结构上的荷载课件

第二章建筑结构设计原理第一节结构上的荷载什么是荷载第二章建筑结构设计原理第一节结构上的荷载1一、结构上的作用、作用效应、结构抗力及其随机性

作用action定义：作用——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因素的总称。结构产生各种效应的原因，统称为结构上的作用。分类直接作用间接作用一、结构上的作用、作用效应、结构抗力及其随机性作用acti21.结构上的作用直接作用——直接施加在结构上的集中或分布荷载，使它产生内力效应。即通常所说的荷载。例如：结构构件自重构件上构造层（如地面）的重力荷载楼（屋）面上的人群、设备等的使用荷载，雪荷载和施工荷载施加在外墙上的风荷载1.结构上的作用直接作用——直接施加在结构上的集中或分布荷31.结构上的作用间接作用——引起结构外加变形或约束变形从而产生内力效应因素，即通常所说的作用，用（Q）表示。例如：由地基不均匀沉降的外加变形引起的沉降作用温度或材料体积变化，但结构的变形却受到约束而引起的温差（或收缩）作用因钢材焊接引起的热效应作用等地震时地面运动和质点加速度反应引起的惯性作用1.结构上的作用间接作用——引起结构外加变形或约束变形从而42荷载效应（作用效应）effectsofaction作用效应——由作用引起的结构或构件的反应（内力和变形），用“S”表示。S=CQS——作用效应C——作用效应系数Q——间接作用可以认为作用和作用效应之间呈线性关系。反应：内力：轴力、弯矩、剪力、扭矩等变形：挠度、转角、侧移、裂缝等2荷载效应（作用效应）effectsofaction作53结构抗力structurereactance

结构抗力——结构或结构构件承受作用效应（内力和变形）的能力，如构件的承载能力、刚度等。影响抗力的主要因素：材料性能（强度、变形模量等）几何参数（构件尺寸——截面尺寸、截面形状等）计算模式的精确性（抗力计算所采用的基本假设和计算公式不够精确等）随机变量随时间变化结构上的作用（特别是可变作用）与时间有关——设计基准期为50年3结构抗力structurereactance结构抗力6二、荷载的分类按时间的变异分类永久荷载（恒载或永久作用）permanentload可变荷载（活载或可变作用）variableload偶然荷载（偶然作用）accidentalload二、荷载的分类按时间的变异分类7A.永久荷载permanentload

永久荷载（恒载或永久作用）permanentload——建筑物中每一构配件的质量所引起的地心引力，它们在设计基准期（一般为50年）内的量值不随时间变化，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。包括：结构构件、楼地面、墙面、固定设备等的自重，土压力，预加应力，地基沉降以及焊接等。注:自重是指材料自身重量产生的荷载(重力)。A.永久荷载permanentload永久荷载（恒载或8B.可变荷载variableload可变荷载（活载或可变作用）variableload——建筑物使用过程中所施加的可移动荷载，它们在设计基准期内的量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计。例如楼面活荷载实际是人体和家具加于楼面很小面积上的可移动荷载，在设计时利用等效原理将它们化算成全楼面的等效均布荷载。屋面活荷载和积灰荷载安装荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度变化等。B.可变荷载variableload可变荷载（活载或可9C.偶然荷载accidentalload偶然荷载（偶然作用）accidentalload——在设计基准期内不一定出现，一旦出现它的量值很大，持续时间很短的荷载。例如：地震荷载、爆炸荷载、撞击荷载等。C.偶然荷载accidentalload偶然荷载（偶然10

作用自然现象重力构件自重使用荷载施工荷载气象雪荷载风荷载冰荷载温差作用湿度变化材料体积变化（收缩、徐变等）地质水力沉降差水位差地震作用人为现象内应力预加力施工安装钢材焊接动力振动荷载冲击荷载车辆荷载吊车荷载作用自然现象人为现象11

作用自然现象重力构件自重——直接、永久荷载使用荷载——直接、可变荷载施工荷载——直接、可变荷载气象雪荷载——直接、可变荷载风荷载——直接、可变荷载冰荷载——直接、可变荷载温差作用——间接、可变荷载湿度变化——间接、可变荷载材料体积变化（收缩、徐变等）——间接、可变荷载地质水力沉降差——间接、永久荷载水位差——间接、永久荷载地震作用——间接、偶然荷载人为现象内应力预加力——直接、永久荷载施工安装——直接、可变荷载钢材焊接——间接、永久荷载动力振动荷载——直接、可变荷载冲击荷载——直接、可变荷载车辆荷载——直接、可变荷载吊车荷载——直接、可变荷载作用自然现象人为现象12二、荷载的分类按空间位置的变异分类固定荷载——在结构空间位置上具有固定分布的荷载。例如：结构构件自重，工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载等。可动荷载——在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的荷载。例如：工业与民用建筑楼面上的人群荷载、吊车荷载等。二、荷载的分类按空间位置的变异分类13二、荷载的分类按结构的反应分类静态荷载——对结构或构件不产生加速度，或其加速度可以忽略不计的荷载。也称为静态作用，估算时无需考虑动态系数。例如：结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载、土压力、积灰荷载等。动态荷载——对结构或构件产生不可忽略的加速度的荷载。也成动态作用，估算时要考虑动态系数。例如：吊车荷载、地震、设备振动、作用在高耸结构上的风荷载等。注：风荷载对于一般的低层建筑来说是静载，而对于高层建筑来说则是动载，因为后者的自振周期较长。二、荷载的分类按结构的反应分类14下列荷载各属于哪种类型？土压力自重风压力积灰荷载吊车荷载地震、撞击力静态荷载、永久荷载静态荷载、永久荷载动态荷载、可变荷载静态荷载、可变荷载动态荷载、可变荷载动态荷载、偶然荷载下列荷载各属于哪种类型？土压力静态荷载、永久荷载15（一）永久荷载（恒载）

重力荷载

地球表面的所有结构都必须抵抗重力。通过物体指向地球中心荷载的第一来源是重力荷载。几种常见材料的自重：素混凝土 22～24kN/m3普通钢筋混凝土 24-25kN/m3砖砌体 19kN/m3钢材 78.5kN/m3木材 4-9kN/m3水泥砂浆 20kN/m3石灰砂浆 17kN/m3（一）永久荷载（恒载）重力荷载几种常见材料的自重：16（一）永久荷载（恒载）土压当改变地面的局部形状来修建建筑物时，该建筑物的某些部分和它的结构可能会承受土压力。天然地面垂直面的砂丘需要力来维持沙堆的非自然形状

挡土墙

（一）永久荷载（恒载）土压天然地面垂直面的砂丘挡土墙17（一）永久荷载（恒载）土压地下室的建筑建造在斜面地基上的建筑（一）永久荷载（恒载）土压18（一）永久荷载（恒载）水压地下水位——水的顶层建筑物的定位穿越了天然地下水位，非天然的地下水位就会出现在建筑物的四周和下方。（一）永久荷载（恒载）水压19（一）永久荷载（恒载）水压水平向竖向（向上）——建筑的漂浮趋势（一）永久荷载（恒载）水压20（二）可变荷载（活载）使用中造成的活载永久荷载——不能避免而必须承受可变荷载——建筑使用功能导致的永久荷载可变荷载

（二）可变荷载（活载）使用中造成的活载永久荷载可变荷载21（二）可变荷载（活载）使用中造成的活载可变荷载——有选择的永久荷载——没有选择的实际工程中往往将可变荷载定为可能出现的最大荷载。楼面活荷载实际是人体和家具加于楼面很小面积上的可移动荷载，在设计时利用等效原理将它们化算成全楼面的等效均布荷载。（二）可变荷载（活载）使用中造成的活载22屋面活荷载项次类别标准值(kN/m2)组合值系数ψc频遇值系数ψf准永久值系数ψq1不上人的屋面0.50.70.502上人的屋面2.00.70.50.43屋顶花园3.00.70.60.5注：1不上人的屋面,当施工或维修荷载较大时,应按实际情况采用；对不同结构应按有关设计规范的规定,将标准值作0.2kN/m2的增减。2上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用。3对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加以防止；必要时，应按积水的可能深度确定屋面活荷载。

4屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。屋面活荷载项次类别标准值组合值系数ψc频遇值系数ψf准永久值23屋面活荷载一般上人屋面的活载标准值2.0kN/m2不上人屋面的活载标准值0.5kN/m2

屋顶花园3.0kN/m2（不包括池墙）屋面活荷载不应于雪荷载同时考虑，取其较大者屋面活荷载标准值与是否上人、屋面的结构形式有关；与面积大小、排水方式无关屋面活荷载一般24（二）可变荷载（活载）使用中造成的活载荷载方向竖直向下：大多数情况水平：少数情况（二）可变荷载（活载）使用中造成的活载25（二）可变荷载（活载）风荷载地球表面上建造的所有结构都必须抵抗风力。在地表附近，可认为风是沿着地面流动的。风从障碍物的旁边和上方吹过。（二）可变荷载（活载）风荷载26（二）可变荷载（活载）风荷载风荷载——空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面形成的压力或吸力。实际上，风荷载是随时间而波动的动力荷载，但房屋设计中把它看作是静态荷载。在高度较大的建筑中要考虑动力效应影响，适当加大风荷载数值。（二）可变荷载（活载）风荷载27（二）可变荷载（活载）风荷载风是如何从固定物体的旁边和上方吹过取决于：风速物体的形状风流动模式的改变

力或风荷载

（二）可变荷载（活载）风荷载风流动模式的改变力或风荷载28（二）可变荷载（活载）风荷载作用在建筑物表面单位面积上的风荷载标准值wk：式中：w0——基本风压值，单位kN/m2μz——风压高度变化系数μs

——风载体型系数βz——高度处的风震系数（二）可变荷载（活载）风荷载29（二）可变荷载（活载）风荷载风速与风压的关系自由气流的风速产生的单位面积上的风压力为：w0——单位面积上的风压力(kN/m2)；ρ——空气密度(kg/m3)；v0——风速(m/s)。γ——空气单位体积重力(kN/m3)；g——重力加速度(m/s2)；（二）可变荷载（活载）风荷载30（二）可变荷载（活载）风荷载风速与风压的关系在标准大气压情况下，γ=0.012018kN/m3，g=9.80m/s2：在不同的地理位置，大气条件是不同的，γ和g值也不相同。重力加速度g随高度变化，也与纬度有关；空气重度γ是气压、气温和湿度的函数，因此，各地的γ/g的值均不相同。为了比较不同地区风压的大小，必须对地貌、测量高度进行统一规定。（二）可变荷载（活载）风荷载31风荷载基本风压referencewindpressure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，按公式确定的风压值。标准地貌的规定：地貌粗糙程度地面粗糙程度↑，风能消耗↑，风速↓。标准高度的影响：距地面的高度↑，风速↑，风压↑。但当离地面450m以上时，风速即不受地面粗糙程度的影响

风荷载基本风压referencewindpressure32风荷载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。风荷载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33风荷载

基本风压公称风速的时距：一定时间间隔内(称为时距)的平均风速。风速记录表明，10min的平均风速已趋于稳定。最大风速的样本时间：气候的重复性，风有着自然周期，每年季节性地重复一次。∴年最大风速最有代表性。基本风速的重现期：取年最大风速为样本，可获得各年的最大风速。每年的最大风速值是不同的。工程设计时，一般应考虑结构在使用过程中几十年时间范围内，可能遭遇到的最大风速。该最大风速不是经常出现，而是间隔一段时间后再出现，这个间隔时间称为重现期。风荷载

基本风压公称风速的时距：一定时间间隔内(称为时距)的34（二）可变荷载（活载）风荷载风流动模式的改变所产生的荷载与建筑物的表面明显成直角。（物体的形状）（二）可变荷载（活载）风荷载35风荷载风荷载体型系数μs ——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。风荷载风荷载体型系数μs36风荷载单体风载体型系数μs

图中风荷载体型系数为正值，代表风对结构产生压力作用，其方向指向建筑物表面；风荷载体型系数为负值，代表风对结构产生吸力作用，其方向离开建筑物表面。封闭式双坡屋面风荷载体型系数风荷载单体风载体型系数μs封闭式双坡屋面风荷载体型系数37风荷载风压的基准期是50年（离地10M，10min最大风速，平方除1600确定风压w0）一般多层住宅设计不考虑撞击力和龙卷风；必须考虑风载和活荷载我国基本风压取值范围在0.3～0.9kN/m2高处的面积大其风压大，其风荷载总值也大建筑物越高，受到的风荷载越大，但超过450M后趋于稳定风压高度变化系数与建筑物所处地面的粗糙度有关；地面的粗糙度类别分四类风荷载风压的基准期是50年（离地10M，10min最大风速，38（二）可变荷载（活载）雪荷载：作用在屋面上的由积雪而产生的荷载。基本雪压referencesnowpressure——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。屋面活荷载不应于雪荷载同时考虑，取其较大者（二）可变荷载（活载）雪荷载：作用在屋面上的由积雪而产生的荷39（二）可变荷载（活载）温度变化（二）可变荷载（活载）温度变化40（三）偶然荷载在设计基准期内不一定出现，一旦出现它的量值很大，持续时间很短的荷载。例如：地震荷载、爆炸荷载、撞击荷载等。（三）偶然荷载在设计基准期内不一定出现，一旦出现它的量值很大41（三）偶然荷载地震荷载地震荷载垂直震动水平震动垂直震动＜水平震动（三）偶然荷载地震荷载地震荷载42（三）偶然荷载撞击荷载栏杆应满足一般的碰撞，停车场、火车站、船舶码头（三）偶然荷载撞击荷载43U.C.parkingstructure'A'.UniversityofCaliforniaU.C.parkingstructure'A'.44第二节极限状态设计法第二节极限状态设计法45第二节极限状态设计法结构设计的目的：用最经济的方法设计出足够安全可靠的结构。结构的可靠度：结构可靠性的概率度量。在规定的时间内，规定的条件下，结构完成预定功能的概率。在规定的时间内（即设计基准期50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用、正常维修），不包括非正常的情况，例如人为的错误等。现在研究结构失效概率的计算方法。第二节极限状态设计法结构设计的目的：用最经济的方法设计出足46结构的可靠度理论结构的可靠概率Ps与失效概率Pf结构的功能函数Z用以描述结构工作状态。Z＝R－S其中：R——结构抗力S——作用效应当Z＝R－S＞0，结构抗力大于作用效应（R＞S），结构可靠；当Z＝R－S＜0，结构抗力小于作用效应（R＜S），结构失效；当Z＝R－S＝0，结构抗力等于作用效应（R＝S），结构处于极限状态。结构的可靠度理论结构的可靠概率Ps与失效概率Pf47结构的可靠概率Ps与失效概率Pf

∴结构可靠的基本条件：Z≥0或R≥S极限状态方程Z＝R－S＝0当方程成立时，结构正处于极限状态这一分界。超过这一界限，就不能满足设计规定的某一功能要求。结构抗力R，是一个广义的概念，包括抵抗荷载、变形、裂缝开展等的能力。结构的可靠概率Ps与失效概率Pf

∴结构可靠的基本条件：48结构的可靠概率Ps与失效概率Pf结构可靠的基本条件：Z≥0或R≥S结构抗力R属于概率范畴。作用效应S，由作用引起的结构或构件的反应（内力和变形），属于概率范畴。结构的功能函数Z＝R－S，属于概率范畴。失效概率Pf为图中阴影部分的面积面积越小，失效概率越低，结构构件的可靠程度越高。结构的可靠概率Ps与失效概率Pf结构可靠的基本条件：失效概率49结构的可靠概率Ps与失效概率Pf失效概率Pf图中阴影部分的面积面积越小，失效概率越低，结构构件的可靠程度越高。可靠概率PsPf＋Ps＝1结构的可靠概率Ps与失效概率Pf失效概率Pf50可靠指标βμZ：平均值，算术平均值，中轴线的位置，μZ越大，曲线越远离y轴。σZ：标准差，均方根，正态曲线的高矮与狭窄程度，σZ越小，曲线高而狭窄增大μZ，曲线右移，阴影部分面积将减少；减小σZ，曲线变高变窄，阴影面积也将减少。μZ越大，σZ越小，均可以使得失效概率Pf越低。结构的可靠度理论可靠指标β结构的可靠度理论51可靠指标β现在将曲线对称轴至纵轴的距离表示成σZ的倍数，即令：μZ＝β·σZ则β＝μZ/σZ可靠指标β越大，失效概率Pf越小可靠指标β越小，失效概率Pf越大因此可靠指标β和失效概率Pf一样，可以作为衡量结构可靠度的一个指标。可靠指标β用以具体度量结构可靠性可靠指标β现在将曲线对称轴至纵轴的距离表示成σZ的倍数，即令52建筑物的安全等级建筑的安全等级是根据结构破坏可能产生的后果的严重程度进行划分的，共分为三级。在建筑结构设计时，应根据建筑物的安全等级进行，按规定的可靠指标进行设计的设计准则，称为按可靠指标的设计准则。安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋二级严重一般的房屋三级不严重次要的房屋建筑物的安全等级建筑的安全等级是根据结构破坏可能产生的后果的53概率极限状态设计法目前我国规范是以：可靠度理论——设计的理论基础极限状态法——具体设计方法概率极限状态设计法目前我国规范是以：54概率极限状态设计法极限状态法的分类整个结构或其中一部分，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全、适用、耐久）要求，此特定状态称为该功能的极限状态。我国规范将混凝土结构的极限状态分为：承载能力极限状态正常使用极限状态概率极限状态设计法极限状态法的分类55承载能力极限状态承载能力极限状态——结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形状态，称该结构或构件达到了承载能力极限状态。承载能力极限状态的表现：（设计计算）整个结构或构件的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）结构构件或连接因为材料强度被超过而破坏或因为过度的塑性变形而不适于继续承载结构转变为机动体系结构或结构构件丧失稳定。承载能力极限状态承载能力极限状态——结构或构件达到最大承载能56正常使用极限状态正常使用极限状态——结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限制额状态。正常使用极限状态的表现：（检验）影响正常使用或外观的变形影响正常使用或耐久性能的局部损坏影响正常使用的振动影响正常使用的其它特定状态正常使用极限状态正常使用极限状态——结构或结构构件达到正常使57正常使用极限状态混凝土结构的正常使用极限状态的表现：结构变形或振幅大达到了正常使用及外观要求所规定的限值对于不允许出现裂缝的结构，其混凝土拉应力达到了规定的限值对于允许出现裂缝的结构，其裂缝宽度达到了保证结构耐久性要求的允许限值正常使用极限状态混凝土结构的正常使用极限状态的表现：58概率极限状态设计法按承载能力极限状态设计的方法荷载效应设计值：S＝γS·SK令SK

为荷载效应的标准值（脚标k意指标准值）γS——荷载分项系数（≥1）S——荷载效应设计值荷载效应设计值相当于把荷载效应增大一个倍数结构可靠的基本条件：S≤R或Z≥0概率极限状态设计法按承载能力极限状态设计的方法结构可靠的基本59概率极限状态设计法按承载能力极限状态设计的方法抗力的设计值：R＝RK/γR令RK——结构抗力的标准值γR——抗力的分项系数（＞1）R——抗力的设计值

抗力的设计值，相当于把抗力缩小了一个倍数结构可靠的基本条件：S≤R或Z≥0概率极限状态设计法按承载能力极限状态设计的方法结构可靠的基本60按承载能力极限状态设计的方法承载能力极限状态设计的表达式：γ0S≤RS——荷载效应组合的设计值R——结构构件抗力的设计值γ0——结构构件的重要性系数对安全等级为一级或设计年限为100年及以上的结构构件，γ0≥1.1对安全等级为二级或设计年限为50年的结构构件，γ0≥1.0对安全等级为三级或设计年限为5年的结构构件，γ0≥0.9结构可靠的基本条件：S≤R或Z≥0按承载能力极限状态设计的方法承载能力极限状态设计的表达式：结61承载能力极限状态设计的表达式承载能力极限状态设计的表达式：γ0S≤RS＝SK·γSR＝RK/γRγ0·γS·SK≤RK/γRS——荷载效应组合的设计值SK——荷载效应组合的标准值γS——（≥1）荷载分项系数γ0——结构构件的重要性系数承载能力极限状态设计的表达式承载能力极限状态设计的表达式：62荷载（效应）组合每种或每组荷载可以认为是独立作用的，建筑物常常承受各种不同荷载组合。荷载组合：各种不同的荷载（永久荷载与可变荷载）共同作用的组合范围建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。荷载（效应）组合每种或每组荷载可以认为是独立作用的，建筑物常63荷载（效应）组合在各种荷载组合中总是出现的唯一荷载组合是永久重力荷载。荷载组合1：永久重力荷载＋所有楼板上的可变荷载荷载组合2 ：永久重力荷载＋特定方向上的风荷载荷载组合3 ：永久重力荷载＋某些楼板上可变荷载＋地震作用注意：最不利荷载组合

荷载（效应）组合在各种荷载组合中总是出现的唯一荷载组合是永久64荷载标准值

荷载标准值——指结构在设计基准期(50年)内，正常情况下可能出现的最大荷载值，它是结构设计时采用的荷载基本代表值。通常要求荷载标准值应具有95%的保证率。荷载代表值都可由标准值乘以相应的系数后得出。荷载的标准值QK荷载是随机变量，任何一种荷载的大小都具有程度不同的变异性。荷载标准值荷载标准值——指结构在设计基准期(50年)内，正65荷载的代表值荷载代表值——结构设计时，根据各种极限状态的设计要求所采用的不同的荷载数值。对于永久荷载以标准值作为代表值；对于可变荷载根据不同的设计要求采用不同的代表值，如标准值、组合值、频遇值、准永久值。对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合；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、频遇组合或准永久组合。荷载的代表值荷载代表值——结构设计时，根据各种极限状态的设计662.按承载能力极限状态设计的方法荷载基本组合由可变荷载效应控制的组合：S＝γS·SK＝γG·SGK＋γQ1·SQ1K＋ΣγQi·ψCi·SQiKγ0·S ＝γ0·γS·SK

＝γ0·（γG·SGK＋γQ1·SQ1K＋ΣγQi·ψCi·SQiK）γ0——结构构件的重要性系数γG——永久荷载（恒荷载）的分项系数，当其对结构不利时（一般情况）取1.2，当其对结构有利时取1.0，对结构倾覆、滑移等取0.9；SGK——永久荷载标准值的效应

SGK＝CG·GkGk——永久荷载标准值（G表示恒载）CG、CQ1、CQi——荷载效应系数，即由荷载求出荷载效应（如荷载引起的弯矩、剪力、轴力和变形等）须乘的系数。2.按承载能力极限状态设计的方法荷载基本组合67永久荷载的代表值Gk对于永久荷载而言，只有一个代表值，就是它的标准值。永久荷载的标准值，对于结构自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积（或单位面积）的自重计算确定。对于常用材料的构件，单位体积的自重可以由我国国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）附录A查得，设计时可直接查用。永久荷载的代表值Gk对于永久荷载而言，只有一个代表值，就是它68几种常见材料单位体积的自重：

素混凝土 22～24kN/m3普通钢筋混凝土 24-25kN/m3砖砌体 19kN/m3钢材 78.5kN/m3木材 4-9kN/m3水泥砂浆 20kN/m3石灰砂浆 17kN/m3几种常见材料单位体积的自重：素混凝土 22～24kN/692.按承载能力极限状态设计的方法荷载基本组合由可变荷载效应控制的组合：γ0·S ＝γ0·（γG·SGK＋γQ1·SQ1K＋ΣγQi·ψCi·SQiK）γQ1、γQi——第一个和第i个可变荷载分项系数；一般取1.4SQ1K——在基本组合中起控制作用的一个可变荷载标准值的效应；SQ1K＝CQ1·Q1kQ1k——影响最大的一个可变荷载的标准值（Q表示可变荷载）CG、CQ1、CQi——荷载效应系数，即由荷载求出荷载效应（如荷载引起的弯矩、剪力、轴力和变形等）须乘的系数。2.按承载能力极限状态设计的方法荷载基本组合702.按承载能力极限状态设计的方法荷载基本组合由可变荷载效应控制的组合：γ0·S ＝γ0·（γG·SGK＋γQ1·SQ1K＋ΣγQi·ψCi·SQiK）SQiK——第i个可变荷载标准值的效应；SQiK＝CQi·Qik

Qik——其余活荷载标准值；CG、CQ1、CQi——荷载效应系数，即由荷载求出荷载效应（如荷载引起的弯矩、剪力、轴力和变形等）须乘的系数。ψCi——可变荷载Qi组合系数，对民用建筑楼、屋面均布活荷载，一般取0.7，屋面积灰荷载取0.9，其余情况不应大于1.0。2.按承载能力极限状态设计的方法荷载基本组合71可变荷载组合值当结构承受两种或两种以上可变荷载时，由于所有可变荷载同时达到各自最大值的可能性极小，因此除主导的可变荷载外（主导的可变荷载×1.0），其它伴随的可变荷载均应乘以一个≤1的组合系数（ψc）作为可变荷载的组合值。可变荷载的组合值＝ψcQK其中ψc为可变荷载荷组合系数QK

为荷载标准值。可变荷载组合值722.按承载能力极限状态设计的方法荷载基本组合由可变荷载效应控制的组合：S＝γS·SK＝γG·CG·Gk＋γQ1·CQ1·Q1k＋ΣγQi·ψCi·CQi·QikSGK＝CG·GkSQ1K＝CQ1·Q1kSQiK＝CQi·Qik

γ0·S＝γ0·（γG·CG·Gk＋γQ1·CQ1·Q1k＋ΣγQi·ψCi·CQi·Qik）≤RK/γR2.按承载能力极限状态设计的方法荷载基本组合732.按承载能力极限状态设计的方法荷载基本组合由永久荷载效应控制的组合：S＝γS·SK＝γG·SGK＋ΣγQi·ψCi·SQiKS＝γG·CG·Gk＋ΣγQi·ψCi·CQi·Qikγ0·S＝γ0·（γG·CG·Gk＋ΣγQi·ψCi·CQi·Qik）≤RK/γRγG——永久荷载（恒荷载）的分项系数，取1.35。2.按承载能力极限状态设计的方法荷载基本组合742.按承载能力极限状态设计的方法基本组合的简化对于一般排架和框架结构，可以按照下式对基本组合进行简化：由可变荷载效应控制的组合：S＝γG·SGK＋γQ1·SQ1KS＝γG·SGK＋0.9ΣγQi·SQiK按上式组合中最不利值作为组合值。由永久荷载效应控制的组合：S＝γG·SGK＋ΣγQi·ψCi·SQiKS＝γS·SK＝γG·CG·Gk＋ΣγQi·ψCi·CQi·QikγG——永久荷载（恒荷载）的分项系数，取1.35。2.按承载能力极限状态设计的方法基本组合的简化75何时取1.2，何时取1.35？可变荷载效应控制：1.2G＋1.4Q永久荷载效应控制：1.35G＋1.4×0.7Q1.35G＋1.4×0.7Q＞1.2G＋1.4QG/Q＞2.8当永久荷载与可变荷载比值大于2.8时，取1.35G＋1.4×0.7Q何时取1.2，何时取1.35？可变荷载效应控制：1.2G＋176对一般结构来说：楼板可取1.2G＋1.4Q屋面板可取1.35G＋1.4×0.7Q梁柱（有墙）可取1.35G＋1.4×0.7Q梁柱（无墙）可取1.2G＋1.4Q基础可取1.35G＋1.4×0.7Q对一般结构来说：楼板可取1.2G＋1.4Q77例题：某办公楼楼面采用预制空心板。安全等级定为二级。板长3.3m，计算跨度3.18米。板宽0.9米，空心板自重2.04kN/m2，后浇筑混凝土层厚40mm，板底抹灰层厚20mm，楼面活荷载取2.0kN/m2。试计算按承载力极限状态设计时由可变荷载效应控制和由永久荷载效应控制的板跨中截面弯矩设计值。例题：某办公楼楼面采用预制空心板。安全等级定为二级。板长3.78解答：永久荷载标准值：自重： 2.04kN/m240mm后浇筑混凝土层 25×0.04＝1kN/m220mm板底抹灰层 20×0.02＝0.4kN/m2 3.44kN/m2沿板长每延米均布荷载标准值为：0.9×3.44＝3.1kN/m解答：永久荷载标准值：79解答：可变荷载每延米标准值：0.9×2.0＝1.8kN/m简支板在均布荷载作用下的跨中最大弯矩为：M＝ql2/8因此，荷载效应系数为：l2/8＝3.18×3.18/8＝1.26解答：可变荷载每延米标准值：0.9×2.0＝1.8kN/m80解答：由可变荷载效应控制的组合：M＝γ0·（γG·CG·Gk＋γQ1·CQ1·Q1k）γ0＝1.0γG＝1.2 γQ1＝1.4Gk＝3.1kN/m Q1k＝1.8kN/mCG＝1.26 CQ1＝1.26 M＝γ0·（γG·CG·Gk＋γQ1·CQ1·Q1k）＝1.0×（1.2×1.26×3.1＋1.4×1.26×1.8）＝1.0×（4.69＋4.79）＝9.5kN·m解答：由可变荷载效应控制的组合：81解答：由永久荷载效应控制的组合： M＝γ0·（γG·CG·Gk＋γQ1·ψC1·CQ1·Q1k）γ0＝1.0γG＝1.35 γQ1＝1.4Gk＝3.1kN/m Q1k＝1.8kN/mCG＝1.26 CQ1＝1.26 ψC1＝0.7

M＝γ0·（γG·CG·Gk＋γQ1·ψC1·CQ1·Q1k）＝1.0×（1.35×1.26×3.1＋1.4×0.7×1.26×1.8）＝1.0×（5.27＋2.22）＝7.5kN·m解答：由永久荷载效应控制的组合：822.按正常使用极限状态设计的方法正常使用极限状态设计的表达式：S≤CC——结构或结构构件达到正常使用要求规定的限值，体现为裂缝宽度、挠度和振幅等。（结构抗力）S——荷载效应组合的设计值。（荷载效应）注意：不考虑结构的重要性系数γ0

不需要乘荷载分项系数γs2.按正常使用极限状态设计的方法正常使用极限状态设计的表达832.按正常使用极限状态设计的方法标准组合：（短期效应）主要考虑用于当一个极限状态被超过时将产生严重的永久性损害的情况。（验算一般情况下构件的挠度、裂缝等使用状态极限状态）其荷载效应组合的设计值S为：S＝SGK＋SQ1K＋ΣψCi·SQiKψCi——可变荷载Qi的组合系数，ψCi＜1，对民用建筑楼、屋面均布活荷载，一般取0.7，屋面积灰荷载取0.9，其余情况不应大于1.0。

2.按正常使用极限状态设计的方法标准组合：（短期效应）842.按正常使用极限状态设计的方法频遇组合针对可变荷载考虑指设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与设计基准期的比值小于0.1的荷载代表值。其荷载效应组合的设计值S为：S＝SGK＋ψf1SQ1K＋Σψqi·SQiKψf1——可变荷载Q1的频遇值系数，小于组合值系数ψcψqi——可变荷载Qi的准永久值系数，ψqi＜12.按正常使用极限状态设计的方法频遇组合85可变荷载的频遇值——正常使用极限状态按频遇组合设计时采用的一种可变荷载组合值。目前应用范围较为窄小，如吊车梁的设计它是在统计基础上确定的。在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期的一小部分（小于0.1），或其超越频率限于某一给定值。可变荷载的频遇值=ψfQK其中Ψf：可变荷载频遇值系数ψf＜ψc＜1QK：荷载标准值。可变荷载的代表值可变荷载的频遇值可变荷载的代表值862.按正常使用极限状态设计的方法准永久组合：（长期效应）针对可变荷载考虑主要用于长期效应是决定性因素时的一些情况。按照在设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与设计基准期的比值小于0.5来确定。S＝SGK＋Σψqi·SQiKψqi——可变荷载Qi的准永久值系数2.按正常使用极限状态设计的方法准永久组合：（长期效应）87可变荷载准永久值：（长期）在进行结构构件的变形和裂缝验算时，需要考虑荷载长期作用对构件刚度和裂缝的影响，可变荷载只能取其在设计基准期内经常作用在结构上的那部分荷载作为其代表值，它对结构的影响类似于永久荷载。荷载准永久值=ψqQKΨq：荷载准永久值系数ψq＜1QK：荷载标准值。荷载准永久值小于标准值（积灰荷载除外）可变荷载的代表值可变荷载准永久值：（长期）可变荷载的代表值88荷载的代表值荷载代表值——结构设计时，根据各种极限状态的设计要求所采用的不同的荷载数值。对于永久荷载以标准值GK作为代表值；对于可变荷载根据不同的设计要求采用不同的代表值标准值QK组合值ψCQK频遇值ψfQK准永久值ψqQK

。对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合；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、频遇组合或准永久组合，不考虑荷载分项系数。荷载的代表值荷载代表值——结构设计时，根据各种极限状态的设计89计算荷载效应时，永久荷载分项系数的取值：其效应不利时取1.2；有利时取1.0；结构抗滑坡时0.9当永久荷载控制时，效应不利时取1.35；有利时取1.0计算荷载效应时，可变荷载分项系数的取值：—般情况下取1.4；标准值＞4KN/m2的工业楼面时，取1.3荷载设计值大于标准值计算荷载效应时，永久荷载分项系数的取值：90承载力极限状态设计法选择一种结构形式和材料或多种材料确定结构必须承担的荷载为每个荷载组合找出传递荷载的结构（结构简化）检查确定每一荷载路径上没有超过材料承载能力的应力。计算每条荷载路径上的应力大小，检查所有的应力是否都在允许范围内。承载力极限状态设计法选择一种结构形式和材料或多种材料91第二章建筑结构设计原理第一节结构上的荷载什么是荷载第二章建筑结构设计原理第一节结构上的荷载92一、结构上的作用、作用效应、结构抗力及其随机性

作用action定义：作用——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因素的总称。结构产生各种效应的原因，统称为结构上的作用。分类直接作用间接作用一、结构上的作用、作用效应、结构抗力及其随机性作用acti931.结构上的作用直接作用——直接施加在结构上的集中或分布荷载，使它产生内力效应。即通常所说的荷载。例如：结构构件自重构件上构造层（如地面）的重力荷载楼（屋）面上的人群、设备等的使用荷载，雪荷载和施工荷载施加在外墙上的风荷载1.结构上的作用直接作用——直接施加在结构上的集中或分布荷941.结构上的作用间接作用——引起结构外加变形或约束变形从而产生内力效应因素，即通常所说的作用，用（Q）表示。例如：由地基不均匀沉降的外加变形引起的沉降作用温度或材料体积变化，但结构的变形却受到约束而引起的温差（或收缩）作用因钢材焊接引起的热效应作用等地震时地面运动和质点加速度反应引起的惯性作用1.结构上的作用间接作用——引起结构外加变形或约束变形从而952荷载效应（作用效应）effectsofaction作用效应——由作用引起的结构或构件的反应（内力和变形），用“S”表示。S=CQS——作用效应C——作用效应系数Q——间接作用可以认为作用和作用效应之间呈线性关系。反应：内力：轴力、弯矩、剪力、扭矩等变形：挠度、转角、侧移、裂缝等2荷载效应（作用效应）effectsofaction作963结构抗力structurereactance

结构抗力——结构或结构构件承受作用效应（内力和变形）的能力，如构件的承载能力、刚度等。影响抗力的主要因素：材料性能（强度、变形模量等）几何参数（构件尺寸——截面尺寸、截面形状等）计算模式的精确性（抗力计算所采用的基本假设和计算公式不够精确等）随机变量随时间变化结构上的作用（特别是可变作用）与时间有关——设计基准期为50年3结构抗力structurereactance结构抗力97二、荷载的分类按时间的变异分类永久荷载（恒载或永久作用）permanentload可变荷载（活载或可变作用）variableload偶然荷载（偶然作用）accidentalload二、荷载的分类按时间的变异分类98A.永久荷载permanentload

永久荷载（恒载或永久作用）permanentload——建筑物中每一构配件的质量所引起的地心引力，它们在设计基准期（一般为50年）内的量值不随时间变化，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。包括：结构构件、楼地面、墙面、固定设备等的自重，土压力，预加应力，地基沉降以及焊接等。注:自重是指材料自身重量产生的荷载(重力)。A.永久荷载permanentload永久荷载（恒载或99B.可变荷载variableload可变荷载（活载或可变作用）variableload——建筑物使用过程中所施加的可移动荷载，它们在设计基准期内的量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计。例如楼面活荷载实际是人体和家具加于楼面很小面积上的可移动荷载，在设计时利用等效原理将它们化算成全楼面的等效均布荷载。屋面活荷载和积灰荷载安装荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度变化等。B.可变荷载variableload可变荷载（活载或可100C.偶然荷载accidentalload偶然荷载（偶然作用）accidentalload——在设计基准期内不一定出现，一旦出现它的量值很大，持续时间很短的荷载。例如：地震荷载、爆炸荷载、撞击荷载等。C.偶然荷载accidentalload偶然荷载（偶然101

作用自然现象重力构件自重使用荷载施工荷载气象雪荷载风荷载冰荷载温差作用湿度变化材料体积变化（收缩、徐变等）地质水力沉降差水位差地震作用人为现象内应力预加力施工安装钢材焊接动力振动荷载冲击荷载车辆荷载吊车荷载作用自然现象人为现象102

作用自然现象重力构件自重——直接、永久荷载使用荷载——直接、可变荷载施工荷载——直接、可变荷载气象雪荷载——直接、可变荷载风荷载——直接、可变荷载冰荷载——直接、可变荷载温差作用——间接、可变荷载湿度变化——间接、可变荷载材料体积变化（收缩、徐变等）——间接、可变荷载地质水力沉降差——间接、永久荷载水位差——间接、永久荷载地震作用——间接、偶然荷载人为现象内应力预加力——直接、永久荷载施工安装——直接、可变荷载钢材焊接——间接、永久荷载动力振动荷载——直接、可变荷载冲击荷载——直接、可变荷载车辆荷载——直接、可变荷载吊车荷载——直接、可变荷载作用自然现象人为现象103二、荷载的分类按空间位置的变异分类固定荷载——在结构空间位置上具有固定分布的荷载。例如：结构构件自重，工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载等。可动荷载——在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的荷载。例如：工业与民用建筑楼面上的人群荷载、吊车荷载等。二、荷载的分类按空间位置的变异分类104二、荷载的分类按结构的反应分类静态荷载——对结构或构件不产生加速度，或其加速度可以忽略不计的荷载。也称为静态作用，估算时无需考虑动态系数。例如：结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载、土压力、积灰荷载等。动态荷载——对结构或构件产生不可忽略的加速度的荷载。也成动态作用，估算时要考虑动态系数。例如：吊车荷载、地震、设备振动、作用在高耸结构上的风荷载等。注：风荷载对于一般的低层建筑来说是静载，而对于高层建筑来说则是动载，因为后者的自振周期较长。二、荷载的分类按结构的反应分类105下列荷载各属于哪种类型？土压力自重风压力积灰荷载吊车荷载地震、撞击力静态荷载、永久荷载静态荷载、永久荷载动态荷载、可变荷载静态荷载、可变荷载动态荷载、可变荷载动态荷载、偶然荷载下列荷载各属于哪种类型？土压力静态荷载、永久荷载106（一）永久荷载（恒载）

重力荷载

地球表面的所有结构都必须抵抗重力。通过物体指向地球中心荷载的第一来源是重力荷载。几种常见材料的自重：素混凝土 22～24kN/m3普通钢筋混凝土 24-25kN/m3砖砌体 19kN/m3钢材 78.5kN/m3木材 4-9kN/m3水泥砂浆 20kN/m3石灰砂浆 17kN/m3（一）永久荷载（恒载）重力荷载几种常见材料的自重：107（一）永久荷载（恒载）土压当改变地面的局部形状来修建建筑物时，该建筑物的某些部分和它的结构可能会承受土压力。天然地面垂直面的砂丘需要力来维持沙堆的非自然形状

挡土墙

（一）永久荷载（恒载）土压天然地面垂直面的砂丘挡土墙108（一）永久荷载（恒载）土压地下室的建筑建造在斜面地基上的建筑（一）永久荷载（恒载）土压109（一）永久荷载（恒载）水压地下水位——水的顶层建筑物的定位穿越了天然地下水位，非天然的地下水位就会出现在建筑物的四周和下方。（一）永久荷载（恒载）水压110（一）永久荷载（恒载）水压水平向竖向（向上）——建筑的漂浮趋势（一）永久荷载（恒载）水压111（二）可变荷载（活载）使用中造成的活载永久荷载——不能避免而必须承受可变荷载——建筑使用功能导致的永久荷载可变荷载

（二）可变荷载（活载）使用中造成的活载永久荷载可变荷载112（二）可变荷载（活载）使用中造成的活载可变荷载——有选择的永久荷载——没有选择的实际工程中往往将可变荷载定为可能出现的最大荷载。楼面活荷载实际是人体和家具加于楼面很小面积上的可移动荷载，在设计时利用等效原理将它们化算成全楼面的等效均布荷载。（二）可变荷载（活载）使用中造成的活载113屋面活荷载项次类别标准值(kN/m2)组合值系数ψc频遇值系数ψf准永久值系数ψq1不上人的屋面0.50.70.502上人的屋面2.00.70.50.43屋顶花园3.00.70.60.5注：1不上人的屋面,当施工或维修荷载较大时,应按实际情况采用；对不同结构应按有关设计规范的规定,将标准值作0.2kN/m2的增减。2上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用。3对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加以防止；必要时，应按积水的可能深度确定屋面活荷载。

4屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。屋面活荷载项次类别标准值组合值系数ψc频遇值系数ψf准永久值114屋面活荷载一般上人屋面的活载标准值2.0kN/m2不上人屋面的活载标准值0.5kN/m2

屋顶花园3.0kN/m2（不包括池墙）屋面活荷载不应于雪荷载同时考虑，取其较大者屋面活荷载标准值与是否上人、屋面的结构形式有关；与面积大小、排水方式无关屋面活荷载一般115（二）可变荷载（活载）使用中造成的活载荷载方向竖直向下：大多数情况水平：少数情况（二）可变荷载（活载）使用中造成的活载116（二）可变荷载（活载）风荷载地球表面上建造的所有结构都必须抵抗风力。在地表附近，可认为风是沿着地面流动的。风从障碍物的旁边和上方吹过。（二）可变荷载（活载）风荷载117（二）可变荷载（活载）风荷载风荷载——空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面形成的压力或吸力。实际上，风荷载是随时间而波动的动力荷载，但房屋设计中把它看作是静态荷载。在高度较大的建筑中要考虑动力效应影响，适当加大风荷载数值。（二）可变荷载（活载）风荷载118（二）可变荷载（活载）风荷载风是如何从固定物体的旁边和上方吹过取决于：风速物体的形状风流动模式的改变

力或风荷载

（二）可变荷载（活载）风荷载风流动模式的改变力或风荷载119（二）可变荷载（活载）风荷载作用在建筑物表面单位面积上的风荷载标准值wk：式中：w0——基本风压值，单位kN/m2μz——风压高度变化系数μs

——风载体型系数βz——高度处的风震系数（二）可变荷载（活载）风荷载120（二）可变荷载（活载）风荷载风速与风压的关系自由气流的风速产生的单位面积上的风压力为：w0——单位面积上的风压力(kN/m2)；ρ——空气密度(kg/m3)；v0——风速(m/s)。γ——空气单位体积重力(kN/m3)；g——重力加速度(m/s2)；（二）可变荷载（活载）风荷载121（二）可变荷载（活载）风荷载风速与风压的关系在标准大气压情况下，γ=0.012018kN/m3，g=9.80m/s2：在不同的地理位置，大气条件是不同的，γ和g值也不相同。重力加速度g随高度变化，也与纬度有关；空气重度γ是气压、气温和湿度的函数，因此，各地的γ/g的值均不相同。为了比较不同地区风压的大小，必须对地貌、测量高度进行统一规定。（二）可变荷载（活载）风荷载122风荷载基本风压referencewindpressure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，按公式确定的风压值。标准地貌的规定：地貌粗糙程度地面粗糙程度↑，风能消耗↑，风速↓。标准高度的影响：距地面的高度↑，风速↑，风压↑。但当离地面450m以上时，风速即不受地面粗糙程度的影响

风荷载基本风压referencewindpressure123风荷载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。风荷载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124风荷载

基本风压公称风速的时距：一定时间间隔内(称为时距)的平均风速。风速记录表明，10min的平均风速已趋于稳定。最大风速的样本时间：气候的重复性，风有着自然周期，每年季节性地重复一次。∴年最大风速最有代表性。基本风速的重现期：取年最大风速为样本，可获得各年的最大风速。每年的最大风速值是不同的。工程设计时，一般应考虑结构在使用过程中几十年时间范围内，可能遭遇到的最大风速。该最大风速不是经常出现，而是间隔一段时间后再出现，这个间隔时间称为重现期。风荷载

基本风压公称风速的时距：一定时间间隔内(称为时距)的125（二）可变荷载（活载）风荷载风流动模式的改变所产生的荷载与建筑物的表面明显成直角。（物体的形状）（二）可变荷载（活载）风荷载126风荷载风荷载体型系数μs ——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。风荷载风荷载体型系数μs127风荷载单体风载体型系数μs

图中风荷载体型系数为正值，代表风对结构产生压力作用，其方向指向建筑物表面；风荷载体型系数为负值，代表风对结构产生吸力作用，其方向离开建筑物表面。封闭式双坡屋面风荷载体型系数风荷载单体风载体型系数μs封闭式双坡屋面风荷载体型系数128风荷载风压的基准期是50年（离地10M，10min最大风速，平方除1600确定风压w0）一般多层住宅设计不考虑撞击力和龙卷风；必须考虑风载和活荷载我国基本风压取值范围在0.3～0.9kN/m2高处的面积大其风压大，其风荷载总值也大建筑物越高，受到的风荷载越大，但超过450M后趋于稳定风压高度变化系数与建筑物所处地面的粗糙度有关；地面的粗糙度类别分四类风荷载风压的基准期是50年（离地10M，10min最大风速，129（二）可变荷载（活载）雪荷载：作用在屋面上的由积雪而产生的荷载。基本雪压referencesnowpressure——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。屋面活荷载不应于雪荷载同时考虑，取其较大者（二）可变荷载（活载）雪荷载：作用在屋面上的由积雪而产生的荷130（二）可变荷载（活载）温度变化（二）可变荷载（活载）温度变化131（三）偶然荷载在设计基准期内不一定出现，一旦出现它的量值很大，持续时间很短的荷载。例如：地震荷载、爆炸荷载、撞击荷载等。（三）偶然荷载在设计基准期内不一定出现，一旦出现它的量值很大132（三）偶然荷载地震荷载地震荷载垂直震动水平震动垂直震动＜水平震动（三）偶然荷载地震荷载地震荷载133（三）偶然荷载撞击荷载栏杆应满足一般的碰撞，停车场、火车站、船舶码头（三）偶然荷载撞击荷载134U.C.parkingstructure'A'.UniversityofCaliforniaU.C.parkingstructure'A'.135第二节极限状态设计法第二节极限状态设计法136第二节极限状态设计法结构设计的目的：用最经济的方法设计出足够安全可靠的结构。结构的可靠度：结构可靠性的概率度量。在规定的时间内，规定的条件下，结构完成预定功能的概率。在规定的时间内（即设计基准期50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用、正常维修），不包括非正常的情况，例如人为的错误等。现在研究结构失效概率的计算方法。第二节极限状态设计法结构设计的目的：用最经济的方法设计出足137结构的可靠度理论结构的可靠概率Ps与失效概率Pf结构的功能函数Z用以描述结构工作状态。Z＝R－S其中：R——结构抗力S——作用效应当Z＝R－S＞0，结构抗力大于作用效应（R＞S），结构可靠；当Z＝R－S＜0，结构抗力小于作用效应（R＜S），结构失效；当Z＝R－S＝0，结构抗力等于作用效应（R＝S），结构处于极限状态。结构的可靠度理论结构的可靠概率Ps与失效概率Pf138结构的可靠概率Ps与失效概率Pf

∴结构可靠的基本条件：Z≥0或R≥S极限状态方程Z＝R－S＝0当方程成立时，结构正处于极限状态这一分界。超过这一界限，就不能满足设计规定的某一功能要求。结构抗力R，是一个广义的概念，包括抵抗荷载、变形、裂缝开展等的能力。结构的可靠概率Ps与失效概率Pf

∴结构可靠的基本条件：139结构的可靠概率Ps与失效概率Pf结构可靠的基本条件：Z≥0或R≥S结构抗力R属于概率范畴。作用效应S，由作用引起的结构或构件的反应（内力和变形），属于概率范畴。结构的功能函数Z＝R－S，属于概率范畴。失效概率Pf为图中阴影部分的面积面积越小，失效概率越低，结构构件的可靠程度越高。结构的可靠概率Ps与失效概率Pf结构可靠的基本条件：失效概率140结构的可靠概率Ps与失效概率Pf失效概率Pf图中阴影部分的面积面积越小，失效概率越低，结构构件的可靠程度越高。可靠概率PsPf＋Ps＝1结构的可靠概率Ps与失效概率Pf失效概率Pf141可靠指标βμZ：平均值，算术平均值，中轴线的位置，μZ越大，曲线越远离y轴。σZ：标准差，均方根，正态曲线的高矮与狭窄程度，σZ越小，曲线高而狭窄增大μZ，曲线右移，阴影部分面积将减少；减小σZ，曲线变高变窄，阴影面积也将减少。μZ越大，σZ越小，均可以使得失效概率Pf越低。结构的可靠度理论可靠指标β结构的可靠度理论142可靠指标β现在将曲线对称轴至纵轴的距离表示成σZ的倍数，即令：μZ＝β·σZ则β＝μZ/σZ可靠指标β越大，失效概率Pf越小可靠指标β越小，失效概率Pf越大因此可靠指标β和失效概率Pf一样，可以作为衡量结构可靠度的一个指标。可靠指标β用以具体度量结构可靠性可靠指标β现在将曲线对称轴至纵轴的距离表示成σZ的倍数，即令143建筑物的安全等级建筑的安全等级是根据结构破坏可能产生的后果的严重程度进行划分的，共分为三级。在建筑结构设计时，应根据建筑物的安全等级进行，按规定的可靠指标进行设计的设计准则，称为按可靠指标的设计准则。安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋二级严重一般的房屋三级不严重次要的房屋建筑物的安全等级建筑的安全等级是根据结构破坏可能产生的后果的144概率极限状态设计法目前我国规范是以：可靠度理论——设计的理论基础极限状态法——具体设计方法概率极限状态设计法目前我国规范是以：145概率极限状态设计法极限状态法的分类整个结构或其中一部分，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全、适用、耐久）要求，此特定状态称为该功能的极限状态。我国规范将混凝土结构的极限状态分为：承载能力极限状态正常使用极限状态概率极限状态设计法极限状态法的分类146承载能力极限状态承载能力极限状态——结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形状态，称该结构或构件达到了承载能力极限状态。承载能力极限状态的表现：（设计计算）整个结构或构件的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）结构构件或连接因为材料强度被超过而破坏或因为过度的塑性变形而不适于继续承载结构转变为机动体系结构或结构构件丧失稳定。承载能力极限状态承载能力极限状态——结构或构件达到最大承载能147正常使用极限状态正常使用极限状态——结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限制额状态。正常使用极限状态的表现：（检验）影响正常使用或外观的变形影响正常使用或耐久性能的局部损坏影响正常使用的振动影响正常使用的其它特定状态正常使用极限状态正常使用极限状态——结构或结构构件达到正常使148正常使用极限状态混凝土结构的正常使用极限状态的表现：结构变形或振幅大达到了正常使用及外观要求所规定的限值对于不允许出现裂缝的结构，其混凝土拉应力达到了规定的限值对于允许出现裂缝的结构，其裂缝宽度达到了保证结构耐久性要求的允许限值正常使用极限状态混凝土结构的正常使用极限状态的表现：149概率极限状态设计法按承载能力极限状态设计的方法荷载效应设计值：S＝γS·SK令SK

为荷载效应的标准值（脚标k意指标准值）γS——荷载分项系数（≥1）S——荷载效应设计值荷载效应设计值相当于把荷载效应增大一个倍数结构可靠的基本条件：S≤R或Z≥0概率极限状态设计法按承载能力极限状态设计的方法结构可靠的基本150概率极限状态设计法按承载能力极限状态设计的方法抗力的设计值：R＝RK/γR令RK——结构抗力的标准值γR——抗力的分项系数（＞1）R——抗力的设计值

抗力的设计值，相当于把抗力缩小了一个倍数结构可靠的基本条件：S≤R或Z≥0概率极限状态设计法按承载能力极限状态设计的方法结构可靠的基本151按承载能力极限状态设计的方法承载能力极限状态设计的表达式：γ0S≤RS——荷载效应组合的设计值R——结构构件抗力的设计值γ0——结构构件的重要性系数对安全等级为一级或设计年限为100年及以上的结构构件，γ0≥1.1对安全等级为二级或设计年限为50年的结构构件，γ0≥1.0对安全等级为三级或设计年限为5年的结构构件，γ0≥0.9结构可靠的基本条件：S≤R或Z≥0按承载能力极限状态设计的方法承载能力极限状态设计的表达式：结152承载能力极限状态设计的表达式承载能力极限状态设计的表达式：γ0S≤RS＝SK·γSR＝RK/γRγ0·γS·SK≤RK/γRS——荷载效应组合的设计值SK——荷载效应组合的标准值γS——（≥1）荷载分项系数γ0——结构构件的重要性系数承载能力极限状态设计的表达式承载能力极限状态设计的表达式：153荷