结构设计方法与设计指标

第三章 结构设计方法与设计指标
《建筑结构基础与识图》
3.荷载效应组合设计值 S
对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从下列组合
中取最不利值确定： （1）由可变荷载效应控制的组合：
S G SGK Q1SQ1K Qi Ci SQiK
i 2
n
(3-4)
（2）由永久荷载效应控制的组合：
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民用建筑楼面均 布活荷载标准值
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车辆活载
主要指铁路列
车或公路车辆的 荷载，表现为集
中或均布的移动
荷载。此外，厂 房中的吊车也是 移动活载。
吊车
车 辆 活 载
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《建筑结构基础与识图》
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0 1 2
绪论 建筑力学基础知识 建筑结构材料 结构设计方法与设计指标 混凝土结构基本构件 钢筋混凝土楼（屋）盖、楼梯 基础 钢筋混凝土多层与高层结构 砌体结构基础知识 钢结构基础知识 建筑结构施工图的识读
目
3 4 5 6 7 8 9 10
SQ1K 、 SQiK ——起控制作用的第一个可变荷载荷载标准值 Q1K
和第i个可变荷载标准值 QiK计算的荷载效应；
ci ——第i个可变荷载的组合值系数，按表3-2取用。
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荷载应赋予一个规定的量值，称为荷载代表值。
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1.荷载标准值
荷载标准值是指结构在正常使用情况下，在其设计基准
期（50年）内可能出现的具有一定保证率的最大荷载值。 永久荷载标准值（Gk），对结构自重,可按结构构件的设 计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。对常用材料和构件 可参《荷载规范》附录A 采用。表3-1列出部分常用材料和构 件自重。
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2.可变荷载组合值Ψc Qk
当结构上同时作用两种或两种以上可变荷载时，可变荷
载同时达到其标准值的可能性较小，因此要考虑其组合值。 除其中产生最大效应的荷载（主导荷载）仍取其标准值外， 其他伴随的可变荷载均采用小于其标准值的组合值为代表值。 这种经调整后的可变荷载代表值，称为可变荷载组合值。
0 S£ R
式中
(3-3)
0
——结构件的重要性系数，如表3-4所示； ——承载能力极限状态的荷载效应组合设计值； ——结构构件的抗力设计值。
S
R
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2.结构构件的重要性系数 0
我国《建筑结构可靠度设计统一标准》将建筑结构划分
为三个安全等级，设计时应根据具体情况，按表3-4的规定 选用适当的安全等级。
如结构的自重、楼面人群及物品重量、土压力、风压力、雪 压力、积灰、积水等。 2.间接作用 间接作用是指能够引起结构外加变形、约束变形或振动 的各种原因。间接作用并不是直接以力的形式施加在结构上， 例如地基的不均匀沉降、温度变化、地震作用、材料的收缩
和膨胀变形等。
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《建筑结构基础与识图》
第三章 结构设计方法与设计指标
《建筑结构基础与识图》
作用效应：作用在结构上产生的内力和变形的总称。
弯矩、 剪力、 轴力、 扭矩 挠度、扭转、 弯曲、拉伸、 压缩、裂缝
楼 体 倾 斜
墙体裂缝
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家具
楼 面 活 载
人群 可移动设备
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4.可变荷载准永久值Ψq Qk
可变荷载准永久值是指可变荷载在设计基准期内，其超
越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。可变荷载准永久 值是针对在结构上经常作用的可变荷载，即在规定的期限内， 该部分可变荷载具有较长的总持续时间，对结构的影响类似 于永久荷载。
混凝土不发生严重风化和腐蚀等。
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二、结构的极限状态
结构能够满足设计规定的某一功能要求且能够良好的工
作，我们称之为该功能处于可靠状态；反之，称之为该功能 处于失效状态。这种“可靠”与“失效”之间必然存在某一 特定的界限状态，此特定状态称为该功能的极限状态。
录
《建筑结构基础与识图》
• 第 3章
§ 3 –1 § 3 –2
§ 3 –3
结构设计方法与设计指标
建筑结构荷载与荷载效应 建筑结构的设计方法
建筑结构抗震设防简介
《建筑结构基础与识图》
§3–1
一、结构上的作用
建筑结构荷载与荷载效应
建筑结构在施工和使用期间，要承受其自身和外加的各
种作用，这些作用在结构中产生不同的效应（内力和变形）。
阿 尔 及 利 亚 震 害 图 片
第三章 结构设计方法与设计指标
第五章 荷载与结构设计方法 《建筑结构基础与识图》
震级与烈度
震级表示地震释放能量的大小，一次地震只有一个震级；
1级 2~4级 5级以上 7级以上 微震，人们无感觉。 有感地震 破坏性地震 强烈地震
8级以上 特大地震
现记录到的最强地震为8.9级。 震级与烈度 唐山地震7.8级 烈度表示地震对地面结构的影响程度，一次地震中，不同地区
二、荷载的分类 在实际工程中，结构常见的作用多为直接作用，即通常
说的荷载。所以本书介绍的内容以直接作用为主。按照不同
的分类方法可将荷载进行不同的分类。 （一）按其随时间的变异性可分为： 1.永久荷载 永久荷载是指结构在设计使用期间，其值不随时间变化， 或其变化幅度与平均值相比可以忽略不计的荷载。例如结构 自重、土压力、预应力等，永久荷载也称为恒荷载。
可以有不同的烈度。我国分为1-12度。
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撞击及爆炸荷载
冷却塔爆破拆除
美国911事件，飞机撞大楼
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（二）按荷载的作用范围分：
1.集中荷载
集中荷载是指荷载的作用面积与结构的尺寸相比很小，
可将其简化为作用于一点的荷载，单位是kN或N。例如梁传
《荷载规范》规定，可变荷载准永久值应取可变荷载标
准值Qk乘以荷载准永久值系数Ψq，即Ψq Qk，Ψq取值参见表
3-2。
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《建筑结构基础与识图》
四、荷载效应
作用效应（S）是指各种作用在结构上的内力（弯矩、
剪力、轴力、扭矩等）和变形（绕度、扭转、弯曲、拉伸、 压缩、裂缝等）。当作用为荷载时，引起的效应称为荷载效 应。 一般情况下，荷载效应（S）与荷载（Q）的关系式如下 S= CQ (3-1)
式中 C——荷载效应系数，由力学分析确定；
Q——某荷载代表值； S——与荷载Q相应的荷载效应。
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《建筑结构基础与识图》
§3–2
一、结构的功能要求
建筑结构的设计方法
建筑结构的功能要求包括：安全性、适用性和耐久性。
1.安全性
安全性是指结构在正常施工和正常使用条件下，能承受
可能出现的各种作用，在偶然事件发生时和发生后，结构仍
式中 Z——结构极限状态功能函数； R——结构抗力; S——作用效应.
Z＞ 0 Z＜ 0 Z＝ 0 R＞S R＜S R＝S 结构处于可靠状态 结构处于失效状态 结构处于极限状态
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（二）承载力极限状态实用限状态设计时应采用下列表达式:
承载能力 极限状态 结构的 极限状态 正常使用 极限状态 结构或结构构件达到最大承载 能力或不适于继续承载的变形 结构或结构构件达到正常使用 或耐久性能的某项规定限值 安全性 实用性
耐久性
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三、极限状态的设计表达式
（一）极限状态方程 结构和结构构件的工作状态可以用作用效应S和结构抗 力R的关系式来描述： Z g ( R, S ) R S (3-2)
能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部损坏而不发生 倒塌。
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2.适用性
适用性是指结构在正常使用条件下，具有良好的工作性
能。例如不发生影响使用的过大变形、振幅和裂缝等。
3.耐久性 耐久性是指结构在正常维护条件下，具有足够的耐久性，
能够使用到预定的设计使用年限。例如钢筋不发生严重锈蚀、
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2.可变荷载 可变荷载是指结构在设计使用期间，其值随时间变化，
且其变化幅度与平均值相比不可忽略的荷载。例如楼面活荷
载、积灰荷载、屋面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等， 可变荷载也称为活荷载。 3.偶然荷载 偶然荷载是指结构在设计使用期间可能出现，但不一定 出现，而一旦出现，其持续时间很短但量值很大的荷载。例 如地震力、爆炸力、撞击力等。
第三章 结构设计方法与设计指标
《建筑结构基础与识图》
例如，某矩形钢筋混凝土梁，b×h = 300mm×600mm，计
算跨度l0 = 4.5mm。查表3-1取钢筋混凝土自重25kN/m3，则
该梁沿跨度方向均匀分布的自重标准值为： gk = 0.3×0.6×25 = 4.5 kN/m。
可变荷载标准值（Qk）是根据观测资料和实验数据，并 考虑工程实践经验而确定，可由《荷载规范》各章中的规定 确定。表3-2列出部分民用建筑楼面均布活荷载标准值。
《荷载规范》规定，可变荷载组合值用可变荷载的组合系数
Ψc（Ψc≤1）与相应的可变荷载标准值Qk的乘积来确定，即 Ψc Qk，Ψc取值参见表3-2。
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3.可变荷载频遇值Ψf Qk
可变荷载频遇值是指可变荷载在设计基准期内，其超越
的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。 可变荷载频遇值是针对结构上偶尔出现的较大荷载，具有较 短的总持续时间或较少的发生次数的特性。 《荷载规范》规定，可变荷载频遇值应取可变荷载标准 值Qk乘以荷载频遇值系数Ψf（Ψf≤1），即Ψf Qk，Ψf取值参 见表3-2。
这些能使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、 应变裂缝等）的各种原因通称为结构上的作用。 按出现的方式不用，可将结构上的作用分为直接作用和 间接作用。
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1.直接作用 直接作用是指直接以力的不同集结形式（集中力或均匀
分布力）施加在结构上的作用，通常也称为结构的荷载。例
S G SGK Qi Ci SQiK
i 1
n
(3-5a)
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式中
G ——永久荷载的分项系数，如表3-5所示；
SGK ——按永久荷载标准值计算的荷载效应值
Q1 、 Qi ——第一个和第i个可变荷载分项系数，见表3-5；
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风荷载
由于风的运动而施加在墙面或结构上的压力称为风荷
载。风荷载与地区、高度和地面条件等因素有关。
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雪荷载
指由积雪引起的荷载。雪荷载因地区不同而有差异。另外
雪荷载还受到以下因素影响： 风对屋面对积雪的影响; 屋面坡度对积雪的影响; 屋面温度对积雪的影响。
给柱子的力、次梁传给主梁的力都可看作集中荷载。 2.分布荷载 分布荷载是指荷载连续地分布在整个结构或结构某一部 分上。其中分布荷载又包括体荷载、面荷载、线荷载。
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体荷载是指分布在物体的体积内的荷载，单位是N/mm3
或kN/m3，常用γ表示。
面荷载是指分布在物体表面的荷载，单位是N/mm2或 kN/m2，常用p表示。 线荷载是指将面荷载、体荷载简化成连续分布在一段长 度上的荷载，单位是N/mm或kN/m，常用q表示。 三、荷载的代表值 由于各种荷载都具有一定的变异性，在结构设计时，对
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第三章 结构设计方法与设计指标
《建筑结构基础与识图》
辽宁省各城市基本风压和雪压
第三章 结构设计方法与设计指标
《建筑结构基础与识图》
地震作用：
基本术语
第三章 结构设计方法与设计指标
《建筑结构基础与识图》
地震引起的结构加速度反应值与结构质量的乘积就形成了地 震作用施加给结构的力。从而对结构造成影响。