荷载与结构设计方法精品课件第二章 重 力

1、第二章第二章 重重 力力 内容提要内容提要 一、结构自重一、结构自重 二、土的自重二、土的自重 三、雪荷载三、雪荷载 四、汽车荷载四、汽车荷载 五、楼面和屋面活荷载五、楼面和屋面活荷载 六、六、 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一、结构自重一、结构自重 1 1、结构的自重、结构的自重 永久荷载永久荷载2 2、结构自重标准值结构自重标准值G Gk k 应根据结构的应根据结构的设计尺寸设计尺寸和和材料的容重标准值材料的容重标准值确定确定一般相当于结构自重实际概率分布的平均值一般相当于结构自重实际概率分布的平均值( ( G G) )3 3、材料容重标准值、材料容重标准值 按按

2、建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB50009-2001GB50009-2001）确定确定常用材料与构件自重常用材料与构件自重(1)(1)4 4、结构设计时，将结构自重转化为、结构设计时，将结构自重转化为平均楼面恒载平均楼面恒载 1.98 1.98 2 2 木结构木结构; ; 4.95 4.95 2 2 钢筋砼结构钢筋砼结构 2.48 2.48 2 2 钢结构钢结构; ; 3.46 3.46 2 2 预应力砼结构预应力砼结构 连接 常用材料和构件的自重常用材料和构件的自重(GB50009-2001(GB50009-2001附录附录A A表表A.1)A.1) 砖砖 普通砖（普通砖（240mm2

3、40mm115mm 115mm 53mm 53mm） 18 kN/m18 kN/m3 3 普通砖（机制）普通砖（机制） 19 kN/m19 kN/m3 3 灰浆灰浆 水泥砂浆水泥砂浆 20 kN/m20 kN/m3 3 石灰砂浆、混合砂浆石灰砂浆、混合砂浆 17 kN/m17 kN/m3 3 混凝土（砼）混凝土（砼） 素混凝土素混凝土 （22 22 24 24） kN/mkN/m3 3 泡沫混凝土泡沫混凝土 （4 4 6 6） kN/mkN/m3 3 钢筋混凝土（钢筋混凝土（R.C.R.C.） （24 24 25 25） kN/mkN/m3 3 砌体砌体 浆砌普通砖（机制）浆砌普通砖（机制）

4、1818（1919） kN/mkN/m3 3 空斗砌体（一眠一斗，中填碎瓦）空斗砌体（一眠一斗，中填碎瓦） 17 kN/m17 kN/m3 3 粘土砖空斗砌体（全斗）粘土砖空斗砌体（全斗） 13 kN/m13 kN/m3 3 墙面墙面 贴瓷砖墙面（贴瓷砖墙面（25mm25mm厚（包括水泥砂浆打底）厚（包括水泥砂浆打底） 0.5 kN/m0.5 kN/m2 2 水泥粉饰墙面（水泥粉饰墙面（20mm20mm厚，水泥粗砂）厚，水泥粗砂） 0.36 kN/m0.36 kN/m2 2 石灰粗砂粉饰墙面（石灰粗砂粉饰墙面（20mm20mm厚）厚） 0.34 kN/m0.34 kN/m2 2 屋顶屋顶 小青

5、瓦屋面小青瓦屋面 （0.9 0.9 ） kN/mkN/m2 2 粘土平瓦屋面粘土平瓦屋面 0.55 kN/m0.55 kN/m2 2 油毡防水层油毡防水层 一层油毡刷油两层一层油毡刷油两层 0.05 kN/m0.05 kN/m2 2 一毡二油上铺小石子一毡二油上铺小石子 （0.25 0.25 ） kN/mkN/m2 2 二毡三油上铺二毡三油上铺 （0.30 0.30 ） kN/mkN/m2 2 三毡四油上铺三毡四油上铺 （0.35 0.35 ） kN/mkN/m2 2返回返回5 5、例题、例题 例例11 双面水泥粉刷厚双面水泥粉刷厚220220墙的自重（墙的自重（20mm20mm厚水泥砂浆面厚

6、水泥砂浆面) ) 解解 g gk k 19kN/m19kN/m3 3+2+2 2222 20kN/m3280mm80mm厚现浇钢筋混凝土板厚现浇钢筋混凝土板 25kN/m3212mm12mm厚纸筋石灰泥粉底厚纸筋石灰泥粉底 16kN/m32gk=gki=2.592 kN/m2 例例22 计算某现浇楼面结构自重的标准值计算某现浇楼面结构自重的标准值g gk k 解解 20mm20mm厚水泥砂浆面层厚水泥砂浆面层二、土的自重二、土的自重 1 1、土的自重标准值、土的自重标准值G Gk k 根据根据土层的厚度土层的厚度和和土的容重标准值土的容重标准值确定确定2 2、天然状态下土的容重变化范围较大、天

7、然状态下土的容重变化范围较大 粘性土粘性土 (18 (18 20) kN/m 20) kN/m3 3 砂砂 土土 (16 (16 20) kN/m 20) kN/m3 3 腐填土腐填土 (15 (15 17) kN/m 17) kN/m3 3设计时，土的天然容重取设计时，土的天然容重取 18 kN/m18 kN/m3 3 均质土中均质土中： czcz= = . . z z czcz沿水平面沿水平面 均匀分布均匀分布 czcz沿深度沿深度 直线分布直线分布3 3、土的自重应力、土的自重应力 czcz cz cz= .z1 .zzzz天然地面天然地面 不同重度土层中，土的自重应力不同重度土层中，土

8、的自重应力 czcz cz 天然地面天然地面 h1 1 h1 1 h2 1 h1 + 2 h2 地下水位置地下水位置 2 h3 1 h1 + 2 h2 + /3 h3 3 /3 h4 1 h1 + 2 h2 + /3 h3 + /4 h4 4 /4 不透水层面不透水层面 z iniiczh1 地下水位以下土的重度采用地下水位以下土的重度采用土的有效重度土的有效重度= =土的天然重度土的天然重度- -水的重度水的重度 czcz沿深度沿深度 折线分布折线分布三、雪荷载三、雪荷载 1 1、基本雪压、基本雪压S S0 0 单位水平面积上积雪的自重单位水平面积上积雪的自重(kN/m(kN/m2 2) )

9、 系指以当地一般空旷平坦地面上统计所得重现期为系指以当地一般空旷平坦地面上统计所得重现期为5050年年的最大积雪的自的最大积雪的自重确定。重确定。 积雪密度（积雪密度（t/mt/m3 3） S S0 0= = . . h h . .g g 重力加速度重力加速度2 2) ) 积雪深度（积雪深度（m m） 积雪密度积雪密度 积雪深度积雪深度、积雪时间积雪时间、当地的地理气候条件当地的地理气候条件等因素等因素有关有关 随积雪深度和积雪时间变化的随积雪深度和积雪时间变化的 方便工程应用方便工程应用 取定值取定值 我国按我国按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB50009-2001)GB50009-2

10、001)全国基本雪压分布图全国基本雪压分布图的规的规定采用定采用 请同学们查全国基本雪压分布图苏州地区基本雪压请同学们查全国基本雪压分布图苏州地区基本雪压S S0 0 ？2 2、屋面雪压、屋面雪压 屋面雪压屋面雪压-（不同不同）-地面雪压地面雪压 主要原因：主要原因：风、屋面形式、屋面散热风、屋面形式、屋面散热等等 风对屋面积雪的影响风对屋面积雪的影响 风的漂积作用风的漂积作用 对高低跨屋面、多跨坡屋面及曲线型屋面的屋角附近区域对高低跨屋面、多跨坡屋面及曲线型屋面的屋角附近区域 屋面坡度对积雪的影响屋面坡度对积雪的影响 屋面的雪荷载随其坡度的增加而减小屋面的雪荷载随其坡度的增加而减小 风的作用

11、风的作用 使迎风面的部分积雪漂积到背风面一侧的屋面上，引起屋面的不平衡积雪使迎风面的部分积雪漂积到背风面一侧的屋面上，引起屋面的不平衡积雪荷载荷载 雪的滑移作用雪的滑移作用（坡度（坡度10100 0的屋面）的屋面） 可能形成一坡有雪另一坡完全滑落的不平衡雪荷载；使滑落的雪堆积在与可能形成一坡有雪另一坡完全滑落的不平衡雪荷载；使滑落的雪堆积在与坡屋面临接的较低屋面上坡屋面临接的较低屋面上 我国我国规范规范采用采用屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数（ r r）对双坡屋面考虑均匀雪载和不均匀对双坡屋面考虑均匀雪载和不均匀雪载两种情况。雪载两种情况。 屋面积雪分布系数应根据不同类型的屋面形式，按屋面积雪

12、分布系数应根据不同类型的屋面形式，按规范规范（GB50009-2001GB50009-2001）采用。采用。 当当3020时时的的单单跨跨双双坡坡屋屋面面可可按按不不均均匀匀情情况况考考虑虑。 25 30 35 40 45 50 r 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 例例11 单跨双坡屋面单跨双坡屋面 屋面温度对积雪的影响屋面温度对积雪的影响 冬季采暖房屋冬季采暖房屋 使部分雪融化产生滑移使部分雪融化产生滑移 不连续加热屋面不连续加热屋面 融化的雪重新冻结融化的雪重新冻结 冰渣可能堵塞屋面排水冰渣可能堵塞屋面排水 屋面较低处结成较厚的冰层屋面较低处结成较厚的冰层 产生附加荷载产生附加

13、荷载 采暖的坡屋面采暖的坡屋面 融化的雪在檐口处冻结为冰棱及冰坝，堵塞屋面排水，融化的雪在檐口处冻结为冰棱及冰坝，堵塞屋面排水，出现渗漏；对结构产生不利荷载效应出现渗漏；对结构产生不利荷载效应 例例22高低屋面高低屋面考考虑虑到到高高低低屋屋面面处处易易积积雪雪，应应在在高高低低屋屋面面处处 a a 范范围围内内0 . 2r。这这里里 mham824 3 3、屋面雪荷载标准值（、屋面雪荷载标准值（GB50009-2001GB50009-2001） 屋面屋面水平投影面水平投影面上雪荷载标准值应按下式计算：上雪荷载标准值应按下式计算：屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数基本雪压基本雪压（ kN/mkN

14、/m2 2 ）雪荷载标准值（雪荷载标准值（kN/mkN/m2 2） s sk k= = r r s s0 0四、汽车荷载四、汽车荷载 1 1、一辆汽车的总重力、一辆汽车的总重力= =汽车自重汽车自重+ +载重量。一辆载重量。一辆100kN100kN的汽车的汽车 30 7030 70 前轴前轴 后轴后轴2 2、汽车荷载、汽车荷载 车道荷载车道荷载 车辆荷载车辆荷载 桥梁结构整体计算桥梁结构整体计算 桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算3 3、汽车荷载等级、汽车荷载等级 公路公路-I -I 公路公路-II-II4 4、各级公路桥涵

15、设计的汽车荷载等级、各级公路桥涵设计的汽车荷载等级 边边 公路等级公路等级 高速公路高速公路 一级公路一级公路 二级公路二级公路 三级公路三级公路 四级公路四级公路 汽车荷载等级汽车荷载等级 公路公路- -I I 公路公路- -I I 公路公路- -IIII 公路公路- -IIII 公路公路- -IIII 二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可采用公路二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可采用公路-I-I级汽车荷载。级汽车荷载。 四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计所采用的公路四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计所采用的公路-II-II级车道荷级车道荷载的效应可乘以的折减系数，

16、车辆荷载的效应可乘以的折减系数。载的效应可乘以的折减系数，车辆荷载的效应可乘以的折减系数。5 5、车道荷载、车道荷载 “ “均布荷载均布荷载+ +集中荷载集中荷载”的形式的形式 根据车道荷载与车辆荷载在结构构件中产生的根据车道荷载与车辆荷载在结构构件中产生的内力（弯矩、剪力）内力（弯矩、剪力）等效等效确定确定 公路公路-I级车道荷载级车道荷载均均布布荷荷载载标标准准值值 mkNqk5 .10 计计算算弯弯矩矩时时 集集中中荷荷载载标标准准值值kNPk180(桥桥梁梁计计算算跨跨径径 ml5) kP=采采用用直直线线内内插插计计算算(桥桥梁梁计计算算跨跨径径mlm505) kNPk360(桥桥梁

17、梁计计算算跨跨径径ml50) 计算剪力时计算剪力时 集中荷载标准值集中荷载标准值取上述取上述kP的的 1.2 系数系数 公公路路-II 级级车车道道荷荷载载 均均布布荷荷载载标标准准值值kq和和集集中中荷荷载载标标准准值值 kP按按公公路路-I 级级车车道道荷荷载载的的 0.75 倍倍采采用用 车道荷载的均布荷载标准值车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上集中荷载标准值集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处5 5、车辆荷载、车辆荷载 公路公路-I-I和公路和公路-II-

18、II级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。车辆荷载的立面、平面尺寸 五、楼面和屋面活荷载五、楼面和屋面活荷载 1 1、民用建筑楼面活荷载、民用建筑楼面活荷载 民用建筑楼面活荷载民用建筑楼面活荷载 持久性活荷载持久性活荷载 设计基准期内经常出现设计基准期内经常出现家具等设备产生的荷载家具等设备产生的荷载 临时性活荷载临时性活荷载 设计基准期内短暂出现设计基准期内短暂出现人员的聚汇荷载人员的聚汇荷载 荷载的统计分析荷载的统计分析（第二部分介绍）（第二部分介绍） 民用建筑楼面均布活荷载的标准值民用建筑楼面均布活荷载的标准值 规范规范（GB50009-2001GB50

19、009-2001）表取用）表取用 【例如】【例如】住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园的建住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园的建筑楼面均布活荷载的标准值为筑楼面均布活荷载的标准值为 2 2。 民用建筑楼面均布荷载标准值中不包括民用建筑楼面均布荷载标准值中不包括隔墙自重隔墙自重和和二次装饰荷载二次装饰荷载 固定隔墙的自重固定隔墙的自重 按恒荷载考虑按恒荷载考虑 非固定隔墙（隔墙位置可灵活自由布置）非固定隔墙（隔墙位置可灵活自由布置） 作为楼面活荷载的附加值考虑作为楼面活荷载的附加值考虑 楼面活荷载的附加值楼面活荷载的附加值(kN/m(kN/m2 2) ) = = 每

20、延米长墙重（每延米长墙重（kN/mkN/m）的）的1/31/3 且且附加值附加值 1.0 kN/m 1.0 kN/m2 2（楼面活荷载小于楼面活荷载小于4.0 4.0 kN/mkN/m2 2 ） 附加值附加值 0.5 kN/m 0.5 kN/m2 2（楼面活荷载大于楼面活荷载大于4.0 4.0 kN/mkN/m2 2 ）2 2、工业建筑楼面活荷载、工业建筑楼面活荷载 工业建筑楼面在生产使用或安装检修时，由设备、管道、运输工具工业建筑楼面在生产使用或安装检修时，由设备、管道、运输工具及可能拆除的隔墙产生的局部荷载，及可能拆除的隔墙产生的局部荷载，均应按实际情况考虑均应按实际情况考虑，可用，可用等

21、等效均布活荷载效均布活荷载代替。代替。 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，可按均布活荷载考虑，作人员、一般工具、零星原料和成品的自重，可按均布活荷载考虑，采用采用2 2。 生产车间的楼面活荷载，可按实际情况采用，但不宜小于生产车间的楼面活荷载，可按实际情况采用，但不宜小于2 2。 楼面的等效均布活荷载，应在其设计控制部位上，根据需要按内力楼面的等效均布活荷载，应在其设计控制部位上，根据需要按内力（如弯矩、剪力等）、变形及裂缝的等值要求来确定。（如弯矩、剪力等）、变形及裂缝的

22、等值要求来确定。一般情况，一般情况，可按内力的等效来确定可按内力的等效来确定。 3 3、屋面均布活荷载、屋面均布活荷载 屋面均布活荷载包括屋面均布活荷载包括施工检修人员、工具等自重，上人屋面还包括施工检修人员、工具等自重，上人屋面还包括人员临时聚汇的荷载人员临时聚汇的荷载规范规范（GB50009-2001GB50009-2001）规定了工业与民用建筑房屋的屋面其水）规定了工业与民用建筑房屋的屋面其水平投影面上的均布活荷载的标准值：平投影面上的均布活荷载的标准值： 上人屋面的均布活荷载的标准值：上人屋面的均布活荷载的标准值： 2.0 kN/m2.0 kN/m2 2 不上人的屋面均布活荷载标准值：

23、不上人的屋面均布活荷载标准值： 0.5 kN/m0.5 kN/m2 2 屋顶花园均布活荷载标准值：屋顶花园均布活荷载标准值： 3.0 kN/m3.0 kN/m2 2 屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重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按局部荷载考虑，同时其同时其等效均布荷载不低于等效均布荷载不低于5.0 kN/m5.0 kN/m2 2 。 局部荷载应按直升机实际最大起飞重量确定，当没有机型技术资料局部荷载应按直升机实际最大起飞重量确定，当没有机型技术资料时，时，一般可依据轻、中、重三种类型的不同要求，按一般可依据轻、中、重三种类型的不同要求，按规范规范规定规定选用局部荷载标准

24、值及作用面积选用局部荷载标准值及作用面积。4 4、设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值的折减、设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值的折减 考虑到作用于楼面上的活荷载不可能以标准值的大小同时布满所有的楼面，考虑到作用于楼面上的活荷载不可能以标准值的大小同时布满所有的楼面，在设计梁、墙、柱及基础时，还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况。在设计梁、墙、柱及基础时，还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况。 在确定梁、墙、柱及基础的荷载标准值时，还应按楼面活荷载标准值乘以折在确定梁、墙、柱及基础的荷载标准值时，还应按楼面活荷载标准值乘以折减系数减系数。国际标准国际标准ISO2103ISO2

25、103： 计算梁时：计算梁时： 对住宅、办公楼等房屋或其房间：对住宅、办公楼等房屋或其房间：A33 . 0 (218mA ) 对公共建筑或其房间：对公共建筑或其房间： A35 . 0 (236mA ) A所计算梁的从属面积，取梁两侧各延伸所计算梁的从属面积，取梁两侧各延伸1/2梁间距范围内的实际楼面面积。梁间距范围内的实际楼面面积。 计算多层房屋的柱、墙和基础时：计算多层房屋的柱、墙和基础时： 对对住住宅宅、办办公公楼楼等等房房屋屋： n6 . 03 . 0 对对公公共共建建筑筑： n6 . 05 . 0 n所计算截面以上的楼层数。所计算截面以上的楼层数。 GB50009规定：规定： 墙、柱、

26、基础计算截面以墙、柱、基础计算截面以上的层数上的层数123456892020计算截面以上各楼层活荷计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数载总和的折减系数1.00(0.90)0.850.700.650.600.55活荷载按楼层的折减系数活荷载按楼层的折减系数在设计其楼面梁时在设计其楼面梁时对对住住宅宅、宿宿舍舍、旅旅馆馆、办办公公楼楼、医医院院病病房房、托托儿儿所所、幼幼儿儿园园，按按A33 . 0 (225mA )考考虑虑； 对对其其他他建建筑筑物物，按按A35 . 0(250mA)考考虑虑。 对对住住宅宅、宿宿舍舍、旅旅馆馆、办办公公楼楼、医医院院病病房房、托托儿儿所所、幼幼儿儿园园，按按n

27、6 . 04 . 0考考虑虑，如如表表所所示示。 对其他建筑物，直接按楼面梁的折减系数考虑。对其他建筑物，直接按楼面梁的折减系数考虑。 在设计柱、墙、基础时在设计柱、墙、基础时5 5、屋面积灰荷载、屋面积灰荷载 设计生产中有大量排灰的设计生产中有大量排灰的机械、冶金、水泥等的厂房及其附近建机械、冶金、水泥等的厂房及其附近建筑筑时考虑时考虑 影响主要因素影响主要因素：除尘设施的使用维修情况、清灰制度执行情况、：除尘设施的使用维修情况、清灰制度执行情况、风向和风速、烟囱高度、屋面坡度和屋面挡风板等风向和风速、烟囱高度、屋面坡度和屋面挡风板等 对于具有除尘设施和保证清灰制度对于具有除尘设施和保证清灰

28、制度（一般厂房（一般厂房3 3 6 6个月清灰一次）个月清灰一次）的厂房屋面水平投影面上的积灰荷载的厂房屋面水平投影面上的积灰荷载2 2 2 -2 -见见规范规范（GB50009-2001GB50009-2001）表）表 积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑同时考虑。 即即 积灰荷载积灰荷载+ +（雪荷载、不上人的屋面均布活荷载）（雪荷载、不上人的屋面均布活荷载）maxmax 6 6、桥梁人群荷载、桥梁人群荷载 当桥梁计算跨径当桥梁计算跨径 50m50m时，人群荷载标准值取时，人群荷载标准值取 3.0 kN/m3.0 kN/m2 2