工程结构荷载与设计方法荷载与作用

张丽安徽工业大学工程结构荷载与设计方法

（荷载与作用）Chapter0of1结构上的作用术语符号作用：使结构产生内力和变形的原因，分为直接作用和间接作用两种。荷载是直接作用，混凝土的收缩、徐变、温度变化、地基不均匀沉降、地震是间接作用。作用效应(S)：结构上的作用使结构产生的内力（弯矩、剪力、扭矩）和变形、裂缝的统称。荷载标准值：是指其在结构的使用期间可能出现的最大荷载值。根据统计分析可以确定一个具有一定保证率（如95%）的上限荷载分位值，该特征值称为荷载标准值（符号Gk，Qk）。术语符号组合值：按极限状态设计时为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载进行组合，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值。荷载准永久值：对可变荷载，在设计基准期内，其超过的总时间约为设计基准期的一半的荷载值。结构抗力：结构抵抗外界作用效应的能力。◆

结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。◆

区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”何谓结构的极限状态？安全性

承载力能力极限状态

不安全适用性耐久性正常使用极限状态不适用性不耐久性Z=R-S=0极限状态Z=R-S<0

失效Z=R-S>0

可靠Z：结构的功能函数何谓结构的极限状态？3.2极限状态S——作用效应ActionEffect

结构上的作用（使结构产生内力和变形的原因，如荷载、不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等）引起的效应如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度f、裂缝宽度w等

S=S(Q)=C*QR——结构抗力Resistance

结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度[f]、容许裂缝宽度[w]R=R(fc,fy,A,h0,As,…)结构力学的主要内容为何开设本课程？3.2极限状态★

恒载g与构件尺寸、材料容重等有关★

活载q（楼面活载、雪荷载）的数值是随时在变化的★

计算跨度l的不准确★材料强度fy和fc的离散★截面尺寸h0和b的施工误差★应力-应变关系参数k1和k2不一定安全（可靠）绪论3.2极限状态典型工程图示典型工程图示3.2极限状态典型工程图示3.2极限状态若干建筑工程及荷载示例3.2极限状态风荷载：塔科马大桥风毁录像若干建筑工程事故及荷载示例3.2极限状态海浪作用：印尼海啸录像若干建筑工程事故及荷载示例3.2极限状态地震作用：汶川地震地震科普若干建筑工程事故及荷载示例3.2极限状态撞击作用：911恐怖袭击若干建筑工程事故及荷载示例3.2极限状态撞击作用：911恐怖袭击若干建筑工程事故及荷载示例3.2极限状态土侧压力：上海莲花河畔景苑建筑事故2009年6月27日若干建筑工程事故及荷载示例3.2极限状态上海莲花河畔景苑建筑事故本课程主要内容3.2极限状态建筑工程结构体系各种作用的确定及计算方法结构体系设计值中作用和荷载的组合方法，抗力值的确定要考虑的随机因素本课程具体章节3.2极限状态第一章

荷载与作用第二章重力第三章

侧压力第四章

风荷载第五章

地震作用第六章其他作用第七章荷载的统计分析第八章结构构件抗力的统计分析第九章结构可靠度设计方法第十章综合例题附录一、结构上的作用及其分类

1、“结构上的作用”的定义施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加变形或约束变形的原因（地震、基础沉降、温度变化、焊接等）的总称

施加在结构上的集中力或分布力

直接作用（荷载）引起结构外加变形或约束变形的原因

间接作用2、“结构苹上的作扣用”的分校类按随莫时间联的变伶异分稼类永久作缺用在结构可使用期惜间，其征值不随些时间而惕变化，耽或其变巾化值与换平均值跃相比可舒以忽略夹不计，状或其变辆化是单轻调的并用能趋于支限值的均作用【例如】结构自案重，土承压力、虫预加力局、基础熔沉降、弦焊接、份水的浮众力、混猾凝土收裁缩及徐如变作用污等可变文作用在结构详使用期冬间，其诱值随时乖间而变企化，且溉其变化丛值与平轮均值相依比不可肝以忽略康不计的评作用【例如】安装荷叙载、楼胞面活荷某载、吊仔车荷载非、风荷赠载、雪钳荷载、库汽车荷食载、汽铸车离心牺力、汽秆车制动咽力、流孤水压力伙、冰压文力、温住度作用拒等偶然哪作用在结构芝使用期六间，不钻一定出允现，但往一旦出吩现，其侄量值很与大且持快续时间沫较短的僵作用【例如】爆炸、毁船舶或谋漂流物抛的撞击筛作用、碧汽车撞栋击作用有等【思考题】水压斜力属事于何烤种作写用？地震呜作用衬属于佛何种己作用封？按随空包间位置茶的变异纯分类固定作领用在结邀构空箱间位队置上栽具有丘固定肃的分渡布【例如】工业辈与民功用建婶筑楼吵面上券的固筛定设唯备荷酒载、庙结构杨构件筋自重幕等可动跌作用在结构来空间位贞置上的铅一定范墨围内可凳以任意辟分布【例如】工业与杠民用建眉筑楼面轰上的人骆员荷载形、吊车狂荷载等按结构谈的反应辨分类静态鸟作用不使结寇构或结辛构构件筛产生加送速度，叶或产生杜的加速捷度可以还忽略不倒计【例如】结构自厚重、住器宅与办片公楼的不楼面活架荷载等动态掌作用使结是构或厕结构源构件底产生响不可喉忽略枝的加庄速度【例如】地震、志吊车荷调载、设挽备振动跪、作用根于高耸锅结构上妙的风荷竭载等二、荷记载分类按作用导时间的检长短和白性质永久鸭荷载氏（恒载共）在结构谅使用期旗间，绞其值不次随时间多而变化肃，或虽补有变化厕，但变润化不大名，且其故变化值衰与平均泄值相比苹可以忽洲略不计祥，或其乡丰变化是洋单调的慌并能趋寄于限值突的荷载寄。可变练荷载依（活载）在结构昂使用期层间，窝其值随倒时间而茧变化，浊且其变均化值与罪平均值歇相比不塔可以忽迷略不计谷的荷载晌。偶然荷爷载在结任构使魄用期烟间不殿一定愉出现曲，但折一旦朽出现炎，其白值很挡大，头作用筛时间渐则较庭短的幅荷载标。永久荷妥载（恒析载）【例如】结构自害重，土扬压力、姿预应力挎等可变号荷载炎（活萌载）【例如】楼面活体荷载、限屋面活抬荷载和价积灰荷延载、吊恨车荷载搭、风荷为载、雪冠荷载等偶然那荷载【例如】爆炸力煎、撞击金力等三、荷瓜载代表到值荷载壁代表晶值是恳指设趁计中薪用以恩计算匹极限汤状态疼所采奖用的育荷载嫁量值残，如粪标准株值、季组合货值、永频遇企值和吃准永祝久值四。建筑结邪构设计践中，对意不同荷捷载应采股用不同象的代表沸值。永架久荷载裙采用标宫准值作垃为代表汤值；可仇变荷载培应根据骗设计要流求采用吗标准值牵、组合屑值、频繁遇值或刷准永久镰值作为吨代表值微；偶然凶荷载应久按建筑瞧结构使萌用的特袄点确定丘其代表堵值。1.荷载葛标准倍值荷载此标准杏值是GB维50懒00省9-院20眉12规定纹的荷笔载基球本代让表值瓣，为嗽设计朗基准搅期内汁最大库荷载锁统计残分布沟的特文征值权。由速于最问大荷靠载值滩是随摊机变职量，芦因此根，原则独上应械由设伴计基咐准期史荷载历最大勿值概湿率分酬布的盆某一守分位荷数来堡确定狼。但是虾，有灰些荷疏载并隙不具档备充棉分的碧统计伞参数酱，只奔能根垫据已静有的工程经密验确定衬。2.荷载组依合值荷载茎组合乓值是采对可槐变荷璃载而紫言的贤。当豆两种涂或两木种以缝上可凶变荷逮载在急结构订上同股时作仓用时伯，由坝于所扣有荷纺载同伤时达心到其温单独另出现访时可建能达击到的扛最大霜值的们概率汇极小差，因奋此，嫁除主硬导荷沃载(产生最创大荷载索效应的永荷载)仍可以般用其标滋准值为夫代表值乡丰外，其满他伴随溜荷载均歉取小于奶其标准鼻值的组驱合值为雀荷载代得表值。3.荷载准年永久值晃：荷载蚕准永倘久值私也是白对可内变荷剃载而课言的链，是惨指可葬变荷劳载中活动四相对倾较小责的部域分，在洽规定捡的时显间内衡具有诉较长雪的总荣持续虫期，卸对结担构的尊影响误犹如尾永久箱荷载烟。荷艰载准培永久柜值主摊要用摇于正储常使晋用极兴限状型态的册长期妖效应庙组合腹，其荣值与楚可变巴荷载鹿出现浴的频允繁程缘瑞度和德持续请时一瞒间长舰短有浊关。4.荷载芦频遇是值：荷载准俗永久值电同样是歌对可变纲荷载而听言的，猴是指可稍变荷载淋在结构剖上频繁迫出现且量值较蛮大的值，主蹈要用鼻于荷帅载短误期效伟应组垃合中衡。可枕变荷双载频芦遇值净可以久通过叛乘以仆频遇子值系凯数得谊到，逐频遇涂值系逐数通受过调炼查统嘱计结酒果并饺结合防工程丸经验肃综合绞分析率后确奴定。工程结叮构设计他理论演溪变简况容许养应力蔽设计挤法容许应绒力设计起法是建且立在弹蚕性理论者基础上撒的设计茂方法。箱其表达据式为：式中，研－嫌构件在誉使用阶找段(使用荷爸载作用哈下)截面上晶的最大盲应力；－材糊料的摔容许蜻应力雅。容许应卡力设计炊法计算睛简单，伸但其有坟许多问够题：①没有精考虑材凉料塑性随性质。②没冠有对敢作用梁阶段州给出紧明确腾的定柳义，烂也就请是使雅用期埋间荷照载的未取值仔原则挑规定伟得不壮明确漂。③把影珠响结构芹可靠的剥各种因负素(荷载鲁的变昂异、约施工严的缺疯陷、帮计算思公式墓的误涛差等)统统及归结爱在反啊映材崖料性往质的明容许邻应力枣上磨，显枪然不啄够合豆理。④侵容许隙应力元的取全值无侦科学弃根据灾，纯惕属经脱验的改，历肿史上包曾多杠次提看高过狂材料父的容愉许应虏力值敏。⑤按容妹许应力狐法设计向的构件返是否安水全可靠休，无法放用实验变来验证拾。工程阻结构痰设计懂理论娇演变附简况破损阶填段设计权法针对容栗许应力棍设计法启存在的喇缺陷，差之后出乔现了假俱定材料指均已达捉到塑性屋状态，会依据截疮面所能调抵抗的吉破损内善力建立缓的计算讲公式。旬其设计纸表达式蜓为：式中号，——构件最叮终破坏虾时的承井载能力霸；——安全系列数，用赴来考虑汉影响结欢构安全些的所有常因素。优点为骄：①它勾可以夕反映建材料艺的塑地性性地质，旗结束货了长会期以午来假读定混宴凝土拉为弹牧性体秧的局孤面。②采台用一绪个安攻全系廉数，拆使构俊件有歼了总逐的安勿全度锯的概贵念。③它触以承愈载能病力值(如)为依据兆，其计滤算值是五否正确葵可由实壳验检验售。工程结洽构设计赤理论演健变简况苏联曾尼把该理蹦论用下达式来表羡达：式中，M—局—正常泻使用洋时，乏由各罢种荷政载干所产面生的传截面蜓内力满；a—梳—反映签截面物尺寸蹈等的港尺寸局函数帜；，——材料强仿度的平缘瑞均值。破损国阶段拼理论鸭仍存泛在一饮些重氏大缺脂点：①破损纲阶段计推算，构亦件的承纽奉载力是默得以保降证，但吵却无法袍了解构药件在正学常使用侮时能否灵满足正悠常使用刮要求。②安全鹿系数K的取值滤仍须经地验确定答，并无驳严格的吧科学依则据。③采军用笼语统的返单一窝安全遍系数胀，无陷法就覆不同音荷载控、不吨同材赖料结妹构件需安全跳的影尊响加护以区畏别对蒜待，清不能校正确院地度虫量结睛构的篮安全炊度。④荷什载另的取的值仍却然也上是经辩验值抬；⑤表刻达式图中采服用的费材料丛强度石是平衣均值乒，它哨不能毅正确织反映焰材料演强度料的变验异程炮度，惊显然欣也是崭不够应合理浩的。工程结押构设计询理论演惹变简况概率缓极限猾状态谅设计焦法概率员极限亚状态承设计棋法是约以概率暗理论驶为基础，将作用效缘瑞应和影摆响结构遗抗力的主要因刻素作为正随机变俊量，根据题统计分串析确定旗可靠概栗率来度口量结构于可靠性纠的结构茶设计方堆法。其婚特点是驻有明确谊的、用各概率尺责度表达东的结构避可靠度室的定义琴，通过加预先规甚定的可薪靠指标农值，使倚结构各按构件间昼，以及泛不同材煌料组成尚的结构输之间有诞较为一晴致的可猪靠度水捐平。国际促上把意处理傍可靠咽度的竹精确踩程度冠分为3个水佛准。(1碑)水准I——半概项率方之法。精度最唉低，用酸随机变激量的一须阶矩（小均值）趣加以概见括，可医靠度分邻析基本司上靠工丸程经验而进行估宣计判断政，很难木准确预侵计结构罚的可靠盲度。工程茎结构塑设计损理论粪演变头简况(2)水准II—咽—近似诊概率挤法。相对闹比较关精确闷，是胆用随粥机变厌量的呼一阶兽矩（进平均坟值