工程荷载与可靠度设计原理解析
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S=CQ
• 常数 C 为荷载效应系数
简支梁
ql/2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
q(KN/m)
ql/2
l
(弯距图M)
单位(KN.m)
Mmax=ql2/8
S=CQ
第2章 荷载的分类与计算
• 2.1 荷载的类型 • 《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)中 • 2.1.1 永久荷载 • 永久荷载也称之为恒载，在结构使用期间，其
b)第1(2) ～7项当楼面梁从属面积超过50m2时应取0.9 ; d)第9～12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。 c)第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8 ;对 单向板楼盖的主梁应取0.6 ;对双向板楼盖的梁应取0.8 ;
•《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)规定对 不同类别的屋面，其屋面积雪分布系数μr 按下表 采用。
•
• (4)楼面和屋面活荷载
• 分为：民用建筑楼面均布活荷载、工业建筑楼面 活荷载、屋面均布活荷载、屋面积灰荷载以及施 工、检修荷载和栏杆水平荷载。
• 需考虑冲击力时，可将荷载乘以动力系数后按静 力进行计算。
作用按空间位置不同可分为以下两类。 (1) 固定作用: 在结构空间位置上具有固定不变的分 布，但其量值可能具有随机性。 (2) 自由作用: 在结构空间位置上一定范围内可以任 意分布，出现的位置和量值都可能是随机的。
• 作用按结构反应不同可分为以下两类。
• (1) 静态作用:不使结构或结构构件产生加速或产生的 加速度很小可以忽略不计的作用。
《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068—2001)中
• 1.1.1结构上的作用
•
结构上的作用是指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的原因。
• 作用就其形式而言，可分为以下两类。
•
(1) 直接作用: 当以力的形式作用于结构上时，称
为直接作用，习惯上称为荷载。
•
(2) 间接作用: 当以变形的形式作用于结构上时，
μ r
高低跨屋面飘积雪分布图
多跨屋面积雪分布图
规律:天沟附近区域的积雪比屋脊区大。
建筑结构设计考虑积雪分布的原则：
• 屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采 用；
• 屋架或拱、壳可分别按积雪全跨均匀分布情况、 不均匀分布情况和半跨的均匀分布的情况采用；
• 框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况采用。
1） 民用建筑楼面活荷载：是指建筑物中的人群、 家具、设施等产生的重力作用，这些荷载的量值 随时间发生变化，位置也是可移动的，亦称可变 荷载。
民用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，应按下表规定采用。
• 设计楼面梁、墙、柱及基础时，上表中的楼面活荷载标 准值在下列情况下应乘以规定的折减系数。 • A.设计楼面梁时的折减系数: a)第1(1)项当楼面梁从属面积超过25m2时，应取0.9 ;
二. 本门课程的学习要求 • 本课程内容多、课时少，建议课前预习并完成简
答题，做为平时成绩的内容之一。
• 本课程为必修课、考试课，一个学分。
•考核标准为：平时作业完成情况（包括考勤纪律 遵守情况/课堂听课和回答表现）占总评成绩的 30%，期末考试占70%。
•作业迟交不记分。
第1章 绪 论
• 1.1结构上的作用及作用效应
• 2.2 各种荷载的计算
• 2.2.1 重力荷载
• 地球上一定高度范围内的物体均会受到地 球引力的作用而产生重力。该重力导致的 荷载称为重力荷载。
(1)土的自重
图2.1
• (2)结构自重
• 根据结构的材料种类、材料体积以及材料 容重可得结构自重。
• G=γV 式中
(2-1)
• G——构件的自重(kN)；
生变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的 荷载，也称为活荷载，包括楼面活荷载，屋面 活荷载，车辆荷载及其冲击力、离心力、人群 荷载,流水压力、波浪荷载、冻胀力、雪荷载、 冰压力、风荷载、车辆制动力、温度影响力、 变形作用、支座摩阻力等。
• 2.1.3 偶然荷载
• 偶然荷载指那些在结构使用期间不一定出 现，作用时间较短暂，但一旦出现其值很 大且持续时间很短的荷载，主要包括地震 作用、船只或漂流物的撞击力、爆炸力等。
• (2) 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。
• 1.1.2作用效应S
•
由于直接作用或间接作用于结构构件上，在结构
内产生的内力(如轴力、弯矩、剪力、扭矩等)和变形(
如挠度、转角、裂缝等)，被称为“作用效应”，用S
表示。
• 当作用为直接作用(荷载)时，其效应也被称为“荷 载效应”。荷载Q与荷载效应之间，一般近似按线性关 系考虑：
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。 • 主要包括:结构自重、土体自重力等由重力引 起的荷载，以及土侧压力、静水压力、水浮力、 预加应力、混凝土收缩和徐变影响力、基础变 位影响力等。
• 2.1.2 可变荷载 • 可变荷载指在结构使用期间，其值会随时间发
• γ——构件材料的容重(kN/ m3 )；可查材料 的单位自重表。
• (3)雪荷载 • 雪荷载是房屋屋面结构的主要荷载之一。 • 屋面水平投影面上的雪荷载SK(kN/m2)
应按下式计算:
• 基本雪压SO(kN/m2) 取值原则:根据当地气象台(站)观察并收集的每
年最大雪压，经统计得出的50年一遇的最大雪压 (重现期为50年的最大雪压)，即为当地的基本雪压。 • 屋面积雪分布系数
称为间接作用。
作用按时间不同可分为以下3类。 (1) 永久作用: 在结构使用年限内，其值不随时间变
化，或其变化的量值相对于平均值而言可以忽略不计， 或其变化是单调的并能趋于限值的作用。
(2) 可变作用: 在结构使用年限内，其值随时间变化， 且其变化的量值与平均值不可忽略不计的作用。
(3) 偶然作用: 在结构使用年限内不一定出现，但一 旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。
目录
• 第1章 绪论 • 第2章 荷载的分类与计算 • 第3章 荷载效应组合和结构极限状态 • 第4章 结构设计方法
一. 本门课程的主要学习任务 • 了解荷载产生的主要背景，理解荷载的各种分类
形式，掌握工程结构设计需考虑的各种主要荷载 的取值确定问题； • 理解结构可靠度的概念;掌握结构采用极限状态 设计法中相关的一些基本理论,荷载效应存在组 合的问题，为以后学习各种土木结构的设计垫定 基本理论方法基础。
• 常数 C 为荷载效应系数
简支梁
ql/2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
q(KN/m)
ql/2
l
(弯距图M)
单位(KN.m)
Mmax=ql2/8
S=CQ
第2章 荷载的分类与计算
• 2.1 荷载的类型 • 《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)中 • 2.1.1 永久荷载 • 永久荷载也称之为恒载，在结构使用期间，其
b)第1(2) ～7项当楼面梁从属面积超过50m2时应取0.9 ; d)第9～12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。 c)第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8 ;对 单向板楼盖的主梁应取0.6 ;对双向板楼盖的梁应取0.8 ;
•《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)规定对 不同类别的屋面，其屋面积雪分布系数μr 按下表 采用。
•
• (4)楼面和屋面活荷载
• 分为：民用建筑楼面均布活荷载、工业建筑楼面 活荷载、屋面均布活荷载、屋面积灰荷载以及施 工、检修荷载和栏杆水平荷载。
• 需考虑冲击力时，可将荷载乘以动力系数后按静 力进行计算。
作用按空间位置不同可分为以下两类。 (1) 固定作用: 在结构空间位置上具有固定不变的分 布，但其量值可能具有随机性。 (2) 自由作用: 在结构空间位置上一定范围内可以任 意分布，出现的位置和量值都可能是随机的。
• 作用按结构反应不同可分为以下两类。
• (1) 静态作用:不使结构或结构构件产生加速或产生的 加速度很小可以忽略不计的作用。
《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068—2001)中
• 1.1.1结构上的作用
•
结构上的作用是指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的原因。
• 作用就其形式而言，可分为以下两类。
•
(1) 直接作用: 当以力的形式作用于结构上时，称
为直接作用，习惯上称为荷载。
•
(2) 间接作用: 当以变形的形式作用于结构上时，
μ r
高低跨屋面飘积雪分布图
多跨屋面积雪分布图
规律:天沟附近区域的积雪比屋脊区大。
建筑结构设计考虑积雪分布的原则：
• 屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采 用；
• 屋架或拱、壳可分别按积雪全跨均匀分布情况、 不均匀分布情况和半跨的均匀分布的情况采用；
• 框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况采用。
1） 民用建筑楼面活荷载：是指建筑物中的人群、 家具、设施等产生的重力作用，这些荷载的量值 随时间发生变化，位置也是可移动的，亦称可变 荷载。
民用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，应按下表规定采用。
• 设计楼面梁、墙、柱及基础时，上表中的楼面活荷载标 准值在下列情况下应乘以规定的折减系数。 • A.设计楼面梁时的折减系数: a)第1(1)项当楼面梁从属面积超过25m2时，应取0.9 ;
二. 本门课程的学习要求 • 本课程内容多、课时少，建议课前预习并完成简
答题，做为平时成绩的内容之一。
• 本课程为必修课、考试课，一个学分。
•考核标准为：平时作业完成情况（包括考勤纪律 遵守情况/课堂听课和回答表现）占总评成绩的 30%，期末考试占70%。
•作业迟交不记分。
第1章 绪 论
• 1.1结构上的作用及作用效应
• 2.2 各种荷载的计算
• 2.2.1 重力荷载
• 地球上一定高度范围内的物体均会受到地 球引力的作用而产生重力。该重力导致的 荷载称为重力荷载。
(1)土的自重
图2.1
• (2)结构自重
• 根据结构的材料种类、材料体积以及材料 容重可得结构自重。
• G=γV 式中
(2-1)
• G——构件的自重(kN)；
生变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的 荷载，也称为活荷载，包括楼面活荷载，屋面 活荷载，车辆荷载及其冲击力、离心力、人群 荷载,流水压力、波浪荷载、冻胀力、雪荷载、 冰压力、风荷载、车辆制动力、温度影响力、 变形作用、支座摩阻力等。
• 2.1.3 偶然荷载
• 偶然荷载指那些在结构使用期间不一定出 现，作用时间较短暂，但一旦出现其值很 大且持续时间很短的荷载，主要包括地震 作用、船只或漂流物的撞击力、爆炸力等。
• (2) 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。
• 1.1.2作用效应S
•
由于直接作用或间接作用于结构构件上，在结构
内产生的内力(如轴力、弯矩、剪力、扭矩等)和变形(
如挠度、转角、裂缝等)，被称为“作用效应”，用S
表示。
• 当作用为直接作用(荷载)时，其效应也被称为“荷 载效应”。荷载Q与荷载效应之间，一般近似按线性关 系考虑：
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。 • 主要包括:结构自重、土体自重力等由重力引 起的荷载，以及土侧压力、静水压力、水浮力、 预加应力、混凝土收缩和徐变影响力、基础变 位影响力等。
• 2.1.2 可变荷载 • 可变荷载指在结构使用期间，其值会随时间发
• γ——构件材料的容重(kN/ m3 )；可查材料 的单位自重表。
• (3)雪荷载 • 雪荷载是房屋屋面结构的主要荷载之一。 • 屋面水平投影面上的雪荷载SK(kN/m2)
应按下式计算:
• 基本雪压SO(kN/m2) 取值原则:根据当地气象台(站)观察并收集的每
年最大雪压，经统计得出的50年一遇的最大雪压 (重现期为50年的最大雪压)，即为当地的基本雪压。 • 屋面积雪分布系数
称为间接作用。
作用按时间不同可分为以下3类。 (1) 永久作用: 在结构使用年限内，其值不随时间变
化，或其变化的量值相对于平均值而言可以忽略不计， 或其变化是单调的并能趋于限值的作用。
(2) 可变作用: 在结构使用年限内，其值随时间变化， 且其变化的量值与平均值不可忽略不计的作用。
(3) 偶然作用: 在结构使用年限内不一定出现，但一 旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。
目录
• 第1章 绪论 • 第2章 荷载的分类与计算 • 第3章 荷载效应组合和结构极限状态 • 第4章 结构设计方法
一. 本门课程的主要学习任务 • 了解荷载产生的主要背景，理解荷载的各种分类
形式，掌握工程结构设计需考虑的各种主要荷载 的取值确定问题； • 理解结构可靠度的概念;掌握结构采用极限状态 设计法中相关的一些基本理论,荷载效应存在组 合的问题，为以后学习各种土木结构的设计垫定 基本理论方法基础。