[工學(xué)]荷載算土木畢業(yè)設(shè)計(jì)系列講座

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)系列講座畢業(yè)設(shè)計(jì)系列講座荷載與內(nèi)力計(jì)算荷載與內(nèi)力計(jì)算結(jié)構(gòu)計(jì)算步驟結(jié)構(gòu)計(jì)算步驟 結(jié)構(gòu)布置及計(jì)算簡(jiǎn)圖結(jié)構(gòu)布置及計(jì)算簡(jiǎn)圖 水平地震作用下框架的側(cè)移、內(nèi)力計(jì)算水平地震作用下框架的側(cè)移、內(nèi)力計(jì)算 風(fēng)荷載作用下框架的側(cè)移、內(nèi)力計(jì)算風(fēng)荷載作用下框架的側(cè)移、內(nèi)力計(jì)算 豎向荷載作用下框架內(nèi)力計(jì)算豎向荷載作用下框架內(nèi)力計(jì)算 橫向框架內(nèi)力組合橫向框架內(nèi)力組合 框架柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)框架柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 現(xiàn)澆樓梯板設(shè)計(jì)現(xiàn)澆樓梯板設(shè)計(jì)主要內(nèi)容主要內(nèi)容u恒載恒載的計(jì)算的計(jì)算u活載活載的計(jì)算的計(jì)算u風(fēng)荷載風(fēng)荷載的計(jì)算的計(jì)算u彎矩二次分配法彎矩二次分配法ud 值法值法荷載計(jì)算荷載計(jì)算內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力計(jì)算 一一.恒載的計(jì)算（

2、恒載的計(jì)算（結(jié)構(gòu)自重和各種附加于結(jié)構(gòu)上永久荷載結(jié)構(gòu)自重和各種附加于結(jié)構(gòu)上永久荷載）1 1、結(jié)構(gòu)的自重、結(jié)構(gòu)的自重 永久荷載永久荷載2 2、結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值g gk k 應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸設(shè)計(jì)尺寸和和材料的容重材料的容重標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值確定確定3 3、材料容重標(biāo)準(zhǔn)值、材料容重標(biāo)準(zhǔn)值 按按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（gb50009-2001gb50009-2001）確定確定常用材料和構(gòu)件的自重常用材料和構(gòu)件的自重(gb50009-2001附錄附錄a表表a.1) 磚磚 普通磚（普通磚（240mm115mm 53mm） 18 kn/m3 普通磚（機(jī)制）普通磚（機(jī)制） 19

3、kn/m3 灰漿灰漿 水泥砂漿水泥砂漿 20 kn/m3 石灰砂漿、混合砂漿石灰砂漿、混合砂漿 17 kn/m3 混凝土（砼）混凝土（砼） 素混凝土素混凝土 （22 24） kn/m3 泡沫混凝土泡沫混凝土 （4 6） kn/m3 鋼筋混凝土（鋼筋混凝土（r.c.） （24 25） kn/m3 砌體砌體 漿砌普通磚（機(jī)制）漿砌普通磚（機(jī)制） 18（19） kn/m3 空斗砌體（一眠一斗，中填碎瓦）空斗砌體（一眠一斗，中填碎瓦） 17 kn/m3 粘土磚空斗砌體（全斗）粘土磚空斗砌體（全斗） 13 kn/m3例例1 1 雙面水泥粉刷厚雙面水泥粉刷厚220220墻的自重墻的自重（20mm20mm厚

4、水泥砂漿面厚水泥砂漿面) ) 解解 g gk k=0.22m=0.22m 19kn/m19kn/m3 3+2+2 0.36kn/m0.36kn/m2 2=4.90kn/m=4.90kn/m2 2 例例2計(jì)算某現(xiàn)澆樓面結(jié)構(gòu)自重的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算某現(xiàn)澆樓面結(jié)構(gòu)自重的標(biāo)準(zhǔn)值gk 解解 20mm厚水泥砂漿面層厚水泥砂漿面層80mm80mm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土板厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土板12mm12mm厚紙筋石灰泥粉底厚紙筋石灰泥粉底0.02m 20kn/m3=0.4kn/m20.08m 25kn/m3=2.0kn/m20.012m 16kn/m3=0.192kn/m2gk=gki=2.592 kn/m2二二.樓、屋面活

5、載的選取樓、屋面活載的選取 民用建筑樓面均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值民用建筑樓面均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值 荷載規(guī)范荷載規(guī)范（gb50009-2001gb50009-2001）表）表4.1.14.1.1取用取用 【例如【例如】住宅、宿舍、旅館、辦公樓、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園住宅、宿舍、旅館、辦公樓、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園的建筑樓面均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為的建筑樓面均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為 2.0kn/m2.0kn/m2 2。（走廊、樓梯活載。（走廊、樓梯活載大）大） 民用建筑樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值中不包括民用建筑樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值中不包括隔墻自重隔墻自重和和二次裝飾荷載二次裝飾荷載 固定隔墻的自重固定隔墻的自重 按恒荷

6、載考慮按恒荷載考慮 非固定隔墻（隔墻位置可靈活自由布置）非固定隔墻（隔墻位置可靈活自由布置） 作為樓面活荷載的附加值考慮作為樓面活荷載的附加值考慮2 2、工業(yè)建筑樓面活荷載、工業(yè)建筑樓面活荷載 工業(yè)建筑樓面在生產(chǎn)使用或安裝檢修時(shí)，由設(shè)備、管道、工業(yè)建筑樓面在生產(chǎn)使用或安裝檢修時(shí)，由設(shè)備、管道、運(yùn)輸工具及可能拆除的隔墻產(chǎn)生的局部荷載，運(yùn)輸工具及可能拆除的隔墻產(chǎn)生的局部荷載，均應(yīng)按實(shí)際均應(yīng)按實(shí)際情況考慮情況考慮，可用，可用等效均布活荷載等效均布活荷載代替。代替。 工業(yè)建筑樓面（包括工作平臺(tái)）上無設(shè)備區(qū)域的操作荷載，工業(yè)建筑樓面（包括工作平臺(tái)）上無設(shè)備區(qū)域的操作荷載，包括操作人員、一般工具、零星原料

7、和成品的自重，可按包括操作人員、一般工具、零星原料和成品的自重，可按均布活荷載考慮，采用均布活荷載考慮，采用2.0kn/m2.0kn/m2 2。3 3、屋面均布活荷載、屋面均布活荷載 屋面均布活荷載包括屋面均布活荷載包括施工檢修人員、工具等自重，上人屋施工檢修人員、工具等自重，上人屋面還包括人員臨時(shí)聚匯的荷載面還包括人員臨時(shí)聚匯的荷載規(guī)范規(guī)范（gb50009-2001gb50009-2001）規(guī)定了工業(yè)與民用建筑房屋的）規(guī)定了工業(yè)與民用建筑房屋的屋面其水平投影面上的均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值：屋面其水平投影面上的均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值： 上人屋面的均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值：上人屋面的均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值： 2.0

8、 kn/m2.0 kn/m2 2 不上人的屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：不上人的屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.5 kn/m0.5 kn/m2 2 屋頂花園均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：屋頂花園均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 3.0 kn/m3.0 kn/m2 2 注：雪荷載與不上人的屋面均布活荷載只取大值考慮。注：雪荷載與不上人的屋面均布活荷載只取大值考慮。 4、設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值的折減折減 考慮到作用于樓面上的活荷載不可能以標(biāo)準(zhǔn)值的大小考慮到作用于樓面上的活荷載不可能以標(biāo)準(zhǔn)值的大小同時(shí)布滿所有的樓面，在設(shè)計(jì)梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，還要同時(shí)布滿所有的樓面，在設(shè)

9、計(jì)梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，還要考慮實(shí)際荷載沿樓面分布的變異情況?？紤]實(shí)際荷載沿樓面分布的變異情況。 在確定梁、墻、柱及基礎(chǔ)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，還應(yīng)按樓在確定梁、墻、柱及基礎(chǔ)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，還應(yīng)按樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以折減系數(shù)。面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以折減系數(shù)。三、風(fēng)荷載的計(jì)算三、風(fēng)荷載的計(jì)算q（）（）（）（）（）（）（）（）0(z) 結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)在z高度處的風(fēng)振系數(shù)高度處的風(fēng)振系數(shù),我國(guó)規(guī)范規(guī)定：基本我國(guó)規(guī)范規(guī)定：基本 自振周期自振周期t1 大于大于 0.25s的高聳結(jié)構(gòu)和大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)，的高聳結(jié)構(gòu)和大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)，以及對(duì)于高度大于以及對(duì)于高度大于30m且高寬比大于且高寬比大于15的房屋結(jié)構(gòu)應(yīng)采的房屋結(jié)構(gòu)應(yīng)采用

10、風(fēng)振系數(shù)來考慮風(fēng)壓脈動(dòng)的影響；用風(fēng)振系數(shù)來考慮風(fēng)壓脈動(dòng)的影響；z(z)結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)在z高度處的風(fēng)壓高度變化系數(shù)高度處的風(fēng)壓高度變化系數(shù), 荷載規(guī)范荷載規(guī)范表表7.2.1查出；查出；風(fēng)載體型系數(shù)，風(fēng)載體型系數(shù)，規(guī)范規(guī)范表表7.3.1查出；查出；s0 基本風(fēng)壓基本風(fēng)壓。q5q4q3q2q1例：以一個(gè)五層框架為例f5f4f3f2f1取一榀橫向框架為計(jì)算單元取一榀橫向框架為計(jì)算單元（迎風(fēng)面寬（迎風(fēng)面寬度近似取計(jì)算單元的寬度）度近似取計(jì)算單元的寬度）均布線荷載均布線荷載層高處集中力層高處集中力 四、豎向荷載下的內(nèi)力近似計(jì)算四、豎向荷載下的內(nèi)力近似計(jì)算：彎矩二次分配法 4.1計(jì)算模型空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)平面框架

11、平面框架簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)化為取一品橫向框架為計(jì)算單元，梁柱的軸線宜取截面取一品橫向框架為計(jì)算單元，梁柱的軸線宜取截面幾何中心的連線；幾何中心的連線；框架梁的計(jì)算跨度可取框架柱軸線間的距離；框架梁的計(jì)算跨度可取框架柱軸線間的距離；除底層外，框架柱的計(jì)算高度可取各層層高，底層除底層外，框架柱的計(jì)算高度可取各層層高，底層柱則一般取至柱則一般取至基礎(chǔ)頂面基礎(chǔ)頂面；當(dāng)上、下柱截面發(fā)生改變時(shí)，取截面較小的形心線當(dāng)上、下柱截面發(fā)生改變時(shí)，取截面較小的形心線作為計(jì)算簡(jiǎn)圖上的柱單元，計(jì)算桿件內(nèi)力時(shí)，要考作為計(jì)算簡(jiǎn)圖上的柱單元，計(jì)算桿件內(nèi)力時(shí)，要考慮荷載偏心的影響，慮荷載偏心的影響，4.2樓面荷載的分配原則樓面荷載的分配

12、原則內(nèi)力計(jì)算之前，要將樓面上的豎向荷載分配給支承它內(nèi)力計(jì)算之前，要將樓面上的豎向荷載分配給支承它的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于現(xiàn)澆樓蓋，根據(jù)每個(gè)區(qū)格板兩個(gè)方向的對(duì)于現(xiàn)澆樓蓋，根據(jù)每個(gè)區(qū)格板兩個(gè)方向的邊長(zhǎng)之比，決定分配原則。邊長(zhǎng)之比，決定分配原則。單向板：沿短邊方向傳遞。單向板：沿短邊方向傳遞。雙向板：沿雙向板：沿45度將板分割為四塊，板傳給梁的分度將板分割為四塊，板傳給梁的分 別是三別是三角形或梯形荷載。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可將梁上的荷載簡(jiǎn)化為等角形或梯形荷載。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可將梁上的荷載簡(jiǎn)化為等效的均布荷載。（注意內(nèi)力等效原則）效的均布荷載。（注意內(nèi)力等效原則）注意：梁與墻有偏心時(shí)，應(yīng)注意節(jié)點(diǎn)處附加彎矩的計(jì)算。注

13、意：梁與墻有偏心時(shí)，應(yīng)注意節(jié)點(diǎn)處附加彎矩的計(jì)算。框架梁柱線剛度的計(jì)算：邊框架梁：中框架梁：05 . 1 ii 00 . 2 ii 30121bbhbi 例：按彎矩二次分配法計(jì)算鋼筋混凝土框架的彎矩，并繪例：按彎矩二次分配法計(jì)算鋼筋混凝土框架的彎矩，并繪出彎矩圖。出彎矩圖。 (1)計(jì)算梁、柱轉(zhuǎn)動(dòng)剛度計(jì)算梁、柱轉(zhuǎn)動(dòng)剛度 因?yàn)榭蚣芤驗(yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)對(duì)稱、荷載對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)稱、荷載對(duì)稱，又屬奇數(shù)跨，故，又屬奇數(shù)跨，故在對(duì)稱軸上梁的截面只有豎向位移在對(duì)稱軸上梁的截面只有豎向位移(沿對(duì)稱軸方向沿對(duì)稱軸方向)，沒有，沒有轉(zhuǎn)角。所以可取如圖轉(zhuǎn)角。所以可取如圖4所示半邊結(jié)構(gòu)計(jì)算。對(duì)稱截面處可所示半邊結(jié)構(gòu)計(jì)算。對(duì)稱截面處可

14、取為滑動(dòng)端。取為滑動(dòng)端。 梁、柱轉(zhuǎn)動(dòng)剛度及相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度如表梁、柱轉(zhuǎn)動(dòng)剛度及相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度如表8所示。所示。 (2)計(jì)算分配系數(shù) 分配系數(shù)按下式計(jì)算：（3）荷載分析（畫出框架的荷載圖）荷載分析（畫出框架的荷載圖）(4)梁端固端彎矩mf 頂層 邊跨梁邊跨梁 中跨梁中跨梁 其他層其他層邊跨梁邊跨梁 中跨梁中跨梁 (5)彎矩分配與傳遞彎矩分配與傳遞 彎矩分配與傳遞按圖彎矩分配與傳遞按圖5的方法進(jìn)行。的方法進(jìn)行。 首先將各節(jié)點(diǎn)的首先將各節(jié)點(diǎn)的分配系數(shù)分配系數(shù)填在相應(yīng)方框內(nèi)；填在相應(yīng)方框內(nèi)； 將梁的將梁的固端彎矩固端彎矩填寫在框架橫梁相應(yīng)位置上；填寫在框架橫梁相應(yīng)位置上； 然后將節(jié)點(diǎn)放松，把然后將節(jié)點(diǎn)放松，

15、把各節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩各節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩同時(shí)進(jìn)行分配。同時(shí)進(jìn)行分配。 假定遠(yuǎn)端固定進(jìn)行傳遞假定遠(yuǎn)端固定進(jìn)行傳遞(不向滑動(dòng)端傳遞不向滑動(dòng)端傳遞)：右：右(左左)梁分配梁分配彎矩向左彎矩向左(右右)梁傳遞；上梁傳遞；上(下下)柱分配彎矩向下柱分配彎矩向下(上上)柱傳遞柱傳遞(傳遞系數(shù)均為傳遞系數(shù)均為12)。第一次分配彎矩傳遞后，再進(jìn)行第。第一次分配彎矩傳遞后，再進(jìn)行第二次彎矩分配，然后不再傳遞。二次彎矩分配，然后不再傳遞。 實(shí)際上，彎矩二次分配法，只將不平衡彎矩分配兩次，將實(shí)際上，彎矩二次分配法，只將不平衡彎矩分配兩次，將分配彎矩傳遞一次。分配彎矩傳遞一次。 (6)作彎矩圖作彎矩圖 將桿端彎矩按比例畫在

16、將桿端彎矩按比例畫在桿件受拉桿件受拉一側(cè)。對(duì)于一側(cè)。對(duì)于無荷載直接作用的桿件無荷載直接作用的桿件 (如柱如柱)，將桿端彎矩連以，將桿端彎矩連以直線，即為該桿的彎矩圖；對(duì)于有荷載直接作用直線，即為該桿的彎矩圖；對(duì)于有荷載直接作用的桿件的桿件(如梁如梁)，以桿端彎矩的連線為基線，疊加相，以桿端彎矩的連線為基線，疊加相應(yīng)簡(jiǎn)支梁的彎矩圖，即為該桿件的彎矩圖。例如應(yīng)簡(jiǎn)支梁的彎矩圖，即為該桿件的彎矩圖。例如頂層邊跨橫梁頂層邊跨橫梁b5，10的跨中彎矩為的跨中彎矩為 (7)梁端彎矩的調(diào)幅梁端彎矩的調(diào)幅 框架結(jié)構(gòu)梁端彎矩較大，配筋較多，因而不框架結(jié)構(gòu)梁端彎矩較大，配筋較多，因而不便施工。由于超靜定鋼筋混凝土結(jié)

17、構(gòu)具有塑性內(nèi)便施工。由于超靜定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有塑性內(nèi)力重分布的性質(zhì)，所以在重力荷載作用下可乘以力重分布的性質(zhì)，所以在重力荷載作用下可乘以調(diào)幅系數(shù)調(diào)幅系數(shù)，適當(dāng)降低梁端彎矩。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)降低梁端彎矩。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架，可取對(duì)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架，可取=0.80.9，梁端，梁端彎矩降低后，跨中彎矩增加。這樣，梁端彎矩調(diào)彎矩降低后，跨中彎矩增加。這樣，梁端彎矩調(diào)幅后，不僅可以減少梁端配筋數(shù)量，達(dá)到方便施幅后，不僅可以減少梁端配筋數(shù)量，達(dá)到方便施工的目的，而且還可以提高柱的安全儲(chǔ)備，以滿工的目的，而且還可以提高柱的安全儲(chǔ)備，以滿足足“強(qiáng)柱弱梁強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)原則。的設(shè)計(jì)原則。

18、圖圖6中括號(hào)內(nèi)的數(shù)字為梁端彎矩調(diào)幅后相應(yīng)中括號(hào)內(nèi)的數(shù)字為梁端彎矩調(diào)幅后相應(yīng)截面彎矩?cái)?shù)值截面彎矩?cái)?shù)值(調(diào)幅系數(shù)為調(diào)幅系數(shù)為08)。 （8）作出框架的剪力與軸力圖，并注意校）作出框架的剪力與軸力圖，并注意校核內(nèi)力圖的正確性。核內(nèi)力圖的正確性。 采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中取隔采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中取隔離體的方法，由離體的方法，由 m求求v，再由，再由v求出求出n.-mlvlvrmrnunlvlvr剪力：使隔離體產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正剪力：使隔離體產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正rurlrrrlllvvnnlmmvvlmmvvll0000/ )(/ )(軸力以壓力為軸力以壓力為正，拉力為負(fù)正，拉力為負(fù) 活載作用下的內(nèi)力計(jì)算：由于活載相對(duì)較

19、活載作用下的內(nèi)力計(jì)算：由于活載相對(duì)較小，可近似考慮滿跨布置。如果活載較大小，可近似考慮滿跨布置。如果活載較大可將滿布荷載所得的框架跨中彎矩乘以可將滿布荷載所得的框架跨中彎矩乘以1.1-1.2的放大系數(shù)，以考慮活荷載不利分布時(shí)的放大系數(shù)，以考慮活荷載不利分布時(shí)產(chǎn)生的影響。產(chǎn)生的影響。若層數(shù)較多時(shí)，可采用分層法計(jì)算。若層數(shù)較多時(shí)，可采用分層法計(jì)算。內(nèi)力圖校核：內(nèi)力圖校核：u節(jié)點(diǎn)彎矩應(yīng)平衡（有固端彎矩的除外）；節(jié)點(diǎn)彎矩應(yīng)平衡（有固端彎矩的除外）；u豎向荷載下每層柱的剪力和應(yīng)為零。豎向荷載下每層柱的剪力和應(yīng)為零。五、水平荷載（風(fēng)荷載與地震作用）下五、水平荷載（風(fēng)荷載與地震作用）下內(nèi)力的近似計(jì)算內(nèi)力的近似計(jì)算d值法值法 適用于梁柱線剛度比小于3