哈工大荷载与结构设计第2-讲土侧压楼面活荷

第二节 土的自重及土的侧压力
二、土的侧压力：
4、土的侧压力计算：
主动土压力
主动朗金状态下，主动土压力强度为：
粘性土： a x zK a 2c K a
无粘性土：
a zK a
主动土压力计算（强=tan2（45-0.5φ）
c-填土的粘聚力（kPa）
第二节 土的自重及土的侧压力
二、土的侧压力：
4、土的侧压力计算：
静止土压力
在地面以下深度z处，取一单元体，
其上作用着竖向土体自重γz，如 前所述，土体在竖直面和水平面均 无剪应力，该处的静止土压力强度 为 0 K0 z
K
0
1 sin
,
Ko-静止土压力系数，又称 土的侧压力系数，与土的 性质、密实程度等因素有 关，对于正常固结土可按 照表中取值，可以按照下 式计算：
第二节 土的自重及土的侧压力
一、土的自重应力：
成层土的自重应力；
若土层位于地下水位以下，计算土的自重应力时，应以土的有 效重度代替天然重度。土的有效重度是扣除水的浮力后单位体 积土体所受重力。
成层土中自重应力沿深度分布
第二节 土的自重及土的侧压力
二、土的侧压力
挡土墙是防止土体坍塌的构筑 物，常用砖石、素混凝土、钢 筋混凝土等材料简称，广泛应 用于土建工程中。
第二节 土的自重及土的侧压力
二、土的侧压力：
被动土压力 当挡土墙在外力作用下向土体方向移动 或转动时，墙体挤压墙后土体，作用在 墙背上的土压力从静止土压力值逐渐增 大，墙后土体也会出现滑动面，滑动面 以上土体将沿滑动方向向上，向后推出。 在滑动楔体开始隆起的瞬间，墙背上的 土压力增加到最大值，土体内应力处于 被动极限平衡状态。此时作用在墙背上 的土压力称为被动土压力。例如拱桥在 桥面荷载作用下，供体将水平推力传至 桥台，挤压桥台背后土体。
第三节 楼面及屋面活荷载
民用建筑楼面活荷载
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。 性两部分。
楼面活荷载按其随时间变异的特点，可以分为持久性和临时
持久性活荷载是指楼面上在某个时段内基本保持不变的荷载：
第二章 重力作用
本章内容
1、结构自重
2、土的自重及侧压力
3、楼面及屋面活荷载 4、雪荷载 5、厂房吊车荷载 6、车辆荷载
7、人群荷载
第一节 结构自重
结构自重是由于地球引力作用而产生 的重力，可以根据结构的材料种类、构 件尺寸和材料重度经计算确定。
由于工程结构各构件尺寸多变，各 部分材料重度可能不同，在计算工程结 构的自重时，为方便起见，常将结构人 为地划分为许多容易计算的基本构件或 材料重度不同的若干单元。
第二节 土的自重及土的侧压力
二、土的侧压力：
主动土压力 当挡土墙在土压力的作用下，向 离开土体方向移动或转动时，作用 在墙背上的土压力从静止土压力值 逐渐减少，直至土体出现滑动面。 滑动面以上的土体将沿这一滑动面 向下向前滑动，在滑动楔体开始滑 动的瞬间，墙背上的土压力减少到 最小值，土体内应力处于主动极限 平衡状态，此时作用在墙背上的土 压力成为主动土压力。如基础开挖 时的维护结构。
第二节 土的自重及土的侧压力
一、土的自重应力：
均匀土的自重应力；
任意水平面分布 沿深度分布 在计算土中应力时，通常将土体视为均匀连续的弹性介质，假设 天然地面是一个无限大的水平面，土体在自重作用下只产生竖向 变形，而无侧向变形和剪切变形，因此在任意竖直面和水平面均 无剪应力存在。
第二节 土的自重及土的侧压力
成层填土的作用
用当量土层法计算 粘性土主动土压力强度
第一层填土
{


a0
2 C1

1 1
K
a1
a1
a1
hK
1
2 C1
K
a1
第二层填土
{
h K 2C K ( h 2h2)K 2 C K
' a1 1 a2 2 a2
'
a2
1
1
a2
2
a2
当某层为无粘性土，只需将该层粘聚力系数取为0
第二节 土的自重及土的侧压力
二、土的侧压力：
4、土的侧压力计算：
主动土压力
无粘性土： 无粘性土的主动土压力强度与z成正比， 沿墙高的压力分布为三角形，如取单位 墙长计算则主动土压力为：
E
a

1 2
HK
2
无粘性土
a
Ea通过三角形的形心，其作用点在离墙底H/3处。
第二节 土的自重及土的侧压力
1 2 H Kp Ep 2
无粘性土
第二节 土的自重及土的侧压力
二、土的侧压力： 4、土的侧压力计算：
被动土压力
粘性土：
对于粘性土，被动土压力通过梯 形压力分布图的形心。

p
Kp z 2c
K
p
Ep
1 2
HK
2
p
2cH
K
p
力的作用线通过梯形形心
粘性土
第二节 土的自重及土的侧压力
一、土的自重应力：
成层土的自重应力；
cz i hi
i 1
n
地基土往往是由不同重度的土 层组成的层状介质，设天然地 面以下各土层的厚度为hi，重 度为γi，则地面以下深度z处 的自重应力可通过对各层土的 自重应力求和得到
n-从天然地面起到深 度z处土的层数； hi-第i层土的厚度 γi-第i层土的天然重度 （kN/m2），对地下 水位以下的土层，取 有效重度
挡土墙向挤压土体方向移动，墙后土体被挤压达到极限平衡状态， 则离填土表面深度z处各应力状态为： 竖向应力： 水平应力：达最大值

z
x
3
常数
p

1
用 1 和 3 作成摩尔应力圆与土的抗剪强度包络线相切 滑裂面与小主应力作用的水平夹角
o 45 2 (为土的内摩擦角 )
K
a

2c
2

Ea通过三角形图abc的形心，其作用点在离墙底（H-z0）/3处。
第二节 土的自重及土的侧压力
二、土的侧压力：
4、土的侧压力计算：
被动土压力
当挡土墙在外力作用下挤压土体出现被动郎金 状态时，墙背填土离地任意深度z处的竖向应力 σz已变为小主应力，而水平应力σx成为大主应 力。被动土压力强度分别为： 粘性土：

常数 水平应力：达最低值
竖向应力：
z 1
用
和 作成摩尔应力圆与土的抗剪强度包络线相切
1 3
x
3
a
滑裂面与大主应力作用的水平夹角
o 45 2 (为土的内摩擦角 )
第二节 土的自重及土的侧压力
二、土的侧压力：
3、基本原理：
塑性被动状态
家具、物品、常住人员 临时性活荷载是指楼面上偶尔出现的短期荷载：如聚会的人 群、装修材料的堆积等。
第三节 楼面及屋面活荷载
楼面活荷载在楼面上的位置是任意布置的， 为方便起见，工程设计时一般可将楼面活荷 载处理为等效均布荷载，均布荷载的量值与 房屋使用功能有关，根据楼面上人员活动状 态和设施分布情况，其取值大致可分为7个 档次。
如：杉木：4kN/m3，铝合金28.4kN/m3 ， 素混凝土22~23.4kN/m2
第一节 结构自重
结构自重的标准值，可按照结构图纸 的设计尺寸与材料单位体积、面积或长 度的重力，经计算直接确定。
固定设备荷载按恒载考虑，注意厂 家给出反力参数的意义。
对于自重变异较大的材料和构件 （如现场制作的保温材料、混凝土薄壁 构件），其自重根据对结构有利与不利， 分别取上限值或下限值
第二节 土的自重及土的侧压力
二、土的侧压力：
1、定义：土的侧压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用 对墙背产生的土压力。土压力是挡土墙设计的主要外荷载， 设计挡土墙时首先确定土压力的性质、大小、方向和作用点， 土压力的大小及分布规律受到墙体可能的移动方向、填土的 性质、填土的截面形式、墙体的刚度和地基变形等一系列因 素影响；
二、土的侧压力：
5、填土表面有荷载土的侧压力计算：
受连续均布荷载作用
当挡土墙后填土表面有连续均布荷 载q作用时，可将均布荷载换算成 当量土重，即用假想的土代替均布 荷载。当量土层厚度h为q/γ
a a h K
'
a
q Ka

ab
(H h) Ka (q H )K
a
土压力作用点通过在梯形的重心，由上可知当填土面有均布荷 载时，其土压力强度比无均布荷载时增加一项qKa
第二节 土的自重及土的侧压力
二、土的侧压力：
3、基本原理：
一般土的侧向压力计算采用朗金土压力理论和库仑土压力理
论计算，我们以朗金土压力理论为例，介绍土压力的基本原 理和计算方法；
朗金通过研究弹性半空间土体在自重作用下，由于某种原因
而处于极限平衡状态时的受力，提出了土压力计算方法；
朗金土压力理论的基本假设：
2、分类：根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态可 分为：静止土压力、主动土压力和被动土压力
静止土压力 主动土压力 被动土压力
静止土压力
主动土压力
被动土压力
第二节 土的自重及土的侧压力
二、土的侧压力：
静止土压力：
当挡土墙在土压力作用下，不产生任何位移或转动，墙后 土体处于弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力成为静止土 压力。例如地下室外墙由于受到内侧楼面支撑可认为没有位 移发生，这时作用在墙体外侧的回填土侧压力可按静止土压 力计算。