荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

結(jié)構(gòu)自重土的自重應(yīng)力樓面和屋面活荷載吊車荷載雪荷載車輛荷載人群荷載本章內(nèi)容第2章重力荷載2.1結(jié)構(gòu)自重

結(jié)構(gòu)的自重是由地球引力產(chǎn)生的組合結(jié)構(gòu)的材料重力

(2-1)式中，

——構(gòu)件的自重(kN)；

——構(gòu)件材料的容重(kN/m3)；

——構(gòu)件的體積，一般按照設(shè)計(jì)尺寸確定(m3)。

常用材料和構(gòu)件的自重(GB50009-2010附錄A表A.1)①磚普通磚（240mm115mm53mm）18kN/m3

普通磚（機(jī)制）19kN/m3②灰漿水泥砂漿20kN/m3

石灰砂漿、混合砂漿17kN/m3③混凝土（砼）素混凝土（2224）kN/m3

泡沫混凝土（46）kN/m3

鋼筋混凝土（R.C.）（2425）kN/m3④砌體漿砌普通磚（機(jī)制）18（19）kN/m3

空斗砌體（一眠一斗，中填碎瓦）17kN/m3

粘土磚空斗砌體（全斗）13kN/m3例題[例1]雙面水泥砂漿粉刷厚240高3m墻自重（20mm厚水泥砂漿面)[解]gk=（0.24m19kN/m3+2200.02kN/m2)*3=16.08kN/m0.02m20kN/m3=0.4kN/m280mm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土板0.08m25kN/m3=2.0kN/m212mm厚紙筋石灰泥粉底0.012m16kN/m3=0.192kN/m2gk=∑gki=2.592

kN/m2[例2]計(jì)算某現(xiàn)澆樓面結(jié)構(gòu)自重的標(biāo)準(zhǔn)值gk[解]20mm厚水泥砂漿面層

橋梁結(jié)構(gòu)及地下結(jié)構(gòu)等各構(gòu)件自重的計(jì)算，計(jì)算結(jié)構(gòu)自重時(shí)可將結(jié)構(gòu)人為地劃分為許多基本構(gòu)件，然后疊加即得到結(jié)構(gòu)總自重(式2-2)。

(2-2)式中，G——結(jié)構(gòu)總自重(kN)；

n——組成結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件數(shù)；

γi——第i個(gè)基本構(gòu)件的重度(kN/m3)；

Vi——第i個(gè)基本構(gòu)件的體積(m3)。2.2土的自重應(yīng)力

可見(jiàn)自重應(yīng)力沿水平面均勻分布，且與z成正比，即隨深度按直線規(guī)律增加，如圖2.1(b)所示。

(a)任意深度水平截面上的土自重應(yīng)力(b)自重應(yīng)力呈線性增加圖2.1均質(zhì)土中豎向自重應(yīng)力

一般情況下，地基土由不同重度的土層所組成。多層土深度z處的豎直有效自重應(yīng)力的計(jì)算公式為：

(2-4)式中，n——從天然地面起到深度z處的土層數(shù)；

hi——第i層土的厚度(m)；

γi——第i層土的天然重度(kN/m3)； 圖2.1均質(zhì)土中豎向自重應(yīng)力2.3樓面和屋面活荷載民用建筑樓面均布活荷載、工業(yè)建筑樓面活荷載、屋面均布活荷載、屋面積灰荷載以及施工、檢修荷載和欄桿水平荷載。需考慮沖擊力時(shí)，可將荷載乘以動(dòng)力系數(shù)后按靜力進(jìn)行計(jì)算。

1.民用建筑民用建筑樓面活荷載：是指建筑物中的人群、家具、設(shè)施等產(chǎn)生的重力作用，這些荷載的量值隨時(shí)間發(fā)生變化，位置也是可移動(dòng)的，亦稱可變荷載。

民用建筑樓面均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)，應(yīng)按下表規(guī)定采用。

設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，上表中的樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值在下列情況下應(yīng)乘以規(guī)定的折減系數(shù)。注:樓面梁的從屬面積應(yīng)按梁兩側(cè)各延伸二分之一梁間距的范圍內(nèi)的實(shí)際面積確定。A.設(shè)計(jì)樓面梁時(shí)的折減系數(shù):a)第1(1)項(xiàng)當(dāng)樓面梁從屬面積超過(guò)25m2時(shí)，應(yīng)取0.9;b)第1(2)～7項(xiàng)當(dāng)樓面梁從屬面積超過(guò)50m2時(shí)應(yīng)取0.9;c)第8項(xiàng)對(duì)單向板樓蓋的次梁和槽形板的縱肋應(yīng)取0.8;對(duì)單向板樓蓋的主梁應(yīng)取0.6;對(duì)雙向板樓蓋的梁應(yīng)取0.8;d)第9～12項(xiàng)應(yīng)采用與所屬房屋類別相同的折減系數(shù)。下一張a)第1(1)項(xiàng)應(yīng)按下表規(guī)定采用;b)第1(2)～7項(xiàng)應(yīng)采用與其樓面梁相同的折減系數(shù);c)第8項(xiàng)對(duì)單向板樓蓋應(yīng)取0.5;對(duì)雙向板樓蓋和無(wú)梁樓蓋應(yīng)取0.8；d)第9～12項(xiàng)應(yīng)采用與所屬房屋類別相同的折減系數(shù)。B.設(shè)計(jì)墻、柱和基礎(chǔ)時(shí)的折減系數(shù)2.工業(yè)建筑樓面活荷載

（1）工業(yè)建筑樓面(包括工作平臺(tái))上無(wú)設(shè)備區(qū)域的操作荷載，包括操作人員、一般工具、零星原料和成品的自重，可按均布活荷載考慮，采用2.0kN/m2。生產(chǎn)車間的樓梯活荷載，可按實(shí)際情況采用，但不宜小于3.5kN/m2。(2)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)輸工具及可能拆移的隔墻產(chǎn)生的局部荷載，均應(yīng)按實(shí)際情況考慮，采用建筑樓面等效均布活荷載的計(jì)算方法。1)樓面等效均布活荷載的確定原則（a)樓面(板、次梁及主梁)的等效均布活荷載，應(yīng)在其設(shè)計(jì)控制部位上，根據(jù)需要按內(nèi)力、變形及裂縫的等值要求來(lái)確定。在一般情況下，可僅按內(nèi)力的等值來(lái)確定。

(b)連續(xù)梁、板的等效均布活荷載，可按單跨簡(jiǎn)支計(jì)算。但計(jì)算內(nèi)力時(shí)，仍應(yīng)按連續(xù)考慮。

(c)由于生產(chǎn)、檢修、安裝工藝以及結(jié)構(gòu)布置的不同，樓面活荷載差別較大時(shí)，應(yīng)劃分區(qū)域分別確定等效均布活荷載。2)單向板上局部荷載(包括集中荷載)的等效均布活荷載qe（KN/m2），可按下式計(jì)算:

雙向板的等效均布荷載可按與單向板相同的原則，按四邊簡(jiǎn)支板的絕對(duì)最大彎矩等值來(lái)確定。式中l(wèi)——板的跨度;b——板上荷載的有效分布寬度。a.當(dāng)局部荷載作用面的長(zhǎng)邊平行于板跨時(shí)，簡(jiǎn)支板上荷載的有效分布寬度b為：

2當(dāng)荷載作用面的長(zhǎng)邊垂直于板跨時(shí)，簡(jiǎn)支板上荷載的有效分布寬度b為：3）次梁的等效均布活荷載的計(jì)算，應(yīng)按下列公式對(duì)彎矩和剪力分別計(jì)算，取其中較大者式中s——次梁間距;l——次梁跨度;Mmax

與Vmax——簡(jiǎn)支次梁的絕對(duì)最大彎矩，與最大剪力。按設(shè)備的最不利布置確定。

4）當(dāng)荷載分布比較均勻時(shí)，主梁上的等效均布活荷載可由全部荷載總和除以全部受荷面積求得。5）柱、基礎(chǔ)上的等效均布活荷載，在一般情況下，可取與主梁相同。3.屋面活荷載(1)均布活荷載工業(yè)及民用房屋的屋面，其水平投影面上屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下表采用。例1:某展覽館的屋面于晚上作放映電影和露天舞場(chǎng)用,試確定設(shè)計(jì)屋面板應(yīng)考慮的屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值.2）屋面積灰荷載

（a）設(shè)計(jì)生產(chǎn)中有大量排灰的廠房及其鄰近建筑時(shí)，對(duì)于具有一定除塵設(shè)施和保證清灰制度的機(jī)械、冶金、水泥等的廠房屋面，其水平投影面上的屋面積灰荷載應(yīng)分別按規(guī)范采用。

（b）對(duì)于屋面上易形成灰堆處，積灰荷載的增大系數(shù)可參照雪荷載的屋面積雪分布系數(shù)規(guī)定來(lái)確定。（c）積灰荷載應(yīng)與雪荷載或不上人的屋面均布活荷載兩者中的較大值同時(shí)考慮。2.4雪荷載

雪荷載是房屋屋面結(jié)構(gòu)的主要荷載之一。

雪壓是指單位水平面積上的雪重，決定雪壓值大小的是積雪深度與積雪密度，因此年最大雪壓S(kN/m2)可按下式確定：

式中，h——年最大積雪深度，指從積雪表面到地面的垂直深度(m)。以每年7月份至次年6月份間的最大積雪深度確定；

ρ——積雪密度(t/m3)；

g——重力加速度(9.81m/s2)。屋面水平投影面上的雪荷載SK(kN/m2)

應(yīng)按下式計(jì)算:基本雪壓SO(kN/m2)

取值原則:根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)(站)觀察并收集的每年最大雪壓，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出的50年一遇的最大雪壓(重現(xiàn)期為50年的最大雪壓)，即為當(dāng)?shù)氐幕狙?。屋面積雪分布系數(shù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009)規(guī)定對(duì)不同類別的屋面，其屋面積雪分布系數(shù)μr

按下表采用。

例2:某高低屋面房屋,其平面圖和剖面圖見(jiàn)下圖,當(dāng)?shù)氐幕狙簽?.45kN/m2.確定高跨及低跨屋面板的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值.

1)吊車工作制等級(jí)與工作級(jí)別

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)在吊車荷載的規(guī)定中也相應(yīng)采用按工作級(jí)別劃分，如表2-5所示。

表2-5吊車的工作制等級(jí)與工作級(jí)別的對(duì)應(yīng)關(guān)系(5)吊車荷載工作制等級(jí)輕級(jí)中級(jí)重級(jí)超重級(jí)工作級(jí)別A1～A3A4，A5A6，A7A8

2）吊車豎向荷載和水平荷載

A.吊車豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值吊車的技術(shù)資料(包括吊車的最大Pmax或最小輪壓Pmin)都應(yīng)由工藝提供。大縱向橫向(b)吊車豎向荷載的動(dòng)力系數(shù)當(dāng)計(jì)算吊車梁及其連續(xù)的強(qiáng)度時(shí)，吊車豎向荷載應(yīng)乘以動(dòng)力系數(shù)。動(dòng)力系數(shù)可按表2-6取用。

懸掛吊車、電動(dòng)葫蘆、工作級(jí)別為A1～A5的吊車工作級(jí)別為A6～A8的軟鉤吊車、硬鉤吊車、其他特種吊車1.051.10B.吊車水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值吊車水平荷載有縱向和橫向兩種。

a)吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值

按作用在吊車一端軌道上所有剎車輪的最大輪壓之和的10%采用。

b)吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：式中，H——吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Q——吊車的額定起重質(zhì)量；G1——橫行小車質(zhì)量。——系數(shù)，對(duì)軟鉤吊車：當(dāng)額定起重量不大于10t時(shí)，應(yīng)取0.12；當(dāng)額定起重量為16～50t時(shí)，應(yīng)取0.10；當(dāng)額定起重量不小于75t時(shí)，應(yīng)取0.08；對(duì)硬鉤吊車應(yīng)取0.20

吊車橫向水平荷載應(yīng)等分于吊車橋架的兩端，分別由軌道上的車輪平均傳至軌道，其方向與軌道垂直，并考慮正反方向剎車情況。

3)多臺(tái)吊車的組合多臺(tái)吊車的荷載折減系數(shù)(表2-10)。

參與組合的吊車臺(tái)數(shù)吊車工作級(jí)別A1～A5A6～A820.900.9530.850.9040.800.85例3.某單層工業(yè)廠房，廠房柱距12m，采用工字型吊車梁，設(shè)置有兩臺(tái)Q=25/10t的軟鉤橋式吊車，吊車每側(cè)有兩個(gè)車輪，輪距4m，最大輪壓標(biāo)準(zhǔn)值279.7kN，橫行小車質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值Q1=73.5KN.

當(dāng)?shù)踯嚍橹屑?jí)工作制時(shí)，試問(wèn)作用在每個(gè)車輪處的橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為多少？

例4:某單跨廠房,跨度18m,柱距6m,廠房?jī)?nèi)設(shè)有兩臺(tái)10t工作級(jí)別A5的吊車,吊車有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表,計(jì)算排架柱的吊車豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值,橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值.

2.6車輛荷載1）汽車荷載

A.汽車荷載分為公路一Ⅰ級(jí)和公路一Ⅱ級(jí)兩個(gè)等級(jí)。B.各級(jí)公路橋涵設(shè)計(jì)的汽車荷載等級(jí)應(yīng)符合表2-11的規(guī)定。C.汽車荷載由車輛荷載和車道荷載組成。橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算采用車道荷載;橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、涵洞、橋臺(tái)和擋土墻土壓力等的計(jì)算采用車輛荷載。車輛荷載與車道荷載的作用不得疊加。

表2-11各級(jí)公路橋涵的汽車荷載等級(jí)車輛荷載：

公路一Ⅰ