荷载与结构设计原理 (11)
《荷载与结构设计方法》课后思考题答案
荷载与结构设计方法习题解答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;2.3 试述静止土压力、主动土压力和被动土压力产生的条件比较三者数值的大小当挡土墙在土压力作用下,不产生任何位移或转动,墙后土体处于弹性平衡状态,此时墙背所受的土压力称为静止土压力,可用E0表示;当挡土墙在土压力的作用下,向离开土体方向移动或转动时,作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐减少,直至墙后土体出现滑动面;滑动面以上的土体将沿这一滑动面向下向前滑动,在滑动楔体开始滑动的瞬间,墙背上的土压力减少到最小值,土体内应力处于主动极限平衡状态,此时作用在墙背上的土压力称为主动土压力,可用E a表示;当挡土墙在外力作用下向土体方向移动或转动时,墙体挤压墙后土体,作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐增大,墙后土体也会出现滑动面,滑动面以上土体将沿滑动方向向上向后推出,在滑动楔体开始隆起的瞬间,墙背上的土压力增加到最大值,土体内应力处于被动极限平衡状态;此时作用在墙背上的土压力称为被动土压力,可用E p表示;在相同的墙高和填土条件下,主动土压力小于静止土压力,而静止土压力又小于被动土压力,即：2.4 如何由朗金土压力理论导出土的侧压力计算方法郎金土压力理论假定土体为半空间弹性体,挡土墙墙背竖直光滑,填土面水平且无附加荷载,根据半空间内土体的应力状态和极限平衡条件导出了土压力计算方法;当填土表面受有连续均布荷载或局部均布荷载,挡土墙后有成层填土或填土处有地下水时,还应对侧向土压力进行修正;2.5 试述填土表面有连续均布荷载或局部均布荷载时土压力的计算当挡土墙后填土表面有连续均布荷载q 作用时,可将均布荷载换算成当量土重,其土压力强度比无均布荷载时增加一项qK a 即可;墙底的土压力强度为：a ()q H K γ+,实际的土压力分布图为梯形abcd 部分；土压力作用点在梯形的重心;当填土表面承受有局部均布荷载时,通常可采用近似方法处理,从局部均布荷载的两端o 点及m 点作两条辅助线oa 和mc,且与水平面成245/ϕ+ 角;认为a 点以上和c 点以下的土压力都不受地面荷载影响,ac 间的土压力按均布荷载对待,对墙背产生的附加土压力强度为qK a ,ac 墙面上的土压力分布如图所示;填土表面有连续均布荷载 填土表面有局部均布荷载2.6 试述民用建筑楼面活荷载的取值方法民用建筑楼面活荷载在楼面上的位置是任意布置的,为方便起见,工程设计时一般可将楼面活荷载处理为等效均布荷载,均布活荷载的量值与房屋使用功能有关,根据楼面上人员活动状态和设施分布情况,在调查和统计的基础上,划分档次,确定取值;1活动的人较少,如住宅、旅馆、医院、教室等,活荷载的标准值可取2.0kN/m 2;2活动的人较多且有设备,如食堂、餐厅在某一时段有较多人员聚集,办公楼内的档案室、资料室可能堆积较多文件资料,活荷载标准值可取2.5kN/m 2;3活动的人很多且有较重的设备,如礼堂、剧场、影院、体育馆看台人员可能十分拥挤,无固定座位时可取3.5kN/m 2；有固定座位时可取3.0kN/m 2;4活动的人很集中,有时很拥挤或有较重的设备,如商店、展览厅既有拥挤的人群,又有较重的物品,活荷载标准值可取3.5kN/m 2;5人员活动的性质比较剧烈,如健身房、舞厅由于人的跳跃、翻滚会引起楼面瞬间振动,通常把楼面静力荷载适当放大来考虑这种动力效应,活荷载标准值可取4.0kN/m 2;6储存物品的仓库,如藏书库、档案库、贮藏室等,柜架上往往堆满图书、档案和物品,活荷载标准值可取5.0kN/m 2;采用无过道的密集书柜时,活荷载标准值取为12.0kN/m 2;7有大型的机械设备,如建筑物内的通风机房、电梯机房,活荷载标准值可取6.0kN/m 2~7.5kN/m 2;8在礼堂、影剧院、教室、办公楼等场所,散场、散会或下课之后,楼梯、走廊、和门厅等处人流集中,拥挤堵塞,停留时间较长,其楼面活荷载取值应大于相邻房间的荷载值0.5kN/m 2;基于上述方法,荷载规范给出了民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数,设计时可直接取用所给数值;2.7 当楼面面积较大时,楼面均布活荷载为什么要折减民用建筑的楼面均布活荷载标准值是建筑物正常使用期间可能出现的最大值,当楼面面积较大时,作用在楼面上的活荷载不可能同时布满全部楼面,在计算楼面梁等水平构件楼面活荷载效应时,若荷载承载面积超过一定的数值,应对楼面均布活荷载予以折减;同样,楼面荷载最大值满布各层楼面的机会更小,在结构设计时,对于墙、柱等竖向传力构件和基础应按结构层数予以折减;2.8 工业建筑楼面均布活荷载是如何确定的工业建筑楼面上荷载的分布形式不同,生产设备的动力性质也不尽相同,安装在楼面上的生产设备是以局部荷载形式作用于楼面,而操作人员、加工原料、成品部件多为均匀分布；另外,不同用途的厂房,工艺设备动力性能各异,对楼面产生的动力效应也存在差别;为方便起见,常将局部荷载折算成等效均布mc荷载,并乘以动力系数将静力荷载适当放大,来考虑机器上楼引起的动力作用;2.9 如何将楼面局部荷载换算为楼面等效均布活荷载板面等效均布荷载按板内分布弯矩等效的原则确定,即简支板在实际的局部荷载作用下引起的绝对最大弯矩,应等于该简支板在等效均布荷载作用下引起的绝对最大弯矩;单向板上局部荷载的等效均布活荷载e q ,可按下式计算：2m ax 8blM q e =;式中：l 为板的跨度；B 为板上荷载的有效分布宽度；M max 为简支单向板的绝对最大弯矩,按设备的最不利布置确定,设备荷载应乘以动力系数;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;2.11 什么情况下会产生屋面积灰荷载 影响屋面积灰荷载取值有哪些因素冶金、铸造、水泥等行业在生产过程中有大量排灰产生,易于在厂房及其邻近建筑屋面堆积,形成积灰荷载;当房屋离灰源较近,且位于不利风向下的屋面天沟、凹角和高低跨处,常形成严重的灰堆现象;设计时应考虑屋面积灰情况,合理确定积灰荷载,以保证结构的安全性;影响积灰厚度的主要因素有除尘装置的使用、清灰制度的执行、风向和风速、烟囱高度、屋面坡度和屋面挡风板等;2.12 计算挑檐、雨蓬承载力时,如何考虑施工、检修荷载设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨蓬和预制小梁时,除了考虑屋面均布活荷载外,还应验算在施工、检修时可能出现在最不利位置上,由人和工具自重形成的集中荷载;屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐和预制小梁,施工或检修集中荷载应取1.0kN,并应作用在最不利位置处进行验算；计算挑檐、雨蓬承载力时,应沿板宽每隔1.0m 取一个集中荷载；在验算挑檐、雨蓬倾覆时,应沿板宽每隔2.5～3.0m 的取一个集中荷载,集中荷载的位置作用于挑檐、雨蓬端部;2.13试述公路桥梁汽车荷载的等级和组成 车道荷载的计算图式和标准值公路桥梁汽车荷载分为公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级两个级别,分别由车道荷载和车辆荷载组成;桥梁结构的整体计算采用车道荷载,车道荷载由均布荷载和集中荷载组成;桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载;车辆荷载和车道荷载的作用不得叠加;车道荷载是个虚拟荷载,它的荷载标准值k q 和k p 是在不同车流密度、车型、车重的公路上,对实际汽车车队车重和车间距的测定和效应分析得到;车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处;车道荷载的计算图式见图2.28;公路—Ⅰ级车道荷载的均布荷载的标准值为k 10.5kN/m q =；集中荷载标准值按以下的规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m,k 180kN p = ；桥梁计算跨径等于或大于50m 时,k 360kN p =；桥梁的计算跨径在5m~50m 之间时,k p 值采用直线内插求得;计算剪力的效应时,上述集中荷载的标准值k p 应乘以1.2的系数公路—Ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值k q 和集中荷载标准值k p 按公路—Ⅰ级车道荷载的0.75倍采用;车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处;2.14车道荷载为什么要沿横向和纵向折减桥梁设计时各个车道上的汽车荷载都是按最不利位置布置的,多车道桥梁上的汽车荷载同时处于最不利位置可能性随着桥梁车道数的增加而减小;在计算桥梁构件截面产生的最大效应内力、位移时,应考虑多车道折减;当桥涵设计车道数等于或大于2时,由汽车荷载产生的效应应进行折减;大跨径桥梁随着桥梁跨度的增加桥梁上实际通行的车辆达到较高密度和满载的概率减小,应考虑计算跨径进行折减;2.15 城市桥梁在设计中如何考虑作用于桥面的车辆荷载取值我国城市桥梁的荷载设计,依据城市桥梁设计荷载标准CJJ77-98,该标准适用于城市内新建、改建的永久性桥梁与涵洞、高架道路及承受机动车的结构物的荷载设计;标准中采用两级荷载标准,即城-A级、城-B级;城-A级汽车荷载适用于快速路及主干路;城-B级汽车荷载适用于次干路及支路;2.16 桥梁设计时,人行道上的人群荷载如何考虑公路桥规人群荷载标准值按下列规定采用：当桥梁计算跨径小于或等于50m时,人群荷载标准值为3.0kN/m2；当桥梁计算跨径等于或大于150m时,人群荷载标准值为2.5 kN/m2；当桥梁计算跨径在50m～150m之间时,可由线性内插得到人群荷载标准值;对跨径不等的连续结构,以最大计算跨径为准;人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内,在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内;公路桥梁人行道板局部构件可以一块板为单元,按标准值4.0kN/m2的均布荷载作用在一块板上进行内力计算;计算人行道栏杆时,作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值取0.75kN/m；作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取1.0kN/m;我国城市人口密集,人行交通繁忙,城市桥梁人群荷载的取值较公路桥梁规定的要大;对于人行道板的人群荷载应按5kN/m2的均布荷载或1.5kN的竖向集中荷载分别计算,并作用在一块构件上,取其受力不利者;对于梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷载,需根据加载长度及人行道宽来确定,可按下列公式计算,且人群荷载在任何情况下不得小于2.4kN/m2;2.17 厂房吊车纵向和横向水平荷载如何产生其取值如何确定吊车纵向水平荷载是由吊车的大车运行机构在启动或制动时引起的水平惯性力,惯性力为运行重量与运行加速度的乘积,此惯性力通过制动轮与钢轨间的摩擦传给厂房结构;吊车水平荷载取决于制动轮的轮压和它与钢轨间的滑动摩擦系数,该摩擦系数一般取0.10;因此,吊车纵向水平荷载标准值,应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用;吊车横向水平荷载是当小车吊有额定最大起重量时,小车运行机构启动或刹车所引起的水平惯性力,它通过小车制动轮与桥架轨道之间的摩擦力传给大车,等分于桥架两端,分别由大车两侧的车轮平均传至吊车梁上的轨道,再由吊车梁与柱的联接钢板传给排架;吊车横向水平荷载标准值可按下式取值：T=αQ+Q1；式中：Q为吊车的额定起吊重量；Q1为横行小车的重量；g为重力加速度；α为横向水平荷载系数;横向水平荷载系数α对于软钩吊车,当额定起重量不大于100kN时,横向水平荷载系数应取0.12；当为160~500kN时,应取0.10；当不小于750kN时,应取0.08;硬钩吊车横向水平荷载系数取为0.20; 2.18 厂房内设有多台吊车时,如何考虑吊车荷载组合当厂房内设有多台吊车时,考虑到各台吊车同时聚集在同一柱范围内的可能性较小,各台吊车同时处于最不利位置且同时满载的概率更小;在计算吊车竖向荷载时,单跨厂房设计时最多考虑2台吊车；多跨厂房最多只考虑4台吊车;在计算吊车水平荷载时,不论单跨还是多跨厂房最多只考虑2台吊车;2.19 什么叫基本雪压它是如何确定的雪压是指单位水平面积上的雪重,雪压值的大小与积雪深度和积雪密度有关;基本雪压是在空旷平坦的地面上,积雪分布均匀的情况下,经统计得到的50年一遇的最大雪压;屋面的雪荷载由于受到屋面形式、积雪漂移等因素的影响,往往与地面雪荷载不同,需要考虑一换算系数将地面基本雪压换算为屋面雪荷载;2.20 我国的基本雪压分布有哪些特点我国基本雪压分布呈如下特点：1新疆北部是我国突出的雪压高值区;该地区雪量丰富,加上温度低,积雪可以保持整个冬季不溶化,新雪覆老雪,形成了特大雪压;2东北地区冬季多降雪天气,同时气温较低,有利于积雪;因此大兴安岭及长白山区是我国另一个雪压高值区;3长江中下游及淮河流域是我国稍南地区一个雪压高值区;该地区冬季积雪情况很不稳定,有些年份一冬无积雪,而有些年份遇到寒潮南下,冷暖气流僵持,即降大雪;但积雪期较短;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,降雪较多而不易溶化;但该地区气温相对较高,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;南岭、武夷山脉以南、冬季气温高,很少降雪,基本无积雪;2.21 试述风对屋面积雪的漂移作用及其对屋面雪荷载取值的影响风对雪的漂积作用是指下雪过程中,风会把部分将要飘落或者已经漂积在屋面上的雪吹移到附近地面或邻近较低的屋面上,对于平屋面和小坡度屋面,风对雪的漂移作用会使屋面上的雪压一般比邻近地面上的雪压要小；对于双坡屋面、高低跨屋面,迎风面吹来的雪往往在背风一侧屋面上漂积,引起屋面不平衡雪荷载;风对积雪的漂移影响可通过屋面积雪分布系数加以考虑;3 水作用3.1 静水压强具有哪些特征如何确定静水压强静水压力是指静止液体对其接触面产生的压力,具有两个特性：一是静水压强垂直于作用面,并指向作用面内部；二是静止液体中任一点处各方向的静水压强均相等,与作用的方位无关;确定静水压强时常以大气压强为基准点,静水压强与水深呈线性关系,随水深按比例增加；水压力作用在结构物表面法线方向,水压力分布与受压面形状有关;如果受压面为垂直平面,已知底部深度h,则可按h=求得底部压强,再作顶部和底部压强连线便可得到挡水结构侧向压强分布规律;pγ3.2 试述等速平面流场中,流体受阻时边界层分离现象及绕流阻力的产生某一流速为v的等速平面流场,流线是一互相平行的水平线,在该流场中放置一个固定的圆柱体桥墩,流线在接近圆柱体时流动受阻,在到达圆柱体表面a点时,该流线流速减至为零,压强增到最大;继续流来的流体质点在a点较高压强作用下,沿圆柱面两侧向前流动,即从a点开始形成边界层内流动;在圆柱面a点到b点区间,边界层内流动处于加速减压状态;过了b点流线扩散,边界层内流动呈现相反态势,处于减速加压状态,继续流来的流体质点脱离边界向前流动,出现边界层分离现象;置于河流中的桥墩边界层分离现象,还会导致桥墩绕流阻力,绕流阻力是结构物在流场中受到流动方向上的流体阻力,绕流阻力由摩擦阻力和压强阻力两部分组成;边界层分离3.3 实际工程中为什么常将桥墩、闸墩设计成流线型在实际工程中,为减小绕流阻力,常将桥墩、闸墩设计成流线型,以缩小边界层分离区,达到降低阻力的目的;3.4 试述波浪传播特征及推进过程波浪是液体自由表面在外力作用下产生的周期性起伏波动,其中风成波影响最大;在海洋深水区,波浪运动不受海底摩阻力影响,称为深水推进波；波浪推进到浅水地带,海底对波浪运动产生摩阻力,波长和波速缩减,波高和波陡增加,称浅水推进波；当浅水波向海岸推进,达到临界水深,波峰发生破碎,破碎后的波重新组成新的水流向前推移,而底层出现回流,这种波浪称为击岸波；击岸波冲击岸滩,对海边水工建筑施加冲击作用,即为波浪荷载;3.5 如何对直立式防波堤进行立波波压力、远破波波压力和近破波波压力的计算波浪作用力不仅与波浪本身特征有关,还与结构物形式和海底坡度有关;对于作用于直墙式构筑物上的波浪分为立波、远堤破碎波和近堤破碎波三种波态;在工程设计时,应根据基床类型、水底坡度、浪高及水深判别波态,分别采用不同公式计算波浪作用力;我国港工规范分别给出了立波波压力、远破波波压力和近破波波压力计算方法,先求得直墙各转折点压强,将其用直线连接,得到直墙压强分布,即可求出波浪压力,计算时尚应考虑墙底波浪浮托力;3.6 冰压力有哪些类型冰压力按其作用性质不同,可分为静冰压力和动冰压力;静冰压力包括冰堆整体推移的静压力,风和水流作用于大面积冰层引起的静压力以及冰覆盖层受温度影响膨胀时产生的静压力；另外冰层因水位上升还会产生竖向作用力;动冰压力主要指河流流冰产生的冲击作用;3.7 冰堆整体推移静压力计算公式是如何导出的由于水流和风的作用,推动大面积浮冰移动对结构物产生静压力,可根据水流方向和风向,考虑冰层面积来计算：]sin sin )[(4321βαP P P P P +++Ω= 3.31 式中：P ——作用于结构物的正压力N ；Ω——浮冰冰层面积m 2,一般采用历史上最大值；P 1——水流对冰层下表面的摩阻力Pa,可取为0.52s v ,s v 为冰层下的流速m/s;P 2——水流对浮冰边缘的作用力Pa,可取为250s v lh ,h 为冰厚m,l 为冰层沿水流方向的平均长度m,在河中不得大于两倍河宽；P 3——由于水面坡降对冰层产生的作用力Pa,等于920hi ,i 为水面坡降；P 4——风对冰层上表面的摩阻力Pa,P 4=0.001~0.002V F ,V F 为风速,采用历史上有冰时期和水流方向基本一致的最大风速m/s ；α——结构物迎冰面与冰流方向间的水平夹角； β——结构物迎冰面与风向间的水平夹角;3.8 冰盖层受到温度影响产生的静压力与哪些因素有关冰盖层温度上升时产生膨胀,若冰的自由膨胀变形受到坝体、桥墩等结构物的约束,则在冰盖层引起膨胀作用力;冰场膨胀压力随结构物与冰覆盖层支承体之间的距离大小而变化,当冰场膨胀受到桥墩等结构物的约束时,则在桥墩周围出现最大冰压力,并随着离桥墩的距离加大而逐渐减弱;冰的膨胀压力与冰面温度、升温速率和冰盖厚度有关,冰压力沿冰厚方向基本上呈上大下小的倒三角形分布,可认为冰压力的合力作用点在冰面以下1/3冰厚处;3.9 如何根据能量原理导出船只撞击力近似计算公式在通行较大的吨位的船只或有漂流物的河流中,需考虑船只或漂流物对桥梁墩台的撞击力,撞击力可根据能量相等原则采用一个等效静力荷载表示撞击作用;公路桥规假定船只或排筏作用于墩台上有效动能全部转化为撞击力所做的功,按等效静力导出撞击力F 的近似计算公式;设船只或排筏的质量为m ,驶近墩台的速度为v ,撞击时船只或排筏的纵轴线与墩台面的夹角为α如图所示,其动能为： 222)cos (21)sin (2121ααv m v m mv += 1 假定船只或排筏可以顺墩台面自由滑动,则船只或排筏给予墩台的动能仅有前一项,即： 20)sin (21αv m E =2 在碰撞瞬间,船身以一角速度绕撞击点A 旋转,其动能为：。
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。
荷载及结构设计原理教学
第六章 其他荷载与作用 第五节 行车动态作用
（5）对于铁路钢筋混凝土、混凝土、石砌的桥跨结
构及涵洞、刚架桥，当其顶上填土厚度h≥1m(从轨底
算起)时不计冲击力，当h＜1m时
1 m 1 6
30 L
44 h 2
L---桥跨长度或（局部）构件的影响线加载长度
（6）对于拱桥、涵洞以及重力式墩台，当填料厚度 （包括路面厚度）等于或大小0.5m时，可不计冲击力。
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第六章 其他荷载与作用 第三节 爆炸作用
➢核爆、化爆 在极短的时间内压力达到峰值，气体急速地被挤压和推进而产生冲击波。冲击 波所到之处，除产生超压外，还带动波阵面后空气质点高速运动引起动压，动 压与物体形状和受力面方位有关，类似于风压。
➢燃气爆炸 以超压为主，动压很小，可以忽略，其爆炸波属压力波。
温度作用大小影响因素：
环境温度变化
约束条件
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第六章 其他荷载与作用 第一节 温度作用
工程约束条件： ➢（1）结构物的变形受到其他物体的阻碍或支承条件的制约，不能自由变形。
①框架结构基础梁的伸缩变 形受到柱基约束，没有任何 变形余地。
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第六章 其他荷载与作用 第一节 温度作用
下沉 下沉
下沉 下沉
下沉 下沉
刚架桥右侧支柱下沉引起裂缝
连续梁桥两端桥台沉陷引起裂缝
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第六章 其他荷载与作用 第二节 变形作用
二、混凝土收缩和徐变 混凝土收缩：
➢混凝土在硬化时，由于水泥胶体的凝缩和干燥失水以及碳化作用引起的体积减小 的现象。如果受到外部支承条件或内部钢筋的约束，会在混凝土中产生拉应力， 加速裂缝的产生和发展，影响构件的耐久性和疲劳强度等性能。
混凝土结构设计中的荷载计算原理
混凝土结构设计中的荷载计算原理一、前言混凝土结构设计的荷载计算是决定结构安全性的关键步骤之一，而荷载计算原理作为计算的基础，对于设计师来说，是必须要掌握的重要知识。
本文将对混凝土结构设计中的荷载计算原理进行详细的介绍，包括荷载的分类、荷载组合、荷载计算等方面的内容。
二、荷载的分类荷载是指外部施加在结构上的力或重量，可以分为静荷载和动荷载两类。
1. 静荷载静荷载是指作用于结构上的不随时间变化的荷载，包括自重、永久荷载和可变荷载等。
（1）自重荷载自重荷载是指结构本身的重量，包括混凝土、钢筋、砖石等材料的重量。
在设计中，自重荷载的计算是必须要考虑的，因为它直接影响到结构的承载能力。
（2）永久荷载永久荷载是指结构上永久存在的荷载，例如人员、家具、设备等。
在设计中，永久荷载的计算也是必须要考虑的，因为它也会影响到结构的承载能力。
（3）可变荷载可变荷载是指随时间变化的荷载，例如风荷载、雪荷载、人员活动荷载等。
在设计中，可变荷载的计算是必须要考虑的，因为它会对结构的安全性产生较大的影响。
2. 动荷载动荷载是指随时间变化的荷载，例如地震荷载、风荷载等。
在设计中，动荷载的计算需要进行地震动力学计算或风洞试验等。
三、荷载组合荷载组合是指将不同荷载按照一定的比例相加，得到最不利的情况下的荷载。
荷载组合的目的是保证结构在各种荷载作用下都能够满足安全性要求。
根据规范的要求，混凝土结构的荷载组合分为两种情况：极限状态组合和服务状态组合。
1. 极限状态组合极限状态组合是指在结构最不利的情况下，荷载达到极限状态时的荷载组合。
在极限状态组合中，荷载按照一定的比例进行组合，得到荷载的最大值。
常见的极限状态组合包括：（1）常规组合：1.4DL+1.6LL，其中DL为自重荷载，LL为可变荷载。
（2）地震组合：1.2DL+1.2EQ，其中EQ为地震荷载。
（3）风荷载组合：1.2DL+1.5W，其中W为风荷载。
2. 服务状态组合服务状态组合是指在结构正常使用情况下，荷载的组合。
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。
(完整版)工程结构荷载与可靠度设计原理_复习资料
荷载与结构设计原理总复习题一、判断题1.严格地讲，狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与间接作用等价。
（N）2.狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与作用等价。
（Y）3.广义的荷载包括直接作用和间接作用。
（Y）4.按照间接作用的定义，温度变化、基础不均匀沉降、风压力、地震等均是间接作用。
（N）5.由于地震、温度变化、基础不均匀沉降、焊接等引起的结构内力变形等效应的因素称为间接作用。
（Y）6.土压力、风压力、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。
（N）7.由于雪荷载是房屋屋面的主要荷载之一，所以基本雪压是针对屋面上积雪荷载定义的。
（N）8.雪重度是一个常量，不随时间和空间的变化而变化。
（N）9.雪重度并非一个常量，它随时间和空间的变化而变化。
（N）10.虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定同时出现。
（Y）11.汽车重力标准是车列荷载和车道荷载，车列荷载是一集中力加一均布荷载的汽车重力形式。
（N）12.烈度是指某一地区遭受一次地震影响的强弱程度，与震级和震源深度有关，一次地震有多个烈度。
（Y）13．考虑到荷载不可能同时达到最大，所以在实际工程设计时，当出现两个或两个以上荷载时，应采用荷载组合值。
（N）14.当楼面活荷载的影响面积超过一定数值需要对均布活荷载的取值进行折减。
（Y）15.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。
（Y）16.波浪荷载一般根据结构型式不同，分别采用不同的计算方法。
（Y）17.先张法是有粘结的预加力方法，后张法是无粘结的预加力方法。
（Y）18.在同一大气环境中，各类地貌梯度风速不同，地貌越粗糙，梯度风速越小。
（N）19.结构构件抗力R是多个随机变量的函数，且近似服从正态分布。
（N）20.温度作用和变形作用在静定结构中不产生内力，而在超静定结构中产生内力。
（Y）21.结构可靠指标越大，结构失效概率越小，结构越可靠。
荷载试题
荷载与结构设计原理总复习题选择题1.车辆荷载属于（2）（4）（7）。
风荷载属于（2）（4）（7）。
地震属于（3）（5）（7）。
基础沉降属于（1）（6）。
（1）永久作用（2）可变作用（3）偶然作用（4）直接作用（5）间接作用（6）静态作用（7）动态作用2.下面几个物理量中，表征地面运动强弱程度的有（1）（2）（3）（4）。
（1）强度（2）频谱（3）强烈振动的持续时间（4）最大振幅3.在相同基本风压和高度的前提下，哪一种地理环境下风压最大（1）。
（1）海岸、湖岸、海岛地区（2）中小城市（3）大城市市郊（4）大城市市区4.下列哪一个变量不是随机变量？（2）。
（1）荷载最大值Q（2）永久荷载标准值（3）功能函数Z （4）结构抗力T5.当结构处在（1）（3）范围，结构会发生横向共振。
（1）亚临界范围（2）超临界范围（3）跨临界范围（4）上述三种范围均会发生6.结构可靠度定义中所说的结构规定的时间应为（4）。
（1）10年（2）30年（3）40年（4）50年7.当结构为（1）时，结构中任一构件的失效，则整个结构体系失效。
（1）串联模型（2）并联模型（3）串并联模型（4）上述三个模型之一8.混凝土的徐变是（4）沿着受力方向发生的塑性变形。
（1）在交变荷载作用下（2）在冲击荷载作用下（3）在振动荷载作用下（4）在长期静荷载作用下9.目前结构设计所用材料强度值是（4）。
（1）材料的平均强度值（2）材料的最大强度值（3）材料的最小强度值（4）具有一定保证率的材料强度10.测得某次地震的震级为M=3，则下列哪一种说法是正确的？（3）（1）震中处的地面运动幅值为0.001m（2）距震中100Km处的地面运动幅值为0.001m（3）距震中100Km处的最大水平地面运动幅值为0.001m（4）距震中100Km处的最大竖向地面运动幅值为0.001m11．预应力属于（A B C）。
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12.我国建筑结构荷载规范规定的基本风压的地貌为（C）。
结构力学课件结构的极限荷载
中性轴附近处于弹性状态，处于弹性的部分称为弹性核。
（3）塑性流动阶段
Mu
bh2 4
s
—— 塑性极限弯矩(简称为极限弯矩)
M u 1.5 —— 截面形状系数。圆形截面1.7，工字形
Ms
截面1.10-1.17，圆环截面1.27-1.40。
※塑性铰
当截面弯矩达到极限弯矩,这时的曲率记作 κ。u
s 3 2 Mu 0
（2）只需考虑平衡条件，无需考虑变形协调条件，比弹 性计算简单；
（3）超静定结构的极限荷载，不受温度变化、支座移动 等因素的影响。
例：求图示变截面梁的极限荷载。已知 AB 段的极限弯矩 为2Mu，BC 段为Mu 。
A
BP
2Mu
C
A
BD
3Mu
C
A
D
l/3 l/3 l/3
Mu
Mu D
C
B Mu
2Mu A
0.5Mu D
C
B
Mu
Pu min P1 , P2 , P3
7.5M u l
4Mu
P l 3 l
2l 3
1 3
2M
u
4M u ,
P1
21M u l
P l 3 l
2l 3
1 3
3M
u
Mu,
P2
9M u l
P l 3 l
2l 3
1 3 2M u
Mu,
P3
7.5M u l
例：求图示变截面梁的极限荷载。已知 AB 段的极限弯矩 为2Mu，BC 段为Mu 。
3. 连续梁的极限荷载
超静定结构有多余约束，必须出现足够多的塑性铰 才能成为机构，从而丧失承载能力。
工程结构荷载与可靠度设计原理-完整版
2021/5/9
§2.3 雪荷载
漂积作用的影响： • 使敞风较好的平屋面或小坡度屋面上的雪压小于
邻近地面上的雪压； • 在高低跨屋面的情况下，在低屋面形成局部较大
其他几种水压力在结构物上的分布模式
§3.2 水压力及流水压力
二、动水压力
➢ 当水流过结构物表面时，会对结构物产生切应力 和正应力。
➢ 切应力只有在水高速流动时，才表现出来。
➢ 正应力=静水压力+动水压力。
即：
p p静 p动
p p静 p动 p'
p动 时段平均动压力（Pa）;
p'
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大汽车荷载的概率大小，对荷载效应进行折减。 车道数越多，折减率越大。
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§2.4 车辆荷载 车辆荷载布置图
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单位（m）
§2.4 车辆荷载 ➢ 列车荷载 • 列车荷载应采用中华人民共和国铁路标准活载， 及“中-活载”。
我国城市桥梁设计荷载标准规定的城-A级车道荷载
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hi
i
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第i层土的厚度（m）
第i层土的天然重度，若土层位
于地下水位以下，计算土的自
重应力时应取土的有效重度
' i
§2.1 结构自重
土的有效重度
' i
若土层位于地下水位以下，由于受到水的 浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重 力扣除浮力后的重度称为土的有效重度， 是土的有效密度与重力加速度的乘积
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荷载及结构设计PPT课件
第11章荷载及结构设计
11.1建筑结构荷载及设计方法 11.2 砌 体 结 构
2
1.作用、作用效应 和结构抗力
3
什么是结构上的作用？
结构上的作用是使结构产生各种效应(内力和 变形)的所有原因
直接作用：施加在结构上的荷载 间接作用：引起结构外加变形或约束变形的作
用
什么是作用效应？
σR2σS2σ ( RσS)
(3－2)
分离系数
当S和R均为正态分布，且 满足 1／3＜σR／σS＜3时， 如果取 ＝0.75±0.06 ，其 误差能满足工程结构要求。
将（3－2）式代入（3－1）式 得：
µµ σσ RS R S (3－3)
因为
µδ R
R R
µδ S
S S
(3－4)
将（3－4）式代入（3－3）得：
R
k R
≥
Байду номын сангаас
SS
k
式中 R11RR R
(3－8)
S 11δ Sδ S S
永久荷载分项系数G
当永久荷载对结构产生的效应对结构不利时，对由可变荷载
效应控制的组合取G ＝1.2；对由永久荷载效应控制的组合
取
G ＝1.35。当其产生的效应对结构有利时，一般情况
下取 G ＝1.0；当验算倾覆、滑移或漂浮时，取G ＝0.9 ；
的使用其间可能出现的最大 荷载值，该值统一由设计 基准期最大荷载概率分布的
某个分位值来确
荷载组合值
❖ 荷载组合值是结构承受两种 或两以上可变荷载时，承载 力极限状态按基本组合设计 和正常使用极限状态按标准 组合设计采用的可变荷载代 表值
荷载频遇值
❖ 荷载频遇值是设计基 准期内荷载达到和超过该
结构力学第11章
p
1
换句话说，在虚位移过程中 单位荷载位置的位移图 p(x)反映 了反力RB 随Fp=1荷载位置变化规 律。即位移图p(x)就代表了RB 的 影响线。
机动法作影响线的步骤： (a)欲求某一量值的影响线，解除与之相应的 约束，用相应未知量代替； (b)沿相应未知量方向上产生单位位移，则所 得位移图即为相应量的影响线。
§11.3
*间接荷载作用下
的影响线
上节中讨论影响线时，单位荷载都是直接作用于梁上， 故称直接荷载作用下的影响线。在实际工程中，还存在另 一种形式的荷载——间接荷载。如图(a)所示桥梁结构，主 梁承受间接荷载（又称结点荷载）作用。下面讨论间接荷 载作用下影响线的特点及绘制方法。 (1)容易证明，反力影响线 及结点处MC和MD的影响线 与直接荷载作用下的影响线 完全相同。
A
x Fp=1
C l B
RA
a
b
RB
图(a)
1
图(b) RA影响线
1
图(c) RB影响线
a b/
A
求任一截面C的弯矩MC影响线 ，易得
x M C RB b b l lx M C RA a a l
(0 x a) (b)
l
图(d) MC影响线
(a x l)
RA
1
图(c)
RB
RA：
图(d)
(2)影响线: 当一个方向不变的单位荷载（广义荷载）沿一结 构移动时，表示某一量值（反力、内力等）随荷载位 置变化规律的函数图形，称为该量值的影响线。 影响线是活载作用下结构分析计算的工具。 影响线的用途 (a)确定一组荷载对结构某一量值 的影响 (b)确定最不利荷载的位置及相应 的最大值 绘制影响线常用的方法有两种： 静力法 机动法
工程结构荷载与结构可靠度设计原理
工程结构荷载与结构可靠度设计原理工程结构荷载是指在结构设计中所考虑的各种外部荷载，包括自重、活载、风荷载、地震荷载等。
这些荷载对于结构的安全性和可靠性有着至关重要的影响。
因此，在结构设计中，必须充分考虑荷载的大小、方向、作用时间等因素，以确保结构的安全性和可靠性。
结构可靠度设计原理是指在结构设计中，要考虑结构的可靠性，即在设计中要充分考虑各种不确定因素，如荷载、材料强度、结构几何形状等因素的不确定性，以确保结构在使用过程中的安全可靠性。
结构可靠度设计原理是结构设计的重要原则之一，它是保证结构安全可靠的基础。
在结构设计中，荷载是影响结构安全可靠性的重要因素之一。
荷载的大小、方向、作用时间等因素都会对结构的安全性和可靠性产生影响。
因此，在结构设计中，必须充分考虑荷载的大小、方向、作用时间等因素，以确保结构的安全性和可靠性。
除了荷载外，材料强度也是影响结构安全可靠性的重要因素之一。
材料强度的不确定性会对结构的安全性和可靠性产生影响。
因此，在结构设计中，必须充分考虑材料强度的不确定性，以确保结构的安全性和可靠性。
此外，结构几何形状也是影响结构安全可靠性的重要因素之一。
结构几何形状的不确定性会对结构的安全性和可靠性产生影响。
因此，在结构设计中，必须充分考虑结构几何形状的不确定性，以确保结构的安全性和可靠性。
综上所述，工程结构荷载与结构可靠度设计原理是结构设计中的重要原则之一。
在结构设计中，必须充分考虑荷载的大小、方向、作用时间等因素，以及材料强度和结构几何形状的不确定性，以确保结构的安全性和可靠性。
只有在结构设计中充分考虑这些因素，才能保证结构在使用过程中的安全可靠性。
工程结构荷载与结构可靠度设计原理
工程结构荷载与结构可靠度设计原理在工程设计中，结构的可靠性是一个非常重要的考虑因素。
结构的可靠性设计能够保证结构在设计寿命内能够安全可靠地承受荷载。
而荷载是指作用在结构上的外力，包括静荷载和动荷载。
本文将介绍工程结构荷载的分类以及结构可靠度设计的原理。
我们来看一下工程结构荷载的分类。
根据荷载的性质和作用方式，可以将工程结构荷载分为以下几类：1. 常规荷载：常规荷载是指在结构设计中必须考虑的荷载，包括自重、活载和风荷载等。
自重是指结构本身的重量，活载是指移动在结构上的荷载，如人员、设备、货物等，而风荷载是指风对结构产生的作用力。
2. 临时荷载：临时荷载是指在特定情况下结构承受的临时荷载，包括施工荷载和地震荷载等。
施工荷载是指在结构施工过程中作用在结构上的荷载，地震荷载是指地震时地震波对结构产生的作用力。
3. 异常荷载：异常荷载是指结构设计中可能遇到的非常规荷载，如爆炸荷载、冲击荷载等。
这些荷载需要特殊考虑和设计，以保证结构的安全可靠性。
接下来，我们来介绍结构可靠度设计的原理。
结构可靠度是指结构在设计寿命内能够安全可靠地承受荷载的能力。
结构可靠度设计的原理包括以下几个方面：1. 设计荷载的确定：设计荷载是指在结构设计中考虑的荷载。
确定设计荷载需要考虑结构所处的环境条件、使用要求和设计寿命等因素，以确保结构在设计寿命内能够承受预期的荷载。
2. 荷载效应的计算：荷载效应是指荷载对结构产生的影响。
荷载效应的计算需要考虑结构的几何形状、材料特性和边界条件等因素，以确定结构在荷载作用下的变形、应力和位移等。
3. 结构的可靠性分析：结构的可靠性分析是指通过对结构的荷载效应和结构的可靠性要求进行综合分析，以确定结构的可靠度。
可靠性分析需要考虑荷载的不确定性和结构的不确定性，以保证结构的可靠性。
4. 结构的可靠性设计：结构的可靠性设计是指根据结构的可靠性分析结果，对结构进行合理的设计和优化。
可靠性设计需要考虑结构的材料、截面形状和连接方式等因素，以保证结构在设计寿命内能够安全可靠地承受荷载。
《荷载与结构设计原理》题集
《荷载与结构设计原理》题集一、选择题（每题1分，共10分）1.在结构设计中，活荷载主要指的是什么类型的荷载？（ ）A. 恒荷载B. 风荷载C. 可变荷载D. 雪荷载2.建筑结构按照其极限状态设计可分为哪两种状态？（ ）A. 可靠状态和失效状态B. 使用状态和极限状态C. 承载能力极限状态和正常使用极限状态D. 弹性工作状态和塑性工作状态3.在进行梁的抗弯设计时，哪个截面是危险截面，需要重点关注？（ ）A. 跨中截面B. 支座截面C. 任意截面D. 四分之一跨截面4.下列哪项不是影响结构设计的荷载因素？（ ）A. 恒荷载B. 活荷载C. 风荷载D. 结构自重5.结构设计中的安全系数主要是考虑什么因素而设定的？（ ）A. 材料的强度B. 荷载的不确定性C. 结构的稳定性D. 施工误差6.结构设计时应满足哪些基本功能要求？（ ）A. 安全性、适用性和耐久性B. 经济性、美观性和环保性C. 稳定性、刚度和强度D. 防火性、防水性和防腐蚀性7.在结构设计中，如何考虑地震荷载？（ ）A. 作为活荷载考虑B. 作为偶然荷载考虑C. 作为恒荷载考虑D. 不需要考虑8.材料的强度标准值是如何确定的？（ ）A. 通过材料试验测定B. 根据设计经验估算C. 按照国家标准规定D. 通过计算机模拟得出9.结构可靠度是指什么？（ ）A. 结构在规定时间内完成预定功能的概率B. 结构抵抗破坏的能力C. 结构的安全系数D. 结构的稳定性10.在进行结构设计时，为什么要进行荷载组合？（ ）A. 为了简化计算过程B. 为了考虑不同荷载同时作用的情况C. 为了减少材料用量D. 为了提高结构美观性二、填空题（每题2分，共20分）1.在结构设计中，常见的荷载类型包括__________、__________、__________和__________等。
2.结构设计的基本原则是确保结构的__________、和。
3.按照对结构产生的影响，荷载可分为__________荷载和__________荷载。
荷载与结构设计方法重点概念总结
荷载与作用荷载—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—能使结构产生效应的各种因素总称为作用。
效应—结构的内力、变形, 应力、应变, 速度、加速度等。
作用：直接作用—（狭义）荷载：广义荷载间接作用直接作用——直接作用在结构上的各种荷载间接作用——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—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
荷载与结构设计荷载与结构设计是建筑工程中非常重要的环节，涉及到建筑物的安全、稳定和经济性。
下面将介绍荷载和结构设计的基本概念、分类、计算方法以及在结构设计中的应用。
一、荷载的基本概念荷载是指建筑物或构筑物在建设和使用过程中所承受的各种外部荷载，包括自重、静载、活载、风载、地震作用等。
荷载可以引起建筑物或构筑物的各种力学响应，如内力、变形、裂缝等，因此在进行结构设计时必须充分考虑。
二、荷载的分类根据不同的分类方法，荷载可以分为以下几类：按时间变化分类：可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。
永久荷载是指恒定的或变化较小的荷载，如结构自重；可变荷载是指随时间变化的荷载，如人员、家具、车辆等；偶然荷载是指概率较小的荷载，如地震、风灾等。
按空间分布分类：可分为均布荷载和集中荷载。
均布荷载是指在整个结构表面或构件长度上均匀分布的荷载，如屋面、楼面等；集中荷载是指作用于结构局部区域或单个点上的荷载，如吊车、悬挂荷载等。
按力学性质分类：可分为静载和动载。
静载是指缓慢变化的或相对静止的荷载，如结构自重；动载是指快速变化的或具有明显加速度的荷栽，如地震、爆炸等。
三、荷载的计算方法在进行结构设计时，需要根据不同类型和性质的荷载进行计算，以确保结构的承载能力和安全性。
永久荷载：永久荷栽包括结构自重、土压力等。
对于结构自重，可以根据结构的几何形状和材料特性进行计算；对于土压力，可以根据土的类型和边界条件进行计算。
可变荷载：可变荷栽包括活载、人载、车辆等。
活载和人员荷栽可以根据设计规范中规定的数值进行取值；车辆荷栽可以根据实际情况进行计算。
偶然荷载：偶然荷栽包括地震作用和风灾作用。
地震作用可以根据地震区的地震烈度进行计算；风灾作用可以根据风速和结构形式进行计算。
四、结构设计的基本概念结构设计是指根据建筑物的功能和要求，对建筑物的结构体系、构件布置、材料选择等方面进行设计和优化，以满足建筑物的安全性、稳定性和经济性要求。
五、结构设计的基本原则在进行结构设计时，需要遵循以下原则：安全性：结构设计应充分考虑建筑物在使用过程中可能受到的各种荷栽和影响，确保结构具有足够的承载能力和稳定性，保证建筑物的安全性能。
荷载与结构设计原理 (16)
1.1 重要结构1.0 一般结构0.9 次要结构γ0 安全等级破坏后果 建筑物类型 一级很严重 重要的房屋 二级严重 一般的房屋 三级 不严重 次要的房屋2、承载能力极限状态设计式γ0S≤R （非抗震） = 建筑结构安全等级1）荷载效应基本组合设计值①可变荷载效应起控制作用的组合可变荷载效应起控制作用永久荷载效应起控制作用S= max N 、M 、V 、T…QiKci n 2i Qi k 1Q 1Q GK G S S S S ψγγγ∑=++=（2001老规范） k i Q n 2=i i c L i Q k Q L Q k G Gj m1j S γ+S γ+S γ=S i 111j ∑∑=ψγγ（2012新规范）考虑实际使用年限的调整系数i L γ——第i 个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数。
结构设计使用年限（年） 5 50 100调整系数 0.9 1.0 1.1楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数永久荷载效应分项系数: 可变荷载效应分项系数: 住宅、宿舍、商店…等绝大多数楼面活载 0.7书库、档案库、电梯机房 0.9风荷载 0.6可变荷载Qi 的组合值系数:1.2 对结构不利时1.0 对结构有利时0.9（砌体0.8） 倾覆、滑移或漂浮验算等γG = 1.4 一般情况下1.3 工业楼面且 γQi =(i=1,2,3…n) Ψci ≤1一般框、排架结构：②由永久荷载效应起控制作用的组合对结构不利时S= max 式中： k i Q n2=i i c L i Q k G Gj m 1j S γ+S γ=S i j ∑∑=ψγ（2001老规范）（2012新规范）2）荷载效应偶然组合设计值S≤R/γRE （抗震） 重力荷载代表值引起的效应水平地震 引起的效应 竖向地震 引起的效应由材料变异性而确定，构件抗力标准值除以该分项系数后成为抗力设计值。
3）构件抗力分项系数砼结构 砌体结构：1.6钢结构 γR = γR砼：1.4钢筋：1.111~1.119Q235钢：1.087Q345，Q390，Q420钢：1.111一钢筋砼屋面简支梁，跨度为6m ，截面尺寸为：250mm ×500mm ，梁的负荷宽度为3.6m ，已知屋面板自重标准值为3kN/m 2，上人屋面活荷载标准值为2kN/m 2，积灰荷载标准值为0.5kN/m 2，屋面活荷载和积灰荷载组合系数分别为0.7和0.9, 试求梁跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值。
荷载与结构设计原理 (11)
第七节
预加力1.外部预加力和内部预加力
2.先张法预加力和后张法预加力
3.预弯梁预加力
目的
通过预加力产生与构件所承受的外荷载效应相反的应力状态。
应用常用于混凝土结构。
因混凝土抗拉强度低，预先使混凝土受压，延缓构件开裂，提高刚度和正常使用阶段的承载力。
预加力方式
先张法
夹具横梁台座预应力筋
台面A
、张拉预应力筋混凝土构件B 、浇筑混凝土构件C 、放张施加预应力
后张法
39
QM锚具
扁锚（BM）
压花锚具
挤压锚具
拆模后应覆盖土工布进行保温保湿养护至混凝土达到设计规定张拉强度。
•无粘结筋是蓝色塑料管包裹的
•预应力张拉端浇筑前
张拉前张拉端大样安装张拉设备
张拉设备就位开始张拉张拉中
•张拉到设计值•注意压力表的变化
•张拉结束时，千斤顶开始回油
无粘结后张法工艺流程l—混凝土构件；2—无粘结预应力筋；3—张拉千斤顶；4—锚具
先张法：先张拉钢筋，后浇筑混凝土。
后张法：先浇筑混凝土（留孔道），后张拉钢筋。
Δ 有粘结和无粘结
有粘结：靠钢筋与混凝土的粘结施加预应力
无粘结：靠锚具施加预应力
有粘结：先张、后张（管道灌浆）
无粘结：后张（管道不灌浆）
预弯梁的预加力施加过程。
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第七节
预加力1.外部预加力和内部预加力
2.先张法预加力和后张法预加力
3.预弯梁预加力
目的
通过预加力产生与构件所承受的外荷载效应相反的应力状态。
应用常用于混凝土结构。
因混凝土抗拉强度低，预先使混凝土受压，延缓构件开裂，提高刚度和正常使用阶段的承载力。
预加力方式
先张法
夹具横梁台座预应力筋
台面A
、张拉预应力筋混凝土构件B 、浇筑混凝土构件C 、放张施加预应力
后张法
39
QM锚具
扁锚（BM）
压花锚具
挤压锚具
拆模后应覆盖土工布进行保温保湿养护至混凝土达到设计规定张拉强度。
•无粘结筋是蓝色塑料管包裹的
•预应力张拉端浇筑前
张拉前张拉端大样安装张拉设备
张拉设备就位开始张拉张拉中
•张拉到设计值•注意压力表的变化
•张拉结束时，千斤顶开始回油
无粘结后张法工艺流程l—混凝土构件；2—无粘结预应力筋；3—张拉千斤顶；4—锚具
先张法：先张拉钢筋，后浇筑混凝土。
后张法：先浇筑混凝土（留孔道），后张拉钢筋。
Δ 有粘结和无粘结
有粘结：靠钢筋与混凝土的粘结施加预应力
无粘结：靠锚具施加预应力
有粘结：先张、后张（管道灌浆）
无粘结：后张（管道不灌浆）
预弯梁的预加力施加过程。