第二章00 建筑结构荷载计算介绍

1、1建筑结构荷载建筑结构荷载本章讲述了建筑结构承受的各种作用，包本章讲述了建筑结构承受的各种作用，包括直接作用和间接作用。主要讲述了括直接作用和间接作用。主要讲述了建筑结建筑结构荷载规范构荷载规范（GB 500092012）中的各种荷）中的各种荷载。讨论了荷载的分类，荷载代表值，各类荷载。讨论了荷载的分类，荷载代表值，各类荷载标准值的确定。载标准值的确定。 本章提要本章提要本本 章章 内内 容容1.1 荷载的分类荷载的分类1.2 荷载代表值荷载代表值1.3 永久荷载标准值永久荷载标准值1.4 楼面和屋面活荷载楼面和屋面活荷载1.5 雪荷载雪荷载1.6 风荷载风荷载1.1 荷载的分类荷载的分类在结

2、构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。例如结构自重、土压力、预应力等。永久荷载不随时间变化，长期作用在结构上，在结构上的作用位置也不变。 1.1.1 永久荷载永久荷载1.1.2 可变荷载可变荷载在结构使用期间，其值随时间变化，且变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。可变荷载的大小随时间而变，作用位置可变，且像风荷载、吊车荷载等能引起结构振动，使结构产生加速度。 1.1.3 偶然荷载偶然荷载在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如爆炸力、撞

3、击力等。1.2 荷载代表值荷载代表值荷载规范规定：对永久荷载应采用标准值作为代表值。对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。对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。1.2.1 荷载标准值荷载标准值荷载标准值是荷载的基本代表值，指结构在使用期间可能出现的最大荷载值。荷载标准值统一由设计基准期（50年）最大荷载概率分布的某个分位值来确定，有永久荷载标准值（Gk)和可变荷载标准值（Qk）。 1.2.2 可变荷载组合值可变荷载组合值当结构同时承受两种或两种以上的可变荷载时，考虑到荷载同时达到最大值的可能性较小，因此除主导荷载（产生最大荷载效应的荷载）仍以其标准值为

4、代表值外， 对其它伴随荷载，可以将它们的标准值乘以一个小于或等于1的荷载组合系数作为代表值，称为可变荷载组合值，即 CCkQQ1.2.3 可变荷载频遇值可变荷载频遇值在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。它相当于在结构上时而或多次出现的较大荷载，但总是小于荷载的标准值。其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载频遇值系数： ffkQQ1.2.4 可变荷载准永久值可变荷载准永久值在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准值一半（可以理解为总持续时间不低于25年）的荷载值，也就是经常作用于结构上的可变荷载。其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载准永久值系数： qqkQQ1

5、.3 永久荷载标准值永久荷载标准值永久荷载主要包括构件的自重、构造层的自重等。恒荷载的变异性不大，故其标准值可根据构件或构造层的设计尺寸和材料或构件的单位自重确定。常见材料和构件的单位自重见附表1。对于自重变异较大的材料和构件（如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件等），自重的标准值应根据对结构的不利状态，取上限值或下限值。 1.4 楼面和屋面活荷载楼面和屋面活荷载楼面活荷载是指作用在楼面上的人员、家具、设备等荷载。按楼面等效均布活荷载的确定方法，将实际荷载换算成为等效均布活荷载，再经统计分析后，确定活荷载的标准值。民用建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数见表1.1。 设计

6、墙、柱及基础时应对各层楼面的楼面活荷载标准值进行折减。楼面活荷载折减系数见表1.2、表1.31.4.1 民用建筑楼面均布活荷载民用建筑楼面均布活荷载表表1.1民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数频遇值和准永久值系数 表表1.2楼面活荷载折减系数楼面活荷载折减系数 表表1.3活荷载按楼层数的折减系数活荷载按楼层数的折减系数 墙、柱、基础计算截面以上的层数 123456892020计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数 1.00(0.900.850.700.650.600.551.4.2 屋面均布活荷载屋面均布活荷载屋面上的活荷载因“

7、上人”和“不上人”而不同。上人的屋面承受人群和施工检修等荷载；不上人的屋面只承受施工检修时施工、检修人员以及堆料等重力。屋面均布活荷载见表1.4。 表表1.4屋面均布活荷载屋面均布活荷载 项次类别标准值(kN/m2)组合值系数c频遇值系数f准永久值系数q1不上人的屋面 0.50.70.502上人的屋面 2.00.70.50.43屋顶花园 3.00.70.60.51.4.3 施工和检修荷载及栏杆水平荷载施工和检修荷载及栏杆水平荷载设计屋面板、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（人和小工具的自重）应取1.0kN，并应在最不利位置处进行验算。（1） 对于轻型构件或较宽构件，当

8、施工荷载超过上述值时，应按实际情况验算，或采用加垫板、支撑等临时设施承受。（2） 当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔1.0m取一个集中荷载；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。 （3） 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/m； 学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取1.0kN/m。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。 1.4.4 荷载动力系数荷载动力系数结构受动力作用时，应将荷载增大，这个增大系数就叫荷载动力系数。建筑结

9、构设计的动力计算，在有充分依据时，可将重物或设备的自重乘以动力系数后，按静力计算进行设计。搬运和装卸重物以及车辆起动和刹车时的动力系数，可采用表1.11.3，其动力荷载只传至楼板和梁。 1.5 雪荷载雪荷载雪荷载是指房屋上由积雪而产生的荷载。雪荷载是作用在屋面上的。荷载规范规定，屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：基本雪压是雪荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上积雪自重的观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定。 0krSS屋面上的雪荷载标准值不等于基本雪压，而应将基本雪压乘以屋面积雪分布系数r。屋面积雪分布系数r的意义是基本雪压换算为屋面水平投影面上的雪荷载的换算系数。具体

10、数值见表1.5。 设计建筑结构及屋面的承重构件时，可按下列规定考虑积雪的分布情况： 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和半跨均匀分布的情况考虑； 框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况考虑。雪荷载的组合值系数可取0.7；频遇值系数可取0.6；准永久值系数应按雪荷载分区、和的不同，分别取0.5、0.2、0；雪荷载分区应按规范中的规定采用。 表表1.5屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数r 风荷载的大小与基本风压、风压高度变化系数、风荷载体型系数和风振系数有关。荷载规范规定，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：（1） 当计算主要承重结构时（2） 当计算围护结

11、构时 1.6 风荷载风荷载0kzsz 0kgzsz 1.6.1 基本风压基本风压基本风压是风荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密度，按公式w0=1/2pv02确定的风压值。 基本风压可从荷载规范附录中查得。 风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取0.6、0.4、0。 1.6.2 风压高度变化系数风压高度变化系数风速是随距地面的高度增加而增加的，故风压也是随离地面高度增加而增加的。风速随高度的变化规律主要取决于地面的粗糙程度。但当离地面450m以上时，风速即不受地面粗糙程度的影响，风压

12、高度变化系数为常数。地面粗糙度是指风在到达结构物以前吹越过2km范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状况的等级。规范将地面粗糙度分为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。 1.6.3 风荷载体型系数风荷载体型系数风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与来流风压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。 几种常见体型建筑物

13、的风荷载体型系数见表1.6。 表表1.6常见建筑物的风荷载体型系数常见建筑物的风荷载体型系数s 1.6.4 风振系数风振系数荷载规范规定，以风振系数z来描述动力反应的影响。规定对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，以及基本自振周期T1大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，应采用风振系数来描述风压脉动的影响，具体计算方法见规范。对于高度低于30m或高宽比小于1.5的房屋以及自振周期T10.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，取z=1.0。 2. 荷载效应组合荷载效应组合2. 荷载效应组合荷载效应组合2. 荷载效应组合荷载效应组合2. 荷载效应组合荷载效应组合对于正常使用极限状态，

14、应根据不同的设计要对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合，并应按下列设计表达式进行设计：组合，并应按下列设计表达式进行设计： 2. 荷载效应组合荷载效应组合4.1.2 4.1.2 设计楼面梁、墙、柱及基础时，表设计楼面梁、墙、柱及基础时，表4.1.14.1.1中的楼面活荷载标中的楼面活荷载标准值在下列情况下应乘以规定的折减系数。准值在下列情况下应乘以规定的折减系数。1 1 设计楼面梁时的折减系数：设计楼面梁时的折减系数：1) 1)第第1(1)1(1)项当楼面梁从属面积超过项当楼面梁从属面积超过25m225m2

15、时，应取时，应取0.90.9；2 2 设计墙、柱和基础时的折减系数设计墙、柱和基础时的折减系数1) 1)第第1(1)1(1)项应按表项应按表4.1.24.1.2规定采用；规定采用；例题1 今有一位于非地震区的今有一位于非地震区的18层、高层、高58米的住宅楼，为钢米的住宅楼，为钢筋混凝土剪力墙结构，各楼层（含屋盖）标准值自重均筋混凝土剪力墙结构，各楼层（含屋盖）标准值自重均为为 ，屋面为上人屋面，试问，在计算底层，屋面为上人屋面，试问，在计算底层剪力墙时，由楼面、屋面传来的竖向荷载标准值为多少？剪力墙时，由楼面、屋面传来的竖向荷载标准值为多少？22.5/KNm上人屋面活载标准值为上人屋面活载标

16、准值为2.0 ，组合值系，组合值系数取数取0.72/KNm解：查表知：楼面活载标准值为解：查表知：楼面活载标准值为2.02/KNm12nGKQ KciQiKiSSSS2.5 182.0 17 0.62.0 0.7266.8/kN m17层恒载恒载楼面楼面活载活载屋面屋面活载活载练习：位于非地震区，某工业建筑楼面梁、楼面活载标准值为练习：位于非地震区，某工业建筑楼面梁、楼面活载标准值为4.5 ，在楼面永久荷载和楼面活载作用下，该楼面梁梁，在楼面永久荷载和楼面活载作用下，该楼面梁梁端弯矩标准值分别为端弯矩标准值分别为240KN.m和和230KN.m，楼面活荷载的组合，楼面活荷载的组合值系数取值系数

17、取0.7,求该楼面梁梁端弯矩设计值。求该楼面梁梁端弯矩设计值。2/KNm2、某转炉修砌平台工作主梁，采用、某转炉修砌平台工作主梁，采用Q235钢材，主梁跨度钢材，主梁跨度为为9.0m，简支梁结构，主梁间距为，简支梁结构，主梁间距为3.9m，检修炉衬时堆砌，检修炉衬时堆砌耐火砖活载标准值为耐火砖活载标准值为10 ，梁自重为，梁自重为3.0 ，主梁跨中最大弯矩设计值？主梁跨中最大弯矩设计值？ 2/KNm例题2附：钢结构设计规范规定：主梁计算时，由检修材料所产生的荷载乘以折减系数附：钢结构设计规范规定：主梁计算时，由检修材料所产生的荷载乘以折减系数0.85/KN m10 3.9 0.8533.15/

18、kqKN m2222111.351.30.788111.35391.333.1590.788346.4kkMg lq lKN m2222111.21.388111.23 91.333.15 988472.79kkMg lq lKN m 472.79MKN m永久组合永久组合可变组合可变组合取大值取大值例3某钢结构工作平台主梁，简支结构，跨度某钢结构工作平台主梁，简支结构，跨度8m，间距，间距5m，结构自重，结构自重6 KN/,由检修材料产生的活载为由检修材料产生的活载为20 KN/，确定该梁跨中弯矩设计值。，确定该梁跨中弯矩设计值。附：钢结构设计规范规定：主梁计算时，由检修材料所产生的荷载乘以

19、折减系数附：钢结构设计规范规定：主梁计算时，由检修材料所产生的荷载乘以折减系数0.851nGGKQiCiQiKiMr SrS22111.35(6 5) 81.3 0.7(20 5 0.85) 888942.8MkN m 22111.2(6 5) 81.3(20 5 0.85) 8117288MKN m 11GGKQQ KMr Sr S由永久荷载组合由永久荷载组合由可变荷载组合由可变荷载组合1172MKN m所以取值所以取值：例题4某厂房排架结构，经内力计算知排架柱底截面内力某厂房排架结构，经内力计算知排架柱底截面内力标准值为：恒载产生弯矩标准值为标准值为：恒载产生弯矩标准值为 ,屋面活载产生弯

20、矩标准值屋面活载产生弯矩标准值为为 ，风荷载产生的弯矩标准值，风荷载产生的弯矩标准值为为 。柱底截面的基本组合弯矩设计值？柱底截面的基本组合弯矩设计值？8GKMKN m4QKMKN m50WKMKN m对于一般排架、框架结构，基本组合可以采用简化规则，并应按照对于一般排架、框架结构，基本组合可以采用简化规则，并应按照下列组合中取不利值。下列组合中取不利值。1110.9GGKQQKnGGKQiQiKiSr SrSSr Sr S由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合：1nGGKQiciQiKiSr SrS由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合：风荷载：风荷载：0.6,ci屋

21、面活荷载屋面活荷载 ：0.7,ci永久荷载效应控制组合：永久荷载效应控制组合：可变荷载效应控制组合：可变荷载效应控制组合：1.2 8 1.4 5079.61.2 80.9 (1.4 50 1.4 4)77.64MKN mMKN m 79.6MKN m永久组合永久组合考虑两个考虑两个荷载荷载考虑一个考虑一个最大荷载最大荷载1.35 8 1.4 50 0.6 1.4 0.7 456.72MKN m 例题5某厂房排架结构，经内力计算知排架柱底截面内力某厂房排架结构，经内力计算知排架柱底截面内力标准值为：恒载产生弯矩标准值为标准值为：恒载产生弯矩标准值为 ,屋面活载产生弯矩标准值屋面活载产生弯矩标准值

22、为为 ，风荷载产生的弯矩标准值，风荷载产生的弯矩标准值为为 。按照简化计算规则，柱底截面的基本组合弯矩设计按照简化计算规则，柱底截面的基本组合弯矩设计值？值？4QKMKN m8GKMKN m 55WKMKN m0.91.0 ( 8)0.9 (1.4 55 1.4 4)66.34GGKQiQiKSr Sr SKN m 111.0 ( 8) 1.4 5569GGKQQ KSr Sr SKN m 69MKN m考虑一个最大荷考虑一个最大荷载载考虑两个荷考虑两个荷载载取大值取大值练习某厂房排架结构，经内力计算知排架柱底截面内力某厂房排架结构，经内力计算知排架柱底截面内力标准值为：恒载产生弯矩标准值为标

23、准值为：恒载产生弯矩标准值为 ,屋面活载产生弯矩标准值屋面活载产生弯矩标准值为为 ，风荷载产生的弯矩标准值，风荷载产生的弯矩标准值为为 。按照简化计算规则，柱底截面的基本组合弯矩设计按照简化计算规则，柱底截面的基本组合弯矩设计值？值？8GKMKN m50WKMKN m7QKMKN m例题6对非地震区的某框架顶层横梁进行内力分析，经计算知对非地震区的某框架顶层横梁进行内力分析，经计算知在永久荷载标准值、屋面活载标准值、风荷载标准值分在永久荷载标准值、屋面活载标准值、风荷载标准值分别作用下，该梁端弯矩标准值分别为：别作用下，该梁端弯矩标准值分别为：并且取屋面活载的组合系数为并且取屋面活载的组合系数

24、为0.7.问：按照承载能力极问：按照承载能力极限状态基本组合时，梁端弯矩设计值限状态基本组合时，梁端弯矩设计值M？1220,6,8,GKQKQKMKN m MKN m MKN m解：风载组合值系数为解：风载组合值系数为0.6当屋面活载为当屋面活载为 时：时：1Q KS1.2 20 1.4 6 1.4 8 0.639.12MKN m 1.2 20 1.4 8 1.4 6 0.741.08MKN m 41.08MKN m当风载为第一最大荷载时：当风载为第一最大荷载时：当永久荷载控制组合时：当永久荷载控制组合时：1.35 20 1.4 8 0.6 1.4 6 0.7 39.6MKN m 所以取值：所以取值：练习对非地震区的某框架顶层横梁进行内力分析，经计算知对非地震区的某框架顶层横梁进行内力分析，经计算知在永久荷载标准值、屋面雪载标准值、风荷载标准值分在永久荷载标准值、屋面雪载标准值、风荷载标准值分别作用下，该梁端弯矩标准值分别为：别作用下，该梁端弯矩标准值分别为：并且取屋面雪活载、风荷载的组合系数分别为并且取