工程荷载与可靠度设计原理

1、目目 录录 第第1章章 绪论绪论 第第2章章 荷载的分类与计算荷载的分类与计算 第第3章章 荷载效应组合和结构极限状态荷载效应组合和结构极限状态 第第4章章 结构设计方法结构设计方法一一. 本门课程的主要学习任务本门课程的主要学习任务 了解荷载产生的主要背景，理解荷载的各种分类了解荷载产生的主要背景，理解荷载的各种分类形式，形式，掌握工程结构设计需考虑的各种主要荷载掌握工程结构设计需考虑的各种主要荷载的取值确定问题的取值确定问题； 理解结构可靠度的概念理解结构可靠度的概念;掌握结构采用极限状态掌握结构采用极限状态设计法中相关的一些基本理论设计法中相关的一些基本理论,荷载效应存在组荷载效应存在组

2、合的问题，合的问题，为以后学习各种土木结构的设计垫定为以后学习各种土木结构的设计垫定基本理论方法基础。基本理论方法基础。二二. 本门课程的学习要求本门课程的学习要求 本课程本课程内容多、课时少，建议课前预习并完成简内容多、课时少，建议课前预习并完成简 答题，做为平时成绩的内容之一。答题，做为平时成绩的内容之一。 本课程本课程为必修课、考试课，一个学分。为必修课、考试课，一个学分。考核标准为：平时作业完成情况（包括考勤纪律考核标准为：平时作业完成情况（包括考勤纪律遵守情况遵守情况/课堂听课和回答表现）占总评成绩的课堂听课和回答表现）占总评成绩的30%，期末考试占，期末考试占70%。作业迟交不记分

3、。作业迟交不记分。第第1章章 绪绪 论论 1.1结构上的作用及作用效应结构上的作用及作用效应建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准(GB 500682001)中中 1.1.1结构上的作用结构上的作用 结构上的作用是指施加在结构上的集中或分布荷结构上的作用是指施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变形的原因。载，以及引起结构外加变形或约束变形的原因。 作用作用就其形式而言就其形式而言，可分为以下两类。，可分为以下两类。 (1) 直接作用直接作用: 当当以力的形式以力的形式作用于结构上时，称作用于结构上时，称为直接作用，习惯上称为荷载。为直接作用，习惯上称为荷载。

4、(2) 间接作用间接作用: 当当以变形的形式以变形的形式作用于结构上时，作用于结构上时，称为间接作用。称为间接作用。 作用作用按时间不同按时间不同可分为以下可分为以下3类。类。 (1) 永久作用永久作用: 在结构使用年限内，在结构使用年限内，其值不随时间变其值不随时间变化，化，或其变化的量值相对于平均值而言可以忽略不计，或其变化的量值相对于平均值而言可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的作用。或其变化是单调的并能趋于限值的作用。 (2) 可变作用可变作用: 在结构使用年限内，在结构使用年限内，其值随时间变化，其值随时间变化，且其变化的量值与平均值不可忽略不计的作用。且其变化的量值与平均值

5、不可忽略不计的作用。 (3) 偶然作用偶然作用: 在结构使用年限内在结构使用年限内不一定出现不一定出现，但一，但一旦出现，其旦出现，其值很大值很大且持续且持续时间很短时间很短的作用。的作用。 作用作用按空间位置不同按空间位置不同可分为以下两类。可分为以下两类。 (1) 固定作用固定作用: 在结构空间位置上具有在结构空间位置上具有固定不变固定不变的分的分布，但其量值可能具有随机性。布，但其量值可能具有随机性。 (2) 自由作用自由作用: 在结构空间位置上一定范围内可以在结构空间位置上一定范围内可以任任意分布意分布，出现的位置和量值都可能是随机的。，出现的位置和量值都可能是随机的。 作用按结构反应

6、不同可分为以下两类。作用按结构反应不同可分为以下两类。 (1) 静态作用静态作用:不使不使结构或结构构件结构或结构构件产生加速产生加速或产生的或产生的加速度很小可以忽略不计的作用。加速度很小可以忽略不计的作用。 (2) 动态作用动态作用:使使结构或结构构件结构或结构构件产生产生不可忽略的不可忽略的加速加速度度的作用。的作用。1.1.2作用效应作用效应S 由于直接作用或间接作用于结构构件上，在结构由于直接作用或间接作用于结构构件上，在结构内产生的内产生的内力内力(如轴力、弯矩、剪力、扭矩等如轴力、弯矩、剪力、扭矩等)和和变形变形(如挠度、转角、裂缝等如挠度、转角、裂缝等)，被称为，被称为“作用效

7、应作用效应”，用，用S表示。表示。 当作用为直接作用当作用为直接作用(荷载荷载)时，其效应也被称为时，其效应也被称为“荷荷载效应载效应”。荷载荷载Q与荷载效应之间，一般近似按线性关与荷载效应之间，一般近似按线性关系考虑：系考虑： 常数常数 C 为荷载效应系数为荷载效应系数S=CQq(KN/m)lql/2Mmax=ql2/8单位单位(KN.m)简支梁简支梁ql/2S=CQ(弯距图M)第第2章章 荷载的分类与计算荷载的分类与计算 2.1 荷载的类型荷载的类型 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 500092001)中中 2.1.1 永久荷载永久荷载 永久荷载永久荷载也称之为恒载也称之为恒载，在

8、结构使用期间，其，在结构使用期间，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忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。荷载。 主要包括主要包括:结构自重、土体自重力等结构自重、土体自重力等由重力引由重力引起的荷载起的荷载，以及，以及土侧压力、静水压力、水浮力、土侧压力、静水压力、水浮力、预加应力、混凝土收缩和徐变影响力、基础变预加应力、混凝土收缩和徐变影响力、基础变位影响力等位影响力等。 2.1.2 可变荷载可变荷载 可变荷载指在结构使用期间，其值会随时间发可变荷载指在结构使用期间，其值会随时间发生变化，且其变

9、化值与平均值相比不可忽略的生变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，荷载，也称为活荷载，也称为活荷载，包括包括楼面活荷载，屋面楼面活荷载，屋面活荷载，车辆荷载及其冲击力、离心力、人群活荷载，车辆荷载及其冲击力、离心力、人群荷载荷载,流水压力、波浪荷载、冻胀力、雪荷载、流水压力、波浪荷载、冻胀力、雪荷载、冰压力、风荷载、车辆制动力、温度影响力、冰压力、风荷载、车辆制动力、温度影响力、变形作用、支座摩阻力等变形作用、支座摩阻力等。 2.1.3 偶然荷载偶然荷载 偶然荷载指那些在结构使用期间不一定出偶然荷载指那些在结构使用期间不一定出现，作用时间较短暂，但一旦出现其值很现，作用时间较短暂，但一旦

10、出现其值很大且持续时间很短的荷载，主要大且持续时间很短的荷载，主要包括地震包括地震作用、船只或漂流物的撞击力、爆炸力等。作用、船只或漂流物的撞击力、爆炸力等。 2.2 各种荷载的计算各种荷载的计算 2.2.1 重力荷载重力荷载 地球上一定高度范围内的物体均会受到地地球上一定高度范围内的物体均会受到地球引力的作用而产生重力。该重力导致的球引力的作用而产生重力。该重力导致的荷载称为重力荷载。荷载称为重力荷载。图2.1(1)土的自重土的自重 (2)结构自重结构自重 根据结构的材料种类、材料体积以及材料根据结构的材料种类、材料体积以及材料容重可得结构自重。容重可得结构自重。 G = V (2-1) 式

11、中式中 G构件的自重构件的自重(kN)； 构件材料的容重构件材料的容重(kN/ m3 )；可查材料；可查材料的单位自重表。的单位自重表。 (3)雪荷载雪荷载 雪荷载是房屋雪荷载是房屋屋面结构的主要荷载之一屋面结构的主要荷载之一。 屋面水平投影面上的雪荷载屋面水平投影面上的雪荷载S SK K(kN/m(kN/m2 2) 应按下式计算应按下式计算:r 基本雪压基本雪压S SO O(kN/m(kN/m2 2) 取值原则取值原则:根据当地气象台根据当地气象台(站站)观察并收集的每观察并收集的每年最大雪压，经统计得出的年最大雪压，经统计得出的50年一遇的最大雪压年一遇的最大雪压(重现期为重现期为50年的

12、最大雪压年的最大雪压)，即为当地的基本雪压。，即为当地的基本雪压。 屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数高低跨屋面高低跨屋面飘积雪飘积雪分布图分布图 多跨屋面积雪分布图多跨屋面积雪分布图 建筑结构设计考虑积雪分布的原则：建筑结构设计考虑积雪分布的原则： 屋面板和檩条屋面板和檩条按积雪按积雪不均匀分布不均匀分布的的最不利情况采最不利情况采用用； 屋架或拱、壳可分别按屋架或拱、壳可分别按积雪全跨均匀分布积雪全跨均匀分布情况、情况、不均匀分布不均匀分布情况和情况和半跨的均匀分布半跨的均匀分布的情况采用；的情况采用； 框架和柱可按积雪框架和柱可按积雪全跨均匀分布全跨均匀分布情况采用。情况采用。规律规律:天

13、沟附近区域的积雪比屋脊区大。天沟附近区域的积雪比屋脊区大。建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 500092001)规定对规定对不同类别的屋面，其屋面积雪分布系数不同类别的屋面，其屋面积雪分布系数r 按下表按下表 采用。采用。 (4)楼面和屋面活荷载楼面和屋面活荷载 分为：民用建筑楼面均布活荷载、工业建筑楼面分为：民用建筑楼面均布活荷载、工业建筑楼面活荷载、屋面均布活荷载、屋面积灰荷载以及施活荷载、屋面均布活荷载、屋面积灰荷载以及施工、检修荷载和栏杆水平荷载。工、检修荷载和栏杆水平荷载。 需考需考虑冲击力时虑冲击力时，可将荷载，可将荷载乘以动力系数乘以动力系数后按静后按静力进行计算。力进行计

14、算。 1） 民用建筑楼面活荷载：是指建筑物中的民用建筑楼面活荷载：是指建筑物中的人群、人群、家具、设施等产生的重力家具、设施等产生的重力作用，这些荷载的量值作用，这些荷载的量值随时间发生变化，位置也是可移动的，亦称可变随时间发生变化，位置也是可移动的，亦称可变荷载。荷载。 民用建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合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，应按下表规定采用。值、频遇值和准永久值系数，应按下表规定采用。 设计楼面梁、墙、柱及基础时，上表中的楼面活荷载标设计楼面梁、墙、柱及基础时，上表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

15、的折减系数。注注:楼面梁的从属面积应按梁两侧各延伸二分之一梁间距的楼面梁的从属面积应按梁两侧各延伸二分之一梁间距的范围内的实际面积确定。范围内的实际面积确定。 A.设计楼面梁时的折减系数设计楼面梁时的折减系数: a)第第1(1)项项当楼面梁从属面积超过当楼面梁从属面积超过25m2时，应取时，应取0.9 ; b)第第1(2) 7项当楼面梁从属面积超过项当楼面梁从属面积超过50m2时应取时应取0.9 ; c)第第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8 ;对对单向板楼盖的主梁应取单向板楼盖的主梁应取0.6 ;对双向板楼盖的梁应取对双向板楼盖的梁应取0.8

16、 ; d)第第912项项应采用应采用与所属房屋类别相同的折减系数。与所属房屋类别相同的折减系数。下一张下一张附：国际标准附：国际标准ISO 2103中中民用建筑楼面活荷载折减民用建筑楼面活荷载折减系数系数(1) 在计算梁的楼面活荷载效应时，公式为：在计算梁的楼面活荷载效应时，公式为： 对住宅、办公楼等房屋或其房间，公式为：对住宅、办公楼等房屋或其房间，公式为： (A18m2) 对公共建筑或其房间，公式为：对公共建筑或其房间，公式为： (A36m2)式中，式中，A为所计算梁的从属面积。为所计算梁的从属面积。 (2) 计算多层房屋的柱、墙或基础的楼面活荷载效应时：计算多层房屋的柱、墙或基础的楼面活

17、荷载效应时： 对住宅、办公楼等房屋，公式为：对住宅、办公楼等房屋，公式为： 对公共建筑，公式为：对公共建筑，公式为： 式中，式中，n为所计算截面以上楼层数。为所计算截面以上楼层数。30.3A0.60.3n30.5A0.60.5n a)第第1(1)项应按下表规定采用项应按下表规定采用; b)第第1(2) 7项应采用与其楼面梁相同的折减系数项应采用与其楼面梁相同的折减系数; c)第第8项对单向板楼盖应取项对单向板楼盖应取0.5 ;对双向板楼盖和无梁楼盖对双向板楼盖和无梁楼盖应取应取0.8； d)第第912项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。 B.设计墙、柱和

18、基础时的折减系数设计墙、柱和基础时的折减系数 2) 楼面等效均布活荷载的确定原则（楼面等效均布活荷载的确定原则（详见规范附录详见规范附录B）（a)楼面楼面(板、次梁及主梁板、次梁及主梁)的等效均布活荷载，应的等效均布活荷载，应在其设计控制部位上，根据需要按内力在其设计控制部位上，根据需要按内力(如弯矩、如弯矩、剪力等剪力等)、变形及裂缝的等值要求来确定。在一般、变形及裂缝的等值要求来确定。在一般情况下，可仅按情况下，可仅按内力的等值内力的等值来确定。来确定。 (b)连续梁、板的等效均布活荷载，可按单跨简连续梁、板的等效均布活荷载，可按单跨简支计算。但计算内力时，仍应按连续考虑。支计算。但计算内

19、力时，仍应按连续考虑。 (c)由于生产、检修、安装工艺以及结构布置的由于生产、检修、安装工艺以及结构布置的不同，楼面活荷载差别较大时，应划分区域分别不同，楼面活荷载差别较大时，应划分区域分别确定等效均布活荷载。确定等效均布活荷载。 楼面结构上的局部荷载可按规定换算为等效均布活荷楼面结构上的局部荷载可按规定换算为等效均布活荷载。载。 楼面等效均布活荷载的确定原则楼面等效均布活荷载的确定原则 (d)单向板上局部荷载单向板上局部荷载(包括集中荷载包括集中荷载)的等效均布的等效均布活荷载活荷载qe（KN/m2），可按下式计算），可按下式计算: （e）次梁的等效均布活荷载的计算，应按下列公式对）次梁的等

20、效均布活荷载的计算，应按下列公式对弯矩和剪力分别计算，取其中较大者弯矩和剪力分别计算，取其中较大者 双向板的等效均布荷载可按与单向板相同的原则，按双向板的等效均布荷载可按与单向板相同的原则，按四边简支板的绝对最大弯矩等值来确定。四边简支板的绝对最大弯矩等值来确定。式中式中l板的跨度板的跨度; b板上荷载的有效分布宽度，按本附录板上荷载的有效分布宽度，按本附录B.0.5确定确定; Mmax一简支单向板的绝对最大弯矩，按设备的最不利布一简支单向板的绝对最大弯矩，按设备的最不利布置确定。计算置确定。计算Mmax时，设备荷载应乘以动力系数，并扣去时，设备荷载应乘以动力系数，并扣去设备在该板跨内所占面积

21、上，由操作荷载引起的弯矩。设备在该板跨内所占面积上，由操作荷载引起的弯矩。式中式中s 次梁间距次梁间距; l 次梁跨度次梁跨度;Mmax 与与Vmax简支次梁的绝对最大弯矩，与最大剪力。简支次梁的绝对最大弯矩，与最大剪力。按设备的最不利布置确定。按设备的最不利布置确定。 （f）当荷载分布比较均匀时，主梁上的等效均布活荷载）当荷载分布比较均匀时，主梁上的等效均布活荷载可由全部荷载总和除以全部受荷面积求得。可由全部荷载总和除以全部受荷面积求得。（g）柱、基础上的等效均布活荷载，在一般情况下，可）柱、基础上的等效均布活荷载，在一般情况下，可取与主梁相同。取与主梁相同。 3） 工业建筑楼面活荷载工业建

22、筑楼面活荷载 （a）工业建筑楼面在生产使用或安装检修时，）工业建筑楼面在生产使用或安装检修时，由设备、管道、运输工具及可能拆移的隔墙产生由设备、管道、运输工具及可能拆移的隔墙产生的局部荷载，均应按实际情况考虑，可采用前述的局部荷载，均应按实际情况考虑，可采用前述民用建筑楼面等效均布活荷载的计算方法。民用建筑楼面等效均布活荷载的计算方法。（b） 工业建筑楼面工业建筑楼面(包括工作平台包括工作平台)上无设备区域上无设备区域的操作荷载，包括操作人员、一般工具、零星原的操作荷载，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，采用料和成品的自重，可按均布活荷载考虑，采用2.0kN/m

23、2。生产车间的楼梯活荷载，可按实际情。生产车间的楼梯活荷载，可按实际情况采用，但不宜小于况采用，但不宜小于3.5kN/m2。对于一般金工车间、仪器仪表生产车间、半道对于一般金工车间、仪器仪表生产车间、半道体器件车间、棉纺织车间、轮胎厂准备车间和粮体器件车间、棉纺织车间、轮胎厂准备车间和粮食加工车间，当缺乏资料时，可按规范附录食加工车间，当缺乏资料时，可按规范附录C表采表采用。用。 4） 屋面均布活荷载屋面均布活荷载 工业及民用房屋的屋面，其水平投影面上屋面工业及民用房屋的屋面，其水平投影面上屋面均布活荷载标准值、组合值系数、频遇值系数及均布活荷载标准值、组合值系数、频遇值系数及准永久值系数按下

24、表采用。准永久值系数按下表采用。 注意：屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合。注意：屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合。 5） 屋面积灰荷载屋面积灰荷载 （a）设计生产中有大量排灰的厂房及其邻近）设计生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑时，对于具有一定除尘设施和保证清灰制度建筑时，对于具有一定除尘设施和保证清灰制度的机械、冶金、水泥等的厂房屋面，其水平投影的机械、冶金、水泥等的厂房屋面，其水平投影面上的屋面积灰荷载应分别按表采用。面上的屋面积灰荷载应分别按表采用。 （b） 对于屋面上易形成灰堆处，当设计屋面对于屋面上易形成灰堆处，当设计屋面板、檩条时，积灰荷载标准值可乘以下列规定的板、檩条时，积灰

25、荷载标准值可乘以下列规定的增大系数增大系数: 在高低跨处两倍于屋面高差但不大于在高低跨处两倍于屋面高差但不大于6.0m的分布的分布宽度内取宽度内取2.0; 在天沟处不大于在天沟处不大于3.0m的分布宽度内取的分布宽度内取1.40。 （c）积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布）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。活荷载两者中的较大值同时考虑。 6） 施工、检修荷载和栏杆水平荷载施工、检修荷载和栏杆水平荷载 （a）设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨）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篷和预制小梁时，施工或检修集中荷载(人和小工人和

26、小工具的自重具的自重)应取应取1.0kN，并应在最不利位置处进行，并应在最不利位置处进行验算。验算。 注：（注：（i）对于轻型构件或较宽构件，当施工荷载）对于轻型构件或较宽构件，当施工荷载超过上述荷载时，应按实际情况验算，或采用加超过上述荷载时，应按实际情况验算，或采用加垫板、支撑等临时设施承受。垫板、支撑等临时设施承受。（ii）当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔）当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔1. 0m取一个集中荷载取一个集中荷载;在验算挑檐、雨篷倾覆时，在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔应沿板宽每隔 2. 53. 0m取一个集中荷载。取一个集中荷载。 6） 施工、检修荷载和栏

27、杆水平荷载施工、检修荷载和栏杆水平荷载 （b）楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶）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、住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，应取幼儿园，应取0.5kN/m ;学校、食堂、剧场、电影学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取1.0kN/m. （c）当采用荷载准永久组合时，可不考虑施工）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。和检修荷载及栏杆水平荷载。 1)吊车工作制等级与工作级别吊

28、车工作制等级与工作级别 按吊车在使用期内要求的总工作循环次数分成按吊车在使用期内要求的总工作循环次数分成10个利用等级，又按吊车荷载达到其额定值的频个利用等级，又按吊车荷载达到其额定值的频繁程度分成繁程度分成4个载荷状态个载荷状态(轻、中、重、特重轻、中、重、特重) 8个个级别作为吊车设计的依据。级别作为吊车设计的依据。 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 500092001)在吊在吊车荷载的规定中也相应采用按工作级别划分，现车荷载的规定中也相应采用按工作级别划分，现在采用的工作级别与以往采用的工作制等级存在在采用的工作级别与以往采用的工作制等级存在对应关系，如表对应关系，如表2-5所示。

29、所示。 表表2-5 吊车的工作制等级与工作级别的对应关系吊车的工作制等级与工作级别的对应关系(5)吊车荷载吊车荷载工作制等级轻 级中 级重 级超 重 级工作级别A1A3A4，A5A6，A7A8 2）吊车竖向荷载和水平荷载吊车竖向荷载和水平荷载 A. 吊车竖向荷载标准值吊车竖向荷载标准值吊车的技术资料吊车的技术资料(包括吊车的最大包括吊车的最大Pmax或最小轮压或最小轮压Pmin)都都应由工艺提供。应由工艺提供。大大纵向纵向横向横向 (b) 吊车竖向荷载的吊车竖向荷载的动力系数动力系数 当计算吊车梁及其连续的强度时，吊车竖向当计算吊车梁及其连续的强度时，吊车竖向荷载应乘以动力系数。动力系数可按表

30、荷载应乘以动力系数。动力系数可按表2-6取用。取用。 悬挂吊车、电动葫芦、工作级别为A1A5的吊车工作级别为A6A8的软钩吊车、硬钩吊车、其他特种吊车1.051.10表2-6 吊车竖向荷载的动力系数 B. 吊车水平荷载标准值吊车水平荷载标准值 吊车水平荷载有纵向和横向两种吊车水平荷载有纵向和横向两种。 a) 吊车纵向水平荷载标准值吊车纵向水平荷载标准值 吊车纵向水平荷载标准值应按作用在吊车一端轨吊车纵向水平荷载标准值应按作用在吊车一端轨道上道上所有刹车轮所有刹车轮的最大轮压之和的的最大轮压之和的10%采用。该采用。该项荷载的作用点位于刹车轮与轨道的接触点，其项荷载的作用点位于刹车轮与轨道的接触

31、点，其方向与轨道方向一致。方向与轨道方向一致。 b) 吊车横向水平荷载标准值吊车横向水平荷载标准值按下式计算：按下式计算：1()HHQG g式中，式中，H 吊车横向水平荷载标准值；吊车横向水平荷载标准值； Q 吊车的额定起重质量；吊车的额定起重质量； G1横行小车质量。横行小车质量。 系数，对软钩吊车：当额定起重量不大于系数，对软钩吊车：当额定起重量不大于10t时，时，应取应取0.12；当额定起重量为；当额定起重量为1650t时，应取时，应取0.10；当额；当额定起重量不小于定起重量不小于75t时，应取时，应取0.08；对硬钩吊车应取；对硬钩吊车应取0.20H 吊车横向水平荷载应等分于吊车桥架

32、的两端，分别由吊车横向水平荷载应等分于吊车桥架的两端，分别由轨道上的车轮平均传至轨道，轨道上的车轮平均传至轨道，其方向与轨道垂直其方向与轨道垂直，并考虑，并考虑正反方向刹车情况。正反方向刹车情况。 3) 多台吊车的组合多台吊车的组合 按照各台吊车同时处于最不利位置，且同时满载的按照各台吊车同时处于最不利位置，且同时满载的极端情况出现的概率是极小的。可将多台吊车共同作用时极端情况出现的概率是极小的。可将多台吊车共同作用时的吊车荷载效应组合予以折减。在实测调查和统计分析的的吊车荷载效应组合予以折减。在实测调查和统计分析的基础上，可得到多台吊车的荷载折减系数基础上，可得到多台吊车的荷载折减系数(表表

33、2-7)。 表表2-7 多台吊车荷载折减系数多台吊车荷载折减系数参与组合的吊车台数 吊车工作级别A1A5A6A820.900.9530.850.9040.800.85（6）公路桥涵上的汽车和人群荷载）公路桥涵上的汽车和人群荷载 交通部颁标准交通部颁标准公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范JTG D60- 2004中有以下类型：中有以下类型： 汽车荷载汽车荷载 汽车冲击力汽车冲击力 汽车离心力汽车离心力 汽车引起的土侧压力汽车引起的土侧压力 人群荷载人群荷载 汽车制动力汽车制动力1）汽车荷载）汽车荷载 A.汽车荷载分为公路一汽车荷载分为公路一级和公路一级和公路一级两个等级。级两个等级。B.各

34、级公路桥涵设计的汽车荷载等级应符合表各级公路桥涵设计的汽车荷载等级应符合表4.3.1-1的的规定。规定。C.汽车荷载由汽车荷载由车辆荷载车辆荷载和和车道荷载车道荷载组成。桥梁结构的整体组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载计算采用车道荷载;桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。载的作用不得叠加。 表表4.3.1-1各级公路桥涵的汽车荷载等级各级公路桥涵的汽车荷载等级车辆荷载：车辆荷载： 公路一公路一级和公路一级和公路一级汽车荷载采用相同的车辆荷载级汽车荷

35、载采用相同的车辆荷载标准值。标准值。表表4.3.1-2车辆荷载的主要技术指标车辆荷载的主要技术指标 车道荷载：由均布荷载和集中荷载组成。车道荷载：由均布荷载和集中荷载组成。 a）公路一）公路一级车道荷载的均布荷载标准值为级车道荷载的均布荷载标准值为qK =10.5kN/m;集中荷载标准值按以下规定选取集中荷载标准值按以下规定选取:桥梁计算跨桥梁计算跨径小于或等于径小于或等于5m时，时，PK =180kN;桥梁计算跨径等于或大桥梁计算跨径等于或大于于50m时，时，PK = 360kN;桥梁计算跨径在桥梁计算跨径在5m一一50m之间时，之间时，PK值采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中荷载值

36、采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值标准值PK应乘以应乘以l.2的系数。的系数。 b)公路一公路一级车道荷载的均布荷载标准值级车道荷载的均布荷载标准值qK和集中荷和集中荷载标准值载标准值PK按公路一按公路一级车道荷载的级车道荷载的0.75倍采用。倍采用。 c)车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最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不利效应的同号影响线上;集中荷载标准值只作用于相应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。影响线中一个最大影响线峰值处。 桥涵设计车道数，应符合桥涵设计车道数，应符合表表4.3.1一一3的规定。多车

37、道桥的规定。多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道折减。梁上的汽车荷载应考虑多车道折减。 当桥涵设计车道数等于或大于当桥涵设计车道数等于或大于2时，由汽车荷载产生的时，由汽车荷载产生的效应应按表效应应按表4.3.1-4规定的多车道折减系数进行折减。但规定的多车道折减系数进行折减。但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。 大跨径桥梁上的汽车荷载应考虑纵向折减，折减系数见大跨径桥梁上的汽车荷载应考虑纵向折减，折减系数见表表4.3.1-5。2）汽车冲击力）汽车冲击力 冲击系数冲击系数u可按下式计算：可按下式计算：汽车冲击力标准值汽车冲击力标准值=汽车荷载标准

38、值汽车荷载标准值冲击系数冲击系数3）汽车离心力）汽车离心力汽车离心力标准值汽车离心力标准值=车辆荷载标准值车辆荷载标准值离心力系数离心力系数C。离心力系数离心力系数C为：为：式中式中 V-设计速度设计速度(km/h)，应按桥梁所在路线设计速度采用，应按桥梁所在路线设计速度采用; R曲曲线半径线半径(m) 4）汽车制动力）汽车制动力 一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按车一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算。计算。 公路一公路一I级汽车荷载的制动力标准值不得小于级汽车荷载的制动力标准值不得小于

39、165kN;公公路一路一II级汽车荷载的制动力标准值不得小于级汽车荷载的制动力标准值不得小于90kN。 同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计车同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计车道制动力标准值的两倍道制动力标准值的两倍;同向行驶三车道为一个设计车道同向行驶三车道为一个设计车道的的2.34倍倍;同向行驶四车道为一个设计车道的同向行驶四车道为一个设计车道的2.68倍。倍。 5）人群荷载）人群荷载 其标准值应按下列规定采用：其标准值应按下列规定采用： A.当桥梁计算跨径小于或等于当桥梁计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准时，人群荷载标准值为值为3 .0kN/m2;当桥梁计算

40、跨径等于或大于当桥梁计算跨径等于或大于150m时，人时，人群荷载标准值为群荷载标准值为2.5kN/m2时时;当桥梁计算跨径在当桥梁计算跨径在50m一一150m之间时，可由线性内插得到人群荷载标准值。城镇之间时，可由线性内插得到人群荷载标准值。城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述规郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述规定值的定值的1.15倍。倍。 专用人行桥梁，人群荷载标准值为专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5kN/m2。 B.人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。向施加于使

41、结构产生最不利荷载效应的区段内。 C.人行道板人行道板(局部构件局部构件)可以一块板为单元，按标准值可以一块板为单元，按标准值4.0kN/M的均布荷载计算。的均布荷载计算。 D.计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱顶上的水平推计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值取力标准值取0.75kN/m;作用在栏杆扶手上的竖向力标准值作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取取1.0KN/m. 2.2.3 静静水压力及水压力及动水压力动水压力 (1)静水压强静水压强p p与静水总压力与静水总压力P 在重力作用下静水压强在重力作用下静水压强p p为：为：h h水的深度水的深度; 水的重度；水的重度；p p0

42、自由表面压强，一般为大自由表面压强，一般为大气压强，由于大气压强是始终气压强，由于大气压强是始终存在的，故在工程上采用相对存在的，故在工程上采用相对压强，取压强，取p p0 =0，故可用下式计，故可用下式计算静水压强算静水压强0pphhph静水压强的分布静水压强的分布 静水压强的特点：静水压强的特点：（i）水中）水中任意一点压强的大小与水深成正比，与作用面任意一点压强的大小与水深成正比，与作用面垂直。垂直。（ii）水中）水中任意一点压强各向等值，与作用面的方任意一点压强各向等值，与作用面的方位无关。位无关。h铅垂面静水压强的分布铅垂面静水压强的分布斜面静水压强的分布斜面静水压强的分布静水总压力

43、静水总压力P1) 平面壁上的静水总压力平面壁上的静水总压力数值大小数值大小式中式中作用点在分布三角形的形心处，作用点在分布三角形的形心处， 垂直指向平面壁。垂直指向平面壁。当当L=h时，平面壁为铅垂面时，平面壁为铅垂面 cPh2chhLbPhh3h hh22hPb当平面壁宽度当平面壁宽度b=1m时，即单位宽时，即单位宽度平面壁上的静水总压力为度平面壁上的静水总压力为22hPABCDh2 2) 曲面壁上的静水总压力曲面壁上的静水总压力作用在曲面壁上作用在曲面壁上,指向曲面指向曲面 中心。数值为中心。数值为2222arctanxzxzzxPpphPbPVPP式中式中 ： P与水平面夹角与水平面夹角

44、V压力体体积，其周界为三部分压力体体积，其周界为三部分:曲面、水体自由曲面、水体自由表面及由曲面周界引至与水体自由表面相交的铅垂面。表面及由曲面周界引至与水体自由表面相交的铅垂面。例例2.5有一弧形闸门，如图有一弧形闸门，如图所示，半径所示，半径r=4m，门宽，门宽b=6 m，H=2m，水面与门轴同，水面与门轴同高，求该闸门所受静水总压高，求该闸门所受静水总压力。力。解：解：压力体的体积压力体的体积v=断面断面ABC的体积的体积V= （AOB扇形面积扇形面积- BOC三角形面积）三角形面积）门宽门宽b22xhPbzPV22arctanzxzxPPppP.219 826117 62KN .222

45、30144 1936012OOrmcos.21124303 4622oBC OBm (2)流水压力流水压力根据流体运动时的连续性方程、能量方程和动量根据流体运动时的连续性方程、能量方程和动量方程，可得伯诺里积分方程：方程，可得伯诺里积分方程：式中式中: z每单位重力水体所具有的位能，简称单位位能每单位重力水体所具有的位能，简称单位位能; v流速，流速， 表示每单位重力水体所具有的动能表示每单位重力水体所具有的动能,简称单位动能简称单位动能; p p某深度处的压强某深度处的压强 表示每单位重力水体以压强形式保持的一种能量，表示每单位重力水体以压强形式保持的一种能量， 简称单位压能简称单位压能22

46、vgp 水流作用在结构上，速度水流作用在结构上，速度v由由v1变为变为v2=0，压，压强由强由p p1变为变为p p2 ， 结构面上的流水压强为：结构面上的流水压强为：pvpg21122vppg 21212vpvpg 2111202时 最大流体的位能流体的位能Z Z不变时，不变时，pvpvgg22112222若若v1 v2, ,则则p p1pp2 ,p v11,p v22 桥墩流水压力的计算桥墩流水压力的计算桥墩迎水面水流单元体的压强桥墩迎水面水流单元体的压强p p为：为： v 水流未受桥墩影响时的流速，水流未受桥墩影响时的流速， 为水的重度。为水的重度。 若桥墩迎水面受阻面积为若桥墩迎水面受

47、阻面积为A，再引入考虑墩台平面形状，再引入考虑墩台平面形状的系数的系数 K，桥墩上的流水压力按下式计算：，桥墩上的流水压力按下式计算： 式中，式中，P P作用在桥墩上的流水压力作用在桥墩上的流水压力(kN )； v设计流速设计流速(m/s)；A桥墩阻力面积，一般桥墩阻力面积，一般算至冲刷线处；算至冲刷线处；g重力加速度，重力加速度，K由试验测得的由试验测得的桥墩形状系数，按表桥墩形状系数，按表5-2取用。取用。vpg 22 22vPKAg 桥墩形状方形方形桥墩桥墩矩形桥墩矩形桥墩(长边与水长边与水流平行流平行)圆圆形形桥桥墩墩尖端尖端形桥形桥墩墩圆端圆端形桥形桥墩墩K 1.51.30.80.7

48、0.6表表5-2 桥墩形状系数桥墩形状系数K【计算题1】某存放一般资料的两层档案馆，其承重结构为现浇钢筋混凝土无梁楼盖板柱体系。柱网尺寸为7.8m7.8m，楼层净高为3.0m，楼板厚度为0.26m，楼面层建筑作法为0.04m。各层楼面上设置可灵活布置的C型轻钢龙骨，不保温两层12mm纸面石膏板隔墙，求柱在基础顶部截面处由楼面活荷载标准值产生的轴向力。解：(1)隔墙产生的附加楼面活荷载标准值。由于隔墙位置可灵活布置，其自重作为楼面活荷载的附加值应计入，可求得：查建筑结构荷载规范(GB 500092001)附录A第11项得隔墙自重为0.27kN/m2，隔墙高度等于楼层净高3.0m，按规定可取每延米

49、长墙重的1/3作为隔墙产生的附加楼面活荷载标准值。Qak= 1/3 3.00.27=0.27kN/m2但其值小于1kN/m2，取等于1kN/m2。 (2)楼面均布活荷载标准值。 对存放一般资料的档案室楼面均布活荷载标准值按建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)规定为2.5kN/m2(见表2-9中的第2项)。 因此档案馆每层楼面活荷载标准值q=2.5+1=3.5kN/m2 (3)楼面活荷载产生的轴向力标准值。 设计基础时，楼面活荷载标准值的折减系数建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)规定其值为0.9，因此由楼面活荷载产生的轴向力标准值(忽略楼板不平衡力矩产生的轴向力影响)为:

50、N=3.5x2x0.9x7.8x7.8=383.3kN 2.2.4 风荷载风荷载 风荷载是一种重要的设计荷载，对于高层房风荷载是一种重要的设计荷载，对于高层房屋、高耸结构屋、高耸结构(如高塔、烟囱如高塔、烟囱)桥梁、起重机和屋桥梁、起重机和屋盖等结构，常常起着主要的作用。盖等结构，常常起着主要的作用。 (1)风荷载的基础知识风荷载的基础知识 1)风的形成风的形成 风是空气相对于地面的运动。由于太阳对地风是空气相对于地面的运动。由于太阳对地球各处辐射程度和大气升温的不均衡性，在地球球各处辐射程度和大气升温的不均衡性，在地球上的不同地区产生大气压力差，空气从气压大的上的不同地区产生大气压力差，空气

51、从气压大的地方向气压小的地方流动就形成了风。地方向气压小的地方流动就形成了风。 2)风的强度风的强度 根据风对地面根据风对地面(或海面或海面)物体的影响程度划分物体的影响程度划分等级。等级。表表3-1 蒲福风力等级表蒲福风力等级表风力等级名称海面状况浪高/m海岸渔船征象陆地地面物征象距地10m高处相当风速一般最高km/hmile/hm/s0静风-静静、烟直上10.3时，取时，取tg =0.3 ; k系数，对山峰取系数，对山峰取3.2，对山坡取，对山坡取1.4; H山顶或山坡全高山顶或山坡全高(m) ; Z建筑物计算位置离建筑物地面的高度，建筑物计算位置离建筑物地面的高度，m;当当z2. 5H时

52、，取时，取z=2. 5H 。 如图所示，取如图所示，取A、C处的修正系数处的修正系数 =1，山坡，山坡和山峰的其他部位，和山峰的其他部位，AB间和间和BC间的修正系数按间的修正系数按 的线性插值确定。的线性插值确定。图图3.3 山坡和山峰示意图山坡和山峰示意图 b) 山间盆地、谷地等闭塞地形山间盆地、谷地等闭塞地形 =0.750.85；对于与风向一致的谷口、山口，对于与风向一致的谷口、山口， =1.201.50。 对于远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高对于远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高度变化系数可按度变化系数可按A类粗糙度类别，还应考虑类粗糙度类别，还应考虑下下表中给出表中给出的修

53、正系数。的修正系数。距海岸距离距海岸距离/km40406060100修正系数修正系数1.01.01.11.11.2 2)风载体型系数风载体型系数s 结构物体型不同、其表面风压的实际大小和分布也就不相同。结构物体型不同、其表面风压的实际大小和分布也就不相同。 系数为系数为正值正值，为，为压力压力作用，作用，方向指向建筑物表面方向指向建筑物表面； 系数为系数为负值负值，为，为吸力吸力作用，作用，方向离开建筑物表面方向离开建筑物表面。风荷载体型系数表风荷载体型系数表 当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应，

54、使得房屋某些部位的局部风压宜考虑风力相互干扰的群体效应，使得房屋某些部位的局部风压显著增大。设计时可将单体建筑物的体型系数显著增大。设计时可将单体建筑物的体型系数 乘以相互干扰增乘以相互干扰增大系数，该系数参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风大系数，该系数参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验得出。洞试验得出。 3)风振系数风振系数Z 建筑结构在建筑结构在Z高度处的风振系数高度处的风振系数Z按下式计按下式计算：算：式中，式中， 风压高度变化系数；风压高度变化系数； 脉动增大系数；脉动增大系数； 脉动影响系数；脉动影响系数； 振型系数振型系数 。 z z 基本自振周期基本自振周期

55、不大于不大于0.25s的高耸结构和高度不的高耸结构和高度不大于大于30m或高宽比不大于或高宽比不大于1.5的房屋的房屋,可以不考虑风振可以不考虑风振系数系数,即取即取Z=1。 0kzszWW 结构基本周期结构基本周期T1经验公式经验公式 1. 高耸结构高耸结构 一般情况下的钢结构和钢筋混凝土结构为：一般情况下的钢结构和钢筋混凝土结构为：T1=(0.0070.013)H 式中，式中，H为结构物总高为结构物总高(m)。 一般情况下，钢结构刚度小，结构自振周期长，可取高值；钢一般情况下，钢结构刚度小，结构自振周期长，可取高值；钢筋混凝土结构刚度相对较大，结构自振周期短，可取低值。筋混凝土结构刚度相对

56、较大，结构自振周期短，可取低值。 2. 高层建筑高层建筑 一般情况下的钢结构和钢筋混凝土结构：一般情况下的钢结构和钢筋混凝土结构： 钢结构钢结构T1=(0.100.15)n 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 T1=(0.050.10)n式中，式中，n为建筑层数。为建筑层数。对于钢筋混凝土框架和框剪结构对于钢筋混凝土框架和框剪结构 可按下述公式确定：可按下述公式确定： 对于钢筋混凝土剪力墙结构对于钢筋混凝土剪力墙结构 可按下述公式确定：可按下述公式确定： 式中，式中，H房屋总高度房屋总高度(m)； B房屋宽度房屋宽度(m)。2-313T =0.25+0.53 10HB 13T =0.03+0.03

57、HB 考虑当地地面粗糙度后的基本风压；考虑当地地面粗糙度后的基本风压； T1结构的基本自振周期。结构的基本自振周期。0w 查表前计算查表前计算 时，对地面粗糙度时，对地面粗糙度B类地区可直接代入基类地区可直接代入基本风压。对本风压。对A类、类、C类和类和D类地区应按当地的基本风压分别乘以类地区应按当地的基本风压分别乘以1.38、0.62和和0.32后代入。后代入。20 1w T （i） 脉动增大系数脉动增大系数 ，可查下表：，可查下表：（ii） 脉动影响系数脉动影响系数 a） 结构迎风面较小的情况结构迎风面较小的情况 对于结构迎风面宽度远小于其高度的情况对于结构迎风面宽度远小于其高度的情况(如

58、高耸结构等如高耸结构等)，若外形、质量沿高度比较均匀，脉动影响系数可按下表采用。若外形、质量沿高度比较均匀，脉动影响系数可按下表采用。 当高耸结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线当高耸结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线规律变化，而质量沿高度按连续规律变化时，表中的脉动影响系规律变化，而质量沿高度按连续规律变化时，表中的脉动影响系数应再乘以修正系数数应再乘以修正系数B B和和 V V 。 B B应为构筑物迎风面在应为构筑物迎风面在z高度处高度处的宽度的宽度Bz与底部宽度与底部宽度B0的比值，的比值， v v可按表确定。可按表确定。 b） 结构迎风面宽度较大的情况结构迎风面宽

59、度较大的情况 对于结构迎风面宽度较大的情况对于结构迎风面宽度较大的情况(如高层建筑等如高层建筑等)，若，若外形、质量沿高度比较均匀，脉动影响系数可根据结外形、质量沿高度比较均匀，脉动影响系数可根据结构总高度构总高度H及其与迎风面宽度及其与迎风面宽度B的比值，按下表采用。的比值，按下表采用。 （iii）振型系数）振型系数z 振型系数的确定，也可参考荷载规范附录振型系数的确定，也可参考荷载规范附录F表中数值。表中数值。 结构振型系数应根据结构动力学方法确定，结构振型系数应根据结构动力学方法确定， 顺风向计算时顺风向计算时可仅考虑第一振型可仅考虑第一振型 。近似公式计算结构振型系数时，对于高耸。近似

60、公式计算结构振型系数时，对于高耸构筑物可按弯曲型考虑，结构第构筑物可按弯曲型考虑，结构第1振型系数按下述近似公式计算：振型系数按下述近似公式计算： 对于高层建筑结构，当以剪力墙的工作为主时，可按弯剪对于高层建筑结构，当以剪力墙的工作为主时，可按弯剪型考虑，结构第型考虑，结构第1振型系数按下述近似公式计算：振型系数按下述近似公式计算： 234zz4 z1 z2()()()H3 H3 H 0.7zztan() 4 H 迎风面宽度远小于其高度的高耸结构的振型系数表迎风面宽度远小于其高度的高耸结构的振型系数表荷载规范附录荷载规范附录F表表1-1 （iii）振型系数）振型系数z 剪力墙和框架均起主要作用