《荷载与作用》PPT课件
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作用(或荷载)与作用(或荷载)效应组合
二级公路为干线公路且重型车辆多时 ， 其桥涵 的设计可采用公路— I级汽车荷载。四级公路上重型车辆少时 ， 其桥涵设计所采用 的公路— II级车道荷载的效应可乘以0.8的折减 系数 ， 车辆荷载的效应可乘以0.7的折减系数。
表4.3.1-1 各级公路桥涵的汽车荷载等级
三级公路公路 — II级
注： 本表编号1中 ， 当钢桥采用钢桥面板时 ， 永久作用效应分 项系数取1. 1； 当采用混凝土桥面板时 ， 取1.2。
表4. 1.6 永久作用效应的分项系数
混凝土和圬工结构重力（包括附加重力）
对结构的承载能力 有利时
对结构的承载能力 不利时
混凝土和圬工结 构
钢结构重力（包括结构附加重力）
混凝土的收缩及徐变作用
关于公式（4. 1.6- 1） 、（4. 1.6-2） 中的作用效应组合系数ψc， 在多数情况下 ， 桥涵结构上往往同时作用多个 荷载 ， 但是本规范确定的恒载分项系数、汽车荷载分 项系数以及赖以建立这些系数的可靠度指标 ， 是在只 有恒载和汽车荷载作用的最基本组合下确定的 ， 当结 构上作用着多于上述荷载时 ， 综合荷载效应最大值的 统计规律也发生相应的变化 ， 从而影响了结构可靠度 指标和恒载、汽车荷载分项系数的取值 。 因此 ， 在保 持可靠度指标、恒载和汽车荷载分项系数不变的情况 下 ， 对多个可变荷载参与效应组合时 ， 引入其值小于 1.0的荷载效应组合系数ψc对荷载标准值效应作等值折 减 。组合系数γc是针对可变荷载效应的不同比值 ， 通过 优化方法确定的 ， 它随参与组合的可变荷载的增加而 减小 ， 本规范给出的ψc值是经优化计算后适当提高的 数值。
汽车荷载在公路工程结构中通常被视为主导的可变作 用 ， 在设计表达式中与永久作用一样单独列出。在桥梁设计中 ， 汽车荷载分项系数按不同的作用效应 组合采用 。 当某个可变作用对结构或结构构件确实起 到主导影响（在同类效应中其值超过汽车效应） ， 则 其分项系数宜采用该作用效应组合的汽车荷载分项系 数 。对于专为承受某作用而设置的结构或装置 ， 如钢 桥的风构 ， 设计时风荷载可被视为主导作用 ， 其分项 系数取与汽车荷载同值 。但当风荷载参与与其他荷载 组合时 ， 以往将该组合作为“ 附加组合 ”考虑 ， 同时， 风荷载计入瞬时脉动风压的影响 ， 比原规范有较大增 加 ， 其分项系数只能取1. 1。
表4.3.1-1 各级公路桥涵的汽车荷载等级
三级公路公路 — II级
注： 本表编号1中 ， 当钢桥采用钢桥面板时 ， 永久作用效应分 项系数取1. 1； 当采用混凝土桥面板时 ， 取1.2。
表4. 1.6 永久作用效应的分项系数
混凝土和圬工结构重力（包括附加重力）
对结构的承载能力 有利时
对结构的承载能力 不利时
混凝土和圬工结 构
钢结构重力（包括结构附加重力）
混凝土的收缩及徐变作用
关于公式（4. 1.6- 1） 、（4. 1.6-2） 中的作用效应组合系数ψc， 在多数情况下 ， 桥涵结构上往往同时作用多个 荷载 ， 但是本规范确定的恒载分项系数、汽车荷载分 项系数以及赖以建立这些系数的可靠度指标 ， 是在只 有恒载和汽车荷载作用的最基本组合下确定的 ， 当结 构上作用着多于上述荷载时 ， 综合荷载效应最大值的 统计规律也发生相应的变化 ， 从而影响了结构可靠度 指标和恒载、汽车荷载分项系数的取值 。 因此 ， 在保 持可靠度指标、恒载和汽车荷载分项系数不变的情况 下 ， 对多个可变荷载参与效应组合时 ， 引入其值小于 1.0的荷载效应组合系数ψc对荷载标准值效应作等值折 减 。组合系数γc是针对可变荷载效应的不同比值 ， 通过 优化方法确定的 ， 它随参与组合的可变荷载的增加而 减小 ， 本规范给出的ψc值是经优化计算后适当提高的 数值。
汽车荷载在公路工程结构中通常被视为主导的可变作 用 ， 在设计表达式中与永久作用一样单独列出。在桥梁设计中 ， 汽车荷载分项系数按不同的作用效应 组合采用 。 当某个可变作用对结构或结构构件确实起 到主导影响（在同类效应中其值超过汽车效应） ， 则 其分项系数宜采用该作用效应组合的汽车荷载分项系 数 。对于专为承受某作用而设置的结构或装置 ， 如钢 桥的风构 ， 设计时风荷载可被视为主导作用 ， 其分项 系数取与汽车荷载同值 。但当风荷载参与与其他荷载 组合时 ， 以往将该组合作为“ 附加组合 ”考虑 ， 同时， 风荷载计入瞬时脉动风压的影响 ， 比原规范有较大增 加 ， 其分项系数只能取1. 1。
建筑结构上的荷载与作用
腐蚀作用
高湿度环境会加速建筑材料的腐蚀，如木材腐朽、金属锈蚀等。
腐蚀环境对结构影响
化学腐蚀
01
建筑物处于腐蚀性环境中，如酸雨、盐碱地等，会导致建筑材
料的化学腐蚀。
电化学腐蚀
02
不同金属间存在电位差，会导致电化学腐蚀的发生，如钢筋在
混凝土中的锈蚀。
生物腐蚀
03
微生物、昆虫等生物活动会对建筑材料造成破坏，如木材被白
智能化技术是当前科技发展的热点之 一，其在建筑结构工程领域的应用前 景广阔。通过引入智能化技术，可以 实现建筑结构的自适应、自修复和智 能化管理，提高结构的安全性和可靠 性。
随着环保意识的不断提高，绿色环保 理念将在建筑结构工程中得到更广泛 的推广和应用。在未来的发展中，应 注重环保材料的选择、节能减排措施 的实施以及建筑废弃物的回收利用等 方面，推动建筑结构工程向更加环保 、可持续的方向发展。
荷载分类
根据荷载的性质和变化规律，可分为 静力荷载和动力荷载；根据荷载的作 用时间和变化特点，可分为永久荷载 、可变荷载和偶然荷载。
作用在建筑结构上的力
风力
风对建筑结构产生的压力或吸 力，是可变荷载的一种。
雪荷载
积雪对建筑结构产生的压力， 是可变荷载的一种。
重力
建筑结构自身重量产生的重力 ，是永久荷载的主要来源。
影响
风荷载会对建筑物的稳定性和安全性 产生影响，特别是在高层建筑、大跨 度桥梁等结构中，风荷载的作用更加 显著。
雪荷载
定义
雪荷载是指降雪在建筑物顶部或屋面上堆积 产生的荷载。
影响
雪荷载会对建筑物的屋顶结构和承重墙等产生压力 ，可能导致结构变形或破坏。
计算方法
雪荷载的计算需要考虑降雪量、雪的密度、 建筑物的形状和坡度等因素，通常采用规范 规定的公式进行计算。
高湿度环境会加速建筑材料的腐蚀，如木材腐朽、金属锈蚀等。
腐蚀环境对结构影响
化学腐蚀
01
建筑物处于腐蚀性环境中，如酸雨、盐碱地等，会导致建筑材
料的化学腐蚀。
电化学腐蚀
02
不同金属间存在电位差，会导致电化学腐蚀的发生，如钢筋在
混凝土中的锈蚀。
生物腐蚀
03
微生物、昆虫等生物活动会对建筑材料造成破坏，如木材被白
智能化技术是当前科技发展的热点之 一，其在建筑结构工程领域的应用前 景广阔。通过引入智能化技术，可以 实现建筑结构的自适应、自修复和智 能化管理，提高结构的安全性和可靠 性。
随着环保意识的不断提高，绿色环保 理念将在建筑结构工程中得到更广泛 的推广和应用。在未来的发展中，应 注重环保材料的选择、节能减排措施 的实施以及建筑废弃物的回收利用等 方面，推动建筑结构工程向更加环保 、可持续的方向发展。
荷载分类
根据荷载的性质和变化规律，可分为 静力荷载和动力荷载；根据荷载的作 用时间和变化特点，可分为永久荷载 、可变荷载和偶然荷载。
作用在建筑结构上的力
风力
风对建筑结构产生的压力或吸 力，是可变荷载的一种。
雪荷载
积雪对建筑结构产生的压力， 是可变荷载的一种。
重力
建筑结构自身重量产生的重力 ，是永久荷载的主要来源。
影响
风荷载会对建筑物的稳定性和安全性 产生影响，特别是在高层建筑、大跨 度桥梁等结构中，风荷载的作用更加 显著。
雪荷载
定义
雪荷载是指降雪在建筑物顶部或屋面上堆积 产生的荷载。
影响
雪荷载会对建筑物的屋顶结构和承重墙等产生压力 ，可能导致结构变形或破坏。
计算方法
雪荷载的计算需要考虑降雪量、雪的密度、 建筑物的形状和坡度等因素，通常采用规范 规定的公式进行计算。
第一章 荷载与作用
3、偶然作用（accidental action）
在结构设计基准期内，不一定出现，但一旦出现，其量值很大且持续时间 较短的作用。
【例如】 地震作用、爆炸、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等。
§1.2 作用的分类 【注意】
由于可变作用的变异性比永久作用的变异性大， 可变作用的相对取值应比永久作用的相对取值大；
构上的集中力和分布力引起的直接作用有明显的变异性，在 设计时为了便于取值，通常是考虑荷载的统计特征赋予一个 规定的量值，这个量值称为荷载代表值。工程建设相关的国 家标准给出了荷载四种代表值：标准值、组合值、频遇值和 准永久值；
荷载标准值（standard value） ：荷载在结构使用期间
可能出现的最大值，是荷载的基本代表值。
另外由于偶然作用的出现概率较小，结构抵抗偶然
作用的可靠度要求可比抵抗永久作用和可变作用的
可靠度低。
§1.2 作用的分类
二、按随空间位置的变异分类—固定作用、自由作用
1、固定作用（fixation action）
在结构空间位置上具有固定的分布，其值可能具有随机性。
【例如】工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载、结构构件自重等。
} }
结构工程基础知识
结构工程专门知识
§1.1 工程荷载与作用
工程结构（Engineering Structures）:采用建筑材料（混 凝土、钢、木等）建造的能够承受各种作用的结构体系 （房屋、道路、桥梁、隧道、堤坝等工程设施）。
首先应满足自身功能要求; 其次工程结构需要形成一个坚实的骨架，承受使用过程中可能出 现的各种环境作用。
§1.3 荷载代表值
对一些可以放松正常使用功能控制要求的，例
如二级裂缝控制等级的预应力构件，可采用荷 载效应准永久组合；在控制钢筋混凝土受弯构 件挠度时，也要考虑荷载效应准永久组合对刚 度有降低的影响，此时可以通过荷载效应标准 组合和准永久组合弯矩设计值的比值确定刚度 的折减系数；
3_荷载与地震作用
4
3.3 楼面活荷载
• 一、楼面活荷载
• 1.民用建筑楼面活荷载：一般取值2kN/m2，具体的取值参照 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2010）的相关表格。 • 2.楼面活荷载的折减 • 考虑到作用于楼面上的活荷载不可能以标准值的大小 同时布满所有的楼面，在设计梁、墙、柱及基础时，还要考 虑实际荷载沿楼面分布的变异情况。在确定梁、墙、柱及基 础的荷载标准值时，还应按楼面活荷载标准值乘以折减系数。 具体的折减系数参见《建筑结构荷载规范》（GB5009-2010) 的相关表格。
恒载 荷载 楼面活荷载 雪荷载 风荷载 非结构构件重量
高层建筑结构 上的主要作用
非荷载
活载 屋面活荷载 地震作用 混凝土收缩徐变 温度作用
3
3.2 恒载
• 恒载包括结构构件和非结构构件的重量， 这些重量的大小、方向、作用点不随时间 而改变，又称为永久荷载。 • 恒荷载标准值等于构件的体积乘以材料的 自重标注值。常见的钢筋混凝土材料自重 标准值为25kN/m3。
13
二、风荷载标准值
• 1. 单位面积风荷载标准 值 • 主体承重结构
迎风面 压力
背风面 吸力
• 围护结构
gz — —高度z处的阵风系数； si — —局部风压体型系数。
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二、风荷载标准值
• 2.总风荷载标准值
风向
i — —第i个表面外法线与风作用 方向的夹角；
Bi — —第i个表面的宽度；
•
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三、屋面积雪分布系数
•
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3.6 风荷载
12
一、风荷载的特点
风力作用与建筑物外形有直接关系，圆形与正方形受到的 风力较合理; 风力受到建筑物周围环境影响较大，处于高层建筑群中的 高层建筑，有时会出现受力更为不利的情况; 风力作用具有静力、动力两重性质; 风力在建筑物表面的分布很不均匀，在角区和建筑物内收 的局部区域，会产生较大的风力; 与地震作用相比，风力作用持续时间较长，其作用更接近 于静力，但建筑物的使用期限出现较大风力的次数较多; 由于有较长期的气象观测，大风的重现期很短，所以风力 大小的估计比地震作用大小的估计较为可靠,因而抗风设计具 有较大的可靠性。
荷载和作用
1.2
作
图1-13地面运动时建筑物
用
的相应运动
图1-14 荷载和作用分类
1.2 作 用
谢谢观看！
1.2
作
图1-11 温差作用
用
2.外加变形作用
外加变形作用以地基的沉陷作用最为典型。土木工程的结构 是构筑在土层上的，土层受力后总会产生不均匀沉陷，但过 大的不均匀沉陷会引起结构产生不小的内力，甚至可使结构 开裂或倒塌。
1.2
作
图1-12 沉陷作用
用
3.惯性作用
惯性作用以地震作用最为典型。地震引起的地面运动会使土 木工程结构在水平和竖向产生加速度反应，这种加速度反应 值与土木工程设施本身质量的乘积就形成了地震施加给结构 的力，即地震作用。
荷载和作用
1.永久荷载 永久荷载也称恒载，指在使用期间永久施加在结构上上的荷载
荷
1—风载（压力，+）；2—承重结构自重；3—墙面、屋面、地面
载
（含顶棚）恒载；4—雪载；5—楼面活载；6—风载（吸力，-）
2.可变荷载
1.1 荷 载
图1-10 桥梁上的汽车荷载
T1、T2、T3、T4—汽车轴重；b1、b2、c—不同规范规定的车轴间距离
1.1
荷
载
3.偶然荷载 偶然荷载是指在使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大 且持续时间很短的荷载，如撞击荷载、爆炸荷载等。
1.1 荷 载
1.约束变形作用 约束变形作用以温差作用为典型。土木工程中的结构构件因 昼夜和季节温差，每时每刻都在改变着形状和尺寸。当这种 改变受到约束时会使结构受到内力，这就是温差作用。
高层建筑结构上的荷载与作用 (2)
甲类建筑：地震破坏会导致严重后果，造成经济 上严重损失或特别重要的建筑物；按照高于本地 区抗震设防烈度计算，其值应按批准的地震安全 性评价结果确定 乙类建筑：地震时必须维持正常使用和救灾需要 的建筑物，人员大量集中的公共建筑物或其他重 要的建筑物；应按本地区抗震设防烈度计算 丙类建筑物：除上述以外的一般高层建筑；应按 本地区抗震设防烈度计算
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风荷载计算
定义：空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面 产生的压力或吸力即建筑物的风荷载。 计算公式：
k z s z0
k 为风荷载标准值； z 为 z 高度处的风振系数； 式中： s 为风荷载体型系数； z 为风压高度变化系数； 0 为基本风压。
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3
荷载和设计要求 步骤七：内力组合、确定最不利内力
梁柱轴线端内力调整至构件边缘端 竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布
步骤八：截面尺寸验算 步骤九：延性设计调整 步骤十：构件截面设计 （抗弯、剪、扭、压等承载力计算） 步骤十一：构造要求 步骤十二：施工图绘制
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Gi H i
G H
j 1 j
n
( FEK Fn )
j
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地震作用计算
Fi
Gi H i
G H
j 1 j
n
( FEK Fn )
j
四、自振周期的修正： 计算中未考虑砌体填充墙的刚度影响，计算周期 较实际周期 长，地震作用偏于不安全，故应乘以周期折减系 数ΨT 框架结构：ΨT＝0.6～0.7 框架－剪力墙：ΨT＝0.7～0.8 剪力墙结构：ΨT＝0.9～1.0
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风荷载计算
定义：空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面 产生的压力或吸力即建筑物的风荷载。 计算公式：
k z s z0
k 为风荷载标准值； z 为 z 高度处的风振系数； 式中： s 为风荷载体型系数； z 为风压高度变化系数； 0 为基本风压。
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荷载和设计要求 步骤七：内力组合、确定最不利内力
梁柱轴线端内力调整至构件边缘端 竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布
步骤八：截面尺寸验算 步骤九：延性设计调整 步骤十：构件截面设计 （抗弯、剪、扭、压等承载力计算） 步骤十一：构造要求 步骤十二：施工图绘制
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Gi H i
G H
j 1 j
n
( FEK Fn )
j
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地震作用计算
Fi
Gi H i
G H
j 1 j
n
( FEK Fn )
j
四、自振周期的修正： 计算中未考虑砌体填充墙的刚度影响，计算周期 较实际周期 长，地震作用偏于不安全，故应乘以周期折减系 数ΨT 框架结构：ΨT＝0.6～0.7 框架－剪力墙：ΨT＝0.7～0.8 剪力墙结构：ΨT＝0.9～1.0
荷载
震源深度——震源至地面的垂直距离称之。
震中距——地面某处至震中的距离。
地震序列：在一定时间内（几时天至数月）相继发生在相
近地区的一系列大小地震称为地震序列。
主震：在某一地震序列中，最大的一次地震叫做主震；
前震：主震之前发生的地震叫做前震；
余震：主震之后发生的地震叫做余震。
4、根据震源深度不同分
装饰物和玻璃幕墙因较大的局部风压而破坏； 高层建筑的顶部大幅度摆动，使居住者感到不适和不安。
k z s z 0
式中：
s 为风荷载体型系数；
z
为高度z处的风振系数；
z 为风压高度变化系数，与高度、地形有关；
0 为基本风压，单位为
KN m2
四、地震作用
1、地震和地震作用
浅源地震（震源深度小于60km）
中源地震（震源深度介于60km至300km）
深源地震（震源深度大于300km） 震源越浅，破坏性越大，但波及范围越小；反之，震源越 深，破坏性越小，但波及范围却越大。
5、震级和地震烈度
震级——表明地震本身强度的大小和释放能量的多少的等级， 以地震仪测定的每次地震活动释放的能量多少来确定的。
4、按荷载作用方向分： 1）竖向荷载：由重力作用引起的； 2）侧向荷载（水平荷载）：由风荷载、地震力以及土 压力、水压力引起。 在进行结构设计时，需要分别考虑抵抗水平荷载和竖 向荷载的受力体系。
第二节 建筑结构荷载的种类
一、永久荷载
指建筑结构构件的自重，在设计建筑结构的地下部分时，
有时要计算土的自重。
缝等。
荷载标准值——结构设计时采用的荷载的基本代表值。 荷载设计值=荷载标准值×荷载分项系数，用于承载能力 计算。
中南大学《工程结构可靠度设计原理》课件第一章-荷载与作用
持续时间很短
2.按随空间位置的变异分类 固定作用—在结构空间位置上固定分布 可动作用—在结构空间位置上的一定范
围内任意分布 3.按结构的反应分类 静态荷载/作用（static load/action）结构产生的
加速度可忽略 动态荷载/作用（ Dynamic load/action）结构产
教材：
[2] Nowak, A. S., and K. R. Collins (2000). Reliability of Structures. McGraw-Hill, New York, NY. 张川导读，重庆大学出版社，2005年3月
参考书：
生的加速度不可忽略
作用
引起结构内力和变形的一切原因。
直接作用：直接以力的不同集结形式作用于结构， 也称为荷载；
间接作用：不是直接以力出现，但是对结构产生 结构效应。
爆炸作用
地震作 用基础 不均 匀沉 降风荷载温度作 用
[1] 李国强等.工程结构荷载与可靠度设计原理. 中国建筑工业出版社. 2005.12 (第三版)
1.按随时间的变异分类： 永久荷载/作用 （permanent load/action） 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 可变荷载/作用(variable load/action) 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 偶然荷载/作用（accidental load/action） 设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且
第一篇 工程结构荷载
第一章 荷载类型
1.1 荷载与作用
各种材料的自重
人群和车辆
设备和家具
风压力、水压力和土压 力
爆炸、冲击、制动、离 心作用等产生的作用在 结构上的其他物体的惯 性力
2.按随空间位置的变异分类 固定作用—在结构空间位置上固定分布 可动作用—在结构空间位置上的一定范
围内任意分布 3.按结构的反应分类 静态荷载/作用（static load/action）结构产生的
加速度可忽略 动态荷载/作用（ Dynamic load/action）结构产
教材：
[2] Nowak, A. S., and K. R. Collins (2000). Reliability of Structures. McGraw-Hill, New York, NY. 张川导读，重庆大学出版社，2005年3月
参考书：
生的加速度不可忽略
作用
引起结构内力和变形的一切原因。
直接作用：直接以力的不同集结形式作用于结构， 也称为荷载；
间接作用：不是直接以力出现，但是对结构产生 结构效应。
爆炸作用
地震作 用基础 不均 匀沉 降风荷载温度作 用
[1] 李国强等.工程结构荷载与可靠度设计原理. 中国建筑工业出版社. 2005.12 (第三版)
1.按随时间的变异分类： 永久荷载/作用 （permanent load/action） 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 可变荷载/作用(variable load/action) 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 偶然荷载/作用（accidental load/action） 设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且
第一篇 工程结构荷载
第一章 荷载类型
1.1 荷载与作用
各种材料的自重
人群和车辆
设备和家具
风压力、水压力和土压 力
爆炸、冲击、制动、离 心作用等产生的作用在 结构上的其他物体的惯 性力
其他荷载与作用
冻胀 60~80 20~30
强冻胀 80~120 40~80
特强冻胀 120~150 90~200
第六章 其他荷载与作用 第三节 冻胀力
总的切向冻胀力为： T A
式中 T——总的切向冻胀力（kN）；
t——单位切向冻胀力（kPa）；
A——与冻土接触的基础侧面积（m2）。
（2） 法向冻胀力
式中
no E
荷载与结构设计方法
第六章 其他荷载与作用
第六章 其他荷载与作用
本章内容 第一节 温度作用 第二节 变形作用 第三节 冻胀力 第四节 爆炸作用 第五节 行车动态作用 第六节 预加力
第六章 其他荷载与作用 第一节 温度作用
一、温度作用基本概念及原理
温度作用——因温度变化引起的结构变形和附加力。
具体表现： 当结构或构件的温度发生变化时，体内任一点（单元体） 热变形（膨胀或收缩）由于受到周围相邻单元体的约束 （内约束）或边界受到其他结构或构件的约束（外约 束），使体内该点产生温度应力。
第六章 其他荷载与作用 第二节 变形作用
徐变系数： 徐变值在工作应力范围内随应力比值的增加而增
加，常用徐变系数反映这种变形增大现象，徐变系数 为极限徐变应变与初始弹性应变的比值，与受荷时混 凝土龄期、混凝土构件厚度、暴露于大气的表面积有 关，可按表6.2取用。
第六章 其他荷载与作用 第三节 冻胀力
混凝土结构：当梁高H小于 400mm时，图中A=H-100(mm)； 梁高H等于或大于 400mm时， A=300mm。
带混凝土桥面板的钢结构： A=300mm，图中的t为混凝土桥 面板的厚度(mm)。
第六章 其他荷载与作用 第一节 温度作用
竖向日照正温差计算的温度基数
第一章 荷载及其作用
第一章
的作用及其分类
1、“结构上的作用”的定义 2、“结构上的作用”的分类 二、荷载分类
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或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变 形（地震、基础沉降、温度变化、焊接等）的原因的总称
施加在结构上的集中或分布荷载 直接作用
引起结构外加变形或约束变形的原因
间接作用
2、“结构上的作用”的分类 按随时间的变异分类 永久作用 在结构使用期间，其值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比 可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的作用 【例如】结构自重，土压力、预加力、基础沉降、焊接、水的浮力、 混凝土收缩及徐变作用等 可变作用 在结构使用期间，其值随时间而变化，且其变化值与平均值相比不 可以忽略不计的作用 【 例如】 安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、 汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度作 用等
二、荷载分类
按作用时间的长短和性质
永久荷载
在结构使用期间 ，其值不随时间而变化，或虽有变化，但变化不 大，且其变化值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。
恒载
可变荷载
在结构使用期间 ，其值随时间而变化，且其变化值与平均值相比 不可以忽略不计的荷载。
在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布
【例如】工业与民用建筑楼面上的人员荷载、吊车荷载等
按结构的反应分类 静态作用 不使结构或结构构件产生加速度，或产生的加速度可以忽略不计
【例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等
动态作用 使结构或结构构件产生不可忽略的加速度
的作用及其分类
1、“结构上的作用”的定义 2、“结构上的作用”的分类 二、荷载分类
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或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变 形（地震、基础沉降、温度变化、焊接等）的原因的总称
施加在结构上的集中或分布荷载 直接作用
引起结构外加变形或约束变形的原因
间接作用
2、“结构上的作用”的分类 按随时间的变异分类 永久作用 在结构使用期间，其值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比 可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的作用 【例如】结构自重，土压力、预加力、基础沉降、焊接、水的浮力、 混凝土收缩及徐变作用等 可变作用 在结构使用期间，其值随时间而变化，且其变化值与平均值相比不 可以忽略不计的作用 【 例如】 安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、 汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度作 用等
二、荷载分类
按作用时间的长短和性质
永久荷载
在结构使用期间 ，其值不随时间而变化，或虽有变化，但变化不 大，且其变化值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。
恒载
可变荷载
在结构使用期间 ，其值随时间而变化，且其变化值与平均值相比 不可以忽略不计的荷载。
在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布
【例如】工业与民用建筑楼面上的人员荷载、吊车荷载等
按结构的反应分类 静态作用 不使结构或结构构件产生加速度，或产生的加速度可以忽略不计
【例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等
动态作用 使结构或结构构件产生不可忽略的加速度
荷载与作用
荷载与结构设计(前六章)知识点熊茂翔(哈尔滨工业大学威海) 摘要：荷载与结构设计课程主要讨论工程荷载特性和研究结构可靠度、稳定性问题。
课程讲解过程主要强调后者，导致学生明白了结构可靠度的问题，却不甚了解工程荷载的种类及其特点的尴尬现状。
此篇论文，以清晰、准确的方式集中归纳了各荷载章节的知识点，补充了老师教学过程中的非主观短板，也可以让同学从基本理论、基本概念、基本模式上理解知识点，打好三基，将认识和理解深入贯彻。
关键词：荷载与结构设计；知识点归纳；地震；风荷载；Load and structural design (the first six chapters) knowledgegeneralizations (Xiongmaoxiang)Abstract: Load and structure design course mainly discuss engineering load characteristics and research structure reliability and stability problem. Course interpretation process, resulting in the latter basically emphasize students understand the structure reliability problems, but does not understand very engineering load species and characteristics of embarrassing situation. This paper, based on clear and accurate manner concentrated summarizes the knowledge of various load chapters, added the teacher in the teaching process of the subjective short board, also can let students from the basic theories, basic concept, the basic mode of knowledge, understanding, will play good sanki deep-going understanding and the understanding.1. 荷载与作用1.1工程结构工程建筑物中以各种工程材料建成的能承受荷载或其他作用的构件的组合体。
2 结构的荷载和作用
22
第二十二页，共四十七页。
地震 震 (dìzhèn) 害
23
第二十三页，共四十七页。
地震造成的破碎带，引起地表沉陷、隆起(lónɡ qǐ)、裂缝、液化等地表破坏
24
第二十四页，共四十七页。
局部地形改观(gǎiguān)引起铁轨
变形
25
第二十五页，共四十七页。
汶
萨
川
尔
地
瓦
震
多
(dì
(sà
zhè
短，量值可能很大。
例如：地震作用、爆炸力、船只(chuánzhī)或漂流物撞击力等。
【思考】施工荷载、设备及家具自重属于何种作用？
6
第六页，共四十七页。
2、按随空间位置的变异(biànyì)分类
（1）固定(gùdìng) 作用 ——在结构上出现的空间位置固定不变，但其量值可能具有随机
性。 例如：结构自重(zìzhòng)、固定设备自重(zìzhòng)、屋顶水箱重量等。
砂粒的振动(zhèndòng)
砂土液化(yèhuà)试验
28
第二十八页，共四十七页。
承载力不足(bùzú)
变形(biàn xíng)过大
29
第二十九页，共四十七页。
座落在活断层上的一座二层小学(xiǎoxué)教学楼被完全摧 毁
30
第三十页，共四十七页。
楼房底层空旷，结构(jiégòu)不合理，房屋整体倾斜，二楼成了一
34
第三十四页，共四十七页。
常用(chánɡ yònɡ) 术语
92%的地震发生在地壳中，
其余的发生在地幔上
部。
地球内部发生地震的地方叫震源(zhènyuán)； 震源深度
震源在地面上的投影点称为(chēnɡ wéi)震中； 震中距
荷载及其作用
第一章
荷载及其作用
内容提要
一、结构上的作用及其分类
1、“结构上的作用”的定义 2、“结构上的作用”的分类 二、荷载分类
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或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变 形（地震、基础沉降、温度变化、焊接等）的原因的总称
施加在结构上的集中或分布荷载 直接作用
活载 偶然荷载
则 较短的荷载。
永久荷载（恒载）
【例如】 结构自重，土压力、预应力等 可变荷载（活载）
【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 偶然荷载 【例如】 爆炸力、撞击力等
偶然作用
在结构使用期间，不一定出现，但一旦出现，其量值很大且持续 时间较短的作用
【例如】 地震作用（地震力和地震加速度等）、爆炸、船舶或漂
流物的撞击作用、汽车撞击作用等
【思考题】水压力属于何种作用？
按随空间位置的变异分类 固定作用 在结构空间位置上具有固定的分布
【例如】工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载、结构构件自重等 可动作用
在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布
【例如】工业与民用建筑楼面上的人员荷载、吊车荷载等
按结构的反应分类 静态作用 不使结构或结构构件产生加速度，或产生的加速度可以忽略不计
【例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等
动态作用 使结构或结构构件产生不可忽略的加速度
【例如】地震、吊车荷载、设备振动、作用于高耸结构上的风荷载等
二、荷载分类
按作用时间的长短和性质
永久荷载
在结构使用期间 ，其值不随时间而变化，或虽有变化，但变化不 大，且其变化值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。
荷载及其作用
内容提要
一、结构上的作用及其分类
1、“结构上的作用”的定义 2、“结构上的作用”的分类 二、荷载分类
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或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变 形（地震、基础沉降、温度变化、焊接等）的原因的总称
施加在结构上的集中或分布荷载 直接作用
活载 偶然荷载
则 较短的荷载。
永久荷载（恒载）
【例如】 结构自重，土压力、预应力等 可变荷载（活载）
【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 偶然荷载 【例如】 爆炸力、撞击力等
偶然作用
在结构使用期间，不一定出现，但一旦出现，其量值很大且持续 时间较短的作用
【例如】 地震作用（地震力和地震加速度等）、爆炸、船舶或漂
流物的撞击作用、汽车撞击作用等
【思考题】水压力属于何种作用？
按随空间位置的变异分类 固定作用 在结构空间位置上具有固定的分布
【例如】工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载、结构构件自重等 可动作用
在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布
【例如】工业与民用建筑楼面上的人员荷载、吊车荷载等
按结构的反应分类 静态作用 不使结构或结构构件产生加速度，或产生的加速度可以忽略不计
【例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等
动态作用 使结构或结构构件产生不可忽略的加速度
【例如】地震、吊车荷载、设备振动、作用于高耸结构上的风荷载等
二、荷载分类
按作用时间的长短和性质
永久荷载
在结构使用期间 ，其值不随时间而变化，或虽有变化，但变化不 大，且其变化值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。
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例如：结构自重、土的侧压力、静水压力、预加应力、混凝土收缩和徐 变、基础不均匀沉降等（后两者随时间单调变化而趋于限值）。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
（2）可变作用
其中的直接作用为 活荷载
——在结构设计基准期内，其值随时间发生变化，变化的量值相对平 均值而言不可忽略不计。
例如：楼面活荷载、车辆荷载、风荷载、雪荷载、流水压力、温度变化 等。
结构的抗力
>
外力
保证结构具有足够的承载能力，将结构变形控制在满足正常使用 的范围内。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
为便于考虑不同的作用所产生的效应，可将结构上的作用按随时间或空间 位置的变异分类，或按结构的反应性质分类。
一、按随时间的变异分类 （1）永久作用
其中的直接作用为 恒荷载
——在结构设计基准期内，其值不随时间变化，或者变化的量值相对 平均值而言可以忽略不计。
准确合理地确定结构上的作用是结构物具有足够的可靠度并且造 价经济合理的保证。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
荷载确定不当或结构抗力不足就会导 致结构倒塌破坏
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
工程结构设计的目的： ➢ 确定外界作用对结构产生的效应（应力、位移、应变等） ➢ 确定结构本身的抵抗能力（承载能力、刚度、延性等）
（1）工程结构应满足自身使用功能要求，例如建造房屋遮风蔽雨形成人类活动
空间，架桥铺路为人群和车辆提供通道。
——使用性
（2）工程结构需要形成一个坚实的骨架承受使用过程中可能出现的各种外力和 环境作用。—安全性
房屋结构：承受自身重量、人群和家具重量、风压力和雪重等作用； 道路桥梁：承受车辆重量、车辆制动力和冲击力、水压力和土压力等作用； 在地震区的工程结构：承受地震作用。
感谢下 载
感谢下 载
（3）偶然作用
——在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现其持续时间较短，量 值可能很大。
例如：地震作用、爆炸力、船只或漂流物撞击力等。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
二、按随空间位置的变异分类
（1）固定作用 ——在结构上出现的空间位置固定不变，但其量值可能具有随机性。
例如：结构自重、固定设备自重、屋顶水箱重量等。
荷载与结构设计方法
第一章 荷载与作用
第一章 荷载与作用
本章内容 第一节 工程结构荷载与作用 第二节 作用分类 第三节 荷载代表值
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
工程结构：指用建筑材料建造的房屋、道路、桥梁、隧道、堤坝、塔架等工 程设施。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
结构设计的第一步就是要确定结构上的作用。
结构上的作用——指能使结构产生效应（内力、应力、位移、应变、裂缝等）的 各种原因的总称。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
结构上的作用分类 （1）直接作用：
直接以力的不同集结形式（集中力和分布力）作用 于结构，例如：结构自重、风荷载等；
值通过标准值乘以准永久值系数得到。
（4）荷载频遇值 ——可变荷载在结构上频繁出现且量值较大的值。可变荷载频遇值可通
过标准值乘以频遇值系数得到。
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
在进行工程结构设计时：
➢ 永久荷载采用标准值作为代表值； ➢ 可变荷载可采用标准值、组合值、准永久值或频遇值作为代表值； ➢ 偶然荷载可依据观察资料、试验数据以及工程经验来确定其代表值。
作用按时间的变异分类
最主要的分类（应 用最多）
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
在设计时为了便于取值，考虑荷载变异的统计特征赋予一个规定的量 值，称为荷载代表值。
荷载代表值
标准值 组合值 频遇值 准永久值
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
（1）荷载标准值 ——荷载在结构使用期间可能出现的最大值，通过对某类荷载长期观
察和实际调查，经统计分析给出。
（2）荷载组合值 ——两种或两种以上可变荷载同时作用于结构，主导荷载取标准值，
伴随可变荷载取小于标准值的组合值。可变荷载组合值通过标准值乘以组合值系 数得到。
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
（3）荷载准永久值 ——可变荷载在结构使用期间经常达到和超过的值。可变荷载准永久
（2）动态作用 ——使结构产生显著的加速度。
例如：地震作用、设备振动、阵风脉动、打桩冲击等。
动态作用应当考虑其动力效应，一般采用乘以动力系数，将动态作用等 效为静态作用的简化设计方法。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
四、按作用方向分类 竖向作用（例如结构自重、楼面荷载等） 水平作用（例如风荷载、水平地震作用等）
（2）间接作用：
不是直接以力出现（外加变形和约束变形），但对 结构产生内力，例如：基础沉降、温度变化等。
“作用”泛指结构产生内力、变形的所有原因，包括直接作用和间接作用， 而“荷载”仅指结构上的直的后果：
（1）结构可靠度不足，影响正常使用，使用寿命缩短，危及结构安全； （2）结构可靠度过高，浪费材料，工程造价提高。
（2）自由作用
的。
——在结构上的一定空间任意分布，出现的位置和量值都可能是随机 例如：车辆荷载、吊车荷载等，需要考虑其位置变化引起的最不利效应。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
三、按结构的动力反应分类
（1）静态作用 ——逐渐地、缓慢地施加在结构上，作用过程中不产生加速度或加速
度甚微可以忽略不计。 例如：楼面上人员荷载、雪荷载、土压力等。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
（2）可变作用
其中的直接作用为 活荷载
——在结构设计基准期内，其值随时间发生变化，变化的量值相对平 均值而言不可忽略不计。
例如：楼面活荷载、车辆荷载、风荷载、雪荷载、流水压力、温度变化 等。
结构的抗力
>
外力
保证结构具有足够的承载能力，将结构变形控制在满足正常使用 的范围内。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
为便于考虑不同的作用所产生的效应，可将结构上的作用按随时间或空间 位置的变异分类，或按结构的反应性质分类。
一、按随时间的变异分类 （1）永久作用
其中的直接作用为 恒荷载
——在结构设计基准期内，其值不随时间变化，或者变化的量值相对 平均值而言可以忽略不计。
准确合理地确定结构上的作用是结构物具有足够的可靠度并且造 价经济合理的保证。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
荷载确定不当或结构抗力不足就会导 致结构倒塌破坏
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
工程结构设计的目的： ➢ 确定外界作用对结构产生的效应（应力、位移、应变等） ➢ 确定结构本身的抵抗能力（承载能力、刚度、延性等）
（1）工程结构应满足自身使用功能要求，例如建造房屋遮风蔽雨形成人类活动
空间，架桥铺路为人群和车辆提供通道。
——使用性
（2）工程结构需要形成一个坚实的骨架承受使用过程中可能出现的各种外力和 环境作用。—安全性
房屋结构：承受自身重量、人群和家具重量、风压力和雪重等作用； 道路桥梁：承受车辆重量、车辆制动力和冲击力、水压力和土压力等作用； 在地震区的工程结构：承受地震作用。
感谢下 载
感谢下 载
（3）偶然作用
——在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现其持续时间较短，量 值可能很大。
例如：地震作用、爆炸力、船只或漂流物撞击力等。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
二、按随空间位置的变异分类
（1）固定作用 ——在结构上出现的空间位置固定不变，但其量值可能具有随机性。
例如：结构自重、固定设备自重、屋顶水箱重量等。
荷载与结构设计方法
第一章 荷载与作用
第一章 荷载与作用
本章内容 第一节 工程结构荷载与作用 第二节 作用分类 第三节 荷载代表值
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
工程结构：指用建筑材料建造的房屋、道路、桥梁、隧道、堤坝、塔架等工 程设施。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
结构设计的第一步就是要确定结构上的作用。
结构上的作用——指能使结构产生效应（内力、应力、位移、应变、裂缝等）的 各种原因的总称。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
结构上的作用分类 （1）直接作用：
直接以力的不同集结形式（集中力和分布力）作用 于结构，例如：结构自重、风荷载等；
值通过标准值乘以准永久值系数得到。
（4）荷载频遇值 ——可变荷载在结构上频繁出现且量值较大的值。可变荷载频遇值可通
过标准值乘以频遇值系数得到。
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
在进行工程结构设计时：
➢ 永久荷载采用标准值作为代表值； ➢ 可变荷载可采用标准值、组合值、准永久值或频遇值作为代表值； ➢ 偶然荷载可依据观察资料、试验数据以及工程经验来确定其代表值。
作用按时间的变异分类
最主要的分类（应 用最多）
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
在设计时为了便于取值，考虑荷载变异的统计特征赋予一个规定的量 值，称为荷载代表值。
荷载代表值
标准值 组合值 频遇值 准永久值
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
（1）荷载标准值 ——荷载在结构使用期间可能出现的最大值，通过对某类荷载长期观
察和实际调查，经统计分析给出。
（2）荷载组合值 ——两种或两种以上可变荷载同时作用于结构，主导荷载取标准值，
伴随可变荷载取小于标准值的组合值。可变荷载组合值通过标准值乘以组合值系 数得到。
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
（3）荷载准永久值 ——可变荷载在结构使用期间经常达到和超过的值。可变荷载准永久
（2）动态作用 ——使结构产生显著的加速度。
例如：地震作用、设备振动、阵风脉动、打桩冲击等。
动态作用应当考虑其动力效应，一般采用乘以动力系数，将动态作用等 效为静态作用的简化设计方法。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
四、按作用方向分类 竖向作用（例如结构自重、楼面荷载等） 水平作用（例如风荷载、水平地震作用等）
（2）间接作用：
不是直接以力出现（外加变形和约束变形），但对 结构产生内力，例如：基础沉降、温度变化等。
“作用”泛指结构产生内力、变形的所有原因，包括直接作用和间接作用， 而“荷载”仅指结构上的直的后果：
（1）结构可靠度不足，影响正常使用，使用寿命缩短，危及结构安全； （2）结构可靠度过高，浪费材料，工程造价提高。
（2）自由作用
的。
——在结构上的一定空间任意分布，出现的位置和量值都可能是随机 例如：车辆荷载、吊车荷载等，需要考虑其位置变化引起的最不利效应。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
三、按结构的动力反应分类
（1）静态作用 ——逐渐地、缓慢地施加在结构上，作用过程中不产生加速度或加速
度甚微可以忽略不计。 例如：楼面上人员荷载、雪荷载、土压力等。