建筑13-01-荷载分析及计算

,恒荷载、活荷载、偶然荷载的分析及计算,尚超,目录1、恒荷载的分析及计算2、活荷载的分析及计算3、偶然荷载的分析及计算,1、恒荷载的分析及计算1.1定义恒荷载（也称永久荷载），其值不随时间变化；或者其变化与平均值相比不可忽略的荷载.例如结构自重、土压力、预应力基础沉降，混凝土收缩，焊接变形等。它是施加在工程结构上不变的（或其变化与平均值相比可以忽略不计的）荷载。如结构自重、外加永久性的承重、非承重结构构件和建筑装饰构件的重量、土压力等。因为恒载在整个使用期内总是持续地施加在结构上，所以设计结构时，必须考虑它的长期效应。,1.2楼面恒荷载楼面恒荷载主要由三部分组成：建筑面层恒荷载、结构层恒荷载、顶棚恒荷载。（1）由建筑面层引起的楼面恒荷载计算建筑面层引起的楼面恒荷载计算，必须根据建筑楼面面层的具体做法确定，常用建筑楼面面层恒荷载取值可参考下表（2）由结构层引起的楼面恒荷载计算结构层引起的楼面恒荷载=结构楼层楼板厚度钢筋混凝土容重（一般取25kN/m3）,常用建筑楼面面层恒荷载取值参考表,（3）由顶棚引起的楼面恒荷载计算顶棚引起的楼面恒荷载计算，必须根据建筑顶棚的具体做法确定，常用建筑顶棚恒荷载取值可参考下表。,1.3屋面恒荷载屋面恒荷载主要由三部分组成：建筑屋面面层恒荷载、结构层恒荷载、顶棚恒荷载。由结构层与顶棚引起的屋面恒荷载计算方法，同相应楼面恒荷载的计算方法，由建筑屋面面层引起的屋面恒荷载，必须根据建筑屋面面层的具体做法确定。由于建筑屋面承担着保温、隔热和防水、排水的功能，因此建筑屋面面层的做法相对于建筑楼面面层的做法要复杂得多，加之各地气候、雨水情况不同，保温隔热材料和防水材料的不断更新发展，使各地屋面面层的做法不完全相同，但基本构造层相差不多。,（1）平屋面面层恒荷载计算平屋面，又称建筑找坡屋面，排水坡度为2%3%，屋面面层的基本构造、荷重如下：结构层（钢筋混凝土屋面板）上水泥砂浆找平层：厚度1530mm，容重20kN/m3；隔气层：以成品为主，重量较轻，可以忽略；保温层兼找坡层：一般采用憎水性能好、导热系数小和重量轻的保温材料，起坡处厚度必须满足热工要求、由建筑专业计算决定，如膨胀珍珠岩系列（容重715kN/m3，现场拌制的砂浆取大值，成品取小值）、挤塑板系列（很轻，重量可以忽略）等；水泥砂浆找平层：厚度1520mm，容重20kN/m3；防水层：如二毡三油系列、二布六胶系列等，重量28kN/m2；保护面层：对于不上人屋面，可以是涂料、反射膜、砂石粘料（常称绿豆砂）、蛭石云母粉、纤维纺织毯、水泥砂浆块材等；对于上人屋面，与楼面面层的做法相同，一般以水泥砂浆面层为主；也可以结合环境绿化，采用种植屋面、蓄水屋面等。,（2）坡屋面面层恒荷载计算坡屋面，又称结构找坡屋面，排水坡度5%，相对于平屋面来说屋面面层的基本构造要简单一些，通常如下：结构层（钢筋混凝土屋面板）上水泥砂浆找平层：厚度1530mm，容重20kN/m3；隔气层：以成品为主，重量较轻，可以忽略；保温层：材料同平屋面；水泥砂浆找平层：厚度1520mm，容重20kN/m3；保护面层：如涂料系列、瓦片系列（块瓦、油毡瓦、钢板彩瓦、琉璃瓦等，瓦片荷重较大，计算重量时必须根据瓦片的规格、样品及施工方法决定）等。,1.4墙体恒荷载常用建筑墙体荷重及墙面面层荷重取值，可参考下页表。墙体恒荷载一般简化为线荷载的形式，直接作用于支承板或支承梁上，由墙体引起的恒荷载计算方法如下：对于无门窗洞口的墙体（实墙）：墙体恒荷载（kN/m）=墙体净高墙体单位面积荷重（kN/m2）对于有门窗洞口的墙体：墙体恒荷载（kN/m）=墙体面积墙体单位面积荷重（kN/m2）支承梁长度墙体单位面积荷重可以直接查相应的设计手册，如表3.1.3所述，也可以按照下式计算：墙体单位面积荷重=砌体容重墙体厚度+砌体两侧墙面面层荷重,常用建筑砌体荷重及墙面面层荷重取值参考表,1.5其他恒荷载（1）门窗恒荷载取值门窗恒荷载不大，可忽略不计；如要计算，一般简化为均布荷载。常用建筑门窗荷重取值可参考下表,（2）楼梯、阳台栏板与栏杆恒荷载取值楼梯、阳台栏板与栏杆的恒荷载计算与建筑做法、采用的材质有关。对于楼梯、阳台的栏板恒荷载，可按下式计算：栏板荷重（kN/m）=栏板高度（m）栏板容重（kN/m3）栏板厚度（m）=栏板高度（m）栏板面荷重（kN/m2）对于栏杆恒荷载，可近似取0.5kN/m均布荷载做简化计算。,（3）设备恒荷载取值为满足建筑使用功能需要，常常需要配置一些设备。设备恒荷载的取值依据生产厂家提供的设备样本，设备恒荷载作用的位置依据建筑图中的平面布置。一般设备恒荷载：如电梯机房、自动扶梯、自动人行道等设计时，必须根据厂家提供的产品样本，确定支承钢梁所在的平面位置与设备恒荷载作用的大小；同样屋顶布置了风机房，设计者要根据厂家提供的产品样本，确定风机支承点所在的平面位置与作用恒荷载的大小。振动设备恒荷载：荷载规范4.6明确：对于在使用期间有可能产生振动的设备，在有充分的依据时，有必要考虑一定的动力系数，将设备的自重乘以动力系数后按照静力荷载计算。如：搬运和装卸重物以及车辆起动和刹车的动力系数可采用1.11.3；直升机在屋面上的荷载也应乘动力系数，对具有液压轮胎起落架的直升机可取1.4，其动力荷载只传至本层屋面板和梁）。,2、活荷载的分析及计算2.1活荷载：又称可变荷载，在结构使用期间内，荷载的大小随时间的推移而变化、或其变化与其平均值相比较不可以忽略。如楼面活荷载、屋面活荷载、积灰荷载、吊车荷载、雪荷载、风荷载、安装检修荷载等。,2.2楼面活荷载（1）民用建筑楼面活荷载取值楼面活荷载取值与建筑物房间的使用性质、使用功能有关。常用建筑楼面活荷载标准值（kN/m2）及其组合值、频遇值和准永久值系数,（2）工业建筑楼面活荷载（包括吊车荷载等）取值根据设备使用的要求，工业建筑楼面活荷载由工艺专业（或设备产生厂家）提出，如缺乏资料，对于一般的金工车间、仪器仪表生产车间、半导体器件生产车间、棉纺织造生产车间、轮胎厂准备车间和粮食加工车间等，可按照荷载规范附录C查用，工程设计中工业建筑楼面活荷载取值通常4.0kN/m2。工业建筑楼面（包括工作平台）上无设备区域的操作荷载，包括操作人员、一般工具、零星原料和成品的自重，可按照均布活荷载考虑，采用2.0kN/m2。生产车间的楼梯活荷载，可按实际情况采用，但不宜小于3.5kN/m2。,（3）特殊情况下楼面活荷载取值当设计中遇到某种规范中未明确的楼面使用活荷载时，可根据具体情况，参考下列方法近似确定其使用活荷载标准值。方法一：对该楼面活荷载的观测值进行统计，当有足够资料并能对其统计分布作出合理估计时，则在房屋设计基准期（50年）最大值的分布上，根据协定的百分位取其某分位值（如均值、中值、众值等）作为该种楼面活荷载的标准值。方法二：对不能取得充分资料进行统计的楼面活荷载，可根据已有的工程实践经验，通过分析判断后，协定个可能出现的最大值作为该类楼面活荷载的标准值。,对于民用建筑楼面，可根据在楼面上活动的人和设施的不同分布状况进行分类，参考下表取值。常用楼面活荷载标准值取值参考表,方法三：对房屋内部设施比较固定的情况，设计时可直接按照给定的设备布置形式、或按照对结构安全产生最不利作用效应的设备布置形式，对结构进行计算。方法四：对使用性质类同的房间（如内部配置的设施大致相同），一般可对其进行合理分类，在同一类别的房屋中，选取各种可能的设备布置形式，经过分析研究后选出最不利的布置形式，作为该类房屋楼面活荷载标准值的确定依据，按照作用效应相等的原则求出楼面的活荷载标准值。,2.4屋面活荷载（1）民用建筑屋面活荷载为水平投影面上荷载值，其均布活荷载的取值与屋面的使用性质、使用功能有关，按照荷载规范4.3.1查用。常用民用建筑屋面活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数,（2）工业建筑屋面活荷载取值工业建筑屋面活荷载的取值，需要根据工艺性质考虑屋面设备荷载情况，具体由工艺专业（或设备产生厂家）提供。注意：屋面均布活荷载与雪荷载不应同时考虑。,2.5屋面积灰荷载设计生产中有大量排灰的厂房及其邻近的建筑物时，对于屋面坡度450的建筑结构，应考虑屋面积灰荷载的作用。屋面积灰荷载由工艺专业（或设备厂家）提出，结构人员按照要求进行选用；如缺乏资料，对于具有一定除尘设施和保证清灰制度的机械、冶金、水泥等厂房的屋面积灰荷载，可按照荷载规范4.4查用；对于屋面上容易形成灰堆的地方，在设计屋面结构时，积灰荷载的标准值应乘以适当的放大系数。注意：屋面积灰荷载应与屋面雪荷载、或屋面活荷载两者中的较大值同时考虑。,2.6屋面积雪荷载屋面积雪荷载的取值由建筑物所处的地理位置决定，具体计算按照荷载规范第6章执行。雪荷载标准值计算屋面水平投影面上的雪荷载标准值，按照下面的公式计算：SK=kS0SK雪荷载标准值，单位kN/m2；k屋面积雪分布系数，应根据不同类型的屋顶形式，常见平屋面的积雪分布系数为1；S0基本雪压，单位kN/m2。以当地空旷平坦地面上统计所得50年一遇最大积雪厚度计算确定，各地的基本雪压按照荷载规范附录D中的全国基本雪压图查用。,2.7施工荷载和检修荷载施工荷载发生在施工阶段、检修荷载发生在检修阶段的检修部位，对于比较明确的施工荷载和检修荷载，设计时应加以考虑。（1）规范要求荷载规范明确：在设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨蓬和预制小梁时，竖向施工和检修集中荷载（人和小工具的自重）应取1.0kN，并应按照作用在最不利处位置进行验算。对于轻型构件或较宽构件，当施工荷载超过上述荷载时，应按照实际情况验算，或采用加垫板、支撑等临时设施承受；当计算挑檐、雨蓬承载力时，应沿板宽每隔1m取一个集中荷载作用；当验算挑檐、雨蓬倾覆时，应沿板宽每隔2.53.0m取一个集中荷载作用。荷载规范明确：楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶部，应按下列规定考虑施工和检修时的水平荷载作用：住宅、宿舍、办公室、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，取0.5kN/m；学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，取1.0kN/m。,（2）通常做法城市建设中由于施工场地狭小，常常把底层作为临时堆料场地使用，因此习惯上对于有地下室的建筑物，底层楼面（或地下室顶面）使用活荷载取10.0kN/m2进行结构设计。,3、偶然荷载3.1定义偶然荷载指的是在结构的设计使用期内偶然出现(或不出现)，其数值很大、持续时间很短的荷载，如台风力、航空物件、航天物件、船只或漂浮物撞击力等。3.2偶然作用偶然作用：包括地震作用、船只或漂流物