03荷载与结构设计方法
《荷载与结构设计方法》试题 参考答案5
《荷载与结构设计方法》试题+参考答案5一、简答题（每小题6分，共计36分）1. 试绘图说明结构可靠指标β的几何意义。
可靠指标β是标准空间R S ''-坐标系中坐标原点到极限状态曲面0Z =的最短距离。
2. 试绘图说明非正态随机变量当量正态化的两个基本条件，并列出当量正态化随机变量的均值和标准差的计算公式。
非正态随机变量当量正态化的两个基本条件：在设计点*i x 处，（1）当量正态分布变量与原非正态分布变量的概率分布值（尾部面积）相等，即（2）当量正态分布变量与原非正态分布变量的概率密度函数值（纵坐标）相等，即当量正态化随机变量的均值和标准差的计算公式分别为：3. 简述结构构件可靠度设计的实用表达式包括哪些内容，并列出具体表达式。
(1) 承载能力极限状态设计表达式(2) 正常使用极限状态设计表达式1) 标准组合设计表达式2) 频遇组合设计表达式3) 准永久组合设计表达式4. 简述荷载代表值有哪些类型，并说明每种代表值的确定方法。
标准值（或特征值）：设计基准期内结构上可能出现的最大荷载值。
有两种确定方法：根据设计基准期内荷载最大值概率分布的某一分位数确定，或者根据荷载值的重现期确定。
频遇值：设计基准期内结构上时而出现的较大可变荷载值。
可根据可变荷载超越频率值的持续期或次数来确定。
准永久值：设计基准期内结构上经常出现的可变荷载值。
可根据可变荷载达到或超过准永久值的总持续时间来准永久值系数。
组合值：作用在结构上有两种或两种以上的可变荷载时，荷载的代表值可采用其组合值，组合值系数可根据校准法来确定。
5. 简述影响结构构件抗力随机性的几类因素，并说明每一类因素主要包括哪些内容。
影响结构构件抗力随机性的主要影响因素有：材料性能的随机性：0///m r k r t t k f f f f f f f ξξξ==⋅=⋅几何参数的随机性：/g k a a ξ=计算模式的随机性：/p c R R ξ=结构构件抗力的概率模型：11(,,,,,)n p c r r l R R f f a a ξ=⋅6. 列出具有正相关的串联系统和并联系统的一阶界限公式，并说明每个界限值的物理意义。
荷载及结构设计
风荷载
建筑物受到的风力作用，与建筑物 的形状、高度和地理位置有关。
雪荷载
积雪对建筑物屋顶和墙面的压力， 取决于降雪量和建筑物的形状。
偶然荷载对结构设计的影响
01
02
03
地震作用
地震产生的水平力和垂直 力对建筑物的影响，需根 据地震烈度进行抗震设计。
爆炸荷载
建筑物内部或外部爆炸产 生的冲击波和碎片对结构 的影响。
03
专门针对建筑结构设计的有限元分析软件，具有高效的计算速
度和丰富的后处理功能。
05 结构优化与创新设计
结构优化方法
拓扑优化
通过改变结构的拓扑构型，实现材料的高效利用和性能提升。
形状优化
调整结构的几何形状，以改善应力分布、提高刚度等性能。
尺寸优化
在给定结构形式下，通过调整构件截面尺寸，实现结构性能的优 化。
案例二
某高层酒店设计。建筑高度200米，地上40层，地下2层。设计荷载包括恒载、活载、雪 载、风载和地震作用。结构设计采用剪力墙结构体系，注重提高结构的抗震性能和舒适度 。
案例三
某高层住宅楼设计。建筑高度150米，地上30层，地下2层。设计荷载主要考虑恒载、活 载、风载和地震作用。结构设计采用框架-剪力墙结构体系，重点优化结构的受力性能和 经济效益。
撞击荷载
如车辆撞击、飞机坠毁等 极端事件对建筑物结构的 冲击。
04 结构分析方法与工具
结构力学分析方法
弹性力学分析
基于弹性力学理论，对结 构进行应力、应变和位移 分析，适用于小变形和线 性材料行为的情况。
塑性力学分析
考虑材料的塑性变形行为， 对结构进行极限分析和设 计，适用于大变形和非线 性材料行为的情况。
荷载与结构设计方法重点概念总结
荷载与作用荷载一由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。
如重力、土压力、水压力、风压力。
作用一能使结构产生效应的各种因素总称为作用。
效应一结构的内力、变形，应力、应变，速度、加速度等。
作用：直接作用一（狭义）荷载：广义荷载间接作用直接作用一一直接作用在结构上的各种荷载间接作用一一能引起结构内力、变形等效应的非直接作用因素如地震、温度变化、地基不均匀沉降等。
作用的分类：1.按随时间的变异分类。
（1）永久作用：在结构设计基准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。
（2）可变作用：在结构设计基准期内其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。
（3）偶然作用：在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。
如地震、爆破。
2.按随空间位置的变异性分类（1）固定作用：在结构空间位置上具有固定的分布。
如结构自重、固定设备的荷载等。
（2）可动作用：在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布。
如房屋中的人员、家具荷载，桥梁上的车辆荷载等。
3•按结构的反应分类（1）静态作用：对结构或构件不产生加速度或其加速度可以忽略不计。
如结构自重、土压力、温度变化等。
（2）动态作用：对结构或构件产生不可忽略的加速度。
如地震、风、冲击和爆炸等。
重力1结构自重自重——由地球引力产生的组成结构的材料的重力。
2 土的自重应力土是由土颗粒、水和气组成的三相非连续介质。
土的自重应力为自身有效重力在土体中引起的应力。
雪荷载1雪压：单位地面上积雪的自重。
2基本雪压：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。
2.影响屋面雪压的因素。
（1）风对屋面的影响一漂积作用。
（2）屋面坡度对积雪的影响。
（3）屋面温度对积雪的影响。
楼面和屋面活荷载由于楼面均布活荷载可理解为楼面总活荷载按楼面面积平均，因此一般情况下，所考虑的楼面面积越大，实际平摊的楼面活荷载越小。
故计算结构或构件楼面活荷载效应时，如引起效应的楼面活荷载面积超过一定的数值则应对楼面均布活荷载折减。
荷载与结构设计方法名词解释
1.作用：能使结构产生效应(内力、应力、位移、应变等)的各种因素总称为作用。
2.地震烈度：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。
3.承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形,这种状态称为承载能力极限状态。
4.单质点体系：当结构的质量相对集中在某一确定位置，可将结构处理成单质点体系进行地震反映分析。
5.基本风压：基本风压是根据全国各气象站50年来的最大风速记录，按基本风压的标准要求，将不同高度的年最大风速统一换算成离地面10m的最大风速按风压公式计算得的风压。
6.结构可靠度：结构可靠性的概率量度。
结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。
7.荷载代表值：设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值。
8.基本雪压：当地空旷平坦地面上根据气象记录经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压。
9.路面活荷载：路面活荷载指房屋中生活或工作的人群、家具、用品、设备等产生的重力荷载。
10.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。
11.静水压力：静水压力指静止的液体对其接触面产生的压力。
12.混凝土徐变：混凝土在长期外力作用下产生随时间而增长的变形。
13.混凝土收缩：混凝土在空气中结硬时其体积会缩小，这种现象叫混凝土收缩。
14.荷载标准值：是荷载的基本代表值，其他代表值可以在标准值的基础上换算来。
它是设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，是建筑结构在正常情况下，比较有可能出现的最大荷载值。
15.荷载准永久值：结构上经常作用的可变荷载，在设计基准期内有较长的持续时间，对结构的影响类似于永久荷载。
16.结构抗力：结构承受外加作用的能力。
17.可靠：结构若同时满足安全性、适用性、耐久性要求，则称结构可靠。
18.超越概率：在一定地区和时间范围内，超过某一烈度值的烈度占该时间段内所有烈度的百分比。
19.震级：衡量一次地震规模大小的数量等级。
是地震本身强弱程度的等级，震级的大小表示地震中释放能量的多少。
荷载与结构设计方法
荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法是指在建筑、桥梁、高层建筑等建筑物的设计过程中，对荷载进行分析和结构设计的方法。
荷载是指作用于结构体上的外力、内力和反力等，是结构设计的基础和前提。
荷载与结构设计方法的合理应用可以确保结构的安全可靠性，同时也能够提高建筑物的使用寿命和经济性。
荷载包括静载和动载两种，其中静载是指施加在结构上的恒定力或偏移力，主要有自重荷载、活载、额外荷载和温差荷载等；动载是指施加在结构上的变化力或偶发力，主要有地震荷载、风荷载和运载荷载等。
在荷载分析中，需要根据不同的建筑物类型和设计要求，采用不同的荷载标准进行计算。
在荷载分析中，首先需要确定设计等级和荷载组合，在国家和地方规范中都有相应的规定。
设计等级分为一般建筑、重要建筑和特殊建筑等不同等级，每个等级的结构设计都有相应的要求。
荷载组合是指将不同种类的荷载按照一定的比例相互组合，在设计等级允许的范围内确定结构各部分的荷载。
荷载分析的方法主要有静力分析和动力分析两种。
静力分析是指根据结构和荷载的力学原理进行计算，包括静力平衡、应力、变形和稳定性等方面的计算。
动力分析是指根据结构和荷载的振动特性进行计算，包括地震响应分析、风振分析和振动控制等方面的计算。
在实际工程中，通常需要进行静力和动力分析相结合的综合分析，以确保结构的安全可靠性。
在结构设计中，需要根据特定的荷载情况进行参数确定和材料选择。
参数确定包括截面尺寸、杆件长度、连接形式等方面的确定，材料选择包括材料的强度、刚度、延性和耐久性等方面的选择。
结构设计需要考虑材料的实际性能和使用环境，以及结构的变形和破坏机制，来确定合理的设计方案和构造形式。
荷载与结构设计方法的研究与发展是结构工程学科的重要组成部分。
随着计算机技术和仿真技术的不断发展，荷载与结构设计方法越来越趋向于高效、精确和可靠。
未来的研究方向主要包括荷载的特性分析、结构设计参数的优化、结构的健康监测和结构的可持续性设计等方面。
荷载与结构设计方法
荷载与结构设计方法
荷载与结构设计方法是结构工程设计中必不可少的一部分，其作用是保证结构完整、稳定、安全可靠。
为此，设计者必须掌握荷载与结构设计方法的基础知识，并结合现场实际情况，进行科学设计。
首先，在进行荷载与结构设计之前，必须完成荷载的计算和校核，确定荷载体系下的荷载情况，并考虑其变化的规律。
可以根据设计要求分析荷载的类型和大小，确定结构受力的特点和状况，为结构设计提供可靠的依据。
其次，应该根据结构要求，准确地确定结构的实质性特征。
如等，梁柱杆的截面形状、材料性质、节点细节等要素的确定都非常重要，要根据荷载、结构的结构特性，结合现场实际情况，进行科学合理的设计。
此外，荷载与结构设计过程也包括结构的稳定性、安全性分析，以及抵抗外力的设计和实施。
这一部分主要是根据国家规范及相关技术文件，结合实际结构情况，分析结构在不同情况下的状态变化，实施合理有效的设计和实施步骤。
最后，在结构设计完成后，还需要对荷载和结构设计方法进行认真的校核和检验，以确保结构设计的合理性和稳定性。
在施工中，要定期对结构负载、抗震设施以及支撑系统等进行监测检测，以验证荷载与结构设计方法的正确性和可行性。
总之，荷载与结构设计方法是结构工程设计的核心内容，其重要性不言而喻。
在实施过程中，要充分考虑荷载、结构特点和状况，结
合现场实际情况，采取科学合理的设计方法，确保结构稳定安全可靠。
《荷载与结构设计方法》试题+参考答案5
1.（8分）某民用建筑结构设计时考虑的荷载有：恒荷载G 、持久性活荷载1()L t 、临时性活荷载2()L t 、风荷载()Y W t 、雪荷载()S W t 。
已知设计基准期50T =年，恒荷载、活荷载、风荷载和雪荷载的分时段长度τ分别取为50年、10年、1年、1年。
试按照JCSS 组合规则，列出上述荷载的组合表达式。
解答（每个2分）：因1234550101011τττττ=>===>===，故有：112234[0,]max ()max ()max ()max ()Y S M G L L W W t T t t t S S S t S t S t S t τττ∈∈∈∈=++++212230[0,]()max ()max ()max ()Y S M G L L W W t T t t S S S t S t S t S t ττ∈∈∈=++++312200[0,]()()max ()max ()Y S M G L L W W t T t S S S t S t S t S t τ∈∈=++++412000[0,]()()()max ()Y S M G L L W W t T S S S t S t S t S t ∈=++++2.（12分）已知某地区年最大风速服从极值Ⅰ型分布，通过大量观测，统计得出该地区年最大风速样本的平均值为18.9m/s ，标准差为2.5m/s 。
（1） 求出该地区50年最大风速的概率分布函数； （2） 计算100年一遇的最大风速标准值；（3） 计算100年一遇最大风速不被超越的概率k p 。
（设计基准期50=T 年）已知：极值Ⅰ型概率分布函数为)]}(exp[exp{)(u x x F ---=α，其分布参数为：αμ5772.0-=X u ，Xσα2825.1=(ln )()[()]exp exp exp exp exp exp T T V V T T x u x u T F x F x T x u αααα⎧-⎫⎧-+⎫⎡⎤⎡⎤==--=--⎨⎬⎨⎬⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎩⎭⎩⎭⎧⎫⎡⎤-⎪⎪=--⎨⎬⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎩⎭50T = 1.2825/ 1.2825/2.50.514T αασ====ln 0.5772ln 19.7878T u u T T αμαα=+=-+=19.7878()exp exp 0.514T V x F x ⎧-⎫⎡⎤=--⎨⎬⎢⎥⎣⎦⎩⎭(2) 解答（4分）1()1V kF x T =-, 1111(1)ln ln(1)V k k x F u T T α-⎧⎫⎡⎤⎪⎪=-=----⎨⎬⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎩⎭,100k T =,10011ln ln(1)8.8273/100V u m s α⎧⎫⎡⎤=----=⎨⎬⎢⎥⎣⎦⎩⎭(3) 解答（4分）1(1)Tk kp T =- 50T =,100k T =,501(1)0.6050100k p =-=3.（15分）已知某悬臂钢梁受均布荷载q 作用（如图所示），其均值和变异系数分别为 2.5/q KN m μ=，0.20q V =；钢梁截面的塑性抵抗矩W 为确定性量，33884.910W m -=⨯；材料屈服强度y f 的均值262y f MPa μ=的，变异系数为0.10y f V =。
(整理)《荷载与结构设计方法》试题+参考答案4.
《荷载与结构设计方法》试题+参考答案4一、填空题（每空1分，共计20分）1. 当功能函数服从 正态分布 时，可靠指标与失效概率具有一一对应关系。
2结构构件可靠度计算的一次二阶矩法包括 中心点法 和 验算点法 。
3. 结构可靠指标β的几何意义是 随机变量空间坐标原点到极限状态曲面的最短距离。
随机变量标准空间坐标原点到极限状态曲面的最短距离。
4. 荷载简单组合是 恒荷载 与 可变荷载 的组合。
5. 确定结构目标可靠度水准的方法有 事故对比法 、 校准法 和 优化法 。
6. 荷载的代表值一般包括 标准值 、 组合值 、 频遇值 和 准永久值 。
7. 荷载效应组合规则一般有 、 、和 。
8. 我国“建筑结构可靠度设计统一标准”（GB50068—2001）将设计状况分为 、 和 。
9. 荷载效应组合问题的实质是 综合荷载效应最大值的概率分布问题 。
二、判断对错（在括号内：对的画“√”，错的画“×”） （每空2分，共计16分）1. 可靠指标β越大，结构可靠程度越高。
（ 对 ）2. 结构可靠度设计的基准期就是结构的使用期。
（ 错 ）3. 结构的失效概率f P 等于结构抗力R 和荷载效应S 的概率密度干涉面积。
（ 错 ）4. 极限状态方程表达了结构荷载效应与抗力之间的平衡关系。
（ 对 ）5. 结构重要性系数是用来调整不同安全等级结构的目标可靠指标的。
（ 对 ）6. 延性破坏构件的目标可靠指标要大于脆性破坏构件的相应值。
（ 错 ）7. 荷载标准值是设计基准期内在结构上时而出现的较大可变荷载值。
（ 错 ）（最大荷载）8. 对于结构不同的设计状况，均应进行正常使用极限状态设计。
（ 错 ）三、简述题（每小题8分，共计24分）1. 简述结构设计方法经历了哪几个发展阶段，并说明每个阶段结构设计方法的主要特点。
2. 简述影响结构构件抗力随机性的几类因素，并说明每一类因素主要包括哪些内容。
3. 简述结构构件可靠度设计的实用表达式包括哪些内容，并列出具体表达式。
荷载与结构设计方法
式中，X R ——重现期为R年的雪压值(kN/m2)；
X X
——重现期10年的雪压值(kN/m2)；
1 1
0 0
0——重现期为100年的雪压值(kN/m2)。
1.7
第2章 重力负荷
雪荷载
2.我国基本雪压的分布特点 (1) 新疆北部是我国突出的雪压高值区。 (2) 东北地区由于气旋活动频繁，并有山脉对气流起抬升作用，冬季多降雪天气，同时 气温低，更有利于积雪。 (3) 长江中下游及淮河流域是我国稍南地区的一个雪压高值区。 (4) 川西、滇北山区的雪压也较高。该地区海拔高，气温低，湿度大，降雪较多而不易 融化。但该地区的河谷内，由于落差大，高度相对较低，气温相对较高，积雪不多。 (5) 华北及西北大部地区，冬季温度虽低，但空气干燥。水汽不足，降雪量较少，雪压 一般为0.2～0.3kN/m2。西北干旱地区，雪压在0.2kN/m2以下。 (6) 南岭、武夷山脉以南，冬季气温高，很少降雪，基本无积雪。
因此年最大雪压S(kN/m2)可按下式确定：
S hg
(2-6)
式中，h——年最大积雪深度，指从积雪表面到地面的垂直深度(m)。以每年 7 月份 至次年6月份间的最大积雪深度确定；
——积雪密度(t/m3)； g ——重力加速度(9.81m/s2)。
1.6
第2章 重力负荷
雪荷载
为了满足实际工程中某些情况下需要的不是重现期为50年的雪压数据要求，在
cz z
可见自重应力 沿水平面均匀分布，且与z成正比，即随深度按直线规律增加，如图 2.1(b)所示。
(a)任意深度水平截面上的土自重应力
(b)自重应力呈线性增加
1.4
图2.1 均质土中竖向自重应力
第2章 重力负荷
《荷载与结构设计方法》(柳炳康)思考题解答
《荷载与结构设计方法》(柳炳康)习题解答1 荷载与作用1.1 什么是施加于工程结构上的作用？荷载与作用有什么区别？结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称，包括直接作用和间接作用。
引起结构产生作用效应的原因有两种，一种是施加于结构上的集中力和分布力，例如结构自重，楼面的人群、家具、设备，作用于桥面的车辆、人群，施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等，它们都是直接施加于结构，称为直接作用。
另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形，例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应，温度变化引起结构约束变形产生的内力效应，由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。
它们都是间接作用于结构，称为间接作用。
“荷载”仅指施加于结构上的直接作用；而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。
1.2 结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类？结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用；按空间位置变异可分为固定作用和自由作用；按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。
1.3 什么是荷载的代表值？它们是如何确定的？荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值，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。
荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值，其中荷载标准值是荷载的基本代表值，其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。
2 重力作用2.1 成层土的自重应力如何确定？地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力，对于均匀土自重应力与深度成正比，对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。
2.2 土压力有哪几种类别？土压力的大小及分布与哪些因素有关？根据挡土墙的移动情况和墙后土体所处应力状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类别。
土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关。
《荷载与结构设计方法》
荷载与结构设计方法课程框架说明1.典型建筑工程图示法国的埃菲尔铁塔迪拜塔160层，总高828米，比台北101高出320米。
迪拜塔由韩国三星公司负责营造，2004年9月21日开始动工，2010年1月4日竣工启用，同时正式更名哈利法塔。
美国胡佛水坝塞金纳特伯桥（Salginatobel Bridge ），瑞士工程师R.Maillart 于1930年设计。
建筑师们说：“在桥上漫步是一种真正的精神上的享受。
你和高山、白云、蓝天那么靠近，美国旧金山的金门大桥，瑞士工程师O.Ammann于1937年设计。
“它造型优美，比例协调，是桥梁工程的一颗明珠，以致于本世纪的设计师们已无法超越了。
”西班牙塞维利亚阿拉米罗大桥（Alamillo Bridge），圣地亚哥·卡拉特拉瓦（Santiago Calatrava）于1992年设计。
京珠高速公路洋碰隧道2.若干建筑工程作用、荷载示例（1）风荷载：塔科马吊桥坍塌台风莫拉克袭击台湾（2）地震作用智利大地震（3）上海莲花河畔景苑建筑工程事故南北两排房子间的基坑（地下车库）南北两排房子间的基坑（地下车库）3.本课程的主要内容（1）建筑工程结构构件或体系各种作用和荷载的确定以及计算方法；（2）结构杆件或体系设计值中作用和荷载的组合方法，抗力值的确定考虑的随机因素。
第一章荷载与作用内容提要一、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ö施加在结构上的集中力或分布力⇒直接作用（荷载）ö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u按随时间的变异分类ö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ö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ö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？v按随空间位置的变异分类ö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ö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w按结构的反应分类ö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ö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ð按作用时间的长短和性质ö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。
荷载与结构设计课程设计
荷载与结构设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握结构设计中荷载的基本概念、分类及作用方式；2. 使学生了解各类荷载对结构的影响，能运用结构设计原理进行简单的荷载分析；3. 帮助学生理解结构设计中安全、适用、经济的原则，并能运用到实际设计中。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识，对实际结构进行荷载识别和分析的能力；2. 提高学生运用结构设计原理和方法，解决简单工程问题的能力；3. 培养学生运用技术图纸、计算书等工具，表达和交流结构设计成果的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对土木工程及结构设计学科的兴趣，培养其探索精神；2. 培养学生严谨、务实的学习态度，使其具备良好的工程职业道德；3. 增强学生的团队合作意识，使其在合作中学会尊重、沟通和协作。
本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论知识与实际应用相结合。
在教学过程中，充分考虑学生的认知水平和兴趣，采用案例教学、讨论式教学等方法，提高学生的参与度和积极性。
课程目标的设定，旨在使学生在掌握荷载与结构设计相关知识的基础上，培养其实践能力和创新意识，为未来从事相关工作奠定基础。
通过本课程的学习，学生将能够具备解决实际工程问题的基本能力，并形成良好的职业素养。
二、教学内容1. 荷载基本概念：包括荷载的定义、分类（如：恒载、活载、风载、雪载等）及荷载组合；2. 荷载作用方式：阐述各类荷载在结构中的传递路径及作用效应；3. 结构设计原理：介绍结构设计的基本原则，如安全、适用、经济等；4. 荷载分析：结合教材章节，讲解如何进行荷载识别、计算和分析；5. 结构设计方法：介绍结构设计的一般步骤、方法及注意事项；6. 实践案例分析：选取具有代表性的实际工程案例，分析荷载与结构设计的关系；7. 结构设计软件应用：教授学生运用结构设计软件，进行荷载分析和结构设计。
教学大纲安排：第一周：荷载基本概念及分类；第二周：荷载作用方式及结构设计原理；第三周：荷载分析及计算方法；第四周：结构设计方法及实践案例分析；第五周：结构设计软件应用及上机操作。
荷载与结构设计方法课程设计
荷载与结构设计方法课程设计1. 课程设计背景荷载与结构设计方法是土木工程专业的重要课程之一，旨在通过理论和实践学习，使学生熟悉荷载和结构设计方法的基本原理和实际应用。
本课程涉及荷载的类型、大小和作用、结构设计方法、结构工程优化和分析等内容。
在工程实践中，荷载与结构设计方法的正确应用和运用为保证工程质量和工程安全至关重要。
2. 课程设计要求根据课程的教学要求和实践要求，进行如下课程设计：1.掌握不同类型荷载对结构承载能力的影响；2.学习并掌握结构设计方法；3.能够进行结构优化设计和分析。
3. 课程设计内容3.1 荷载计算荷载计算是结构设计的第一步，本设计将分别使用荷载标准进行相应的荷载计算。
使用不同的荷载标准对设计结果的影响进行比较分析。
3.2 结构设计结构设计是本课程设计的核心内容，包括结构尺寸计算、结构外形设计、构件连接设计以及各种载荷下的强度校核等。
本设计将基于一定的需求和性能指标，进行结构的综合设计和校核。
3.3 结构优化设计和分析在结构设计中，优化设计和分析是不可或缺的一部分。
本设计将通过合理的参数设置，进行结构优化设计，以达到结构性能最优化的目的。
同时，基于优化结构的特点，进行结构力学分析，验证结构的合理性。
4. 课程设计步骤1.完成课程设计的前期准备工作，包括确定项目的类型和性质，选择相关的荷载标准等；2.进行荷载计算，分析荷载对结构承载性能的影响；3.进行结构初步设计，包括结构尺寸计算、结构外形设计、构件连接设计等；4.进行强度校核和合理性验证；5.进行结构优化设计和分析，对结构进行改进和优化；6.根据设计结果，总结经验并撰写课程设计报告。
5. 课程设计报告要求1.课程设计报告应当详细记录课程设计的内容、步骤和结果；2.报告应当包含设计的结果和分析，包括设计方案、校核结果、优化设计数据等；3.课程设计报告应当结构合理、层次分明、文字准确、逻辑严密；4.报告应当按照学校的要求，标明设计者的姓名、学号等相关信息。
荷载与结构设计方法
荷载与结构设计方法
荷载是指施加在结构上的外力、外载和自重等作用力。
结构设计方法是根据荷载的特点和要求，综合考虑结构的强度、刚度、稳定性等因素，确定结构的几何形状、材料和连接方式等。
荷载与结构设计方法的关系是，荷载是结构设计的起点和基础，结构设计方法是根据荷载的作用特点和要求，通过分析、计算和优化等手段确定结构的设计方案和参数。
常用的荷载包括活荷载、恒荷载、雪荷载、风荷载、地震荷载等。
结构设计方法包括力学方法、弹性力学方法、极限平衡法、试验方法等。
力学方法是根据结构的受力特点，采用受力平衡、材料强度和变形等基本原理，对结构进行静力和动力分析，确定结构内力、刚度和变形等参数，进而进行结构设计。
弹性力学方法是在力学方法的基础上，考虑结构的材料弹性特性，采用应力应变关系和变形能原理，对结构进行静力和动力分析，确定结构的应力、应变和变形等参数。
极限平衡法是一种经验方法，适用于一些复杂结构的设计，通过对结构的破坏机理和强度要求进行分析，确定结构的安全系数和极限荷载。
试验方法是通过设计和进行承载性能试验，直接观测和测量结构在荷载作用下的受力、变形和破坏等情况，从而验证和修正设计。
综合运用这些荷载和结构设计方法，可以实现结构的合理、安全和经济设计。
“荷载与结构设计方法”课程教学实践探讨
面再 雨焉
ＤＯＩ 码 ：１ ．９ ９ ｊｉｓ １０ —０ ７ ．０ ００ ０ １ 编 ０３ ６／ ． ｎ．０ ７ ０９ ２ １ ．４．５ ｓ
荷载与结构设计方法＂ 课程教学实践探讨
李树山 解 伟
摘要 ： 荷载与结构设计方法”是土木工程专业 基础课。课程涉及专业知识丰富，教学难度 大。根据对该课 程教学过程的体会和 “
横跨多个学 科体系，知识点多，对 教学提 出了很高 的要求。这 学 中涉及 的各类 典型工程荷载以图片、录像的形式融入到多媒 势必 要求教师 提高 自身业务水平，认 真钻研 教学大 纲、教材， 体课件相应的 内容 中，使学生能够对各类土木工程结构受力问
男， 山西临猗人 ，华北 水利水 电学院土 木与交通 学院，教授 ，主 要研 究方 向 ： பைடு நூலகம்构 可靠度 。 （ 南 郑州 ４ ０４ ） 河 ５０ ５
１９ ９ ８年全国高等教育本科专业调整 以后，原建 筑工程、交 据土木专业各方 向的实际要求，紧密结合各方向所涉及的工程特 通 土建、地下工程 及矿 山建设 等专业合 并为土木工程专业，其 点，有针对 性地 介绍荷载计算与结构设计方法。这样更有利于 课程体系设置也作了相应调整，增设了 “ 荷载与结构设计方法” 学 生 了解 不 同土 木 工 程 结 构 规 范 在 荷 载 与设 计方 法方 面 的差 异 这 门专业基础课 。 大土木背景 下的 “ 载与 结 构 设 计方法” 和整个土木工程结 构的设计理念。在教学内容拓宽上应体现全 荷 课程，横跨多个 学科，涵 盖的专业知识丰富，教学难度 增大。 面、精 练的原则，可 以结合实 际工程编写典 型工程算例，突 出 在本课程 的教学计划中，学时数仅为 ３ ２学时，计 划安排 在第 ５ 重点，强化难点，使学生更清楚理 解大 土木背景下在不同结构 学 期开课。在学 时 基础知识缺乏 、课程内容繁多的条 件下， 形式、不同专业设 计时荷载与结构设 计方法的不同运用。 如何给土木工程 专业的学生上好这门重要 的专业基 础课，提高 课程的教学效果，具有一定的难度。笔者结 合授 课过程的体会，
(完整)《荷载与结构设计方法》(柳炳康)思考题解答
2.10 屋面活荷载有哪些种类？如何取值？房屋建筑的屋面分为上人屋面和不上人屋面，上人屋面应考虑可能出现的人群聚集,活荷载取值较大；不上人屋面仅考虑施工或维修荷载，活荷载取值较小。
屋面设有屋顶花园时，尚应考虑花池砌筑、苗圃土壤等重量。
屋面设有直升机停机坪时，则应考虑直升机总重引起的局部荷载和飞机起降时的动力效应。
机械、冶金、水泥等行业在生产过程中有大量排灰产生,易在厂房及邻近建筑屋面形成积灰荷载，设计时也应加以考虑。
4。
1。
基本风压是如何定义的？影响风压的主要因素有哪些？基本风压是在规定的标准条件下得到的，基本风压值是在空旷平坦的地面上，离地面10m 高,重现期为50年的10min 平均最大风速。
影响风压的主要因素有：(1）风速随高度而变化，离地表越近，摩擦力越大，因而风速越小。
（2）与地貌粗糙程度有关，地面粗糙程度高，风能消耗多、风速则低.（3）与风速时距风有关,常取某一规定时间内的平均风速作为计算标准。
（4）与最大风速重现期有关，风有着它的自然周期，一般取年最大风速记录值为统计样本，对于一般结构，重现期为50年；对于高层建筑、高耸结构及对风荷载比较敏感的结构,重现期应适当提高.当实测风速高度、时距、重现期不符合标准条件时可进行基本风压换算。
4.13。
工程设计中如何考虑脉动风对结构的影响？对于高耸构筑物和高层建筑等柔性结构,风压脉动引起的动力反应较为显著，必须考虑结构风振影响。
《荷载规范》要求，对于结构基本自振周期T 1大于0。
25s 的工程结构，如房屋、屋盖及各种高耸结构；以及对于高度大于30m 且高宽比大于1。
5的高柔房屋，应考虑风压脉动对结构产生的顺风向风振. 结构风振影响可通过风振系数计算：z z z1v ξϕβμ=+，式中脉动增大系数ξ可由随机振动理论导出,此时脉动风输入达文波特（Davenport ）建议的风谱密度经验公式，也可查表确定。
结构振型系数z ϕ可根据结构动力学方法计算,也可采用近似公式或查表确定。
荷载与设计方法
正常使用极限状态
正常使用极限状态是指结构在正常使用过程中所能承受的最大限度和最小限度，超过这个限度就会影 响结构的正常使用或安全。结构设计时需要确保结构在使用过程中不超过正常使用极限状态。
05 荷载与结构安全的关系
安全系数与安全储备
安全系数
在结构设计时，为了确保结构的安全性，通常会采用一个大于1的系数来放大荷载的实际作用，这个系数就是安 全系数。它反映了结构在设计时对荷载不确定性和其他因素的考虑。
安全储备
安全储备是指在结构设计时，除了满足正常荷载要求外，额外考虑的一部分承载能力。这部分承载能力是为了应 对不可预见的超载、地震等偶然事件的发生。
算，以确保结构的安全性和可靠性。
使用极限状态的荷载组合
使用极限状态的荷载组合是指结构在使用过程中所能承受的荷载组合，包括正常使用和短暂使用两种 情况。
在进行使用极限状态的荷载组合时，需要考虑结构的正常使用和短暂使用情况下的受力状态和变形情况， 以及结构在使用过程中可能出现的最不利工况。
使用极限状态的荷载组合是结构设计中的重要环节，需要根据结构的特点和要求进行详细的分析和计算， 以确保结构在使用过程中的安全性和可靠性。
荷载的影响因素
环境因素
包括风、雪、地震等自然因素和 车辆、人群等人为因素，这些因 素可能导致结构受到额外的力或 振动。
结构形式和尺寸
不同的结构形式和尺寸会导致不 同的受力状态，从而影响荷载的 大小和分布。
材料和构造
材料和构造的选择会影响结构的 刚度和质量，进而影响荷载的传 递和分布。
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起多种类型的振动效应。确定作用于工程结构上的风荷载时，必须依据当地风速资料确定
基本风压。风的流动速度随离地面高度不同而变化，还与地貌环境等多种因素有关。
为了设计上的方便，可按规定的量测高度、地貌环境等标准条件确定风速。对于非标
准条件下的情况由此进行换算。在规定条件下确定的风速称为基本风速，它是结构抗风设
的风压值，见表2-1。当城市或建设地区的基本风压值在表中未列出时，也可按《建筑结构
荷载规范》(GB 50009—2001)中全国基本风压分布图(附图2)查得。在进行桥梁结构设计时，
可按《公路桥涵设计通用规范》中全国基本风压分布图查得基本风压值。
1.8
第3章 风荷载
二、 基本风压
风压
1. 标准高度的影响：风速随高度而变化。离地表越近，由于地表摩擦耗能越大，因而 平均风速越小。
第3章 风荷载
1.2
第3章 风荷载
1.3
第3章 风荷载
1.4
第3章 风荷载
1.5
第3章 风荷载
1.6
第3章 风荷载
风压
一、风速与风压的关系
风的强度常用风速表示。当风以一定的速度向前运动遇到建筑物、构筑物、桥梁等阻
碍物时，将对这些阻碍物产生压力，即风压。
风荷载是工程结构的主要侧向荷载之一，它不仅对结构物产生水平风压作用，还会引
1.7
v0 ——风速(m/s)。
第3章 风荷载
风压
在标准大气压情况下， γ=0.012018kN/m3，g =9.80m/s2，可得：
W 02 gv020 2 .0 19 2.0 8 1 0 8v021v 60 3 20(K N/m 2)
(3-2)
在不同的地理位置，大气条件是不同的， γ和 g值也不相同。资料缺乏时，空气密度
表3-2 实测风速高度换算系数
实测风速高度/m
4
6
8
10
12
14
16
18
高度换算系数
1.158
1.085
1.036
1.000
0.971
0.948
0.928
0.91
2.不同时距换算 时距不同，所求得的平均风速也不同。有时天气变化剧烈，气象台站瞬时风速记录时
距小于10min，因此在某些情况下需要进行不同时距之间的平均风速换算。实测结果表明， 各种不同时距间平均风速的比值受到多种因素影响，具有很大的变异性。不同时距与 10min时距风速换算系数可近似按表3-3取值。
1.9
第3章 风荷载
风压
三、非标准条件下的风速或风压的换算
1. 不同高度换算 即使在同一地区，高度不同，风速也会不同。当实测风速高度不足10m标准高度时， 应由气象台站根据不同高度风速的对比观测资料，并考虑风速大小的影响，给出非标准高 度风速与10m标准高度风速的换算系数。缺乏观测资料时，实测风速高度换算系数也可按 表3-2取值。
计必须具有的基本数据。
风速和风压之间的关系，可由流体力学中的伯努利方程得到。自由气流的风速产生的
单位面积上的风压力为：
W0 12v02 2gv02
(3-1)
式中， W 0 ——单位面积上的风压力(kN/m2)； ρ——空气密度(kg/m3)；
γ——空气单位体积重力(kN/m3)；
g——重力加速度(m/s2)；
表3-4 不同重现期与重现期为50年的基本风压换算系数
重现期/年 重现期换算系数
100
60
50
40
30
20
10
1.10
1.03
1.00
0.97
0.93
0.87
0.77
1.11
第3章 风荷载
风压高度变化系数
地面粗糙度等级低的地区，其梯度风高度比等级高的地区低，如图3.2所示。
根据实测结果分析，大气边界层内平均风速沿高度变化的规律可用指数函数来描述，即：
v z
式中， v ——任一高度z处平均风速；
v 0
z 0
(3-3)
v0——标准高度处平均风速；
z ——离地面任一高度(m)；
0
z
——离地面标准高度，通常取为10m；
a ——与地面粗糙度有关的指数，地面粗糙度平方成正比，将式(3-3)代入，可得：
2
W(z) v2 z
可假设海拔高度为0m，取 ρ=1.25(kg/m3)；重力加速度 g不仅随高度变化，而且与纬度有关；
空气重度 γ是气压、气温和温度的函数，因此，各地的 的值/ g 均不相同。为了比较不同地
区风压的大小，必须对地貌、测量高度进行统一规定。
根据统一规定，《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)给出了全国各城市50年一遇
2. 标准地貌的规定：同一高度处的风速与地貌粗糙程度有关。地面粗糙程度高，风能 消耗多，风速则低。
3. 公称风速的时距：公称的风速实际是一定时间间隔内(称为时距)的平均风速。风速随 时间不断变化，常取某一规定时间内的平均风速作为计算标准。风速记录表明，10min的平 均风速已趋于稳定。时距太短，易突出风的脉动峰值作用；时距太长，势必把较多的小风 平均进去，致使最大风速值偏低。
表3-3 不同时距与10 min时距风速换算系数
实测风速时距
60min
10min
5min
2min
1min
0.5min
20s
10s
1.10
时距换算系数
0.940
1.00
1.07
1.16
1.20
1.26
1.28
1.35
第3章 风荷载
风压
应该指出，表中所列出的是平均比值。实际上有许多因素影响该比值，其中最重要的有： (1) 平均风速值。实测表明，10min 平均风速越小，该比值越大。 (2) 天气变化情况。一般天气变化越剧烈，该比值越大。如雷暴大风最大，台风次之， 而寒潮大风(冷空气)则最小。 3. 不同重现期换算 重现期不同，最大风速的保证率将不同，相应的最大风速值也不同。我国目前按重现 期50年的概率确定基本风压。重现期的取值直接影响到结构的安全度，对于风荷载比较敏 感的结构，重要性不同的结构，设计时有可能采用不同重现期的基本风压，以调整结构的 安全水准。不同重现期风速或风压之间的换算系数可按表3-4取值。
4. 最大风速的样本时间:由于气候的重复性，风有着它的自然周期，每年季节性地重复 一次。因此，年最大风速最有代表性。
5. 基本风速的重现期:取年最大风速为样本，可获得各年的最大风速。每年的最大风速 值是不同的。工程设计时，一般应考虑结构在使用过程中几十年时间范围内，可能遭遇到 的最大风速。该最大风速不是经常出现，而是间隔一段时间后再出现，这个间隔时间称为 重现期。