工程荷載-重力側壓力.ppt課件

1、 工 程 結 構 荷 載 與 可 靠 度設 計 原 理上海超高層建筑迪拜塔 建于公元595-605年，李春，國際土木工程歷史古跡（International Historic Civil Engineering Landmark） 趙州橋 1889年建成，塔高320米，總重7000噸，晴天可觀賞70公里的景色山西應縣木塔，遼代建筑， 1056年落成，67.31米高，底層直徑30.27米，呈平面八角形。五層六檐，實為九層，共用紅松木料3000立方，約2600多噸重。歷經(jīng)950年風霜雨雪和地震仍巍然屹立。 38歲的丹麥建筑師D.J. 烏茨設計，1957年方案中選，19591973，中間兩次停工，歷

2、時14年才建成。預算造價350萬英鎊，實際造價5000萬英鎊。設計方案由10片薄殼組成，但結構不合理，后改為三鉸拱結構。本門課程主要知識點工程結構荷載（重力、側壓力、風載等）、地震作用與其他作用（溫度、沉降、爆炸、浮力等作用）工程結構可靠度設計原理（荷載和結構抗力的統(tǒng)計分析、結構可靠度分析、結構概率可靠度設計法）典型工程結構的荷載計算（工民建結構、橋梁結構、隧道襯砌結構）。相關規(guī)范建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準GB 50068-2001Unified standard for reliability design of building structures建筑地基基礎設計規(guī)范GB 50007-2

3、002Code for design ofbuilding foundation建筑結構荷載規(guī)范GB 50009-2001 (2006 年版)Load code for the design of building structures 建筑抗震設計規(guī)范GB 50011-2001 Code for seismic design of buildings 混凝土結構設計規(guī)范GB 50010-2002 Code for design of concrete structures 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程JGJ 3-2002Technical specification for concrete

4、structures of tall building工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準 GB 50153-92參考書：1李國強等.工程結構荷載與可靠度設計原理.中國建筑工業(yè)出版社. 2001.4第二版2白國良等.荷載與結構設計方法.高等教育出版社. 2003.103羅福午等.建筑結構概念設計及案例.清華大學出版社.2003.124葉列平.混凝土結構.清華大學出版社.2005.8第二版結構功能的基本要求： 安全 適用 耐久 經(jīng)濟 美觀盤錦燃氣爆炸第四章 結構設計方法4.1 結構的功能第四章 結構設計方法4.1 結構的功能London Ronan Point 公寓天然氣爆炸引起連續(xù)倒塌龍卷風襲田納西 房

5、屋嚴重破壞 第一篇 工程結構荷載第一章 荷載類型1.1 荷載與作用 荷載各種材料的自重人群和家具、設備車輛重力、制動力與沖擊力風壓力、水壓力和土壓力爆炸、沖擊、制動、離心和其他物體的慣性力直接作用。 地震溫度變化不均勻沉陷焊接間接作用 將由各種環(huán)境因素產(chǎn)生的直接作用在結構上的各種力稱為荷載。荷載、作用及作用效應將能使結構產(chǎn)生效應（內(nèi)力、應力、位移、應變、裂縫、撓度等）的因素統(tǒng)稱為作用；將可歸結為作用在結構上的力的因素成為直接作用（荷載）；將不是作用力但同樣引起結構效應的其他因素稱為間接作用。結構上作用的效果如內(nèi)力、變形等稱為作用效應。1.2 作用的分類 永久荷載/作用 （permanent l

6、oad/action）設計基準期內(nèi)其量值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計 可變荷載/作用(variable load/action)設計基準期內(nèi)其量值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可忽略 偶然荷載/作用（accidental load/action）設計基準期內(nèi)出現(xiàn)或不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時間很短 1.按隨時間的變異分類： 2.按隨空間位置的變異分類 固定作用在結構空間位置上固定分布 可動作用在結構空間位置上的一定范圍內(nèi)任意分 布3.按結構的反應分類 靜態(tài)荷載/作用（static load/action） 對結構或結構部件不產(chǎn)生加速度或其加速度可忽略動態(tài)荷載/

7、作用（ Dynamic load/action） 對結構或結構部件產(chǎn)生的加速度不可忽略風荷載地震作用溫度作用爆炸作用基礎不均勻沉降第二章 重力 2.1 結構自重結構自重：是由地球引力產(chǎn)生的組成結構的材料重力，一般而言，只要知道結構各部件或構件的尺寸及所使用的材料資料，就可以根據(jù)材料的重度，算出構件的自重。（2-1）（2-2）土的自重 ：參見地基基礎教材 土的自重應力即為土自身有效重力在土體中所引起的應力。成層土深度Z處的豎直有效自重應力的計算公式： 2.2土的自重應力莫斯科市中心的鮑曼市場發(fā)生屋頂坍塌事件 雪壓：單位面積地面上積雪的自重基本雪壓：當?shù)乜諘缙教沟孛嫔细鶕?jù)氣象記錄資料經(jīng)統(tǒng)計得到的在

8、結構使用期間可能出現(xiàn)的最大雪壓值。雪重度雪深雪的深度、溫度、風速、海拔高度都會對基本雪壓大小產(chǎn)生影響。 2.3 雪荷載（一）基本雪壓省市名 城 市 名 海拔高度(m)風壓(kNm2) 雪壓(kNm2) 雪荷載準永久值系數(shù)分區(qū) n10 n50 n100 n10 n50 n100 山 東 青島市 76.0 0.45 0.60 0.70 0.15 0.20 0.25 煙臺 46.70.40 0.55 0.60 0.30 0.40 0.45 威海 46.60.45 0.65 0.75 0.30 0.45 0.50 菏澤市 49.7 0.25 0.40 0.45 0.20 0.30 0.35 兗州 51

9、.7 0.25 0.40 0.45 0.25 0.35 0.45 莒縣 107.4 0.25 0.35 0.40 0.20 0.35 0.40 臨沂 87.9 0.30 0.40 O.45 0.25 0.40 0.45 日照市 16.1 0.30 0.40 0.45 屋面雪壓的影響因素：風、屋面形式（坡度）、屋面散熱（二）屋面雪壓1、風的影響（漂積作用）高低屋面上漂積雪的分布風會把部分本將飄落在屋面上的雪吹積到附近的地面上或其他較低的物體上多跨屋面上的積雪分布2、屋面坡度的影響屋面雪荷載與屋面坡度密切相關，一般隨坡度的增加而減小，主要原因是風的作用和雪滑移所致。較低側的雪的堆積。造成很大的局部

10、堆積雪荷載雙坡屋面一側融化產(chǎn)生的非對稱荷載。當坡度大到一定角度時，積雪滑移或滑落，坡度越大滑落的雪越多。2530354045 50r1.00.80.60.40.20屋面坡度對屋面積雪系數(shù)的影響r屋面積雪分布系數(shù)，即屋面雪載與地面雪載之比。3、屋面溫度的影響采暖房屋的積雪??；不連續(xù)加熱的可能危害；冰棱及冰壩形成附加荷載樓面活荷載（live load）房屋中生活或工作的人群、家具、用品、設施等產(chǎn)生的荷載。2.4 樓面活荷載考慮樓面活荷載位置的任意性，為工程應用上方便，一般將樓面活荷載處理為樓面均布荷載。項次類 別標準值(kNm2)組合值系數(shù)c頻遇值系數(shù)f準永久值系數(shù)q1(1)住宅、宿舍、旅館、辦公

11、樓、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園(2)教室、試驗室、閱覽室、會議室、 醫(yī)院門診室2.00.70.50.60.40.52食堂、餐廳、一般資料檔案室2.50.70.60.53(1)禮堂、劇場、影院、有固定座位的看臺(2)公共洗衣房3.03.00.70.70.50.60.30.54(1)商店、展覽廳、車站、港口、機場大廳及其旅客等候室(2)無固定座位的看臺3.53.50.70.70.60.50.50.35(1)健身房、演出舞臺(2)舞廳4.04.00.70.70.60.60.50.36(1)書庫、檔案庫、貯藏室(2)密集柜書庫5.012.00.90.90.87通風機房、電梯機房7.00.90.90.88

12、汽車通道及停車庫：(1)單向板樓蓋(板跨不小于2m)客車消防車(2)雙向板樓蓋(板跨不小于6m6m)和無梁樓蓋(柱網(wǎng)尺寸不小于6m6m)客車消防車4.035.02.520.00.70.70.70.70.70.70.70.70.60.60.60.6項次類 別標準值(kNm2)組合值系數(shù)c頻遇值系數(shù)f準永久值系數(shù)q9廚房 (1)一般的(2)餐廳的2.04.00.70.70.60.70.50.710浴室、廁所、盥洗室：(1)第1項中的民用建筑(2)其他民用建筑2.02.50.70.70.50.60.40.511走廊、門廳、樓梯：(1)宿舍、旅館、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園、住宅(2)辦公樓、教學樓、餐

13、廳，醫(yī)院門診部(3)當人流可能密集時2.02.53.50.70.70.70.50.60.50.40.50.312陽臺：(1)一般情況(2)當人群有可能密集時2.53.50.70.60.5活荷載按樓層的折減系數(shù) 墻、柱、基礎計算截面以上的層數(shù)123456892020計算截面以上各樓層活荷載總和的折減系數(shù)1.00(0.90)0.850.700.650.600.55活荷載的折減（結構和構件的計算）中國規(guī)范規(guī)定 某鋼砼框架結構平面示意圖，底層層高4.2m，基礎頂面標高-1.2米，房屋開間4.2米（3.3米）進深6.6米，走廊2.1米。標準層3.3m，共6層，如何確定結構計算簡圖？如何計算豎向荷載?q1

14、q2q2q2q2q2找坡層豎向荷載下框架結構計算簡圖（示意圖）左圖僅為示意圖， 不全面！屋面恒載SBS防水卷材 +鋁箔保護層 0.4kN/m220mm厚水泥砂漿找平層 20kN/m30.02m0.4kN/m250mm苯板保溫層 0.5kN/m21：10水泥珍珠巖找坡層（3） 1/215.3m31/211kN/m31.26kN/m2隔氣層 0.1kN/m220mm厚水泥砂漿找平層 0.4kN/m2100mm現(xiàn)澆樓板 25kN/m30.1m2.5kN/m215mm天棚抹灰 17kN/m30.015m0.26kN/m2 5.82kN/m2梁自重ql=0.3m(0.60.1)m25kN/m30.02m

15、20.50m17kN/m3 4.09kN/m線荷載q1 5.82kN/m24.2m4.09kN/m28.53kN/m樓面恒載12mm大理石地面 28kN/m30.012mm0.34kN/m230mm細石混凝土 24kN/m30.03mm0.72kN/m2100mm現(xiàn)澆樓板 25kN/m30.1m2.5kN/m215mm天棚抹灰 17kN/m30.015m0.26kN/m2 3.86kN/m2q23.864.24.0920.30kN/m2.5 車輛荷載車輛荷載：公路橋：汽車、掛車、履帶車等鐵路橋：列車車列荷載：集中荷載(尺寸及車的排列方式）車道荷載 ：均布荷載和一個作用在任意位置的集中荷載。靜活

16、載：不包括沖擊效應的車輛荷載。（1）公路車輛荷載公路-級公路-級橋梁結構的整體計算車道荷載；橋梁的局部加載，對于涵洞、橋臺和擋土墻壓力車輛荷載公路等級高速公路一級公路二級公路三級公路四級公路汽車荷載等級公路級公路級公路級公路級公路級注：1、二級公路作為干線公路且重型車輛較多時，其橋涵設計可采用公路級汽車荷載。 2、四級公路重型車輛少時，其橋涵設計可采用公路級車道荷載效應的0.8倍，車輛荷載效應可采用0.7倍。項目單位技術指標項目單位技術指標車輛重力標準值kN550輪距m1.8前軸重力標準值kN30前輪著地寬度及長度m0.30.2中軸重力標準值kN2120中后輪著地寬度及長度m0.60.2后軸重

17、力標準值kN2140車輛外形尺寸（長寬）m152.5軸距m3+1.4+7+1.4車輛荷載的主要技術指標各級公路橋涵的汽車荷載等級橫向布置設計車道數(shù)2345678橫向折減系數(shù)1.000.780.670.600.550.520.50橫向折減系數(shù)計算跨徑L0（m）縱向折減系數(shù)計算跨徑L0（m）縱向折減系數(shù)150L0400400L0600600L08000.970.960.95800L0100010000.940.93縱向折減系數(shù)列車荷載中活載（中華人民共和國鐵路標準活載）普通活載220（kN）1.5 220 （kN） 1.5 220 （kN） 1.5 220 （kN） 1.5 220 （kN） 1.

18、592 （kN/m） 30 80 （kN/m）長度不限特種活載（小橋）250（kN）1.5 250 （kN） 1.5 250 （kN）人群荷載公路橋梁設計： 人群荷載一般取3kN/m2 市郊行人密集區(qū)域取值3.5kN/m2 當人行道為鋼筋混凝土板時，換應以1.2kN集中豎向力作用在一塊板上驗算。計算欄桿時，人行扶手：水平0.75kN/m豎向1kN/m，力作用點位于上部扶手。城市橋梁1)人行道板(局部構件)人群荷載分別取5kN/m2的均布荷載或1.5KN的集中豎向力作用在構件上進行計算,取其不利值.2)梁及其他大跨結構可按公式 計算，但需 2.4kN/m2當加載長度 l20m時 當加載長度 l2

19、0m時 當加載長度 l20m時 人行天橋1)人行道板(局部構件)人群荷載分別取5kN/m2的均布荷載或1.5KN的集中豎向力作用在構件上進行計算,取其不利值.2)梁及其他大跨結構可按下列公式計算，但需 2.4kN/m2。當加載長度 l20m時 思考題荷載與作用在概念上有何不同？說明直接作用與間接作用的區(qū)別。作用（或荷載）有哪些類型？影響基本雪壓的主要因素有哪些？說明影響屋面雪壓的主要因素及原因。計算樓面活荷載效應時，為什么當活荷載影響面積超過一定數(shù)值時需要對均布活荷載取值加以折減？側壓力有幾種？第三章 側壓力第一節(jié) 土的側壓力3.1.1 基本概念及土壓力分類1、靜止土壓力2、主動土壓力3、被動

20、土壓力EaE0EP參見地基基礎教材及規(guī)范第二節(jié) 水壓力及流水壓力靜水壓力、動水壓力3.2.1 靜水壓力作用在建筑物的法線方向上。3.2.2 流水壓力水流過結構物表面時，會對結構物產(chǎn)生切應力和正應力。某點的壓力為靜動水壓力之和。瞬時動水壓力為時段平均動壓力和脈動壓力之和。第三節(jié) 波浪荷載3.3.1 波浪的分類 在有波浪時水對結構物產(chǎn)生的附加應力稱為波浪壓力（波浪荷載）波浪具有波的特性：波長、周期、波幅h（浪高）平均波浪線產(chǎn)生的壓力要高于計算水位（靜止水位）產(chǎn)生的壓力（差為超高h0)。影響波浪的形狀和各參數(shù)值的因素： 風速v、風的持續(xù)時間t、水深h、吹程D。前兩項為隨機變量，在計算浪高時按照暴風的

21、風速和吹程的最不利組合來確定?，F(xiàn)行波的分類方法1、海洋表面的波浪按頻率（或周期）排列來分類。2、根據(jù)干擾力來分類，如風波、潮汐波。3、把波分成自由波和強迫波。4、根據(jù)波前進時是否有流量產(chǎn)生把波分成輸移波和振動波（按前進的方向分為推進波和立波。3.3.2 波浪荷載的計算波浪對建筑物的荷載不僅和波浪的特性有關還和構筑物的形式和受力特性有關，而當?shù)氐牡匦?、地貌、海底坡度等也對其有很大的影響，現(xiàn)行規(guī)范具有很大的試驗性。一幫情況下波高超過0.5m時，應考慮波高對建筑物的作用力。1、直墻上的波浪荷載立波、近區(qū)破碎波、遠區(qū)破碎波1）立波上的壓力適用范圍：相對水深與波長的比值在0.135-0.20之間，波陡（超高與波長之比）小于等于0.035。波峰壓強公式。波谷壓強公式。教材給出的是簡化的sainflow(1928）壓強公式，目前的分析已經(jīng)進入了更加精細和完備的階段，可以查閱相關資料。校園網(wǎng)-圖書館-維普/清華同方-下載波浪的資料，可