《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。

⇒恒载

⇒ö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。

⇒活载

⇒ö偶然荷载

⇒在结构使用期间不一定出现，但一旦出现，其值很大，作用时间则较短的荷载。

ö永久荷载（恒载）

【例如】

结构自重，土压力、预应力等

ö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ö偶然荷载

【例如】

爆炸力、撞击力等

三、荷载代表值

荷载代表值是指设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，如标准

值、组合值、频遇值和准永久值。

建筑结构设计中，对不同荷载应采用不同的代表值。永久荷载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的特点确定其代表值。

1.荷载标准值

荷载标准值是GB 50009-2001规定的荷载基木代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值。由于最大荷载值是随机变量，因此，原则上应由设计基准期荷载最大值概率分布的某一分位数来确定。但是，有些荷载并不具备充分的统计参数，只能根据已有的工程经验确定。

2.荷载组合值

荷载组合值是对可变荷载而言的，当结构承受两个或两个以上可变荷载时，承载能力极限状态按基木组合设计及正常使用极限状态按短期效应组合设计所采用

的荷载代表值。当两种或两种以上可变荷载在结构上同时作用时，由于所有荷载同时达到其单独出现时可能达到的最大值的概率极小，因此，除主导荷载(产生最大荷载效应的荷载)仍可以用其标准值为代表值外，其他伴随荷载均取小于其标准

值的组合值为荷载代表值。

3.荷载准永久值

荷载准永久值也是对可变荷载而言的，是指可变荷载中活动相对较小的部分，在规定的时一间内具有较长的总持续期，对结构的影响犹如永久荷载。荷载准永久值主要用于正常使用极限状态的长期效应组合，其值与可变荷载出现的频繁程度和持续时一间长短有关。

4.荷载频遇值

荷载准永久值同样是对可变荷载而言的，是指可变荷载在结构上频繁出现且量值较大的值，主要用于荷载短期效应组合中。可变荷载频遇值可以通过乘以频遇值系数得到，频遇值系数通过调查统计结果并结合工程经验综合分析后确定。