荷载和荷载组合
荷载的代表值与荷载组合方法
Loads & Structural Design Methods
土木工程学院 哈尔滨工业大学
Spring, 2013
第五章 荷载的代表值与荷载组合方法
第五章 荷载的代表值与荷载组合方法
主要内容
5.1 荷载的代表值 5.2 荷载效应组合方法
第五章 荷载的代表值与荷载组合方法
5.1 荷载的代表值
例题
三种荷载作用: – 恒荷载 G – 持久性活荷载 L1(t) – 临时性活荷载 L2 (t) – 风荷载 W (t)
设计基准期为T 50 年 。
各荷载分时段长度分别为：G 50 年
L1 L2 10 年
w 1 年
按 JCSS 组合法和 Turkstra 组合法给出上述荷载的可能组合。
max
0≤t≤T
ห้องสมุดไป่ตู้
Si
(t)
max
0≤t≤ i
Si1(t)
max
0≤t≤ n1
Sn
(t
)
5.2 荷载效应组合方法
Sm1
max
t[0,T ]
S1
(t
)
max t1
S2
(t)
max t 2
S3
(t
)
max
t n1
Sn
(t
)
Sm2
S1
(t0
)
max
t[0,T ]
2. 计算方法 确定原则：要求结构在单一可变荷载作用下的可靠度与 在两个及其以上可变荷载作用下的可靠度保持一致。
Qc cQk
荷载组合系数
建筑幕墙设计(第四章)荷载及其组合
横向验算风荷载单独作用下挠度。
4 荷载及荷载组合
第二节 风荷载 风荷载是作用于幕墙的一种主要直接作用，它垂 直作用于幕墙面板表面。 设计要求：(1)既需考虑长期使用过程中，在一定时距平
均最大风速的风荷载作用下保证 正常使用功 能不受影响。 (2)在阵风袭击下不受损坏，避免事故发生。
风荷载计算公式:
w w（主体结构） w w（外围护 幕墙）
k Z s z o k gz s z o
4 荷载及荷载组合
第二节 风荷载 1 基本风压Wo
当风以一定速度向前运动遇到幕墙阻碍时，幕墙承受风 压，幕墙所在地区不同，它们的基本风压不同。
Vo / 2 wo
A：近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠 B：田野、乡村、丛林、丘陵、房屋稀疏的乡镇 C：密集建筑群的城市市区（一般城市) D：密集建筑群且房屋较高城市（北京、上海等）
4 荷载及荷载组合
A z c z
1.379( z /10) 0.616( z /10)
0.24
0.44
B z D z
4 荷载及荷载组合
4 阵风系数 gz 第二节 风荷载
瞬时风压峰值与10min平均风压（基本风压）的比值， 取决于场地粗糙度类别和建筑物高度。 K (1 2 ) 玻璃幕墙 石材金属幕墙取2.25 gz f K-地区粗糙度调整系数 A取0.92 B取0.89
A f
C取0.85 D取0.8
4 荷载及荷载组合
第一节 概述 2 幕墙的荷载组合 承载Hale Waihona Puke 极限状态G G w w w
荷载种类及计算条件
荷载种类及计算条件荷载是指施加于建筑结构或其他构筑物上的外力或外荷，常用于分析和设计建筑、桥梁、道路、船舶等工程的强度和稳定性。
根据实际情况分析和选择合适的荷载种类和计算条件，可以确保结构的安全性和经济性。
本文将介绍常见的荷载种类及其计算条件。
一、荷载种类1.死荷载死荷载是指在结构使用和工作过程中始终存在的固定荷载，如自重、装修材料、固定设备等。
死荷载的大小与结构自身的质量和构造方式有关。
2.活荷载活荷载是指结构使用过程中人员、设备、货物等所有活动的荷载。
根据不同情况，活荷载可以分为移动活荷载和停止活荷载。
移动活荷载是指在结构上频繁移动的活荷载，如行人、车辆等。
停止活荷载是指在结构上停留的活荷载，如货物、设备等。
3.风荷载风荷载是指结构受到风力作用时所承受的荷载。
风荷载的大小与结构的外形、高度、地理位置、风速等有关。
一般需要根据当地的风速数据和结构的风荷载系数来进行计算。
4.雪荷载雪荷载是指结构受到积雪作用时所承受的荷载。
雪荷载的大小与结构的外形、地理位置、设计寿命等有关。
一般需要根据当地的雪厚度和结构的雪荷载系数来进行计算。
5.地震荷载地震荷载是指结构受到地震时所承受的荷载。
地震荷载的大小与地震的震级、地震波形、结构的设计地震参数等有关。
一般需要根据地震区域划分、地震烈度等级等来进行计算。
6.温度荷载温度荷载是指结构受到温度变化引起的热应力时所承受的荷载。
温度荷载的大小与结构的材料、尺寸、温度差等有关。
一般需要根据结构的热膨胀系数和温度差来进行计算。
二、荷载计算条件1.荷载标准荷载计算需要根据国家和地区的荷载标准进行。
常见的荷载标准有《建筑抗震设计规范》、《建筑结构荷载标准》等。
2.荷载计算方法荷载计算方法包括静力计算方法和动力计算方法。
静力计算方法适用于荷载作用下结构的静力平衡条件，动力计算方法适用于考虑结构的动态响应。
3.荷载系数荷载系数是指荷载计算中所引入的系数，用于考虑各种不确定因素，以确保结构的安全性。
重力坝的荷载及荷载组合
PH1
W3
PskH
W1
7000 3000 36680
U1
U2
U3
U4
316.35 PV1
PH 2 302.5
αγH
溢流坝段荷载计算示意图
图3-2-1溢流重力坝上基本作用和偶然作用
表3-2-1 承载能力极限状态作用的基本组合和偶然组合
作业
试根据教材P79【例1－1】已知条件计算 各项作用的标准值。
3、动水压力
溢流坝面动水压力计算图
（１）坝顶曲线段的动水压力 常忽略不计。
（２）斜坡直线段上的动水压力 动水压强：p=γ0hcos (kpa) 可忽略不计。
（３）反弧段水流离心力（见P36式3-3） PX、PY作用点：近似认为作用在反弧中点
４、扬压力 由挡水建筑物上下游静水头作用下的渗
▽
▽
主排水孔 防渗帷幕
▽ 副排水孔
(2)坝体防渗排水 在上游坝面部分浇筑抗渗标号高的混凝土 紧靠防渗层的下游侧设排水管
C20砼
坝体排水管
C15砼
坝底扬压力 (1)未设防渗帷幕和排水孔
▽
H1
E U1
γ0H2 γ0H1 γ0H
U2
H=H1-H2 ▽ H2
F
γ0H2 浮托力
渗透压力 U=U1+U2
Lm／2
H
单位长度上浪压力标准值Pwk(kN／m) ： 作用点位置呢？
7、冰压力 1.静冰压力 2.动冰压力 8、地震作用
1.几个术语 ▲抗震设计：一般包括抗震计算和抗震措施。
▲基本烈度：50年期限内，一般场地条件下，可
能遭遇超越概率P50为0.10的地震烈度。一般为《中国地 震烈度区划图(1990)》上所标示的地震烈度值，对重大 工程应通过专门的场地地震危险性分析工作确定。
荷载和荷载组合
s —斜梁换算长度系数，见图1-9。当梁为等截面
时 =1。
22
在图1-9中，λ1和 λ分别为第一、二 楔形段的斜率。
23
图19楔形梁在刚架平 面内的换算长度系数
24
柱脚铰接楔形柱的计算长度系数 ，表1—2
K2／Kl
0.1
35
▪ 当斜梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加劲肋时，
除应按规范规定验算腹板上边缘正应力、剪应力 和局部压应力共同作用时的折算应力外，尚应满 足下列公式的要求：
F 15mtw2 f
tf 235 tw fy
m 1 .5 M W ef
36
▪ 隅撑设计
当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压 翼缘两侧布置隅撑(山墙处刚架仅布置在一侧)作、 为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。
式中: —构件的楔率；
d 0 、d 1—分别为柱小头和大头的截面高度(图1.12)。
32
图1-12 变截面构件的楔率
33
➢ 变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算 应分段按公式计算：
N0 tM1 f yAe0 bWe1
公式不同于规范中压弯构件在弯矩作用平面外的 稳定计算公式之处有两点：
▪ 截面几何特性按有效截面计算； ▪ 考虑楔形柱的受力特点，轴力取小头截面，弯矩
11a) 当柱脚铰接时 当柱脚刚接时
▪ 中间为非摇摆柱的多跨刚架(图1--11b)
当柱脚铰接时
当柱脚刚接时
30
图1-11 一阶分析时的柱顶位移
31
➢二阶分析法
▪ 当采用计入竖向荷载一侧移效应(即P-u效应)的
二阶分析程序计算内力时，如果是等截面柱， 取μ=1，即计算长度等于几何长度。对于楔形 柱，其计算长度系数可由下列公式计算：
,荷载分类和荷载组合
3 荷载分类和荷载组合荷载分类和荷载代表值结构的荷载可分为以下三类：1，永久荷载，例如结构自重、土压力、预应力等。
2，可变荷载，例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、温度作用等。
3，偶然荷载，例如爆炸力、撞击力等。
建筑结构设计时，对不同荷载应采纳不同的代表值。
对永久荷载应采纳标准值作为代表值。
对可变荷载应依照设计要求采纳标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。
对偶然荷载应按建筑结构利用的特点确信其代表值。
确信可变荷载代表值时应采纳50年设计基准期。
荷载的标准值，应按本标准各章的规定采纳。
承载能力极限状态设计或正常利用极限状态按标准组合设计时，对可变荷载应按规定的荷载组合采纳荷载的组合值或标准值作为其荷载代表值。
可变荷载的组合值，应为可变荷载的标准值乘以荷载组合值系数。
正常利用极限状态按频遇组合设计时，应采纳可变荷载的频遇值或准永久值作为其荷载代表值；按准永久组合设计时，应采纳可变荷载的准永久值作为其荷载代表值。
可变荷载的频遇值，应为可变荷载标准值乘以频遇值系数。
可变荷载准永久值，应为可变荷载标准值柔以准永久值系数。
荷载组合建筑结构设计应依照利用进程中在结构上可能同时显现的荷载，按承载能力极限状态和正常利用极限状态别离进行荷载组合，并应取各自的最不利的组合进行设计。
关于承载能力极限状态，应按荷载的大体组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值，并应采纳以下设计表达式进行设计：d d R S ≤0γ 式中：γ0——结构重要性系数，应按各有关结构设计标准的规定采纳；S d ——荷载组合的效应设计值；R d ——结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计标准的规定确信。
荷载大体组合的效应设计值S d ，应从以下荷载组合值中取用最不利的效应设计值确信：1，由可变荷载操纵的效应设计值，应按下式进行计算：∑∑==++=mjniQik ci Li Qi k Q L Q Gjk Gj d S S S S 12111ψγγγγγ 式中：γGj——第j 个永久荷载的分项系数，应按本标准第条采纳；γQi ——第i 个可变荷载的分项系数，其中γQ1为主导可变荷载Q 1的分项系数，应按本标准第条采纳；γLi ——第i 个可变荷载考虑设计利用年限的调整系数，其中γL1为主导可变荷载Q 1考虑设计利用年限的调整系数；S Gjk ——按第j 个永久荷载标准值G jk 计算的荷载效应值；S qik ——按第i 个可变荷载标准值Q ik 计算的荷载效应值，其中S Q1k 为诸可变荷载效应中起操纵作用者；ψcj ——第i 个可变荷载Q i 的组合值系数； m ——参与组合的永久荷载数； n ——参与组合的可变荷载数。
荷载工况和荷载组合的关系
荷载工况与荷载组合的关系在结构工程中，荷载工况和荷载组合是两个至关重要的概念。
它们不仅关系到结构设计的安全性与经济性，而且是评估结构性能、确定结构尺寸和材料选择的基础。
本文将深入探讨荷载工况与荷载组合的关系，并分析它们在工程实践中的应用。
一、荷载工况的概念及分类荷载工况，指的是结构在使用过程中可能遇到的各种荷载作用情况。
这些荷载可以是静态的，如自重、恒载等；也可以是动态的，如活载、风载、雪载、地震力等。
荷载工况的分类主要依据荷载的性质、作用时间和作用频率等因素。
1. 静态荷载工况：主要包括结构自重、恒载等长期作用在结构上的荷载。
这类荷载对结构的影响是持久的，因此在结构设计时必须予以充分考虑。
2. 动态荷载工况：主要包括活载、风载、雪载、地震力等短暂或周期性作用的荷载。
这类荷载对结构的影响是变化的，需要根据具体情况进行动态分析。
二、荷载组合的概念及原则荷载组合，是指将不同荷载工况按一定规则组合起来，以模拟结构在实际使用过程中可能遇到的最不利情况。
荷载组合的目的是确保结构在各种可能的荷载作用下都能保持安全稳定。
荷载组合的原则主要包括以下几点：1. 合理性原则：荷载组合应基于结构实际使用情况和可能的荷载作用方式进行，确保组合后的荷载能够真实反映结构受力状态。
2. 最不利原则：在进行荷载组合时，应选择对结构受力最不利的情况进行组合，以确保结构的安全性能。
3. 经济性原则：在满足结构安全性能的前提下，荷载组合应尽量考虑经济性，避免过度设计造成的浪费。
三、荷载工况与荷载组合的关系荷载工况和荷载组合在结构设计中具有密切的联系。
荷载工况是荷载组合的基础，为荷载组合提供了各种可能的荷载作用情况。
而荷载组合则是根据结构实际使用情况和设计要求，从众多荷载工况中挑选出最不利的情况进行组合，以评估结构的安全性能。
具体来说，荷载工况为荷载组合提供了丰富的素材。
在实际工程中，结构可能受到的荷载作用是多种多样的，如静载、动载、风载、雪载、地震力等。
施工阶段 荷载组合
施工阶段荷载组合施工阶段荷载组合一、荷载组合的概念和作用在施工过程中，荷载组合是指将各种可能同时作用在结构上的荷载按照一定的规则进行组合，以确定结构在设计工况下的受力情况。
荷载组合的目的是为了保证结构的安全可靠性，确保其在使用寿命内能够承受各种可能的荷载组合。
二、施工阶段的荷载组合1. 自重荷载组合自重荷载是指结构本身的重量，包括结构构件、地基、楼板、墙体等的重量。
在施工阶段，自重荷载组合是指结构在施工过程中，各个构件的自重荷载同时作用在结构上的情况。
施工阶段的自重荷载组合应考虑施工工况下结构的变形和稳定性。
2. 施工荷载组合施工荷载是指施工过程中作用在结构上的荷载，包括施工人员、施工设备、材料堆放等。
施工荷载组合需要考虑施工现场实际情况，根据施工工况和相应的荷载标准确定。
施工荷载组合的目的是为了保证结构在施工期间的稳定性和安全性。
3. 环境荷载组合环境荷载是指结构在使用寿命内可能受到的外部环境荷载，包括风荷载、雪荷载、地震荷载等。
在施工阶段，环境荷载组合需要考虑施工现场的地理位置和气候条件，结合相应的荷载标准进行组合计算。
环境荷载组合的目的是为了确保结构在使用寿命内能够承受各种可能的自然环境荷载。
4. 临时荷载组合临时荷载是指结构在施工期间临时受到的额外荷载，包括脚手架、模板、施工人员等。
临时荷载组合需要根据具体的施工工况和相应的荷载标准进行组合计算。
临时荷载组合的目的是为了确保结构在施工期间的稳定性和安全性。
三、荷载组合的计算方法荷载组合的计算方法根据不同的荷载类型和施工阶段的特点而有所不同。
一般而言，荷载组合的计算方法包括极限状态设计和工作状态设计两种。
1. 极限状态设计极限状态设计是指在结构荷载作用下，结构不发生破坏或不满足使用要求的设计状态。
施工阶段的极限状态设计需要考虑结构在施工过程中的变形和稳定性，以及各种可能的荷载组合。
2. 工作状态设计工作状态设计是指在结构正常使用条件下，结构满足使用要求的设计状态。
第三章 荷载及荷载效应组合
第三章荷载及荷载效应组合一、结构上的荷载分类1.按随时间的变异分类：永久荷载—在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。
可变荷载—在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。
偶然荷载—在设计基准期内出现或不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。
2.按随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作用。
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作用。
3.按结构的反应分类静态荷载—使结构产生的加速度可忽略不计的作用。
动态荷载—使结构产生的加速度不可忽略的作用。
•《荷载规范》• 3.1.1结构上的荷载可分为下列三类:1 永久荷载，例如结构自重、土压力、预应力等。
2 可变荷载，例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。
3 偶然荷载，例如爆炸力、撞击力等。
•二、荷载代表值•建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的设计值。
对永久荷载应采用标准值作为代表值；对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。
•《荷载规范》• 3.1.2建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值。
对永久荷载应采用标准值作为代表值。
•对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。
对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。
• 2.1.4荷载代表值representative values of a load设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，例如标准值、组合值、频遇值和准永久值。
•2.1.6标准值characteristic value/nominal value荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值(例如均值、众值、中值或某个分位值)。
• 2.1.7组合值combination value对可变荷载，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；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。
荷载与荷载组合及模板结构刚度要求
荷载与荷载组合及模板结构刚度要求 作用于模板结构的荷载，有垂直荷载和水平荷载，在这些荷载中有属于恒荷载，有的属于活荷载。
在进行一般模板结构计算时，应根据《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-92）的规定进行选用和组合。
特殊模板结构，应根据施工过程中的实际情况，选用设计荷载组合。
在选用设计荷载时应遵循下列原则： （1） 对可能发生的荷载不得遗漏。
（2） 将可能发生的荷载，进行最不利的组合。
恒荷载标准值1、 模板结构的自重标准值包括模板面板、支撑结构和连接件的自重力，有的模板还应包括安全防护结构，如护身栏等的自重荷载。
自重标准应根据模板设计图纸计算模板结构自重力。
一般肋形楼板及无梁楼板的自重荷载，可能能参照表5-3-1先用。
楼板模板自重荷载标准值（㎏/㎡）2、 新浇混凝土自重标准值普通混凝土采用24KN/3m ，其他混凝土根据实际重力密度确定。
3、 钢筋自重标准值根据钢筋混凝土结构工程设计图纸计算确定，一般梁板结构每立方米钢筋混凝土的钢筋自重标准值，可按下列数值取用：楼板1.1KN 梁 1.5KN4、新浇混凝土对模板侧面的压力标准植采用内部振捣器时，新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力，可按以下两式计算，并取两式中的较小值。
12120.22c o c F t V F Hγββγ=∙=式中 F----新浇混凝土对模板的最大侧压力（KN /㎡）； c γ---混凝土的重力密度（KN/3m ）o t ----新浇混凝土的初凝时间（h ），可按实测确定。
当缺乏试验资料时，可采用20015o t T =+ 计算（T 为混凝土的温度C ︒）；V-----混凝土的浇筑速度（m/h ）;H-----混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度（m ）;1β-----外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2。
2β----混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm 时取0.85；50～90㎜时取1.0；110～150㎜取1.15。
7.4 荷载效应及荷载效应组合
7.4 荷载效应及荷载效应组合
三种不同荷载的组合
24
7.4 荷载效应及荷载效应组合
JCSS组合规则
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25
7.4 荷载效应及荷载效应组合
不同组合规则的优缺点 Turkstra 组合规则易理解，便于应用，但可能遗漏更不 利组合。 S组合规则可考虑所有不利组合，但组合数较多。
26
7.4 荷载效应及荷载效应组合
荷载效应 定义：结构上的荷载所产生的内力、变形、应变等，为荷
载效应。
• 荷载效应系数
S = CP
21
7.4 荷载效应及荷载效应组合
荷载与荷载效应统计参数关系
• 定义变异系数
则
22
7.4 荷载效应及荷载效应组合
荷载效应组合
当结构承受两种以上可变荷载时，应考虑荷载效 应组合规则。 Turkstra组合规则
荷载的基本组合
荷载的基本组合
在结构设计中，荷载通常分为几种基本组合，其中最常见的组合包括以下几种：
1. 永久荷载组合：永久荷载是指在结构使用寿命期间基本上保持不变的荷载，如自重、建筑材料的重量和固定设备的质量等。
永久荷载组合考虑了结构的最不利荷载分布情况。
2. 变动荷载组合：变动荷载是指在结构生命周期内会发生变化的荷载，如人员、设备、风荷载、雪荷载、水荷载等。
变动荷载组合考虑了结构在不同工况下所受的最不利荷载组合。
3. 施工荷载组合：施工荷载是指在结构施工过程中所受的临时荷载，如施工人员、施工设备、施工机械和施工材料的重量等。
施工荷载组合考虑了结构在施工阶段所受的最不利荷载组合。
4. 额外荷载组合：额外荷载是指临时性的荷载，如地震荷载、爆炸荷载、车辆碰撞荷载等，其发生可能性较低，但对结构造成的损害可能较大。
额外荷载组合考虑了结构可能遭受的最不利荷载组合。
以上是荷载的基本组合，实际应用中还需要根据具体的结构类型、地理位置、使用要求等因素进行细化和调整。
不同类型的荷载组合在结构设计中起到了重要的作用，能够保证结构在设计寿命内的安全和可靠运行。
桥梁的设计荷载及荷载组合
桥梁的设计荷载及荷载组合（1）如图:一、桥梁的设计荷载选定荷载和进行荷载分析是比结构分析更为重要的问题。
因为它关系到桥梁结构在它的设计使用期限内的安全和桥梁建设费用的合理投资。
近年来，由于交通量的不断增加，大型超重车辆的不断出现，风载、地震荷载的重要性愈显突出等，导致实际与可能作用在桥梁结构上的荷载越来越复杂，这就为桥梁荷载的选定和分析造成了困难，常因初始设计荷载选定的滞后，而造成桥梁早期破坏或加固。
我国现行的公路桥涵设计通用规范（JTJ021-85）中，将作用在桥梁上的荷载分为三大类：1．永久荷载（恒载）在设计使用期内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。
它包括结构重力、预加应力、土的重力及侧压力、混凝土收缩及徐变影响力，基础变位影响力和水的浮力。
2．可变荷载（活载）在设计使用期内，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。
按其对桥涵结构的影响程度，又分为基本可变荷载和其他可变荷载。
基本可变荷载包括汽车荷载及其引起的冲击力，平板挂车（或履带车）荷载，人群荷载，离心力，以及所有车辆所引起的土侧压力。
其他可变荷载包括汽车制动力，风力，流水压力，冰压力，温度影响力和支座摩阻力。
3．偶然荷载在设计使用期内，不一定出现，但一旦出现其值很大且持续时间较短的荷载，它包括船只或漂浮物撞击力，地震作用。
下面具体讲述各种荷载的意义：（一）永久荷载结构物的重力及桥面铺装、附属设备等外加重力均属结构重力，可按照结构的实际体积或设计时所假定的体积与材料密度计算。
作用在墩台上的土重力，土侧压力可参照《公路桥涵通用规范》（JTJ021-85）附录一、二和《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）附录二中规定计算。
对于预应力混凝土结构，预加应力在结构使用阶段设计时，应作为永久荷载计算其效应，计算时应考虑相应阶段的预应力损失；在结构承载能力极限状态设计时，预应力不作为荷载，而将预应力筋作为普通钢筋计入结构抗力。
荷载、荷载组合有关定义、分类及计算讲解
荷载组合
承载能力极限状态
基本组合
永久荷载+可变荷载的组合
偶然组合
永久荷载+可变荷载+一个偶然荷载，以及偶然事件发生后受损结构整体稳定性验算时，永久荷载+可变荷载的组合
正常使用极限状态
标准组合
采用标准值或组合值为荷载代表值的组合
频遇组合
对可变荷载采用频遇值或准永久值为荷载代表值的组合
准永久组合
定义
标准值
荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载分布的特征值
组合值
对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计金准期内的超越概率，能与该荷载单独出现是的相应概率趋于一致的荷载值，或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。组合值=标准值×组合系数
频遇值
对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越概率为规定频率的荷载值
准永久值
对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值
注：设计基准期，为确定设计可变荷载代表值而选定的时间参数。建筑结构设计所考虑的荷载统计参数，都是按设计基准期为50年确定的，如设计时所采用其他设计基准期，则必须另行确定在该基准期内最大荷载的概率分布及相应的统计参数。
设计使用年限，设计使用年限是设计规定的一个时期，在这一规定的时期内，只需要进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。
对可变荷载采用准永久值为代表值的组合
使用状态、设计组合、适用计算及分项系数
验算状态
荷载效应
组合
适用计算
抗力取值
分项系数
规范
正常使用极限状态
荷载的基本组合和标准组合
荷载的基本组合和标准组合
荷载的基本组合是指荷载的各个组成部分按一定比例组合成的荷载组合，通常用于结构计算中的荷载组合计算。
常见的基本组合有以下几种：
1.恒载+活载：主要用于建筑结构设计，恒载为建筑物自重及装修等
恒定重量的荷载，活载为人员、家具等变化载荷。
2.恒载+风载：主要用于高层建筑、钢结构建筑等设计，恒载为建筑
物自重及装修等恒定重量的荷载，风载为建筑物在特定风速下受到的风力
荷载。
3.恒载+地震载荷：主要用于地震区的建筑结构设计，恒载为建筑物
自重及装修等恒定重量的荷载，地震载荷为地震作用下建筑物受到的荷载。
荷载的标准组合是指在特定设计条件下，按照一定规定组合的荷载组合，以满足设计要求。
通常由国家建筑设计规范等相关规范规定。
常见的
标准组合有以下几种：
1.等效静力法组合：适用于非重要、非高层建筑结构的设计，按规范
规定的组合系数和组合种类计算。
2.地震组合：适用于地震设计的建筑结构，按规范规定的水平地震力
系数、重力荷载系数及组合系数进行计算。
3.风荷载组合：适用于高层建筑、桥梁、塔架等受风荷载作用的结构，按规范规定的组合系数和组合种类计算。
第二节-重力坝的荷载及其组合
第二节重力坝的荷载及其组合一、荷载荷载 -----→作用不随时间变化的----永久作用如自重、土压力等随时间变化的------可变作用如水压力、扬压力、温度、孔隙水压力等；偶然发生的--------偶然作用如地震、校核水位下的水压力等.可变作用是指在设计基准期内作用的量值随时间变化与平均值之比不可忽略的作用。
作用在重力坝上的主要荷载有:坝体自重、上下游坝面上的水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、地震荷载及冰压力等(图2.3).图2.3 重力坝上作用力示意图自重坝体自重是重力坝的主要荷载之一。
W=γ×A+ωω--坝上永久设备重①沿坝基面滑动，仅计坝体重量；②沿深层滑动，需计入滑体内岩体重；③用有限单元法计算时，应计入地基初始应力的影响；假定：1°地基中任一点的垂直应力σ(y)=γh2°水平应力σ(x)=λγh3°剪应力τ(xy)=0静水压力1°上游面垂直2°上游面倾斜①挡水坝段②溢流坝段3°水的容重①清水γ②浑水γ(按实际情况考虑)扬压力(含坝基和坝体内扬压力)*坝基扬压力:坝基扬压力包括两部分①下游水深引起的浮托力；②由水头差引起的渗透压力.渗透压力从上游向下游逐渐消减，其变化呈抛物线分布。
扬压力对坝体稳定不利. 见图2.4为减小扬压力需采取工程措施：设帷幕.用折减系数α表示岩体构造、性质、帷幕的深度、厚度、灌浆质量、排水孔直径、间距、深度等因素。
. 设排水.见图2.5.图2.4 无防渗排水措施时坝底扬压力分布图2.5有防渗排水时坝底扬压力分布规范规定：河床坝段：α=0.2～0.3岸坡坝段：α=0.3～0.4需要指出：原型观测资料表明：扬压力因受泥沙淤积的影响随时间延长而减小，对稳定有利。
坝体内扬压力:坝体混凝土也具有一定的渗透性,在水头作用下,库水仍然会从上游坝面渗入坝体,并产生扬2.6.压力,见图4、动水压力溢流坝泄水时，溢流面上作用有动水压力，其中坝顶曲线段和下游直线段上的动水压力较小，可忽略不计。
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刚架梁、 刚架梁、柱构件的强度计算 刚架内力分析 在横向均布荷载作用下， 在横向均布荷载作用下，刚架弯矩图如下
q
刚架荷载计算简图
刚架弯矩图
在水平风荷载作用下，刚架弯矩图如下： 在水平风荷载作用下，刚架弯矩图如下：
q
荷载计算简图
刚架弯矩图
轻型钢结构是以构件边缘最大压应力达到钢材屈 服点作为临界状态 没有考虑塑性发展的影响， 临界状态， 服点作为临界状态，没有考虑塑性发展的影响， 所以门式刚架一般按弹性理论设计。 所以门式刚架一般按弹性理论设计。 考虑各种荷载组合内力分析结果，取出最大荷载 考虑各种荷载组合内力分析结果，取出最大荷载 控制设计， 值控制设计，对初选截面梁柱按压弯构件进行验 算。
正应力验算： 正应力验算：
剪应力验算： 剪应力验算：
式中： 式中： 构件有效净截面面积； 构件有效净截面面积 Aefn—构件有效净截面面积；
Wefnx 、 efny—对主轴x和y的有效净截面抵抗矩； W 对主轴x 的有效净截面抵抗矩； 对主轴
Mx
对主轴x 的弯矩。 、M y —对主轴x和y的弯矩。 对主轴
对于变截面柱，变化截面高度的目的是 对于变截面柱，变化截面高度的目的是为了适 目的 应弯矩的变化， 应弯矩的变化，合理的截面变化方式应使两端 截面的最大应力纤维同时达到限值。 截面的最大应力纤维同时达到限值。但是实际 上往往是大头截面用足，其应力大于小头截面， 上往往是大头截面用足，其应力大于小头截面， 故公式左端第二项的弯矩M1 M1， 故公式左端第二项的弯矩M1，和有效截面模量 We1应以大头为准 应以大头为准。 We1应以大头为准。 公式第一项源自等截面的稳定计算。根据分析， 公式第一项源自等截面的稳定计算。根据分析， 小头稳定承载力的小于大头， 小头稳定承载力的小于大头，且刚架柱的最大 轴力就作用在小头截面上， 轴力就作用在小头截面上，故第一项按小头运 算比按大头运算安全。 算比按大头运算安全。
ψ
在图1 在图1-9中，λ1和 λ1和 分别为第一、 λ分别为第一、二 楔形段的斜率。 楔形段的斜率。
图19楔形梁在刚架平 19楔形梁在刚架平 面内的换算长度系数
柱脚铰接楔形柱的计算长度系数 µγ ，表1—2 2
K2／Kl 0.0l 0.02 0.03 0.1 0.428 0.600 O.729 0.931 1.075 1.252 1.518 1.745 0.2 O.368 0.502 0.599 O.756 O.873 1.027 1.235 1.395 O.3 O.349 0.470 O.558 O.694 0.801 0.935 1.109 1.254 O.5 0.331 0.440 0.520 0.644 0.742 0.857 1.021 1.140 0.75 0.320 0.428 0.50l 0.618 0.711 O.817 O.965 1.080 1.0 0.318 0.420 0.492 0.606 0.697 0.801 O.938 1.045 2.0 0.315 O.411 0.483 0.589 O.672 O.790 O.895 1.000 ≥10.0 0.310 O.404 0.473 0.580 O.650 0.739 0.872 0.969
弯矩作用平面内： 弯矩作用平面内：
弯矩作用平面外： 弯矩作用平面外：
工字形截面受弯构件在剪力V 弯矩M 工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M 剪力 共同作用下的强度应符合下列要求： 共同作用下的强度应符合下列要求： 当
V ≤ 0.5Vd
时
M ≤ Me
当 0.5Vd < V ≤ Vd 时
2 V M ≤ M f + (M e − M f )1 − 0.5V − 1 d
侧移计算原则： 侧移计算原则： 变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确 变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确 计算时荷载取标准值 不考虑荷载分项系数。 标准值， 定。计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。 如果最后验算时刚架的侧移不满足要求 侧移不满足要求， 如果最后验算时刚架的侧移不满足要求，即需要 采用下列措施之一进行调整： 采用下列措施之一进行调整： 放大柱或梁的截面尺寸； 放大柱或梁的截面尺寸； 改铰接柱脚为刚接柱脚； 改铰接柱脚为刚接柱脚； 把多跨框架中的摇摆柱改为上端和梁刚接的节点 连接形式。 连接形式。
查表法 可由表1 查得。 柱脚铰接单跨刚架楔形柱的 µγ可由表1-2查得。 柱的线刚度K1和梁的线刚度K2分别按下列公式计算： K1和梁的线刚度K2分别按下列公式计算 柱的线刚度K1和梁的线刚度K2分别按下列公式计算：
K1 = I c1 h
K 2 = I b 0 (2ψs )
表中和式中 分别为柱小头和大头的截面惯性矩； 、 —分别为柱小头和大头的截面惯性矩； 分别为柱小头和大头的截面惯性矩 I c梁最小截面的惯性矩 I co —梁最小截面的惯性矩； 梁最小截面的惯性矩； 1 半跨斜梁长度； 半跨斜梁长度 I b 0 —半跨斜梁长度； s —斜梁换算长度系数，见图1-9。当梁为等截面 斜梁换算长度系数， 斜梁换算长度系数 见图1 ψ =1。 时 =1。
变截面柱在刚架平面内的计算长度 截面高度呈线形变化的柱， 截面高度呈线形变化的柱，在刚架平面内的计 算长度应取为 h0 = µγ h ，式中 h为柱的几何高 为计算长度系数。 度，µγ 为计算长度系数。 可由下列三种方法确定： µγ 可由下列三种方法确定： 查表法（适合于手算） 查表法（适合于手算） 一阶分析法（普遍适用于各种情况， 一阶分析法（普遍适用于各种情况，并且适 合上机计算) 合上机计算) 二阶分析法（要求有二阶分析的计算程序） 二阶分析法（要求有二阶分析的计算程序）
在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有： 在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有： 组合（1）： 组合（ 1.2×永久荷载+0.9 1.4× 积灰荷载+max{ +0.9× +max{屋面 1.2×永久荷载+0.9×1.4×[积灰荷载+max{屋面 均布活荷载、雪荷载}]+0.9 1.4× 风荷载+ }]+0.9× 均布活荷载、雪荷载}]+0.9×1.4×(风荷载+吊车 竖向及水平荷载) 竖向及水平荷载) 组合（ 组合（2）： 1.0×永久荷载+1.4×风荷载 1.0×永久荷载+1.4× +1.4 组合(1) 用于截面强度和构件稳定性计算， (1)－ 组合(1)－用于截面强度和构件稳定性计算， 组合(2) 用于锚栓抗拉计算。 (2)－ 组合(2)－用于锚栓抗拉计算。
当 0.5Vd < V ≤ Vd 时
M ≤ M fN + M eN − M fN
(
)
2 V 1 − 0.5V − 1 d
当截面为双轴对称时
M fN = A f (hw + t )( f − N A)
梁腹板加劲肋的配置: 梁腹板加劲肋的配置: 梁腹板应在中柱连接处、 梁腹板应在中柱连接处、较大固定集中荷载作用处 和翼缘转折处设置横向加劲肋。 和翼缘转折处设置横向加劲肋。其他部位是否设置 中间加劲肋，根据计算需要确定。但《规程》规定, 中间加劲肋，根据计算需要确定。 规程》规定, 当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距a 当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距a宜 hw～2hw。 取hw～2hw。 当梁腹板在剪应力作用下发生屈曲后， 当梁腹板在剪应力作用下发生屈曲后，将以拉力带 的方式承受继续增加的剪力，亦即起类似桁架斜腹 的方式承受继续增加的剪力， 杆的作用，而横向加劲肋则相当于受压的桁架竖杆。 杆的作用，而横向加劲肋则相当于受压的桁架竖杆。 因此， 因此，中间横向加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折 产生的压力外，还要承受拉力场产生的压力。 产生的压力外，还要承受拉力场产生的压力。
1.3 刚架设计
1.3.1 荷载及荷载组合 1.3.2 刚架的内力和侧移计算 1.3.3 刚架柱和梁的设计
1.3.1荷载及荷载组合 1.3.1荷载及荷载组合
永久荷载： 永久荷载：包括结构构件的自重和悬挂在结构上 的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、 的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、 吊顶、墙面构件和刚架自重等。 吊顶、墙面构件和刚架自重等。 可变荷载： 可变荷载：屋面活荷载 、屋面雪荷载和积灰荷载 风荷载。 吊车荷载 、地震作用 、风荷载。
荷载组合原则： 荷载组合原则： 屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑， 屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者 中的较大值； 中的较大值； 积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大 值同时考虑； 值同时考虑； 施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以 外的其他荷载同时考虑； 外的其他荷载同时考虑； 多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定； 多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定； 当需要考虑地震作用时， 当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同 时考虑。 时考虑。
当截面为双轴对称时
M f = A f (hw + t ) f
工字形截面受弯构件在剪力V、弯矩M和轴力N 工字形截面受弯构件在剪力V 弯矩M 轴力N 剪力 共同作用下的强度应符合下列要求： 共同作用下的强度应符合下列要求： 当 V ≤ 0.5Vd 时 M ≤ M eN
M eN = M e − NWe Ae
有效宽度取值： 有效宽度取值： 当腹板全部受压时： 当腹板全部受压时： 有效宽度为： 有效宽度为：
he = ρhw
当腹板部分受拉时，受拉区全部有效， 当腹板部分受拉时，受拉区全部有效，受压区
he = ρhc
he：腹板受压区有效宽度； he：腹板受压区有效宽度； ρ：有效宽度系数； 有效宽度系数； 腹板受压区高度。 hc: 腹板受压区高度。
1.3.3 刚架柱和梁的设计
梁、柱板件的宽厚比限值： 柱板件的宽厚比限值： 工字形截面构件受压翼缘板的宽 厚比： 厚比：