荷载与结构设计方法

结构自重土的自重应力楼面和屋面活荷载吊车荷载雪荷载车辆荷载人群荷载本章内容第2章重力荷载2.1结构自重

结构的自重是由地球引力产生的组合结构的材料重力

(2-1)式中，

——构件的自重(kN)；

——构件材料的容重(kN/m3)；

——构件的体积，一般按照设计尺寸确定(m3)。

常用材料和构件的自重(GB50009-2010附录A表A.1)①砖普通砖（240mm115mm53mm）18kN/m3

普通砖（机制）19kN/m3②灰浆水泥砂浆20kN/m3

石灰砂浆、混合砂浆17kN/m3③混凝土（砼）素混凝土（2224）kN/m3

泡沫混凝土（46）kN/m3

钢筋混凝土（R.C.）（2425）kN/m3④砌体浆砌普通砖（机制）18（19）kN/m3

空斗砌体（一眠一斗，中填碎瓦）17kN/m3

粘土砖空斗砌体（全斗）13kN/m3例题[例1]双面水泥砂浆粉刷厚240高3m墙自重（20mm厚水泥砂浆面)[解]gk=（0.24m19kN/m3+2200.02kN/m2)*3=16.08kN/m0.02m20kN/m3=0.4kN/m280mm厚现浇钢筋混凝土板0.08m25kN/m3=2.0kN/m212mm厚纸筋石灰泥粉底0.012m16kN/m3=0.192kN/m2gk=∑gki=2.592

kN/m2[例2]计算某现浇楼面结构自重的标准值gk[解]20mm厚水泥砂浆面层

桥梁结构及地下结构等各构件自重的计算，计算结构自重时可将结构人为地划分为许多基本构件，然后叠加即得到结构总自重(式2-2)。

(2-2)式中，G——结构总自重(kN)；

n——组成结构的基本构件数；

γi——第i个基本构件的重度(kN/m3)；

Vi——第i个基本构件的体积(m3)。2.2土的自重应力

可见自重应力沿水平面均匀分布，且与z成正比，即随深度按直线规律增加，如图2.1(b)所示。

(a)任意深度水平截面上的土自重应力(b)自重应力呈线性增加图2.1均质土中竖向自重应力

一般情况下，地基土由不同重度的土层所组成。多层土深度z处的竖直有效自重应力的计算公式为：

(2-4)式中，n——从天然地面起到深度z处的土层数；

hi——第i层土的厚度(m)；

γi——第i层土的天然重度(kN/m3)； 图2.1均质土中竖向自重应力2.3楼面和屋面活荷载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工、检修荷载和栏杆水平荷载。需考虑冲击力时，可将荷载乘以动力系数后按静力进行计算。

1.民用建筑民用建筑楼面活荷载：是指建筑物中的人群、家具、设施等产生的重力作用，这些荷载的量值随时间发生变化，位置也是可移动的，亦称可变荷载。

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。

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。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范围内的实际面积确定。A.设计楼面梁时的折减系数:a)第1(1)项当楼面梁从属面积超过25m2时，应取0.9;b)第1(2)～7项当楼面梁从属面积超过50m2时应取0.9;c)第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8;对单向板楼盖的主梁应取0.6;对双向板楼盖的梁应取0.8;d)第9～12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。下一张a)第1(1)项应按下表规定采用;b)第1(2)～7项应采用与其楼面梁相同的折减系数;c)第8项对单向板楼盖应取0.5;对双向板楼盖和无梁楼盖应取0.8；d)第9～12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。B.设计墙、柱和基础时的折减系数2.工业建筑楼面活荷载

（1）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，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。(2)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的局部荷载，均应按实际情况考虑，采用建筑楼面等效均布活荷载的计算方法。1)楼面等效均布活荷载的确定原则（a)楼面(板、次梁及主梁)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、变形及裂缝的等值要求来确定。在一般情况下，可仅按内力的等值来确定。

(b)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。

(c)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，应划分区域分别确定等效均布活荷载。2)单向板上局部荷载(包括集中荷载)的等效均布活荷载qe（KN/m2），可按下式计算:

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。式中l——板的跨度;b——板上荷载的有效分布宽度。a.当局部荷载作用面的长边平行于板跨时，简支板上荷载的有效分布宽度b为：

2当荷载作用面的长边垂直于板跨时，简支板上荷载的有效分布宽度b为：3）次梁的等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，取其中较大者式中s——次梁间距;l——次梁跨度;Mmax

与Vmax——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。

4）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。5）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。3.屋面活荷载(1)均布活荷载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按下表采用。例1:某展览馆的屋面于晚上作放映电影和露天舞场用,试确定设计屋面板应考虑的屋面活荷载标准值.2）屋面积灰荷载

（a）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规范采用。

（b）对于屋面上易形成灰堆处，积灰荷载的增大系数可参照雪荷载的屋面积雪分布系数规定来确定。（c）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。2.4雪荷载

雪荷载是房屋屋面结构的主要荷载之一。

雪压是指单位水平面积上的雪重，决定雪压值大小的是积雪深度与积雪密度，因此年最大雪压S(kN/m2)可按下式确定：

式中，h——年最大积雪深度，指从积雪表面到地面的垂直深度(m)。以每年7月份至次年6月份间的最大积雪深度确定；

ρ——积雪密度(t/m3)；

g——重力加速度(9.81m/s2)。屋面水平投影面上的雪荷载SK(kN/m2)

应按下式计算:基本雪压SO(kN/m2)

取值原则:根据当地气象台(站)观察并收集的每年最大雪压，经统计得出的50年一遇的最大雪压(重现期为50年的最大雪压)，即为当地的基本雪压。屋面积雪分布系数《建筑结构荷载规范》(GB50009)规定对不同类别的屋面，其屋面积雪分布系数μr

按下表采用。

例2:某高低屋面房屋,其平面图和剖面图见下图,当地的基本雪压为0.45kN/m2.确定高跨及低跨屋面板的雪荷载标准值.

1)吊车工作制等级与工作级别

《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)在吊车荷载的规定中也相应采用按工作级别划分，如表2-5所示。

表2-5吊车的工作制等级与工作级别的对应关系(5)吊车荷载工作制等级轻级中级重级超重级工作级别A1～A3A4，A5A6，A7A8

2）吊车竖向荷载和水平荷载

A.吊车竖向荷载标准值吊车的技术资料(包括吊车的最大Pmax或最小轮压Pmin)都应由工艺提供。大纵向横向(b)吊车竖向荷载的动力系数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2-6取用。

悬挂吊车、电动葫芦、工作级别为A1～A5的吊车工作级别为A6～A8的软钩吊车、硬钩吊车、其他特种吊车1.051.10B.吊车水平荷载标准值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

按作用在吊车一端轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用。

b)吊车横向水平荷载标准值按下式计算：式中，H——吊车横向水平荷载标准值；Q——吊车的额定起重质量；G1——横行小车质量。——系数，对软钩吊车：当额定起重量不大于10t时，应取0.12；当额定起重量为16～50t时，应取0.10；当额定起重量不小于75t时，应取0.08；对硬钩吊车应取0.20

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，其方向与轨道垂直，并考虑正反方向刹车情况。

3)多台吊车的组合多台吊车的荷载折减系数(表2-10)。

参与组合的吊车台数吊车工作级别A1～A5A6～A820.900.9530.850.9040.800.85例3.某单层工业厂房，厂房柱距12m，采用工字型吊车梁，设置有两台Q=25/10t的软钩桥式吊车，吊车每侧有两个车轮，轮距4m，最大轮压标准值279.7kN，横行小车质量标准值Q1=73.5KN.

当吊车为中级工作制时，试问作用在每个车轮处的横向水平荷载标准值为多少？

例4:某单跨厂房,跨度18m,柱距6m,厂房内设有两台10t工作级别A5的吊车,吊车有关数据见下表,计算排架柱的吊车竖向荷载标准值,横向水平荷载标准值.

2.6车辆荷载1）汽车荷载

A.汽车荷载分为公路一Ⅰ级和公路一Ⅱ级两个等级。B.各级公路桥涵设计的汽车荷载等级应符合表2-11的规定。C.汽车荷载由车辆荷载和车道荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载;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。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。

表2-11各级公路桥涵的汽车荷载等级车辆荷载：

公路一Ⅰ