《建筑结构荷载计算》PPT课件
《建筑力学及结构》建筑结构荷载计算
《建筑力学及结构》建筑结构荷载计算【学习目标】1、具有判别荷载类别的能力2、能利用《建筑结构荷载规范》求荷载代表值3、能进行简支梁、单向板楼盖、框架结构的荷载标准值计算【知识点】荷载的分类及荷载代表值、永久荷载标准值、楼面和屋面活荷载、雪荷载、风荷载、建筑结构荷载标准值计算【工作任务】任务1 简支梁的荷载标准值计算任务2 单向板楼盖荷载标准值计算任务3 框架结构荷载标准值计算【教学设计】荷载计算是结构计算的第一步。
首先通过荷载计算才能计算出结构构件上的内、力，再逐步进行强度、刚度，稳定性等计算。
本单元先对荷载的分类及荷载代表值作一了解，熟悉常见的永久荷载、楼面和屋面活荷载、雪荷载、风荷载的计算、能进行简支梁、单向板楼盖、框架结构的荷载标准值计算 2.1荷载的分类建筑结构在使用期间和施工过程中要承受各种“作用”。
我们把施加在结构上的集中力或分布力称为直接作用，也称为荷载；把引起结构外加变形或约束变形的原因称为间接作用。
结构上的荷载，可分为下列三类：2.1.1永久荷载（恒载）在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化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。
例如，结构自重、土压力、预应力等。
永久荷载不随时间变化，长期作用在结构上，在结构上的作用位置也不变。
注:自重是材料自身所受重力产生的荷载（重力）。
2.1.2可变荷载（活载）在结构使用期间，其值随时间变化，且变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。
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。
可变荷载的大小随时间而变，作用位置可变，且像风荷载、吊车荷载等能引起结构振动，使结构产生加速度。
2.1.3偶然荷载在结构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。
例如，爆炸力、撞击力、地震等。
2.2荷载代表值《荷载规范》规定：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。
建筑结构ppt课件完整版
由砖、石或砌块等砌筑而成， 具有良好的抗压、抗剪和保温 性能，适用于多层和底层建筑
。
13
材料选用原则及注意事项
01
02
03
04
安全性
选用材料应满足结构安全要求 ，保证建筑物在正常使用和极
端情况下的稳定性。
经济性
在满足安全性的前提下，尽量 选用价格合理、来源广泛的材
料，降低建筑成本。
耐久性
选用耐久性好、抗老化能力强 的材料，延长建筑物使用寿命
绿色建筑材料
采用环保、可再生的原材料和生产工艺，降 低建筑物对环境的影响。
15
04
建筑结构基本构件设计原 理
2024/1/25
16
梁、板、柱设计原理
梁的设计原理
主要承受弯矩和剪力的构件，设 计时需考虑梁的截面形状、尺寸
、配筋和混凝土强度等因素。
2024/1/25
板的设计原理
用以承载和传递荷载的平面构件， 设计时应根据板的类型（单向板、 双向板等）、荷载条件、边界约束 等因素进行。
能的建筑。
21
框架结构内力分析方法
1
弹性力学方法
基于弹性力学理论，采用结构力学方法进行内力 分析，适用于常规框架结构的内力计算。
2 3
塑性力学方法
考虑材料的塑性性质，采用塑性力学方法进行内 力分析，适用于大震作用下的框架结构内力计算 。
有限元方法
基于有限元理论，采用数值计算方法进行内力分 析，适用于复杂框架结构的内力计算。
02
抗力来源主要包括材料的强度、 构件的刚度及稳定性等因素。
10
荷载与抗力关系分析
荷载与抗力的关系是建筑结构设计和 分析的核心问题。
通过荷载与抗力的关系分析，可以确 定结构的安全性和稳定性，为建筑结 构的设计和施工提供科学依据。
建筑结构设计课件PPT
建筑结构设计是构思、设计和计算建筑物的结构组成部分，确保其安全、稳 定和耐久。
什么是建筑结构设计?
建筑结构设计指的是在建筑设计中，对建筑物内力、应力、变形特征等进行 计算、分析以及设计的过程。
建筑结构设计的目的和意义
建筑结构设计的目的是确保建筑物的结构安全、稳定和经济合理。它的意义 在于为建筑物提供承重、抵抗外力和气候变化的能力。
荷载计算是建筑结构设计中的关键步骤，它确定了建筑物所需的结构支撑能力，以保证建筑物的安全和稳定。
基础的设计与检验
基础设计包括地基承载力计算和基础结构设计，确保建筑物在地基上稳固地 承载荷载。
承重墙设计原则
承重墙设计应考虑墙体厚度、墙体高度、墙体位置等因素，以确保墙体能有效承担建筑物的垂直荷载。
钢结构设计考虑因素
绿色建筑对结构设计的要求
绿色建筑要求结构设计要兼顾节能、环保和可持续发展，减少对自然资源的 消耗和环境污染。
常见的建筑结构体系
1 框架结构
采用柱、梁、墙板等构件形成的空间结构， 如钢结构和混凝土框架结构。
2 承重墙结构
通过墙体来承担建筑物的垂直荷载，如砖墙 和预制混凝土墙。
3 索结构
通过索（如钢缆）来支撑建筑物的荷载，如 悬索桥。
4 拱结构
通过拱体来实现力的传递和分布，如拱门和 拱桥。
荷载计算与建筑结构的关系
钢结构设计要考虑荷载特征、结构强度、材料选型、焊接与连接等因素，确 保钢结构的安全可靠。
预应力混凝土设计原则
预应力混凝土设计通过施加预先的压应力，提高混凝土结构的承载能力和抗裂能力，确保结构的可靠性。
框架结构设计方法与步骤
1
草图初步设计
根据建筑物规模和用途，进行草图初步
建筑结构荷载计算
有地震作用效应组合时
SERE/RE
SE ：有地震作用效应组合时，构件 截面内力（效应）组合的设计值 RE ：有地震作用组合时，构件截面 承载力设计值
R E：承载力抗震调整系数
材料
结构构件
钢筋混凝土 梁
轴压比小于0.15的柱
轴压比大于0.15的柱
剪力墙
各类受剪、偏拉构件
钢（强度破 梁、柱
坏）；
支撑
＝
cu / Cu1 Cu2 cu / Cu2 Cu1
>1.0
相对受压区高度 与曲率延性比关系
轴压比大，相对受压区高度大，延性小
• 在高轴压比情况下，在水平荷载施加之 前，柱子己经产生了较大的预压应变， 预压应变降低截面的塑性转动能力，使 构件的延性变差，所以轴压比限值不能 定的过高
（4）纵向钢筋
σ/M P a
钢筋或钢材
80
60
Z12
Z13
40
Z11
20
Z8
Z9
Z10
0
ε
0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025
不同配箍特征值
不同强度等级混凝土 碳纤维约束混凝土
截面曲率延性 u /y
截面弯短—曲率关系 屈服时截面应变分布 极限状态时截面应变分布
构件位移延性 u /y
名义屈服时 y y' /0.85
y —钢筋屈服应变（小，有利）
h 0 —截面有效高度
x
' y
—混凝土受压区高度（小，有利）
截面的极限曲率 u
u cu / xu
c u —受压区边缘混凝土极限压应变
（大，有利）
x u —混凝土受压区高度（小，有利）
《建筑结构》PPT课件
ABCD
采用钢筋网片砂浆面层加固
在墙体一侧或两侧粘贴钢筋网片，并抹水泥砂浆 面层，提高墙体的承载力和延性。
增设抗震墙或抗震支撑
在结构体系中增设抗震墙或抗震支撑，提高整体 结构的抗震能力。
地基与基础设计
07
地基土分类及工程性质
地基土分类
根据土的颗粒组成、塑性指标、液限、有机质含量等因素，将 地基土分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土等 类型。
仪器检测法
利用专业仪器设备，如超声波探伤仪、X射线探伤 仪等，对结构内部损伤进行检测。
局部破损检测法
在不影响结构整体安全性的前提下，对局部区域 进行破损检测，了解损伤程度和范围。
结构安全性评估流程
收集资料 收集结构设计、施工、使用等相关资 料，了解结构历史和现状。
现场勘查
对结构进行现场勘查，了解结构实际 情况，包括损伤、变形、使用功能等。
铆钉连接
适用于承受较大冲击和振动的钢结 构连接，具有连接可靠、承受剪力 大等优点，但铆接工艺较为复杂。
钢结构稳定性验算方法
01
静力法
基于静力平衡原理，通过计算结构在静力作用下的内力和变形来验算稳
定性。该方法适用于简单结构和静定结构。
02
动力法
考虑结构在动力作用下的响应，通过计算结构的自振频率和振型来验算
烧结多孔砖
孔洞率大于或等于25%，自 重较轻，热工性能较好。
蒸压灰砂砖
以石灰、砂为主要原料，经 高压蒸汽养护而成，具有较 高的密实度和强度。
粉煤灰砖
以粉煤灰、石灰为主要原料， 掺加适量石膏和骨料，经坯 料制备、压制成型、高压或 常压蒸汽养护而成。
砌体墙、柱承载力计算
受压承载力计算
2024版《建筑构造》PPT课件
CHAPTER定义建筑构造是研究建筑物各组成部分的构造原理和构造方法的学科，主要任务是根据建筑物的使用功能、技术经济和艺术造型要求提供合理的构造方案，作为建筑设计中综合解决技术问题及进行施工图设计的依据。
分类根据建筑物使用性质的不同，可分为民用建筑构造和工业建筑构造两大类。
民用建筑构造又可分为居住建筑构造和公共建筑构造；工业建筑构造可分为单层厂房构造和多层厂房构造。
主要依赖经验积累，以木构架为主，注重建筑的形式和象征意义。
古代建筑构造近代建筑构造现代建筑构造随着工业革命的兴起，新材料、新技术和新工艺不断涌现，建筑构造逐渐走向科学化和工业化。
强调建筑、结构、设备等多专业的协同设计，注重绿色建筑、智能建筑等新型建筑技术的发展。
030201合理的建筑构造设计能够确保建筑物满足使用要求，如保温、隔热、防水、隔声等。
保证建筑物的使用功能提高建筑物的安全性提升建筑物的经济效益促进建筑艺术的发展通过科学的构造措施，可以增强建筑物的结构安全性，如抗震、防火等。
优化建筑构造设计可以降低建造成本和维护费用，提高建筑物的经济效益。
建筑构造作为建筑设计的重要组成部分，对于塑造建筑物的艺术形象具有重要意义。
建筑构造的重要性CHAPTER无机材料有机材料金属材料复合材料建筑材料分类及特性01020304包括石材、砖瓦、陶瓷、玻璃等，具有高强度、耐久性好、防火等特点。
包括木材、塑料、橡胶等，具有质轻、易加工、装饰性好等特点。
包括钢铁、铝合金等，具有强度高、塑性好、易加工等特点。
由两种或两种以上不同性质的材料组成，具有综合性能好的特点。
物理性能力学性能热工性能耐久性建筑材料性能评价包括密度、孔隙率、吸水率、抗冻性等，影响材料的耐久性和使用寿命。
包括导热系数、热容量等，影响建筑物的保温和隔热效果。
包括抗压、抗拉、抗弯等强度指标，以及韧性和硬度等，决定材料承受荷载的能力。
包括耐候性、耐腐蚀性、耐磨损性等，决定材料在自然环境中的使用寿命。
结构的计算简图及受力分析—荷载的简化(建筑力学)
3 按荷载作用的范围分 分布荷载 满布在结构的整个体积内或表面上的的荷载
体积分布荷载，N/m3或kN/m3 作用于整个体积内的分布荷载——结构自重
面分布荷载，N/m2或kN/m2 作用于结构表面的分布荷载——压力
集中荷载 当荷载的分布范围面积远小于结构的尺寸时，则可认为此荷载作 用在结构的一点。单位是N，常用字母F表示。
荷载的分类
荷 载：作用在结构上的主动力 荷载与支座反力都是其他物体作用在结构上的力，统称为作用在结构上的外力。 在外力作用下，结构内各构件之间将产生相互作用的力——内力。 结构或构件的承载能力都直接与内力有关，而内力又是由外力所引起和确定的。 在结构设计中，首先要分析和计算作用在结构上的外力，然后计算结构的内力。 因此，确定结构所受的荷载是对进行受力分析的前提，必须慎重对待。 如将荷载估计过大，则设计的结构尺寸将偏大，造成浪费；如将荷载估计过小， 则设计的结构不够安全。
荷载的分类
在工程实际中，结构所受到的荷载是多种多样的，为了便于分析，将从不 同的角度对荷载进行分类。 1 按作用在结构上的时间分 恒 载 ——长期作用在结构上的不变荷载
恒载的大小和作用位置都不发生变化。如结构的自重、土压力、预应力等。
活 载 ——暂时作用在结构上的可变荷载。 如列车、汽车、吊车、人群、风、雪荷载等。
荷载的简化
作用于实际结构上的荷载可分为体积力和表面力两大类 体积力是作用在构件整个体积内每一点处的，如自重或惯性力等。 表面力则是由其他物体通过接触面传给结构的作用力，如土压力、车辆的轮压力等。 在杆系结构的计算简图中，将杆件简化为轴线，因此不管是体积力还是表面力都简 化为作用在轴线上的力。 荷载按分布情况可简化成线分布荷载、集中荷载和集中力偶。
《建筑结构荷载规范》-风荷载计算
8 风 荷 载8.1 风荷载标准值及基本风压8.1.1 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算： 1 当计算主要受力结构时0z s z k w w μμβ= (8.1.1-1)式中 k w —风荷载标准值(kN/m 2)；z β—高度z处的风振系数； s μ—风荷载体型系数； z μ—风压高度变化系数；0w —基本风压(kN/m 2)。
2 当计算围护结构时0z sl gz k w w μμβ=(8.1.1-2)式中 gz β—高度z处的阵风系数;sl μ—风荷载局部体型系数。
8.1.2 基本风压应按本规范附录D.4中附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3kN／m 2。
对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。
8.1.3 当城市或建设地点的基本风压值在本规范附录D.5没有给出时，基本风压值可按附录D规定的方法，根据基本风压的定义和当地年最大风速资料，通过统计分析确定，分析时应考虑样本数量的影响。
当地没有风速资料时，可根据附近地区规定的基本风压或长期资料，通过气象和地形条件的对比分析确定；也可按本规范附录D中附图D.6.3全国基本风压分布图近似确定。
8.1.4 风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取O.6、0.4和0.0。
8.2 风压高度变化系数8.2.1 对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表8.2.1确定。
地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇； C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。
表8.2.1 风压高度变化系数z μ地面粗糙度类别离地面或海 平面高度 (m) A B C D5 1.09 1.00 0.65 0.51 10 1.28 1.00 0.65 0.51 15 1.42 1.13 0.65 0.51 20 1.52 1.23 0.74 0.51 30 1.67 1.39 0.88 0.51 40 1.79 1.52 1.00 0.60 50 1.89 1.62 1.10 0.69 60 1.97 1.71 1.20 0.77 70 2.05 1.79 1.28 0.84 80 2.12 1.87 1.36 0.91 90 2.18 1.93 1.43 0.98 100 2.23 2.00 1.50 1.04 150 2.46 2.25 1.79 1.33 200 2.64 2.46 2.03 1.58 250 2.78 2.63 2.24 1.81 300 2.91 2.77 2.43 2.02 350 2.91 2.91 2.60 2.22 400 2.91 2.91 2.76 2.40 450 2.91 2.91 2.91 2.58 500 2.91 2.91 2.91 2.74 ≥5502.91 2.91 2.91 2.918.2.2 对于山区的建筑物，风压高度变化系数可按平坦地面的粗糙度类别，由表8.2.1确定外，还应考虑地形条件的修正，修正系数η分别按下述规定采用： 1 对于山峰和山坡，其顶部B处的修正系数可按下述公式采用：2B 5.21tg 1⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+=H z ακη (8.2.2)式中tg α——山峰或山坡在迎风面一侧的坡度；当tg α＞0.3时，取tg α＝0.3；κ——系数，对山峰取2.2，对山坡取1.4；H ——山顶或山坡全高(m)；z ——建筑物计算位置离建筑物地面的高度，m；当 2.5z H >时，取 2.5z H =。
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4.4.2 高层钢结构的稳定验算
钢结构构件的稳定性问题是钢结 构设计的重要内容，将在结构设 计中详细介绍。
此处的稳定主要是结构整体稳定， 即重力作用下的二阶效应——P －△效应。
建筑精选课件
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4.4.2 高层钢结构的稳定验算
《高钢规》下列条件下可不进行整体稳定性验收：
1）各层柱子平均长细比和平均轴压比满足一定要求；
实际上大部分钢结构需要计算P－△效应。
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4.4.3 高层建筑抗倾覆问题
高层建筑侧移过大，其重力作用 合力点移至基底平面范围以外， 则建筑可能发生倾覆现象。
正常设计的高层建筑不会出现倾 覆问题。
建筑精选课件
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4.4.3 高层建筑抗倾覆问题
✓控制高宽比；
✓高宽比大于4的建筑，在地震 作用下基础底面不允许出现零应 力区；
轴压比小于0.15的柱
轴压比大于0.15的柱
剪力墙
各类受剪、偏拉构件
钢（强度破 梁、柱
坏）；
支撑
柱，支撑ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 节点板件、连接螺栓 曲，为0.80 连接焊缝
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RE
0.75 0.75 0.80 0.85 0.85 0.75（0.75） 0.80（0.75） 0.85（0.75） 0.90（0.75）
3
无地震作用效应组合时
r0S≦R r0 ：结构重要性系数
安全等级为二级或设计使用年限 50年，不小于1.0
安全等级为一级或设计使用年限 100年及以上，不小于1.1
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4
r0S≦R
S ：无地震作用效应组合时，构件截 面内力（效应）组合的设计值（与荷 载标准值和荷载效应分项系数的大小
有关）
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4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
实际上大部分钢筋混凝土结构 不需要计算P-△效应。
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4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
如果需要计算，可按下述方法进 行计算：
•采用弹性方法进行计算；
•也可采用对未考虑重力二阶效 应的计算结果乘以增大系数的方 法近似考虑
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✓高宽比不大于4的建筑，基底
零应力区面积不应超过基础底面
积的15％。 建筑精选课件
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4.5 延性要求与抗震等级
设防烈度6度及6度以上的抗震结构
•构件和结构屈服后,具有承载能力不降低或基本不降低、 且有足够塑性变形能力的一种性能。 •当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量， 结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力） 不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结 构可降低对结构的承载力要求，也可以说，延性结构是 用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用； 反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力 抵抗地震。然而后者会多用材料，对于地震发生概率极 少的抗震结构，延性结构是一种经济的设计对策。
第4章 设计要求及荷载效应组合
建筑精选课件
1
主要内容（目录）
4.1 承载力计算 4.2 侧移限制 4.3 舒适度要求 4.4 稳定和抗倾覆 4.5 抗震结构延性要求和抗震等级 4.6 荷载效应组合及最不利内力
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2
4.1承载力验算
按承载力极限状态验算结构 构件截面： 足够大的承载能力
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1/500 1/250 11
罕遇地震（防止倒塌）
薄弱层（部位）弹塑性层间位
移角限值
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4.3 舒适度要求
高度超过150m： 10年一遇的风荷载，顶点 最大加速度限值
住宅、公寓：0.15m/s2 办公、旅馆：0.25m/s2
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4.4 稳定和抗倾覆要求
P-Δ效应： 侧移，重力荷载产生附加 弯矩，增大侧移和内力
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[u/h]：弹性层间位移角限值（使用阶段）
材料 结构高度 结构类型
限值
钢筋 混凝土 结构
不大于 150m
框架
框架-抗震墙 板柱-抗震墙 框架-核心筒 抗震墙 筒中筒 框支层
1/550 1/800
1/1000 1/1000
钢结构
不小 250m
于 各种类型结构 各建筑种精选类课件型结构
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两种抗震设计方法
OA:
弹性设计，承载力抗震
OBC和ODE:
(承载力＋延性)抗震
（构件屈服，局部破坏）
具有足够大延性和耗能能力
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延性
材料、截面、构件或结构保持一定的强 度或承载力时的非弹性（塑性）变形能力
2）按不考虑P－△效应的弹性计算所得的层间相对位移 小于某个值：
➢对于钢支撑、剪力墙或筒体的钢结构，且△u/h≤1/1000， 可不计算P－△效应，只按有效长度法计算柱的承载力；
➢对于无支撑的钢结构（纯钢框架）和△u/h>1/1000的有 支撑钢结构，应按考虑P－△效应的方法计算结构内力 及侧移，侧移应不大于1/300。
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4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
结构位移增大系数： 框架结构 剪力墙结构、框架-剪力墙结构、 筒体结构
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4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
高层建筑结构的稳定应符合下列规定： •剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结 构应符合下式要求：
•框架结构应符合下式要求
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R：无地震作用组合时，构件截面
承载力设计值（与材料分项系数的
大小有关）
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有地震作用效应组合时
SERE/RE
SE ：有地震作用效应组合时，构件 截面内力（效应）组合的设计值 RE ：有地震作用组合时，构件截面 承载力设计值
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R E：承载力抗震调整系数
材料
结构构件
钢筋混凝土 梁
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4.2 侧移限制（弹性层间位移角限值）
二阶段设计方法控制： ➢多遇地震（及风荷载下），要求主
体结构不受破坏，非结构构件没有过重破坏 并导致人员伤亡，保证建筑的正常使用功能；
➢罕遇地震作用下，主体结构遭受破 坏或严重破坏但不倒塌。
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4.2 侧移限制（弹性层间位移角限值）
多遇地震（及风荷载下），
目的：防止风、小震作用下非结构
构件破坏：
•防止主体结构开裂、损坏； •防止填充墙及装修开裂、破坏； •过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用； •过大的侧移会使结构产生附加内力（P-△效应）。
如何达到目的：结构有足够大的
刚度
参数：最大层间位移角
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Δu/h≤ [Δu/h]
Δu：荷载效应标准值组合所得结构最 大层间位移； h：层高； Δu/h :最大层间位移角； [u/h]：弹性层间位移角限值。