3-荷载作用与结构设计原则
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。
建筑结构上的荷载与作用
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。
高层建筑结构荷载作用与结构设计原则
3.2 风荷载的计算
（4）高层建筑的风振系数βz
z 1 (3.26) 《荷载》：7.4.1 对z 于基本自振周期T1 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 z的高柔房屋，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。
计算：它可由构件和装修的尺寸和材料的重量直接计算，材料的自重可按荷载规范阿取值。
注意：在高层建筑结构设计中，恒荷载计算时不要漏项。
3.1 竖向荷载的计算
3.1.2 活荷载 相对恒荷载，活荷载种类较多，计算也复杂。 1）取值：楼面均布活荷载可按《荷载》规范取； 2）折减：设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面荷载在标准值应乘以《荷载》规定的折减系数。 3）施工或检修荷载：一般取1.0～1.52。 4.5.1 设计屋面板、檩条、钢筋砼挑檐、雨篷和预制小梁时,施工或检修集中荷载(人和小工具的自重) 应取1.0，并应在最不利位置处进行验算。
3.2 风荷载的计算
3.2.1 风荷载标准值和基本风压 《高规》：3.2.1 主体结构计算时，垂直于建筑物表面的风荷载标准值应按（3.2.1）式计算，风荷载 作用面积应取垂直于风向的最大投影面积。
（3.2.1） 式中：ωk—风荷载标准值（）； ωo—基本风压（2）；μz—风压高度变化系数； μs—风荷载体型系数；βz—z度处的风振系数。
G H 式中：、—分别为i集中i 于质点i、j的重力荷载代表值；
F F 1 、—质i点i、j的n 计算高度； Ek
n
G H δn—顶部附加地震作用系数，可按表采用。 jj
荷载与与结构设计原则复习
荷载与与结构设计原则复习第一章荷载类型1．荷载类型：1．荷载与作用：荷载、直接作用、间接作用、效应2．作用的分类：按随时间的变异、随空间位置的变异和结构的反应分类例如：1、由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力称为荷载。
(√)2、由各种环境因素产生的间接作用在结构上的各种力称为荷载。
(×)3、什么是荷载? (荷载的定义是什么?)?)答：由各种环境因素产生的直接作用在结构的各种力称为荷载。
4、土压力、风压力和水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷载。
(×)5、什么是效应?答：作用在结构上的荷载使结构产生的内力、变形、裂缝等就叫做效应。
6、什么是作用?直接作用和间接作用?答：使结构产生效应(结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等)的各种因素总称为作用。
可归结为作用在结构上的力的因素称为直接作用；不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用。
7、只有直接作用才能引起结构效应，间接作用并不能引起结构效应。
(×)8、严格意义上讲，只有直接作用才能称为荷载。
(√)9、以下几项中属于间接作用的是C C10、预应力属于 A 。
温度变化属于 B 。
A、永久作用B、静态作用C、直接作用D、动态作用第二章重力1．重力(静载)1）结构自重2）土的自重应力3）雪荷载（基本雪压、雪重度、屋面的雪压）例如：1、基本雪压是指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、我国基本雪压分布图是按照 C 一遇的重现期确定的。
A、10年B、30年C、50年D、100年3、虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定是同时出现。
(√)4、造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因有：风、屋面形式和屋面散热等。
2．重力(活载)1）车辆荷载：公路车辆荷载（车道荷载、车列荷载）、列车荷载2）楼面活荷载例如：1、车列荷载与车道荷载有什么区别?答：车列荷载是把大量经常出现的汽车荷载排列成车列的形式作为设计荷载。
荷载作用与结构设计原则
结构的适用性
01
结构在正常使用过程中，应具有 良好的工作性能，满足使用要求 。
02
结构的正常使用应满足耐久性要 求，保证结构在规定的使用年限 内正常工作。
结构的耐久性
结构在正常使用和维护条件下，应具 有足够的耐久性，满足设计使用年限 的要求。
结构的耐久性应考虑环境因素对结构 性能的影响，如温度、湿度、化学腐 蚀等。
楼盖梁板设计
根据楼盖荷载计算结果，进行楼盖梁板的设计，以满 足承载力和稳定性要求。
05
结构材料选择
钢材
01
钢材强度高、延性好，适用于承受较大动荷载和静荷载的建筑 物。
02
钢材易于加工、焊接，便于施工，适用于各种复杂结构形式。
钢材耐腐蚀性差，需要采取防腐措施，如涂装、热镀锌等。
03
混凝土
01 混凝土抗压强度高、耐久性好，适用于承受较大 静荷载的建筑物。
分析方法
常见的分析方法有静力分析、动力分析和有限元分析等。
02
结构设计原则
结构的安全性
01
结构在正常施工和正常使用过程中，能承受可能出 现的各种作用，即具有足够的承载能力。
02
结构在偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性，即 具有足够的稳定性。
03
结构在正常使用的各过程中，不会出现过大的变形 或裂缝，影响正常使用和耐久性。
梁板设计
01
02
03
梁板截面尺寸
根据跨度、荷载大小和材 料性能等条件，确定梁板 截面尺寸。
梁板内力分析
通过计算和分析，确定梁 板在各种荷载作用下的内 力分布。
梁板配筋设计
根据梁板内力分析结果， 进行配筋设计，以满足承 载力和稳定性要求。
高层建筑设计理论第3章
2、风压高度变化系数 μ Z 风速大小不仅与高度有关，一般越靠近地面风速越小，
愈向上风速越大，而且风速的变化与地貌及周围环境有直 接关系。
风压高度变化系数
表 3-7 风压高度变化系数 z
风压的高度变化
单位面积风荷载标准值
(1)当计算主要承重结构时
wk z s z w0
式中 wk ——风荷载标准值(kN/m2)； w0 ——基本风压(kபைடு நூலகம்/m2)；
s ——风压高度变化系数； z ——风荷载体型系数； z ——z 高度处的风振系数。
(2)当计算围护结构时
wk gz s z w0
式中 gz ——高度 z 处的阵风系数。
基本风压
作用在建筑物上的风压力与风速有关，可表示为：
0
1 2
2
式中 0 ——用于建筑物表面的风压(N／m2)； ——空气的密度，取 =1.25k9／m3； ——平均风速(m／s)。
全国l0年、50年和l00年一遇的风压标准值可由《建筑结 构荷载规范》(GB50009--2012)附表中查得。
屋面活荷载
屋面活荷载一般可按下述方法进行取值： 1.房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载的标准值 及其组合值系数、频遇值系数和准永久值系数的取值，不应小于 表3-3的规定。 2．屋面直升机停机坪荷载应按局部荷载考虑，或根据局部荷载换 算为等效均布荷载考虑，其等效均布荷载不应低于5.0kN/m2。
2.风力受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。例如，由于不对称遮挡而使风力偏心产生扭转；相邻 建筑物之间的狭缝风力增大，使建筑物产生扭转等等。在这些情况下要适当加大 安全度。
高层建筑 第三章荷载作用与组合
(3) 偶然荷载：在结构使用期间不一定出现，一旦出现， 其量值很大且持续时间较短的荷载。如地 震、爆炸力、撞击力等。 按作用方向：(1) 竖向荷载：荷载作用方向沿垂直方向的 荷载。如结构自重、楼屋面活荷载等。 (2)水平荷载：荷载作用方向沿水平方向的荷 载。如风荷载、水平地震作用等。 与多层建筑相比，高层建筑层数多、高度较大，其竖向荷 载的影响是与建筑高度成正比的线性关系，而水平作用所 产生的作用效应随建筑高度成非线性的增长。并逐渐成为 设计控制指标。 三、荷载代表值 荷载代表值是指为了方便设计给荷载规定以一定的量值。 包括：标准值、组合值、频遇值和准永久值。 其中标准值指正常情况下在设计基准期（如50年）内可能 出现的最不利荷载值，是荷载的基本代表值，而其他代表
离地面或海 平面高度
A 5 1.09 1.00 0.65 10 1.28 1.00 0.65 20 1.52 1.23 0.74 30 1.67 1.39 0.88 40 1.79 1.52 1.00 50 1.89 1.62 1.10 60 1.97 1.71 1.20 70 2.05 1.79 1.28 80 2.12 1.87 1.36 90 2.18 1.93 1.43 100 2.23 2.00 1.50 150 2.46 2.25 1.79 200 2.64 2.46 2.03
值是采用相应的系数乘以其标准值得出。系数查现行《建 筑结构荷载规范》（GB50009-2012）。 永久荷载应采用标准值作为代表值；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；偶然荷载应按建筑结构使用特点确定其代表值。 建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现 的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进 行荷载组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。 对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合或偶 然组合进行荷载组合。对于正常使用极限状态，应根据不 同的设计要求，采用荷载的标准组合或偶然组合、频遇组 合或准永久组合进行荷载组合。
荷载与与结构设计原则复习
荷载与与结构设计原则复习第一章荷载类型1．荷载类型：1．荷载与作用：荷载、直接作用、间接作用、效应2．作用的分类：按随时间的变异、随空间位置的变异和结构的反应分类例如：1、由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力称为荷载。
(√)2、由各种环境因素产生的间接作用在结构上的各种力称为荷载。
(×)3、什么是荷载? (荷载的定义是什么?)?)答：由各种环境因素产生的直接作用在结构的各种力称为荷载。
4、土压力、风压力和水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷载。
(×)5、什么是效应?答：作用在结构上的荷载使结构产生的内力、变形、裂缝等就叫做效应。
6、什么是作用?直接作用和间接作用?答：使结构产生效应(结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等)的各种因素总称为作用。
可归结为作用在结构上的力的因素称为直接作用；不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用。
7、只有直接作用才能引起结构效应，间接作用并不能引起结构效应。
(×)8、严格意义上讲，只有直接作用才能称为荷载。
(√)9、以下几项中属于间接作用的是C C10、预应力属于 A 。
温度变化属于 B 。
A、永久作用B、静态作用C、直接作用D、动态作用第二章重力1．重力(静载)1）结构自重2）土的自重应力3）雪荷载（基本雪压、雪重度、屋面的雪压）例如：1、基本雪压是指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、我国基本雪压分布图是按照 C 一遇的重现期确定的。
A、10年B、30年C、50年D、100年3、虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定是同时出现。
(√)4、造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因有：风、屋面形式和屋面散热等。
2．重力(活载)1）车辆荷载：公路车辆荷载（车道荷载、车列荷载）、列车荷载2）楼面活荷载例如：1、车列荷载与车道荷载有什么区别?答：车列荷载是把大量经常出现的汽车荷载排列成车列的形式作为设计荷载。
第二篇建筑结构设计的基本原则
(2)由永久荷载效应控制的组
S=γGSGk＋∑ ψ Qi γQiSQik
上式中各符号的意义见课P21
荷载分项系数
荷载类型 永久荷载
可变荷载
荷载特征
当其效应对结构不利时 对由可变荷载效应控制的组合 对由永久荷载效应控制的组合
当其效应对结构有利时 一般情况
Qk＝6KN/m
Gk＝15KN/m
解：
（1）计算荷载标准值作用下的跨中弯矩：
恒荷载作用下： MGK
1 8
GK
l02
1 8
15
62
67.5KN
M
活荷载作用下：
M QK
1 8
QK
l0 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 8
6
62
27KN M
（2）承载能力极限状态设计时跨中弯矩设计值：
①按可变荷载效应控制的组合：查表可得 G 1.2 Q 1.4
直接作用——施加在结构上的荷载。如结构自重、家具及人 群荷载等。
间接作用——指引起结构外加变形和约束变形的原因。如温 度变化、混凝土收缩、地基沉降等。
（一）荷载的分类
1.永久荷载——也称为恒荷载。指在结构的使用期间，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，如结构自重、土压力、 预应力等。
S=γGSGk+γQ1SQ1k＋∑ ψ Qi γQiSQik
(2)由永久荷载效应控制的组
S=γGSGk＋∑ ψ Qi γQiSQik
上式中各符号的意义见课本P21
γ0S≤R
R——结构构件的承载力设计值。在抗震设计时， 应除以承载力抗震调整系数γRE
建筑结构设计原理的核心概念与基本原则解析
建筑结构设计原理的核心概念与基本原则解析在建筑领域中，结构设计是一项至关重要的工作。
它涉及到建筑物的稳定性、强度和安全性等方面，直接影响到建筑物的使用寿命和居住者的安全。
本文将解析建筑结构设计的核心概念与基本原则，以帮助读者更好地了解这一领域。
一、核心概念1. 结构：建筑物的结构是指支撑和承载建筑物自身或外部作用力的各项构件，包括梁、柱、墙等。
结构的设计需考虑建筑物的功能、外部环境以及材料的选择。
2. 荷载：荷载是指作用在建筑物上的力或力矩。
荷载可以分为静态荷载和动态荷载。
静态荷载包括自重荷载、雨水荷载等，而动态荷载则包括地震荷载、人员活动引起的荷载等。
3. 强度：强度是指建筑结构所能承受的最大荷载。
在结构设计中，需要确保结构能够安全地承受外部作用力，避免出现塌方等意外情况。
4. 稳定性：稳定性是指建筑结构保持平衡的能力。
稳定性设计旨在确保建筑物在受到外部力作用时不发生倾覆或失稳。
5. 钢结构和混凝土结构：钢结构和混凝土结构是目前常见的建筑结构类型。
钢结构具有高强度和较大的跨度优势，适用于大跨度的大型建筑物；混凝土结构具有较好的耐久性和抗震性能，适用于多层住宅和办公楼等建筑。
二、基本原则1. 安全性：安全性是建筑结构设计的首要原则。
设计师需要根据荷载和使用需求来选择适当的结构形式和材料，并合理设计构件的尺寸和连接方式，确保建筑物能够安全承载荷载。
2. 经济性：经济性是建筑结构设计的重要原则。
设计师需要在确保安全性的前提下，尽量减少材料和成本的使用，提高建筑物的使用寿命。
3. 简洁性：简洁性是建筑结构设计的追求目标之一。
设计师应尽量简化结构形式和构件的布局，减少不必要的细节和附加工艺，提高施工效率。
4. 美观性：美观性是建筑结构设计的重要考虑因素之一。
设计师需要将结构元素融入建筑整体，使建筑物既具有良好的结构性能，又具备美观的外观。
5. 可持续性：可持续性是当代建筑结构设计的关键原则。
设计师应采用环保材料，考虑建筑物的能源利用效率和生命周期环境影响，减少对环境的负面影响。
项目工程荷载习题集标准答案
《荷载与设计原则》习题答案第1章荷载与作用一、填空题1．作用是施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因。
2．作用是使结构或构件产生效应的各种原因。
3．结构上的作用可分为直接作用和间接作用，荷载是直接作用。
4．施加在结构上的集中力或分布力称为直接作用，与结构本身性能无关；引起结构外加变形或约束的原因称为间接作用，该作用的大小与结构自身的性质有关。
5．土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。
它既指工程建设的对象，也指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等专业技术。
6．土木工程结构是指由若干个构件组成的受力体系，是土木工程的骨架，也是它们赖以存在的基础。
它的主要功能是承受工程在使用期间可能出现的各种荷载并将它们传递给地基。
7．现代土木工程的建造必须经过论证策划、设计、施工 3个主要环节。
8．土木工程设计包括功能设计和结构设计。
功能设计是实现工程建造的目的、用途；结构设计是决定采用怎样形式的骨架将其支撑起来，怎样抵御和传递作用力，各部分尺寸如何，用什么材料制造等等。
9．工程结构设计是在工程结构的可靠与经济、适用与美观之间，选择一种最佳的合理的平衡，使所建造的结构满足预定的各项功能要求。
10．工程结构的“功能要求”是指工程结构安全性、适用性和耐久性，统称为可靠性。
11．荷载效应和结构抗力之间最佳的合理的平衡，就是使工程结构既经济又具有一定的可靠度。
二、多项选择1、下列作用属于直接作用的为（ A、B、E ）A．自重 B．土压力 C．混凝土收缩徐变 D．焊接变形 E、桥梁上的车辆重量2、下列作用属于间接作用的为（ A、C、D ）A．地基变形B．水压力C．温度变化D．地震作用E．水中漂浮物对结构的撞击力3、荷载效应是指（A、C、D、E ）A．内力B．温度C．位移D．裂缝E．应力三、单项选择1、工程结构的“功能要求”（或“可靠性”）是指工程结构的（B ）A．可靠、经济、适用、美观B．安全性、适用性和耐用性C．安全性、经济、适用D．可靠、耐用、美观2、荷载取值和荷载计算正确与否直接影响（C ）的计算A．结构抗力B．结构可靠度C．荷载效应D．结构尺寸四、简答题1、荷载与作用对土木工程设计有何意义？工程结构设计是在工程结构的可靠与经济、适用与美观之间，选择一种最佳的合理的平衡，使所建造的结构能满足预定的各项功能要求。
荷载与设计要求,建筑结构设计计算的一般规定
确定楼面梁、墙、柱及基础的荷载标准值时，应 将楼面活荷载标准值乘以规定的折减系数。 1）设计楼面梁时，上表中的折减系数为: ①第1项当楼面梁从属面积超过25m2时，取0.9； ②第2～8项当楼面梁从属面积超过50m2时，取0.9； ③第9项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取 0.8；
1、 单位面积上的风荷载标准值 我国《建筑结构荷载规范》规定垂直作用于 建筑物表面单位面积上的风荷载标准值 wk(KN/m2)按下式计算：
2）上人的屋面，当兼作其他用途 时，应按相应楼面活荷载采用。
3）对于因屋面排水不畅、堵塞等引 起的积水荷载，应采取构造措施加以防 止；必要时，应按积水的可能深度确定 屋面活荷载。
4）屋顶花园活荷载不包括花圃土石 等材料自重。
屋面均布活载不应与雪荷载同时组 合，雪荷载的取用见《荷载规范》。
活荷载按楼层的折减系数
确定高层建筑风荷载的方法有两种，大多 数建筑（高度300m以下）按照《荷载规范》规 定的方法计算风荷载值，少数建筑（高度大、 对风荷载敏感或有特殊情况者）还要通过风洞 试验确定风荷载，以补充规范的不足。
一般情况下，在风力不很大的地震区建 筑物仅考虑地震作用而不考虑风荷载；而在 风力较大的地震区建筑物，则需同时考虑风 荷载和地震作用；在没有抗震设防要求的地 区，风荷载起主要的控制作用。
0.7 0.7
0.7 0.7
0.7 0.7 0.7
0.7
0.5 0.7
0.4 0.5
0.4 0.5 0.3
0.5
注：1）本表所给各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载较大或情 况特殊时，应按实际情况采用；
第二章 结构设计基本原则
第二章
结构设计基本原则
3）耐久性 建筑结构在正常维护条件下应具有足够的耐久性 能，不致因混凝土的劣化、腐蚀或钢筋的锈蚀等影响 结构正常使用到规定的设计使用年限。
安全性、适用性和耐久性可概括为结构的可靠性。
即结构在规定的设计使用年限内，在正常设计、正常 施工、正常使用和正常维护条件下，完成预定功能的 能力。结构的可靠性可用概率来度量，即结构完成预 定功能的概率，称为结构的可靠度。
19
第二章
结构设计基本原则
第三节 极限状态设计法
一、结构极限状态的定义和分类
1.定义
结构能完成预定功能的可靠状态与其不能完成预
定功能的失效状态的界限，称为极限状态。或者说，
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满
足设计规定的某一功能要求，则此特定状态称为该功 能的极限状态。
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第二章
结构设计基本原则
用于结构使用时的正常情况。 2. 短暂设计状况 指在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用 年限相比持续期很短的设计状况。短暂设计状况适用于结构出 现的临时情况，包括结构施工和维修时的情况等。
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第二章
结构设计基本原则
3. 偶然设计状况
指在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的设计 状况。偶然设计状况适用于结构出现的异常情况，包括结构遭 受火灾、爆炸、撞击时的情况等。 4. 地震设计状况 指结构遭受地震时的设计状况。地震设计状况适用于结构 遭受地震时的情况，在抗震设防地区必须考虑地震设计状况。
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第二章
结构设计基本原则
二、结构的可靠概率和失效概率 结构完成预定功能的工作状态用结构的功能函数 Z 来描述，即 Z = R －S 当Z＞0时，即结构抗力R大于作用效应S时，则结构 能完成预定的功能，处于可靠状态； 当Z＜0时，即结构抗力R小于作用效应S时，结构不 能完成预定的功能，处于失效状态； 当 Z=0 时，即结构抗力 R 等于作用效应 S 时，则结构 处于极限状态。 因此，结构可靠工作的基本条件为： Z ≥0 或R≥Ｓ 13
高层建筑结构复习
高层建筑结构复习高层建筑结构复习提纲考试题目类型：（1）名词解释（8、9道左右）40分左右；（2）判断题（10道左右）20分左右；（3）简答题（5、6道左右）40分左右一、绪论1.高层建筑：10层及10层以上或房屋高度超过28 m 的住宅建筑和高度大于24 m 的其他民用建筑（凡在设计、施工等过程中均需考虑与高度有关的因素的建筑）。
2.超高层建筑：高度超过100 m 的建筑物。
二、高层建筑结构体系和结构布置1.高层建筑结构体系的分类及其特点：（1）框架结构体系：布置灵活，可形成较大的室内空间，但刚度小，整体位移和层间位移大。
随着高度增加，框架底部梁柱弯矩和剪力显著增加，层数不宜过高。
变形曲线呈剪切型。
（2）剪力墙结构体系：刚度大，空间整体性好，抗震性能好，顶点水平位移和层间位移均较小。
因房屋开间小，建筑平面布置和使用要求上受到限制。
（3）框架-剪力墙结构体系：集合框架结构和剪力墙结构的双重优点。
布置灵活、使用方便，又有较大的刚度和良好的受力性能、抗震性能。
（4）筒体结构体系：空间刚度很大，抗风、抗震性能好。
（5）巨型结构体系：由多级结构组成，包括巨型框架结构和巨型桁架结构。
有良好的防连续倒塌体系，多道抗震防线，抗震性能好。
2.为何要限制高层建筑结构的高宽比H/B和最大适用高度H？答：为了防止产生过大的侧向变形，造成电梯运行困难，减少非结构构件和装饰材料的破坏，以及强烈地震作用下火强台风袭击下房屋的整体倾覆，所以要对高层建筑结构的高宽比和最大适用高度进行限制。
3.结构的平面布置原则：平面形状宜简单、规则、对称，刚度和承载力分布均匀，避免凹角和狭长的缩颈部位，并选用风压较小的形式，不应采用严重不规则的平面形状。
4.平面不规则类型有：扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续。
5.结构竖向布置原则：体型规则、均匀，避免较大的外挑和内收，结构的承载力和刚度自下而上宜均匀变化，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。
习题答案
《荷载与设计原则》习题答案第1章荷载与作用一、填空题1．作用是施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因。
2．作用是使结构或构件产生效应的各种原因。
3．结构上的作用可分为直接作用和间接作用，荷载是直接作用。
4．施加在结构上的集中力或分布力称为直接作用，与结构本身性能无关；引起结构外加变形或约束的原因称为间接作用，该作用的大小与结构自身的性质有关。
5．土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。
它既指工程建设的对象，也指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等专业技术。
6．土木工程结构是指由若干个构件组成的受力体系，是土木工程的骨架，也是它们赖以存在的基础。
它的主要功能是承受工程在使用期间可能出现的各种荷载并将它们传递给地基。
7．现代土木工程的建造必须经过论证策划、设计、施工 3个主要环节。
8．土木工程设计包括功能设计和结构设计。
功能设计是实现工程建造的目的、用途；结构设计是决定采用怎样形式的骨架将其支撑起来，怎样抵御和传递作用力，各部分尺寸如何，用什么材料制造等等。
9．工程结构设计是在工程结构的可靠与经济、适用与美观之间，选择一种最佳的合理的平衡，使所建造的结构满足预定的各项功能要求。
10．工程结构的“功能要求”是指工程结构安全性、适用性和耐久性，统称为可靠性。
11．荷载效应和结构抗力之间最佳的合理的平衡，就是使工程结构既经济又具有一定的可靠度。
二、多项选择1、下列作用属于直接作用的为（ A、B、E ）A．自重 B．土压力 C．混凝土收缩徐变 D．焊接变形 E、桥梁上的车辆重量2、下列作用属于间接作用的为（ A、C、D ）A．地基变形B．水压力C．温度变化D．地震作用E．水中漂浮物对结构的撞击力3、荷载效应是指（A、C、D、E ）A．内力B．温度C．位移D．裂缝E．应力三、单项选择1、工程结构的“功能要求”（或“可靠性”）是指工程结构的（B ）A．可靠、经济、适用、美观B．安全性、适用性和耐用性C．安全性、经济、适用D．可靠、耐用、美观2、荷载取值和荷载计算正确与否直接影响（C ）的计算A．结构抗力B．结构可靠度C．荷载效应D．结构尺寸四、简答题1、荷载与作用对土木工程设计有何意义？工程结构设计是在工程结构的可靠与经济、适用与美观之间，选择一种最佳的合理的平衡，使所建造的结构能满足预定的各项功能要求。
荷载作用和结构设计要求
S0为基本雪压，μr为屋面积雪分布系数，可按《荷载规范》取用。 （2）雪荷载的组合值系数可取 0.7；频遇值系数可取 0.6；准永久值系数按雪荷载分 区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的不同，分别取 0.5、0.2 和 0。 （3）雪荷载不应与屋面均布活荷载同时组合。
在迎风面以及房屋侧面宽度为1/6墙面宽度的 角隅部分，要验算外墙围护结构强度及连接强度。 迎风面体型系数用1.5，侧面体型系数用－1.5。 因此单位面积上风载为
wi 1.5 z z w0 wc 1.5 z z w0
风洞试验
风洞试验是一种测量在大气边界层(风速变化 的高度范围)内风对建筑物作用大小的有效手段。 ➢摩天大楼可能造成很强的地面风，对行人和商店 有很大影响； ➢当附近还有别的高层建筑时，群楼效应对建筑物 和建筑物之间的通道也会造成危害 ➢建筑在风荷载作用下的舒适度也可以通过风洞试 验来验算。
风压作用方向都与作用表面垂直。风
压 分 布
其中图(a)是风压分布平面图，表明当空气流经建筑物时，在迎风面产生压力，在背风面产生吸力，在侧 风面也产生吸力； 图(b)、(c)是房屋表面风压分布系数，表明沿房屋表面风压值并不均匀，该系数是指表面风压值与基本 风压值的比值，正值为压力，负值为吸力。
高 层 建 筑 体 型 系 数
恒荷载
恒荷载是指各种结构构件自重和找平层、保温层、防水层、装修材料层、 隔墙、幕墙及其附件、固定设备及其管道等重量，其标准值可按构件及其装修 的设计尺寸和材料单位体积或面积的自重计算确定。
材料容重可从《荷载规范》查取；固定设备由相关专业提供。
活荷载
1、楼面活载 1）高层建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数，
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C
D
A
B
C
D
>450 400 350 300 250 200 150 100 90 80
3.12 3.12 3.12 3.12 2.99 2.83 2.64 2.40 2.34 2.27
3.12 3.12 3.12 2.97 2.80 2.61 2.38 2.09 2.02 1.95
3.12 3.12 2.94 2.75 2.54 2.30 2.03 1.70 1.62 1.54
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§3.3.1 一般计算原则
表3-4 设防8烈度 多遇地震 设防地震 罕遇地震 6度 0.04 0.12 0.28 水平地震影响系数最大值αmax 7度 8度 9度 0.08（0.12） 0.16（0.24） 0.32 0.23（0.34） 0.45（0.6） 0.90 0.50（0.72） 0.90（1.20） 1.40
框
架
框架-剪力墙 剪力墙、筒体
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§ 3.2.1 风荷载的特点
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。
(1)动力特性
波动风压会在建筑物上产生一定的动力效应（用静荷载乘风振系数
βz来考虑）。
(2)不均匀性
在计算整体作用时，取各个表面的平均风压；
别 标准值(kN／m2) 3.0— 4.0 4.0一5.0 准永久值系数 (ψq) 0.5 0.8
酒吧间、舞厅、 展销厅 屋顶花园
3
4 5
贮藏室
饭店厨房、洗衣房 健身房、娱乐室
5.0— 8.0
4.0— 5.0 3.0一4.5
0.8
0.5 0.5
荷载较大时 按实际情况
施工荷载一般取1.0～1.5 kN/m2；
2016/2/28 作用点：各表面风荷载合力作用点，即为总风荷载作用点。 21
§3.2.4 总风荷载和局部风荷载
（2）局部风荷载
概念：在某些风压较大的部位，要考虑局部风荷载对
某些构件的作用； 方法：局部增大体型系数； 计算式： 迎风面：ωi =1.5βzμzω0 侧面： ωc =﹣1.5βzμzω0 局部上浮风荷载： ωi =2βzμzω0
z
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§3.2.2 风荷载标准值及基本风压
图3.2
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平均风压与波动风压
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§ 3.2.3 横风向风振
当结构高宽比较大，结构顶点风速大于临界风速时，
会引起明显的结构横风向振动；
对于横风向振动作用明显的高层建筑，应考虑横风向
风振的影响；
横风向风振的计算范围、方法及顺风向与横风向效应
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§3.2.5 等效风荷载
(2)小塔楼上的风荷载
突出屋面的楼（电）梯间、水箱、女儿墙等的风荷载，按 对主体结构顶部位移相等的原则，简化为作用在主体结构顶 部的集中力P。
hn+1
wn+1
塔楼
P1 P1
hn+1
2
m1
P1
m1
主体结构
P1=Wn+1hn+1
H
n+1 m1=P1 h2
P1
P2
P1+P2
• βz ——z高度处的风振系数。
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§3.2.2 风荷载标准值及基本风压
（1）基本风压值w0
基本风压值w0 是以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所
得的50年一遇10min平均最大风速V0为标准；
w0 = v02/2
不得小于0.3KN/ ㎡； 一般的高层建筑，用《荷载规范》中所给的w0 乘以1.1后使用； 对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，需要考虑重现
在计算局部表面的作用时，采用局部风载体型系数。
(3)影响因素多
近地风的性质、风速、风向有关；
建筑物所在地的地貌及周围环境有关；
建筑物本身的高度、形状以及表面状况有关。
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§ 3.2.2 风荷载标准值及基本风压
wk=βzμzμsw0
• Wk——风荷载标准值（KN/m2）;
• w0——基本风压（ KN/m2 ）； • μs ——风荷载体型系数； • μz ——风压高度变化系数；
恒荷载的计算：
由构件和装修的尺寸和材料重量直接计算。材料自重
参考《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）
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§ 3.1.2 活荷载
高层建筑结构的楼面活荷载应按《荷载规范》取用； 规范中未规定的楼面均布活荷载按表3.1取值；
表3-1
项 次 l 2 类
规范中未规定的楼面均布活荷载
期为100年的强风； 基本风压值不是风对建筑物表面的压力； 荷载规范（GB50009-2001）》附录D可查出重现期为10年、50 年、100年的w0值。
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§3.2.2 风荷载标准值及基本风压
（2）风荷载体形系数μs
风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的
实际压力（或吸力）与基本风压w0的比值。 它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力 的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与 周围环境和地面粗糙度有关； 当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较 近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应；一般可将单 独建筑物的体型系数乘以相互干扰增大系数，该系数 可参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞 试验得出。
1.45 1.35 1.25 1.13 1.00 1.84 0.74 0.74 0.74
1.02 0.93 0.84 0.73 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62
注： 对于山顶及山坡上的高层房屋，可采用从山麓算起的风压高度变化系数。
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§3.2.2 风荷载标准值及基本风压
的组合方法应符合《荷载规范》相关规定；
考虑横风向风振影响时，结构主轴方向的侧位移应符
合有关楼层层间最大位移与层高之比的要求。
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§ 3.2.4 总风荷载和局部风荷载
总体效应：作用在建筑物上的全部风荷载使结构产生的
内力及位移； 局部效应：风荷载对建筑物某个部位产生的内力及变形。
图3.4
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小塔楼上风荷载的简化
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§3.2.5 等效风荷载
小塔楼上风荷载的简化
△P=P2H3/(3EI) ；
△m1=m1H2/(2EI)；
令△P =△m1，得： P2=3m1/(2H)=3P1hn+1/(4H) P=P1+P2=P1+3P1hn+1/(4H) =P1[1+3hn+1/(4H)] =Wn+1hn+1[1+3hn+1/(4H)]
主讲教师：陈道政 教授
第三章：高层建筑结构荷载作用 和结构设计原则
3.1 恒荷载及楼面活荷载的计算 3.2 风荷载的计算 3.3 地震作用的计算 3.4 荷载效应组合
3.5 结构简化计算原则
3.6 高层结构的设计要求
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施加于结构层上的荷载和作用有：
竖向荷载 风荷载 地震作用 施工荷载 由于材料体积变化受阻引起的作用
图3.5
等效集中荷载示意图
经简化后，作用在高层建筑上的风荷载，结构分析时可只取主体结构参与 计算。
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图3.6
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塔楼风荷载示意图
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§ 3.2.6 关于风洞实验
(1)风荷载对高层建筑的影响 (2)宜按风洞试验确定风荷载的建筑物 (3)风洞试验的模型
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—验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压 体型系数：
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§3.2.2 风荷载标准值及基本风压
图3.1
风压分布情况
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§3.2.2 风荷载标准值及基本风压
表3-3 高层建筑风载体型系数
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§3.2.2 风荷载标准值及基本风压
（4）风振系数βz
通常把风作用的平均值看成稳定风压（平均风压），
实际风压在平均风压上下波动； 波动风压使建筑物在平均侧移附近振动（见图3-2）； 对于高度大、刚度小的高层建筑，波动风压产生不看 人忽略的动力效应； 风振系数的计算公式如下： zv z 1
• • • • φz —振形系数 ξ —震动增大系数（见教材表3.4） v—脉动影响系数（见教材表3.5） μz —风压高度变化系数
括号内为设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。
表3-5
场地类别
特征周期Tg（s）
Ⅰ2 Ⅱ Ⅲ Ⅳ
Ⅰ1
地震分组
第一组 第二组 第三组
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§ 3.2.5 等效风荷载
(1)主体建筑上的等效均布风荷载
i 1 hi 2 n p0 2 [Wi hi ( h j )] H i 1 2 j 1
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图3.3 等效均布风荷载 M0=p0H2/2=[W1h1h1/2+W2h2(h1+h2/2)+…+Wihi(h1+h2+…+hi-1+hi/2) +…]
3.12 2.91 2.68 2.45 2.19 1.92 1.6l 1.27 1.19 1.11
70 60 50 40 30 20 15 10 5
2.20 2.12 2.03 1.92 1.80 1.63 1.52 1.38 1.17