，2荷载设计值一般情况下，标准荷载值与荷载分项系数的乘积即为荷载的设计值，也称为设计荷载，其值一般相当于结构在非正常使用条件下的最大荷载，其可靠性大于标准荷载值。设计应用实例4.4在实例2中，现浇钢筋混凝土楼板的板厚h=100mm，板法选择如下：8-10厚地砖，25厚干水泥砂浆，素水泥浆，重量0.7KN/m2，板底抹20厚石灰砂浆，永久荷载和变荷载分项系数分别为1.2和1.4，确定楼板的永久荷载和变荷载设计值。解决方案：(1)永久荷载标准值，25，板重量：25kN/m30.10m=2.5kN/m2地板方法：0.7kN/m 30.02m=0.34 kN/m2每平方米总重量(表面荷载)标准值：=3.54kN/m2(2)永久荷载设计值(3)可变荷载标准值查阅附录c表C2知识：办公楼可变荷载标准值：=2.5kN/m2(表面荷载) (表3)当物体在力系作用下处于平衡状态时，力系应满足一定的条件，这种条件称为力系平衡条件。4.2.1平面力系统1的平衡条件。平面任意力系的平衡条件在前面的力学概念中，我们知道平面力系一般相当于力和力偶。如果等效于平面力系的力和力偶都等于零，则原力系将平衡。那么平面上任何力系统平衡的充要条件是：力系统中所有力在两个坐标轴上的投影的代数和等于零，力系统中所有力对任意点o的矩的代数和等于零。由此，可以得到平面上任何力系的平衡方程：27，特别建议力系中所有力在x方向上投影的代数和等于零；也就是说，力系统中所有力在Y方向上的投影的代数和等于零；也就是说，力系统中任意点O上所有力的矩的代数和等于零平面中任意力系统的平衡方程。还有另外两种形式：1)双力矩公式：点A和点B之间的连线不能垂直于X轴。2)三弯矩公式：其中，点A、B、C不能共线。几种特殊情况的平衡方程1)如果平面力系统中所有力的作用线都集中在一个点上，这个力系统称为平面力系统。根据力系统的简化结果，已知力系统相当于力(力系统的合力)。从平面上任何力系统的平衡条件来看，平面力系统平衡的充分必要条件是力系统的合力等于零，即2)平面平行力系统相当于平面力系统中所有力的作用线。显然，平面平行力系统是平面力系统的一个特例，它是由平面力系统的平衡方程推导出来的。由于平面平行力系统在某一坐标轴的X轴(或Y轴)上的投影为零，平衡方程为：(或)当然，平面平行力系统的平衡方程也可以写成两个力矩公式：点A和点B之间的连线不能平行于每个力的作用线。计算和求解构件承载反力的基本步骤如下：(1)以整个构件为研究对象进行应力分析并绘制应力图；(2)建立直角坐标系；(3)根据静力平衡条件和应力图，建立静力平衡方程，求解方程的承载反力。特殊提示直角坐标系，一般假设轴是正的，水平向右，轴是正的，垂直向上；绘制应力图时，假设轴承反作用力为正方向。解决轴承反力后，应标出实际应力方向。应用实例4.5是如图4.6所示的简支梁。计算跨度