荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法課件

第1章

緒論

返回總目錄結(jié)構(gòu)上的作用及作用效應(yīng)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論演變簡況本章小結(jié)習(xí)題與思考題本章內(nèi)容一、結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。作用就其形式而言，可分為以下兩類。

(1)直接作用。當(dāng)以力的形式作用于結(jié)構(gòu)上時(shí)，稱為直接作用，習(xí)慣上稱為荷載。

(2)間接作用。當(dāng)以變形的形式作用于結(jié)構(gòu)上時(shí)，稱為間接作用。結(jié)構(gòu)上的作用及作用效應(yīng)

作用按時(shí)間不同可分為以下3類。

(1)永久作用。在結(jié)構(gòu)使用年限內(nèi)，其值不隨時(shí)間變化，或其變化的量值相對于平均值而言可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的作用。

(2)可變作用。在結(jié)構(gòu)使用年限內(nèi)，其值隨時(shí)間變化，且其變化的量值與平均值不可忽略不計(jì)的作用。

(3)偶然作用。在結(jié)構(gòu)使用年限內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用。作用按空間位置不同可分為以下兩類。

(1)固定作用。在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定不變的分布，但其量值可能具有隨機(jī)性。

(2)自由作用。在結(jié)構(gòu)空間位置上一定范圍內(nèi)可以任意分布，出現(xiàn)的位置和量值都可能是隨機(jī)的。結(jié)構(gòu)上的作用及作用效應(yīng)

作用按結(jié)構(gòu)反應(yīng)不同可分為以下兩類。

(1)靜態(tài)作用。不使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生加速或產(chǎn)生的加速度很小可以忽略不計(jì)的作用。

(2)動(dòng)態(tài)作用。使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的加速度的作用。。結(jié)構(gòu)上的作用及作用效應(yīng)二、作用效應(yīng)S

由于直接作用或間接作用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力(如軸力、彎矩、剪力、扭矩等)和變形(如撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫等)，被稱為“作用效應(yīng)”，用S表示。當(dāng)作用為直接作用(荷載)時(shí)，其效應(yīng)也被稱為“荷載效應(yīng)”。荷載Q與荷載效應(yīng)之間，一般近似按線性關(guān)系考慮： 常數(shù)C為荷載效應(yīng)系數(shù)

結(jié)構(gòu)上的作用及作用效應(yīng)一、容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法是建立在彈性理論基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)方法。其表達(dá)式為： 式中，－構(gòu)件在使用階段(使用荷載作用下)截面上的最大應(yīng)力； －材料的容許應(yīng)力。 容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法計(jì)算簡單，但其有許多問題：①?zèng)]有考慮材料塑性性質(zhì)。②沒有對作用階段給出明確的定義，也就是使用期間荷載的取值原則規(guī)定得不明確。③把影響結(jié)構(gòu)可靠的各種因素(荷載的變異、施工的缺陷、計(jì)算公式的誤差等)統(tǒng)統(tǒng)歸結(jié)在反映材料性質(zhì)的容許應(yīng)力上，顯然不夠合理。④的取值無科學(xué)根據(jù)，純屬經(jīng)驗(yàn)的，歷史上曾多次提高過材料的容許應(yīng)力值。⑤按容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)的構(gòu)件是否安全可靠，無法用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。

工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論演變簡況工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論演變簡況二、破損階段設(shè)計(jì)法針對容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法存在的缺陷，之后出現(xiàn)了假定材料均已達(dá)到塑性狀態(tài)，依據(jù)截面所能抵抗的破損內(nèi)力建立的計(jì)算公式。其設(shè)計(jì)表達(dá)式為：

式中，——構(gòu)件最終破壞時(shí)的承載能力；

——安全系數(shù)，用來考慮影響結(jié)構(gòu)安全的所有因素。優(yōu)點(diǎn)為：①它可以反映材料的塑性性質(zhì)，結(jié)束了長期以來假定混凝土為彈性體的局面。②采用一個(gè)安全系數(shù)，使構(gòu)件有了總的安全度的概念。③它以承載能力值(如)為依據(jù)，其計(jì)算值是否正確可由實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論演變簡況蘇聯(lián)曾把該理論用下式來表達(dá)：

式中，M——正常使用時(shí)，由各種荷載所產(chǎn)生的截面內(nèi)力；

a——反映截面尺寸等的尺寸函數(shù)；，——材料強(qiáng)度的平均值。破損階段理論仍存在一些重大缺點(diǎn)：①破損階段計(jì)算，構(gòu)件的承載力是得以保證，但卻無法了解構(gòu)件在正常使用時(shí)能否滿足正常使用要求。②安全系數(shù)K的取值仍須經(jīng)驗(yàn)確定，并無嚴(yán)格的科學(xué)依據(jù)。③采用籠統(tǒng)的單一安全系數(shù)，無法就不同荷載、不同材料結(jié)構(gòu)件安全的影響加以區(qū)別對待，不能正確地度量結(jié)構(gòu)的安全度。④荷載的取值仍然也是經(jīng)驗(yàn)值；⑤表達(dá)式中采用的材料強(qiáng)度是平均值，它不能正確反映材料強(qiáng)度的變異程度，顯然也是不夠合理的。二、概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是以概率理論為基礎(chǔ)，將作用效應(yīng)和影響結(jié)構(gòu)抗力的主要因素作為隨機(jī)變量，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析確定可靠概率來度量結(jié)構(gòu)可靠性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。其特點(diǎn)是有明確的、用概率尺度表達(dá)的結(jié)構(gòu)可靠度的定義，通過預(yù)先規(guī)定的可靠指標(biāo)值，使結(jié)構(gòu)各構(gòu)件間，以及不同材料組成的結(jié)構(gòu)之間有較為一致的可靠度水平。國際上把處理可靠度的精確程度分為3個(gè)水準(zhǔn)。(1)水準(zhǔn)I——半概率方法。對荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的基本變量部分地進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，并與工程經(jīng)驗(yàn)結(jié)合引入某些經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，所以尚不能定量地估計(jì)結(jié)構(gòu)的可靠性。(2)水準(zhǔn)II——近似概率法。該法對結(jié)構(gòu)可靠性賦予概率定義，以結(jié)構(gòu)的失效概率或可靠指標(biāo)來度量結(jié)構(gòu)可靠性，并建立了結(jié)構(gòu)可靠度與結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，在計(jì)算可靠指標(biāo)時(shí)考慮了基本變量的概率分布類型，并采用了線性化的近似手段，在設(shè)計(jì)截面時(shí)一般采用分項(xiàng)系數(shù)的實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式。目前我國的《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50153—1992)、《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068—2001)都采用了這種近似概率法，在此基礎(chǔ)上頒布了各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范。(3)水準(zhǔn)III——全概率法。這是完全基于概率論的結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，要求對整個(gè)結(jié)構(gòu)采用精確的概率分析，求得結(jié)構(gòu)最優(yōu)失效概率作為可靠度的直接度量，由于這種方法無論在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方面還是在可靠度計(jì)算方面都不成熟，目前尚處于研究探索階段。

工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論演變簡況思考題1.工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是什么？2.什么是施加于工程結(jié)構(gòu)上的作用？荷載與作用的概念有什么不同？3.工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如何對結(jié)構(gòu)上的作用進(jìn)行分類？4.作用(荷載)有哪些類型？5.什么是概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法？為什么目前采用的方法稱為近似概率設(shè)計(jì)法？第2章

重力荷載

返回總目錄結(jié)構(gòu)自重工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論演變簡況土的自重應(yīng)力雪荷載車輛荷載人群荷載吊車荷載樓面和屋面活荷載思考題本章內(nèi)容結(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，一般而言，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的材料種類、材料體積和材料容重計(jì)算結(jié)構(gòu)自重(式2-1)。結(jié)構(gòu)自重一般按照均勻分布的原則計(jì)算，在施工階段，構(gòu)件在吊裝運(yùn)輸或懸臂施工時(shí)引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，有可能大于正常設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，因此，在施工階段演算構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定時(shí)，構(gòu)件重力應(yīng)乘以適當(dāng)?shù)膭?dòng)力系數(shù)。

(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)。式(2-1)適用于一般建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)及地下結(jié)構(gòu)等各構(gòu)件自重的計(jì)算，但要注意土木工程中結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的材料容重可能不同，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)；

——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)。土的自重應(yīng)力

土是由土顆粒、水和氣所組成的三相非連續(xù)介質(zhì)。若把土體簡化為連續(xù)體，則應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)(例如彈性力學(xué))來研究土中應(yīng)力的分布。在計(jì)算土中應(yīng)力時(shí)，通常將土體視為均勻連續(xù)的彈性介質(zhì)。若土層天然重度為，在深度z處a-a水平面(圖2.1(a))，土體因自身重量產(chǎn)生的豎向應(yīng)力可取該截面上單位面積的土柱體的重力，即：可見自重應(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。如圖2.2所示，天然地面下深度z范圍內(nèi)各層土的厚度自上而下分別為h1，h2，…，hi，…，hn，則多層土深度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)；

——第i層土的天然重度(kN/m3)；若土層位于地下水位以下，由于受到水的浮力作用，單位體積中，土顆粒所受的重力扣除浮力后的重度稱為土的有效重度，即：

(2-5)

為水的重度，一般取值為10kN/m3，這時(shí)計(jì)算土的自重應(yīng)力應(yīng)取土的有效重度代替天然重度。

圖2.1均質(zhì)土中豎向自重應(yīng)力一、基本雪壓

1.基本雪壓的取值原則根據(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?。在確定雪壓時(shí)，觀察并收集雪壓的場地應(yīng)符合下列要求。

(1)觀察場地周圍的地形為空曠平坦。

(2)積雪的分布保持均勻。

(3)設(shè)計(jì)項(xiàng)目地點(diǎn)應(yīng)在觀察場地的范圍內(nèi)，或它們具有相同的地形。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：

(2-6)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；

——積雪密度(t/m3)；

——重力加速度(9.81m/s2)。

雪荷載

為了滿足實(shí)際工程中某些情況下需要的不是重現(xiàn)期為50年的雪壓數(shù)據(jù)要求，在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)附錄D中對部分城市給出重現(xiàn)期為10年、50年和100年的雪壓數(shù)據(jù)。已知重現(xiàn)期為10年及100年的雪壓時(shí)，求當(dāng)重現(xiàn)期為R年時(shí)的相應(yīng)雪壓值時(shí)可按下式確定：

(2-7)式中，——重現(xiàn)期為R年的雪壓值(kN/m2)；

——重現(xiàn)期10年的雪壓值(kN/m2)；

——重現(xiàn)期為100年的雪壓值(kN/m2)。

雪荷載

2.我國基本雪壓的分布特點(diǎn)

(1)新疆北部是我國突出的雪壓高值區(qū)。

(2)東北地區(qū)由于氣旋活動(dòng)頻繁，并有山脈對氣流起抬升作用，冬季多降雪天氣，同時(shí)氣溫低，更有利于積雪。

(3)長江中下游及淮河流域是我國稍南地區(qū)的一個(gè)雪壓高值區(qū)。

(4)川西、滇北山區(qū)的雪壓也較高。該地區(qū)海拔高，氣溫低，濕度大，降雪較多而不易融化。但該地區(qū)的河谷內(nèi)，由于落差大，高度相對較低，氣溫相對較高，積雪不多。

(5)華北及西北大部地區(qū)，冬季溫度雖低，但空氣干燥。水汽不足，降雪量較少，雪壓一般為0.2～0.3kN/m2。西北干旱地區(qū)，雪壓在0.2kN/m2以下。

(6)南嶺、武夷山脈以南，冬季氣溫高，很少降雪，基本無積雪。

雪荷載二、雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值、組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)及準(zhǔn)永久值系數(shù)

1.雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算：

(2-8)

式中，——雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)；

——屋面積雪分布系數(shù)；

——基本雪壓(kN/m2)。

雪荷載

2.雪荷載的組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)及準(zhǔn)永久值系數(shù)雪荷載的組合值系數(shù)可取0.7；雪荷載的頻遇值系數(shù)可取0.6；雪荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)應(yīng)按分區(qū)圖(附圖2)中的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的分區(qū)，分別取0.5、0.2、0；對部分城市的準(zhǔn)永久系數(shù)分區(qū)也可按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)附錄D的規(guī)定查出。

雪荷載三、屋面積雪分布系數(shù)

1.風(fēng)對屋面積雪的影響下雪過程中，風(fēng)會(huì)把部分將要飄落或者已經(jīng)飄積在屋面上的雪吹積到附近地面或鄰近較低的物體上，這種影響稱為風(fēng)對雪的飄積作用。對于高低跨屋面或帶天窗屋面，由于風(fēng)對雪的飄積作用，會(huì)將較高屋面上的雪吹落在較低屋面上，在低屋面處形成局部較大飄積雪荷載。有時(shí)這種積雪非常嚴(yán)重，最大可出現(xiàn)3倍于地面積雪的情況。低屋面上這種飄積雪大小及其分布情況與高低屋面上的高差有關(guān)。由于高低跨屋面交接處存在風(fēng)渦作用，積雪多按曲線分布堆積(圖2.3)。對于多跨屋面，屋谷附近區(qū)域的積雪比屋脊區(qū)大，其原因之一是風(fēng)作用下的雪飄積，屋脊處的部分積雪被風(fēng)吹落到屋谷附近，飄積雪在天溝處堆積較厚(圖2.4)。

雪荷載

圖2.3高低跨屋面飄積雪分布圖2.4多跨屋面積雪分布

2.屋面坡度對積雪的影響屋面雪荷載分布與屋面坡度密切相關(guān)，一般隨坡度的增加而減小，主要原因是風(fēng)的作用和雪滑移所致。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)規(guī)定對不同類別的屋面，其屋面積雪分布系數(shù)(屋面荷載與地面荷載之比)按表2-2采用。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮積雪分布的原則：屋面板和檁條按積雪不均勻分布的最不利情況采用；屋架或拱、殼可分別按積雪全跨均勻分布情況、不均勻分布情況和半跨的均勻分布的情況采用；框架和柱可按積雪全跨均勻分布情況采用。

雪荷載

一、公路橋梁車輛荷載汽車車隊(duì)分為汽車-10級(jí)、汽車-15級(jí)、汽車-20級(jí)和汽車-超20級(jí)4個(gè)等級(jí)，汽車車隊(duì)的縱向排列如圖2.5所示。每級(jí)車隊(duì)中有一輛是重車，其前后都是主車，主車數(shù)量不限，圖中所示荷載為軸重。在設(shè)計(jì)3車道或4車道橋涵時(shí)，考慮到3行車隊(duì)和4行車隊(duì)單向并行通過的概率較小，計(jì)算荷載時(shí)可分別折減20%和30%，但折減后不得小于兩行車隊(duì)布載的計(jì)算結(jié)果。平板掛車和履帶車荷載分為掛車-80，掛車-100、掛車-120和履帶-50四種。用驗(yàn)算荷載進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，對于履帶車，沿橋縱向可考慮多輛行駛，但兩車凈距不得小于50m；對于平板掛車，全橋均以通過一輛計(jì)算。車輛標(biāo)準(zhǔn)荷載的等級(jí)，應(yīng)根據(jù)橋梁所在公路的等級(jí)、使用任務(wù)、性質(zhì)和將來的發(fā)展等具體情況確定，一般可參照表2-3選用。車輛荷載圖2.5各級(jí)汽車車隊(duì)的縱向排列(軸重力單位：kN；距離單位：m)車輛荷載注：①一條公路上的橋涵，一般采用同一設(shè)計(jì)荷載和驗(yàn)算荷載。②當(dāng)改建三級(jí)干線公路時(shí)，對原有橋涵達(dá)到汽車-15級(jí)、掛車-80荷載標(biāo)準(zhǔn)的可適當(dāng)利用。③在有集裝箱運(yùn)輸?shù)囊患?jí)公路，應(yīng)采用汽車-超20級(jí)、掛車-120的車輛荷載。④橋面行車道凈寬4.5m的橋涵，其平板掛車不作具體規(guī)定，設(shè)計(jì)時(shí)可按實(shí)際情況自行確定。⑤臨時(shí)性橋涵的車輛荷載可自行確定。公路等級(jí)汽車專用公路一般公路高速公路一二二三四計(jì)算荷載汽車-超20級(jí)汽車-超20級(jí)汽車-20級(jí)汽車-20級(jí)汽車-20級(jí)汽車-20級(jí)汽車-10級(jí)驗(yàn)算荷載掛車-120掛車-120掛車-100掛車-100掛車-100掛車-100履帶-50表2-3車輛荷載等級(jí)選用表二、城市橋梁汽車荷載我國建設(shè)部1998年制定了《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ77—1998)，該標(biāo)準(zhǔn)適用于城市內(nèi)新建、改建的永久性橋梁與涵洞、高架道路及承受機(jī)動(dòng)車的結(jié)構(gòu)物的荷載設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)中采用兩級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)，即城-A級(jí)、城-B級(jí)。城-A級(jí)汽車荷載適用于快速路及主干路，城-B級(jí)汽車荷載適用于次干路及支路。在城市橋梁設(shè)計(jì)中汽車荷載可分為車輛荷載和車道荷載兩種形式。城-A級(jí)車輛采用五軸式貨車加載，總軸重700kN，前后軸距為18.0m，行車限界橫向?qū)挾葹?.0m(圖2.6)；城-B級(jí)車輛采用三軸式貨車加載，總軸重300kN，前后軸距為4.8m，行車限界橫向?qū)挾葹?.0m(圖2.7)。城-A級(jí)與城-B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)載重汽車的橫斷面尺寸相同，其橫橋向布置應(yīng)符合圖2.8的規(guī)定。車輛荷載

城-A級(jí)和城-B級(jí)車道荷載應(yīng)按均布荷載加一個(gè)集中荷載計(jì)算(圖2.9(a))，在求彎矩和剪力時(shí)，分別施加不同的均布荷載和。均布荷載和集中荷載的標(biāo)準(zhǔn)值隨荷載等級(jí)和橋梁跨徑而異，可按表2-4取值。車道荷載單向布載寬度為3.0m(圖2.9(b))，為了簡化橋梁橫向影響線計(jì)算，車道荷載可按圖2.9(c)所示的等效荷載車輪集中力形式布置。當(dāng)設(shè)計(jì)車道數(shù)目大于2時(shí)，應(yīng)計(jì)入車道的橫向折減系數(shù)，車道數(shù)目為3時(shí)，折減系數(shù)為0.80；車道數(shù)目為4時(shí)，折減系數(shù)為0.67；車道數(shù)目為5時(shí)，折減系數(shù)為0.60；車道數(shù)目大于等于6時(shí)，折減系數(shù)為0.55。加載車道位置應(yīng)選在結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)處。車輛荷載一、公路橋梁人群荷載

設(shè)有人行道的公路橋梁，采用汽車荷載進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)同時(shí)計(jì)入人行道上的人群荷載；而在采用驗(yàn)算荷載進(jìn)行計(jì)算時(shí)，則不計(jì)入人群荷載。人群荷載一般取值為3kN/m2；城市郊區(qū)行人密集地區(qū)取值為3.5kN/m2，也可根據(jù)實(shí)際情況或參照所在地區(qū)城市橋梁設(shè)計(jì)的規(guī)定確定。當(dāng)公路橋梁上的人行道板為鋼筋混凝土板時(shí)，還應(yīng)以1.2kN的豎向集中力作用在一塊板上進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算欄桿時(shí)，作用在欄桿立柱頂上的水平推力一般取值為0.75kN/m；作用在欄桿扶手上的豎向力一般取值為l.0kN/m。人群荷載二、城市橋梁人群荷載對于梁、桁架、拱及其他大跨結(jié)構(gòu)的人群荷載，需根據(jù)加載長度及人行道寬來確定，可按下列公式計(jì)算，且人群荷載在任何情況下不得小于2.4kN/m2。當(dāng)加載長度l<20m時(shí)：

W=4.5 (2-9)當(dāng)加載長度l≥20m時(shí)：

W=(4.5-2) (2-10)式中，W——單位面積上的人群荷載(kN/m2)；

——加載長度(m)；

——單邊人行道寬度(m)，在專用非機(jī)動(dòng)車橋上時(shí)宜取1/2橋?qū)挘划?dāng)1/2橋?qū)挻笥?m時(shí)，應(yīng)按4m計(jì)。城市橋梁由于人流量較大，計(jì)算人行道欄桿時(shí)，作用在欄桿扶手上的豎向荷載采用1.2kN/m；水平向外荷載采用1.0kN/m。兩者應(yīng)分別考慮，不得同時(shí)作用。作用在欄桿立柱柱頂?shù)乃酵屏?yīng)取值為1.0kN/m；防撞欄桿應(yīng)采用80kN橫向集中力進(jìn)行驗(yàn)算，作用點(diǎn)放在防撞欄桿板的中心。人群荷載一、吊車工作制等級(jí)與工作級(jí)別按吊車在使用期內(nèi)要求的總工作循環(huán)次數(shù)分成10個(gè)利用登級(jí)，又按吊車荷載達(dá)到其額定值的頻繁程度分成4個(gè)載荷狀態(tài)(輕、中、重、特重)。根據(jù)要求的利用等級(jí)和荷載狀態(tài)，確定調(diào)查的工作級(jí)別，共分8個(gè)級(jí)別作為吊車設(shè)計(jì)的依據(jù)。

《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，現(xiàn)在采用的工作級(jí)別與以往采用的工作制等級(jí)存在對應(yīng)關(guān)系，如表2-5所示。表2-5吊車的工作制等級(jí)與工作級(jí)別的對應(yīng)關(guān)系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，A7A8二、吊車豎向荷載和水平荷載

1.吊車豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值最小輪壓則往往需由設(shè)計(jì)者自行計(jì)算，其計(jì)算公式如下。(1)對每端有兩個(gè)車輪的吊車(如電動(dòng)單梁起重機(jī)、起重量不大于50t的普通電動(dòng)吊鉤橋式起重機(jī)等)，其最小輪壓為：

(2-11)(2)對每端有4個(gè)車輪的吊車(如起重量超過50t的普通電動(dòng)吊鉤橋式起重機(jī)等)，其最小輪壓為：

(2-12)式中，——吊車的最小輪壓(kN)；

——吊車的最大輪壓(kN)；

G——吊車的總重量(t)；

Q——吊車的額定起重量(t)；

g——重力加速度，取等于9.81m/s2。吊車荷載2.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。表2-6吊車豎向荷載的動(dòng)力系數(shù)

吊車荷載懸掛吊車、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1.051.103.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。

1)吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)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。該項(xiàng)荷載的作用點(diǎn)位于剎車輪與軌道的接觸點(diǎn)，其方向與軌道方向一致。

2)吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算：

(2-13)

式中，H——吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

——系數(shù)，對軟鉤吊車：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；對硬鉤吊車：應(yīng)取0.20；

Q——吊車的額定起重質(zhì)量；

G1——橫行小車質(zhì)量。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。

吊車荷載4.多臺(tái)吊車的組合對于多層吊車的單跨或多跨廠房的每個(gè)排架，參與組合的吊車臺(tái)數(shù)應(yīng)按實(shí)際情況考慮；當(dāng)有特殊情況時(shí)，參與組合的吊車臺(tái)數(shù)也應(yīng)按實(shí)際情況考慮。計(jì)算排架考慮多臺(tái)吊車水平荷載時(shí)，對單跨或多跨的每個(gè)排架，參與組合的吊車臺(tái)數(shù)不應(yīng)多于兩臺(tái)。按照以上組合方法，吊車荷載不論是由兩臺(tái)還是由4臺(tái)吊車引起，都按照各臺(tái)吊車同時(shí)處于最不利位置，且同時(shí)滿載的極端情況考慮，實(shí)際上這種最不利情況出現(xiàn)的概率是極小的。從概率觀點(diǎn)來看，可將多臺(tái)吊車共同作用時(shí)的吊車荷載效應(yīng)組合予以折減。在實(shí)測調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，可得到多臺(tái)吊車的荷載折減系數(shù)(表2-7)。 表2-7多臺(tái)吊車荷載折減系數(shù)吊車荷載參與組合的吊車臺(tái)數(shù)吊車工作級(jí)別A1～A5A6～A820.900.9530.850.9040.800.855.吊車荷載的組合值、頻遇值及準(zhǔn)永久值系數(shù)吊車起吊重物處于工作狀態(tài)時(shí)，一般很少持續(xù)地停留在某一個(gè)位置上，所以在正常條件下，吊車荷載作用的時(shí)間是短暫的，所以設(shè)計(jì)廠房排架時(shí)，在荷載準(zhǔn)永久組合中不考慮吊車荷載。但在吊車梁按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，可采用吊車荷載的準(zhǔn)永久值計(jì)算吊車梁的長期荷載效應(yīng)。吊車荷載的組合值、頻遇值及準(zhǔn)永久值系數(shù)可按表2-8中的規(guī)定采用

表2-8吊車荷載的組合值、頻遇值及準(zhǔn)永久值系數(shù)吊車荷載吊車工作級(jí)別組合值系數(shù)ψc頻遇值系數(shù)ψF準(zhǔn)永久值系數(shù)ψQ軟鉤吊車工作級(jí)別Al～A30.70.60.5工作級(jí)別A4、A50.70.70.6工作級(jí)別A6、A70.70.70.7工作級(jí)別A80.950.950.95硬鉤吊車0.950.950.95一、樓面活荷載的取值原則

1.樓面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值雖然《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)對一般民用建筑和某些類別的工業(yè)建筑有明確的樓面荷載取值規(guī)定，但設(shè)計(jì)中有時(shí)會(huì)遇到要求確定某種規(guī)范中未明確的樓面活荷載的情況，此時(shí)可按下列方法確定其標(biāo)準(zhǔn)值。

(1)對該種樓面活荷載的觀測進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)有足夠資料并能對其統(tǒng)計(jì)分布作出合理估計(jì)時(shí)，則在房屋設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期(50年)最大值的分布上，根據(jù)協(xié)定的百分位取其某分位值作為該種樓面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。

(2)對不能取得充分資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的樓面活荷載，可根據(jù)已有的工程經(jīng)驗(yàn)，通過分析判斷后，協(xié)定一個(gè)可能出現(xiàn)的最大值作為該類樓面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。

(3)對房屋內(nèi)部設(shè)施比較固定的情況，設(shè)計(jì)時(shí)可直接按給定布置圖式或按對結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生最不利效應(yīng)的荷載布置圖式，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

(4)對使用性質(zhì)類同的房屋，如內(nèi)部配置的設(shè)施大致相同，一般可對其進(jìn)行合理分類，在同一類別的房屋中，選取各種可能的荷載布置圖式，經(jīng)分析研究后選出最不利的布置作為該類房屋樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定依據(jù)，采用等效均布荷載方法求出樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值。樓面和屋面活荷載2.樓面活荷載準(zhǔn)永久值對《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)未明確的樓面活荷載準(zhǔn)永久值可按下列原則確定。

(1)按可變荷載準(zhǔn)永久值定義，由荷載任意時(shí)點(diǎn)分布上的中值確定。

(2)對有可能將可變荷載劃分為持久性和臨時(shí)性兩類荷載時(shí)，可直接引用持久性荷載分布中的規(guī)定分位值為該活荷載的準(zhǔn)永久值。

(3)當(dāng)缺乏系統(tǒng)的觀測資料時(shí)，可根據(jù)樓面使用性質(zhì)的類同性，參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)中給出的樓面活荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)經(jīng)分析比較后確定。

樓面和屋面活荷載3.樓面活荷載頻遇值 對《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)未明確的樓面活荷載頻遇值可按下列原則確定。

(1)按可變荷載準(zhǔn)頻遇值定義，可近似在荷載任意時(shí)點(diǎn)分布上取其超越概率為較小值的荷載值，該超越荷載值建議不大于10%。

(2)當(dāng)缺乏系統(tǒng)的觀測資料時(shí)，可根據(jù)樓面使用性質(zhì)的類同性，參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)中給出的樓面活荷載準(zhǔn)頻遇值系數(shù)經(jīng)分析比較后確定。

樓面和屋面活荷載

4.樓面活荷載組合值可變荷載的組合值按其定義是指該荷載與主導(dǎo)荷載組合后取值的超越概率與該荷載單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)取值的超越概率相一致的原則確定。在大量數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，認(rèn)為對樓面活荷載的組合值一般情況可取0.7，此外為偏于保守又規(guī)定其取值不得小于頻遇值系數(shù)。

樓面和屋面活荷載5.樓面活荷載的動(dòng)力系數(shù)樓面在荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)來源于其作用的活動(dòng)狀態(tài)，大致可分為兩大類：一類是在正常活動(dòng)下發(fā)生的樓面穩(wěn)態(tài)振動(dòng)，例如機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行，車輛的行使，競技運(yùn)動(dòng)場上觀眾的持續(xù)歡騰、跳舞和走步等；另一類是偶爾發(fā)生的樓面瞬態(tài)振動(dòng)，例如重物墜落、人自高處跳下等。前一種作用在結(jié)構(gòu)上可以是周期性的，也可以是非周期性的；后一種是沖擊荷載，引起振動(dòng)都將因結(jié)構(gòu)阻尼而消逝。樓面設(shè)計(jì)時(shí)，對一般結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)，可不經(jīng)過結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析，而直接對樓面上的靜力荷載乘以動(dòng)力系數(shù)后，作為樓面活荷載，按靜力分析確定結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)。在很多情況下，由于荷載效應(yīng)中的動(dòng)力部分占比重不大，在設(shè)計(jì)中往往可以忽略，或直接包含在標(biāo)準(zhǔn)值的取值中。對沖擊荷載，由于影響比較明顯，在設(shè)計(jì)中應(yīng)予以考慮。

樓面和屋面活荷載二、民用建筑樓面均布活荷載

1.民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)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。樓面活荷載按其隨時(shí)間變異的特點(diǎn)，可分為持久性和臨時(shí)性兩部分。持久性活載荷是指樓面上在某個(gè)時(shí)段內(nèi)基本保持不變的荷載，例如住宅內(nèi)的家具、物品、常住人員等，這些荷載在住戶搬遷入住后一般變化不大；臨時(shí)性活荷載是指樓面上偶爾出現(xiàn)的短期荷載，例如聚會(huì)的人群、裝修材料的堆積等。 樓面和屋面活荷載2.民用建筑樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值折減目前大多數(shù)國家均采用半經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)方法，根據(jù)荷載從屬面積的大小來考慮折減系數(shù)。1)國際通行做法在國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2103中，建議按下述不同情況對樓面均布荷載乘以折減系數(shù)。(1)在計(jì)算梁的樓面活荷載效應(yīng)時(shí)，公式為：①對住宅、辦公樓等房屋或其房間，公式為：

(A＞18m2)(2-14)②對公共建筑或其房間，公式為：

(A＞18m2)(2-15)式中，A為所計(jì)算梁的從屬面積，指向梁兩側(cè)各延伸1/2梁間距范圍內(nèi)的實(shí)際樓面面積。

(2)在計(jì)算多層房屋的柱、墻或基礎(chǔ)的樓面活荷載效應(yīng)時(shí)：①對住宅、辦公樓等房屋，公式為：

(2-16)②對公共建筑，公式為：

(2-17)式中，n為所計(jì)算截面以上樓層數(shù)，2。樓面和屋面活荷載三、工業(yè)建筑樓面活荷載

1.工業(yè)建筑的樓面等效均布活荷載在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)附錄C中列出了金工車間、儀器儀表生產(chǎn)車間、半導(dǎo)體器件車間、棉紡織造車間、輪胎廠準(zhǔn)備車間和糧食加工車間等工業(yè)建筑樓面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，供設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)參照采用。

2.操作荷載及樓梯荷載工業(yè)建筑樓面(包括工作臺(tái))上無設(shè)備區(qū)域的操作荷載，包括操作人員、一般工具、零星原料和成品的自重，可按均布活荷載考慮，其標(biāo)準(zhǔn)一般采用2.0kN/m2。但堆積料較多的車間可取2.5kN/m2；此外有的車間由于生產(chǎn)的不均衡性，在某個(gè)時(shí)期的成品或半成品堆放特別嚴(yán)重，則操作荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可根據(jù)實(shí)際情況確定，操作荷載在設(shè)備所占的樓面面積內(nèi)不予考慮。樓面和屋面活荷載

3.樓面等效均布活荷載的確定方法

(1)樓面、變形及裂縫的等值要求來確定等效均布活荷載。在一般情況下，可僅按控制截面內(nèi)力的等值原則確定。

(2)由于實(shí)際工程中生產(chǎn)、檢修、安裝工藝以及結(jié)構(gòu)布置的不同，樓面活荷載差別可能較大，此情況下應(yīng)劃分區(qū)域，分別確定各區(qū)域的等效均布活荷載。

(3)連續(xù)梁、板的等效均布荷載，可按單跨簡支梁、簡支板計(jì)算，但在計(jì)算梁、板的實(shí)際內(nèi)力時(shí)仍按連續(xù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可考慮梁、板塑性內(nèi)力重分布，并按彈性階段分析內(nèi)力確定等效均布活荷載。

(4)板面等效均布荷載按板內(nèi)分布彎矩等效的原則確定，即簡支板在實(shí)際的局部荷載作用下引起的絕對最大彎矩，應(yīng)等于該簡支板在等效均布荷載作用下引起的絕對最大彎矩。單向板上局部荷載的等效均布活荷載，可按下式計(jì)算：

(5)計(jì)算板面等效均布荷載時(shí)，還必須明確擱置于樓面上的工藝設(shè)備局部荷載的實(shí)際作用面尺寸，作用面一般按矩形考慮，并假定荷載按45°擴(kuò)散線傳遞，這樣可以方便地確定荷載擴(kuò)散到板中性層處的計(jì)算寬度，從而確定單向板上局部荷載的有效分布寬度。 樓面和屋面活荷載四、屋面活荷載和屋面積灰荷載

1.屋面均布活荷載工業(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、組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)及準(zhǔn)永久值系數(shù)按表2-11采用。

樓面和屋面活荷載項(xiàng)次類別標(biāo)準(zhǔn)值/(kN/m2)組合值系數(shù)ψc頻遇值系數(shù)ψf準(zhǔn)永久值系數(shù)ψql不上人的屋面0.50.70.50.02上人的屋面2.00.70.50.43屋頂花園3.00.70.60.5表2-11屋面均布活荷載注：①不上人的屋面，當(dāng)施工或維修荷載較大時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況采用；對不同結(jié)構(gòu)應(yīng)按有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，將標(biāo)準(zhǔn)值作0.2kN/m2的增減。②上人的屋面，當(dāng)兼作其他用途時(shí)，應(yīng)按相應(yīng)樓面活荷載采用。③對于因屋面排水不暢、堵塞等引起的積水荷載，應(yīng)采取構(gòu)造措施加以防止；必要時(shí)，應(yīng)按積水的可能深度確定屋面活荷載。④屋頂花園活荷載不包括花圃土石等材料自重。

設(shè)計(jì)時(shí)注意屋面活荷載不應(yīng)與雪荷載同時(shí)考慮，此外該活荷載是屋面的水平投影面上的荷載。由于我國大多數(shù)地區(qū)的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值，因此在屋面結(jié)構(gòu)和構(gòu)件計(jì)算時(shí)，往往是屋面均布活荷載對設(shè)計(jì)起控制作用。高檔賓館、大型醫(yī)院等建筑的屋面有時(shí)還設(shè)有直升機(jī)停機(jī)坪，直升機(jī)總重引起的局部荷載可按直升機(jī)的實(shí)際最大起飛重量并考慮動(dòng)力系數(shù)確定，同時(shí)其等效均布荷載不低于5.0kN/m2。當(dāng)沒有機(jī)型技術(shù)資料時(shí)，一般可依據(jù)輕、中、重3種類型的不同要求，按表2-12規(guī)定選用局部荷載標(biāo)準(zhǔn)值及作用面積。表2-12直升機(jī)的局部荷載及作用面積樓面和屋面活荷載注：荷載的組合值系數(shù)應(yīng)取0.7，頻遇值系數(shù)應(yīng)取0.6，準(zhǔn)永久值系數(shù)應(yīng)取0。類型最大起飛重量/t局部荷載標(biāo)準(zhǔn)值/kN作用面積/m2輕型2200.20×0.20中型4400.25×0.25重型6600.30×0.302.屋面積灰荷載

(1)機(jī)械、冶金、水泥等行業(yè)在生產(chǎn)過程中有大量排灰產(chǎn)生，易于在廠房及其鄰近建筑屋面堆積，形成積灰荷載。影響積灰厚度的主要因素有除塵裝置的使用、清灰制度的執(zhí)行、風(fēng)向和風(fēng)速、煙囪高度、屋面坡度和屋面擋風(fēng)板等。當(dāng)工廠設(shè)有一定除塵設(shè)施，且能堅(jiān)持正常清灰的前提下，屋面水平投影面上的積灰荷載應(yīng)按表2-13采用。

(2)對于屋面上易形成灰堆處，當(dāng)設(shè)計(jì)屋面板、檁條時(shí)，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值可乘以下列規(guī)定的增大系數(shù)：①在高低跨處兩倍于屋面高差但不大于6.0m的分布寬度內(nèi)(圖2.13)取2.0。②在天溝處不大于3.0m的分布寬度內(nèi)(圖2.14)取1.4。表2-13屋面積灰荷載樓面和屋面活荷載項(xiàng)次類別標(biāo)準(zhǔn)值/(kN/m2)組合值系數(shù)ψc頻遇值系數(shù)ψf準(zhǔn)永久值系數(shù)ψq屋面無擋風(fēng)板屋面有擋風(fēng)板擋風(fēng)板內(nèi)擋風(fēng)板外1機(jī)械廠鑄造車間(沖天爐)0.500.750.300.90.90.82煉鋼車間(氧氣轉(zhuǎn)爐)-0.750.303錳、鉻鐵合金車間0.751.000.304硅、鎢鐵合金車間0.300.500.305燒結(jié)室、一次混合室0.501.000.206燒結(jié)廠通廊及其他車間0.30--7水泥廠有灰源車間、窯房、磨房、聯(lián)合儲(chǔ)庫、烘干房、破碎房)1.00--8水泥廠無灰源車間(空氣壓縮機(jī)站、機(jī)修間、材料庫、配電站)0.50--

對有雪地區(qū)，積灰荷載應(yīng)與雪荷載一道考慮；雨季的積灰吸水后重度增加，可通過不上人屋面的活荷載來補(bǔ)償。因此，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。

【例2.3】要求確定某水泥廠的機(jī)修車間天溝處的鋼筋混凝土大型屋面板的屋面積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值。解：查表2-13，該車間屬水泥廠無灰源的車間且屋面坡度a<25°，因此，其屋面積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2，但根據(jù)規(guī)定天溝處的屋面積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)乘以增大系數(shù)1.4，故該處的屋面積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值qak。

樓面和屋面活荷載圖2.13高低跨屋面積灰荷載的增大系數(shù)圖2.14天溝處積灰荷載的增大系數(shù)五施工、檢修荷載及欄桿水平荷載

1.施工和檢修荷載標(biāo)準(zhǔn)值

設(shè)計(jì)屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐、雨篷和預(yù)制小梁時(shí)，除了考慮屋面均布活荷載外，還應(yīng)按下列施工、檢修集中荷載(人和工具自重)標(biāo)準(zhǔn)值出現(xiàn)在最不利位置上進(jìn)行驗(yàn)算。

(1)屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐和預(yù)制小梁，施工或檢修集中荷載應(yīng)取1.0kN，并應(yīng)作用在最不利位置處進(jìn)行驗(yàn)算。

(2)計(jì)算挑檐、雨篷承載力時(shí)，應(yīng)沿板寬每隔1.0m取一個(gè)集中荷載；在驗(yàn)算挑檐、雨篷傾覆時(shí)，應(yīng)沿板寬每隔2.5～3.0m取一個(gè)集中荷載，集中荷載的位置作用于挑檐、雨篷端部(圖2.15)。

(3)對于輕型構(gòu)件或較寬構(gòu)件，當(dāng)施工荷載超過上述荷載時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況驗(yàn)算，或采用加墊板、支撐等臨時(shí)設(shè)計(jì)承受。

2.欄桿水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)樓梯、看臺(tái)、陽臺(tái)和上人屋面等的欄桿時(shí)，考慮到人群擁擠可能會(huì)對欄桿產(chǎn)生側(cè)向推力，應(yīng)在欄桿頂部作用水平荷載進(jìn)行驗(yàn)算(圖2.16)。欄桿水平荷載的取值與人群活動(dòng)密集程度有關(guān)，可按下列規(guī)定采用。

樓面和屋面活荷載樓面和屋面活荷載(2)傾覆點(diǎn)至墻外邊緣的距離。雨篷傾覆時(shí)，參照《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50003—2001)第7.4.2條關(guān)于挑梁傾覆點(diǎn)的規(guī)定，由于雨篷板支于雨篷梁上，即埋入墻深度為雨篷梁的寬度，其值小于2.2倍的梁高，因此，計(jì)算傾覆點(diǎn)離墻外邊緣的距離應(yīng)為0.13倍的雨篷梁寬度，即：

(3)傾覆彎矩標(biāo)準(zhǔn)值。由施工荷載或檢修荷載產(chǎn)生的傾覆彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為：

樓面和屋面活荷載圖2.15挑梁、雨篷集中荷載

圖2.16欄桿水平荷載(1)住宅、宿舍、辦公樓、旅館、醫(yī)院、托兒所、幼兒園，欄桿水平荷載應(yīng)取0.5kN/m；

(2)學(xué)校、食堂、劇場、電影院、車站、禮堂、展覽館或體育場，應(yīng)取1.0kN/m。

(3)當(dāng)確定欄桿構(gòu)件的荷載準(zhǔn)永久組合設(shè)計(jì)值時(shí)，可不考慮欄桿的水平荷載。

【例2.4】驗(yàn)算某食堂的支承于梁上的寬度為2.72m，挑出1.1m的雨篷由于施工及檢修集中荷載產(chǎn)生的傾覆彎矩標(biāo)準(zhǔn)值。解：(1)傾覆荷載。雨篷總寬度為2.72m。按規(guī)定驗(yàn)算傾覆時(shí)，沿板寬每隔2.5m～3m考慮一個(gè)集中荷載，故本例情況只考慮一個(gè)集中荷載，其作用的最不利位置在板端，其值取1.0kN。思考題1.土的自重應(yīng)力計(jì)算可以分幾種情況，如何確定？2.屋面活荷載都應(yīng)考慮哪些內(nèi)容，如何計(jì)算？3.如何確定橋面上的荷載？4.吊車荷載應(yīng)考慮哪些方面，如何計(jì)算？5.樓面活荷載如何取值，應(yīng)注意哪些問題？習(xí)題1.某地基由多層土組成，各土層的厚度、容重如圖2.17所示，試求各土層交界處的豎向自重應(yīng)力，并繪出自重應(yīng)力分布圖。2.已知某市基本雪壓S0=0.5kN/m2，某建筑物為拱形屋面，拱高f=5m，跨度l=21m，試求該建筑物的雪壓標(biāo)準(zhǔn)值。

3.某單跨24m屋架如圖2.18所示，屋架間距為6m，上弦鋪設(shè)3m×6m鋼筋混凝土大型屋面板并支承在屋架節(jié)點(diǎn)上，屋面坡度α=5.71°，當(dāng)?shù)鼗狙簽?.55kN/m2，求設(shè)計(jì)屋架時(shí)所需由雪壓荷載產(chǎn)生的桿件1內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值。(設(shè)計(jì)屋架時(shí)可分別按積雪全跨均勻分布、不均勻分布和半跨均勻分布3種情況考慮)圖2.17習(xí)題1厚度和容重圖

習(xí)題4.有一單層單跨工業(yè)廠房，跨度為18m，柱距為6m。簡支鋼筋混凝土吊車梁自重、聯(lián)結(jié)件的標(biāo)準(zhǔn)值為6.0kN/m，計(jì)算跨度為5.8m。設(shè)計(jì)時(shí)考慮兩臺(tái)10tA5級(jí)電動(dòng)吊鉤橋式吊車，吊車主要技術(shù)參數(shù)為：橋架跨度B=5.55m，輪距K=4.4m，小車自重Qlk=38kN，吊車最大輪壓°Pmaxk=115kN，吊車總重Qlk+Qbk=180kN，求按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB°50010—2002)驗(yàn)算吊車梁撓度時(shí)，所需要的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合最大設(shè)計(jì)值及荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合最大設(shè)計(jì)值。圖2.18習(xí)題3屋架外形尺寸(單位：m)第3章

風(fēng)荷載

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風(fēng)的有關(guān)知識(shí)風(fēng)壓風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)總風(fēng)效應(yīng)思考題本章內(nèi)容一、風(fēng)的形成風(fēng)是空氣相對于地面的運(yùn)動(dòng)。由于太陽對地球各處輻射程度和大氣升溫的不均衡性，在地球上的不同地區(qū)產(chǎn)生大氣壓力差，空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動(dòng)就形成了風(fēng)。由于地球是一個(gè)球體，太陽光輻射到地球上的能量隨緯度不同而有差異，赤道和低緯度地區(qū)受熱量較多，而極地和高緯度地區(qū)受熱量較少。在受熱量較多的赤道附近地區(qū)，氣溫高，空氣密度小，則氣壓小，大氣因加熱膨脹由表面向高空上升。受熱量較少的極地附近地區(qū)，氣溫低，空氣密度大，則氣壓大，大氣因冷卻收縮由高空向地表下沉。因此，在低空受指向低緯氣壓梯度力的作用，空氣從高緯地區(qū)流向低緯地區(qū)；在高空氣壓梯度指向高緯，空氣則從低緯流向高緯地區(qū)，這樣就形成了如圖3.1所示的全球性南北向環(huán)流。風(fēng)的有關(guān)知識(shí)圖3.1大氣熱力學(xué)環(huán)流模型二、兩類性質(zhì)的大風(fēng)

1.臺(tái)風(fēng)臺(tái)風(fēng)是發(fā)生在熱帶海洋上空的一種氣旋。在一個(gè)高水溫的暖熱帶洋面上空，若有一個(gè)弱的熱帶氣旋性系統(tǒng)產(chǎn)生或移來，在合適的環(huán)境下，因摩擦作用使氣流產(chǎn)生向弱渦旋內(nèi)部流動(dòng)的分量，把高溫洋面上蒸發(fā)進(jìn)入大氣的大量水汽帶到渦旋內(nèi)部，把高溫高濕空氣輻合到弱渦旋中心，產(chǎn)生上升和對流運(yùn)動(dòng)，釋放潛熱以加熱渦旋中心上空的氣柱，形成暖心。由于渦旋中心變暖，空氣變輕，中心氣壓下降，低渦變強(qiáng)。當(dāng)?shù)蜏u變強(qiáng)，反過來又使低空暖濕空氣向內(nèi)輻合更強(qiáng)，更多的水汽向中心集中，對流更旺盛，中心變得更暖，中心氣壓更為下降，如此循環(huán)，直至增強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)。

2.季風(fēng)由于大陸和海洋在一年之中增熱和冷卻程度不同，在大陸和海洋之間大范圍的、風(fēng)向隨季節(jié)有規(guī)律改變的風(fēng)，稱為季風(fēng)。形成季風(fēng)最根本的原因，是由于地球表面性質(zhì)不同，熱力反映有所差異引起的。風(fēng)的有關(guān)知識(shí)三、我國風(fēng)氣候總況我國的風(fēng)氣候總體情況如下。

(1)臺(tái)灣、海南和南海諸島由于地處海洋，常年受臺(tái)風(fēng)的直接影響，是我國最大的風(fēng)區(qū)。

(2)東南沿海地區(qū)由于受臺(tái)風(fēng)影響，是我國大陸的大風(fēng)區(qū)。風(fēng)速梯度由沿海指向內(nèi)陸。臺(tái)風(fēng)登陸后，受地面摩擦的影響，風(fēng)速削弱很快。統(tǒng)計(jì)表明，在離海岸100km處，風(fēng)速約減小一半。

(3)東北、華北和西北地區(qū)是我國的次大風(fēng)區(qū)，風(fēng)速梯度由北向南，與寒潮入侵路線一致。華北地區(qū)夏季受季風(fēng)影響，風(fēng)速有可能超過寒潮風(fēng)速。黑龍江西北部處于我國緯度最北地區(qū)，它不在蒙古高壓的正前方，因此那里的風(fēng)速不大。

(4)青藏高原地勢高，平均海拔在4～5km，屬較大風(fēng)區(qū)。

(5)長江中下游、黃河中下游是小風(fēng)區(qū)，一般臺(tái)風(fēng)到此已大為減弱，寒潮風(fēng)到此也是強(qiáng)弩之末。

(6)云貴高原處于東亞大氣環(huán)流的死角，空氣經(jīng)常處于靜止?fàn)顟B(tài)，加之地形閉塞，形成了我國的最小風(fēng)區(qū)。風(fēng)的有關(guān)知識(shí)四、風(fēng)級(jí)

風(fēng)的有關(guān)知識(shí)風(fēng)力等級(jí)名稱海面狀況浪高/m海岸漁船征象陸地地面物征象距地10m高處相當(dāng)風(fēng)速一般最高km/hmile/hm/s0靜風(fēng)--靜靜、煙直上<1<100～0.21軟風(fēng)0.10.1普通漁船略覺搖動(dòng)煙能表示風(fēng)向，但風(fēng)向標(biāo)不能轉(zhuǎn)動(dòng)1～51～30.3～1.52輕風(fēng)0.20.3漁船張帆時(shí)，可隨風(fēng)移行每小時(shí)2km～3km人面感覺有風(fēng)，樹葉有微響，風(fēng)向標(biāo)能轉(zhuǎn)動(dòng)6～114～61.6～3.33微風(fēng)0.61.0漁船漸覺簸動(dòng)，隨風(fēng)移行每小時(shí)5～6km樹葉及微枝搖動(dòng)不息，旌旗展開12～197～103.4～5.44和風(fēng)1.01.5漁船滿帆時(shí)船身傾于一側(cè)能吹起地面的灰塵和紙張，樹的小枝搖動(dòng)20～2811～165.5～7.95清勁風(fēng)2.02.5漁船縮帆(即收去帆的一部分)有葉的小樹搖擺，內(nèi)陸的水面有小波29～3817～218.0～10.76強(qiáng)風(fēng)3.04.0漁船加倍縮帆，捕魚須注意風(fēng)險(xiǎn)大樹枝搖動(dòng)，電線呼呼有聲，舉傘困難39～4922～2710.8～13.87疾風(fēng)4.05.5漁船停息港中，在海上下錨全樹搖動(dòng)，迎風(fēng)步行感覺不便50～6128～3313.9～17.18大風(fēng)5.57.5近港漁船皆停留不出微枝折毀，人向前行，感覺阻力甚大62～7430～4017.2～20.79烈風(fēng)7.010.0汽船航行困難煙囪頂部及平瓦移動(dòng)，小屋有損75～8841～4720.8～24.410狂風(fēng)9.012.5汽船航行頗危險(xiǎn)陸上少見，有時(shí)可使樹木拔起或?qū)⒔ㄖ锎禋?9～10248～5524.5～28.411暴風(fēng)11.516.0汽船遇之極危險(xiǎn)陸上很少，有時(shí)必有重大損毀103～11756～6328.5～32.612颶風(fēng)14-海浪滔天陸上絕少，其搗毀力極大118～13364～7132.7～36.9

為了區(qū)分風(fēng)的大小，根據(jù)風(fēng)對地面(或海面)物體的影響程度，常將風(fēng)劃為13個(gè)等級(jí)。風(fēng)速越大，風(fēng)級(jí)越大。由于早期人們還沒有儀器來測定風(fēng)速，因此就按照風(fēng)所引起的現(xiàn)象來劃分等級(jí)。風(fēng)的13個(gè)等級(jí)見表3-1。表3-1蒲福風(fēng)力等級(jí)表風(fēng)壓一、風(fēng)速與風(fēng)壓的關(guān)系風(fēng)的強(qiáng)度常用風(fēng)速表示。當(dāng)風(fēng)以一定的速度向前運(yùn)動(dòng)遇到建筑物、構(gòu)筑物、橋梁等阻礙物時(shí)，將對這些阻礙物產(chǎn)生壓力，即風(fēng)壓。風(fēng)荷載是工程結(jié)構(gòu)的主要側(cè)向荷載之一，它不僅對結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生水平風(fēng)壓作用，還會(huì)引起多種類型的振動(dòng)效應(yīng)。確定作用于工程結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載時(shí)，必須依據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)速資料確定基本風(fēng)壓。風(fēng)的流動(dòng)速度隨離地面高度不同而變化，還與地貌環(huán)境等多種因素有關(guān)。為了設(shè)計(jì)上的方便，可按規(guī)定的量測高度、地貌環(huán)境等標(biāo)準(zhǔn)條件確定風(fēng)速。對于非標(biāo)準(zhǔn)條件下的情況由此進(jìn)行換算。在規(guī)定條件下確定的風(fēng)速稱為基本風(fēng)速，它是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)必須具有的基本數(shù)據(jù)。風(fēng)速和風(fēng)壓之間的關(guān)系，可由流體力學(xué)中的伯努利方程得到。自由氣流的風(fēng)速產(chǎn)生的單位面積上的風(fēng)壓力為：

(3-1)式中，——單位面積上的風(fēng)壓力(kN/m2)；

ρ——空氣密度(kg/m3)；

γ——空氣單位體積重力(kN/m3)；

g——重力加速度(m/s2)；

v0——風(fēng)速(m/s)。風(fēng)壓

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況下，γ=0.012018kN/m3，g=9.80m/s2，可得：

(3-2)

在不同的地理位置，大氣條件是不同的，γ和g值也不相同。資料缺乏時(shí)，空氣密度可假設(shè)海拔高度為0m，取ρ=1.25(kg/m3)；重力加速度g不僅隨高度變化，而且與緯度有關(guān)；空氣重度γ是氣壓、氣溫和溫度的函數(shù)，因此，各地的的值均不相同。為了比較不同地區(qū)風(fēng)壓的大小，必須對地貌、測量高度進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。根據(jù)統(tǒng)一規(guī)定，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)給出了全國各城市50年一遇的風(fēng)壓值，見表2-1。當(dāng)城市或建設(shè)地區(qū)的基本風(fēng)壓值在表中未列出時(shí)，也可按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)中全國基本風(fēng)壓分布圖(附圖2)查得。在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》中全國基本風(fēng)壓分布圖查得基本風(fēng)壓值。

風(fēng)壓二、基本風(fēng)壓

1.標(biāo)準(zhǔn)高度的影響：風(fēng)速隨高度而變化。離地表越近，由于地表摩擦耗能越大，因而平均風(fēng)速越小。

2.標(biāo)準(zhǔn)地貌的規(guī)定：同一高度處的風(fēng)速與地貌粗糙程度有關(guān)。地面粗糙程度高，風(fēng)能消耗多，風(fēng)速則低。

3.公稱風(fēng)速的時(shí)距：公稱的風(fēng)速實(shí)際是一定時(shí)間間隔內(nèi)(稱為時(shí)距)的平均風(fēng)速。風(fēng)速隨時(shí)間不斷變化，常取某一規(guī)定時(shí)間內(nèi)的平均風(fēng)速作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)速記錄表明，10min的平均風(fēng)速已趨于穩(wěn)定。時(shí)距太短，易突出風(fēng)的脈動(dòng)峰值作用；時(shí)距太長，勢必把較多的小風(fēng)平均進(jìn)去，致使最大風(fēng)速值偏低。

4.最大風(fēng)速的樣本時(shí)間:由于氣候的重復(fù)性，風(fēng)有著它的自然周期，每年季節(jié)性地重復(fù)一次。因此，年最大風(fēng)速最有代表性。

5.基本風(fēng)速的重現(xiàn)期:取年最大風(fēng)速為樣本，可獲得各年的最大風(fēng)速。每年的最大風(fēng)速值是不同的。工程設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)在使用過程中幾十年時(shí)間范圍內(nèi)，可能遭遇到的最大風(fēng)速。該最大風(fēng)速不是經(jīng)常出現(xiàn)，而是間隔一段時(shí)間后再出現(xiàn)，這個(gè)間隔時(shí)間稱為重現(xiàn)期。風(fēng)壓

三、非標(biāo)準(zhǔn)條件下的風(fēng)速或風(fēng)壓的換算

1.不同高度換算即使在同一地區(qū)，高度不同，風(fēng)速也會(huì)不同。當(dāng)實(shí)測風(fēng)速高度不足10m標(biāo)準(zhǔn)高度時(shí)，應(yīng)由氣象臺(tái)站根據(jù)不同高度風(fēng)速的對比觀測資料，并考慮風(fēng)速大小的影響，給出非標(biāo)準(zhǔn)高度風(fēng)速與10m標(biāo)準(zhǔn)高度風(fēng)速的換算系數(shù)。缺乏觀測資料時(shí)，實(shí)測風(fēng)速高度換算系數(shù)也可按表3-2取值。表3-2實(shí)測風(fēng)速高度換算系數(shù)

2.不同時(shí)距換算時(shí)距不同，所求得的平均風(fēng)速也不同。有時(shí)天氣變化劇烈，氣象臺(tái)站瞬時(shí)風(fēng)速記錄時(shí)距小于10min，因此在某些情況下需要進(jìn)行不同時(shí)距之間的平均風(fēng)速換算。實(shí)測結(jié)果表明，各種不同時(shí)距間平均風(fēng)速的比值受到多種因素影響，具有很大的變異性。不同時(shí)距與10min時(shí)距風(fēng)速換算系數(shù)可近似按表3-3取值。表3-3不同時(shí)距與10min時(shí)距風(fēng)速換算系數(shù)實(shí)測風(fēng)速高度/m468101214161820高度換算系數(shù)1.1581.0851.0361.0000.9710.9480.9280.9100.895實(shí)測風(fēng)速時(shí)距60min10min5min2min1min0.5min20s10s5s瞬時(shí)時(shí)距換算系數(shù)0.9401.001.071.161.201.261.281.351.391.50風(fēng)壓

應(yīng)該指出，表中所列出的是平均比值。實(shí)際上有許多因素影響該比值，其中最重要的有：

(1)平均風(fēng)速值。實(shí)測表明，10min平均風(fēng)速越小，該比值越大。

(2)天氣變化情況。一般天氣變化越劇烈，該比值越大。如雷暴大風(fēng)最大，臺(tái)風(fēng)次之，而寒潮大風(fēng)(冷空氣)則最小。

3.不同重現(xiàn)期換算重現(xiàn)期不同，最大風(fēng)速的保證率將不同，相應(yīng)的最大風(fēng)速值也不同。我國目前按重現(xiàn)期50年的概率確定基本風(fēng)壓。重現(xiàn)期的取值直接影響到結(jié)構(gòu)的安全度，對于風(fēng)荷載比較敏感的結(jié)構(gòu)，重要性不同的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)有可能采用不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓，以調(diào)整結(jié)構(gòu)的安全水準(zhǔn)。不同重現(xiàn)期風(fēng)速或風(fēng)壓之間的換算系數(shù)可按表3-4取值。表3-4不同重現(xiàn)期與重現(xiàn)期為50年的基本風(fēng)壓換算系數(shù)重現(xiàn)期/年1006050403020105重現(xiàn)期換算系數(shù)1.101.031.000.970.930.870.770.66風(fēng)壓高度變化系數(shù)地面粗糙度等級(jí)低的地區(qū)，其梯度風(fēng)高度比等級(jí)高的地區(qū)低，如圖3.2所示。根據(jù)實(shí)測結(jié)果分析，大氣邊界層內(nèi)平均風(fēng)速沿高度變化的規(guī)律可用指數(shù)函數(shù)來描述，即：

(3-3)式中，v——任一高度z處平均風(fēng)速；

v0——標(biāo)準(zhǔn)高度處平均風(fēng)速；

——離地面任一高度(m)；

——離地面標(biāo)準(zhǔn)高度，通常取為10m；

——與地面粗糙度有關(guān)的指數(shù)，地面粗糙度越大，越大。由式(3-1)可知，風(fēng)壓與風(fēng)速的平方成正比，將式(3-3)代入，可得：

(3-4)式中，——任一地貌高度z處風(fēng)壓；

——任一地貌標(biāo)準(zhǔn)高度處風(fēng)壓。整理式(3-4)，并將標(biāo)準(zhǔn)高度=10m代入，可得：

(3-5)圖3.2不同粗糙度下的平均風(fēng)剖面風(fēng)壓高度變化系數(shù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地貌下梯度風(fēng)高度為，粗糙度指數(shù)為，基本風(fēng)壓值為；任一地貌下梯度風(fēng)高度為。根據(jù)梯度風(fēng)高度處風(fēng)壓相等的條件，由式(3-5)可導(dǎo)出：

(3-6) (3-7)將式(3-6)、(3-7)代入式(3-5)，可得任一地貌條件下，高度z處的風(fēng)壓為：

(3-8)式中，為任意地貌下的風(fēng)壓高度變化系數(shù)，應(yīng)按地面粗糙度指數(shù)和假定的梯度風(fēng)高度確定，并隨離地面高度z而變化。風(fēng)壓高度變化系數(shù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)將地面粗糙度分為A、B、C、D四類。A類是指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)，取地面粗糙度指數(shù)αA=0.12，梯度風(fēng)高度=300m。B類是指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)，取地面粗糙度指數(shù)αB=0.16，梯度風(fēng)高度C類是指有密集建筑群的城市市區(qū)，取地面粗糙度指數(shù)αC=0.22，梯度風(fēng)高度D類是指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)，取地面粗糙度指數(shù)αD=0.30，梯度風(fēng)高度=450m。將以上數(shù)據(jù)代入式(3-8)，可得A、B、C、D四類風(fēng)壓高度變化系數(shù)：

A類：=1.379(z/10)0.24B類：=1.000(z/10)0.32C類：=0.616(z/10)0.44D類：=0.318(z/10)0.60

根據(jù)上式可求出各類地面粗糙度下的風(fēng)壓高度變化系數(shù)。對于平坦或稍有起伏的地形，高度變化系數(shù)直接按表3-5取用。對于山區(qū)的建筑物，風(fēng)壓高度變化系數(shù)除由表3-5確定外，還應(yīng)考慮地形的修正，修正系數(shù)分別按下述規(guī)定采用：

(1)對于山峰和山坡，其頂部B處的修正系數(shù)可按下述公式采用：

(3-9)風(fēng)壓高度變化系數(shù)

式中，α——山峰或山坡在迎風(fēng)面一側(cè)的坡度，當(dāng)tanα>0.3時(shí)，取tanα=0.3；

k——系數(shù)，對山峰取3.2，對山坡取1.4；

H——山頂或山坡全高(m)；

z——建筑物計(jì)算位置離建筑物地面的高度(m)，當(dāng)z>2.5H時(shí)，取z=2.5H。表3-5風(fēng)壓高度變化系數(shù)

地面或海平面高度/m地面粗糙度類別ABCD510152030405060708090100150200250300350400≥4501.171.381.521.631.801.922.032.122.202.272.342.402.642.832.993.123.123.123.121.001.001.141.251.421.561.671.771.861.952.022.092.382.612.802.973.123.123.120.740.740.740.841.001.131.251.351.451.541.621.702.032.302.542.752.943.123.120.620.620.620.620.620.730.840.931.021.111.191.271.611.922.192.452.682.913.12風(fēng)壓高度變化系數(shù)

山坡和山峰的其他部位如圖3.3所示，取A、C處的修正系數(shù)、為1，AB間和BC間的修正系數(shù)按的線性插值確定。圖3.3山坡和山峰示意圖

(2)山間盆地、谷地等閉塞地形η=0.75～0.85；對于與風(fēng)向一致的谷口、山口，η=1.20～1.50。

對于遠(yuǎn)海海面和海島的建筑物或構(gòu)筑物，風(fēng)壓高度變化系數(shù)可按A類粗糙度類別，除由表3-5確定外，還應(yīng)考慮表3-6中給出的修正系數(shù)。表3-6遠(yuǎn)海海面和海島修正系數(shù)距海岸距離/km<4040～6060～100修正系數(shù)1.01.0～1.11.1～1.2風(fēng)荷載體型系數(shù)一、單體風(fēng)載體型系數(shù)圖3.4所示為封閉式雙坡屋面風(fēng)荷載體型系數(shù)在各個(gè)面上的分布，設(shè)計(jì)時(shí)可以直接取用。圖中風(fēng)荷載體型系數(shù)為正值，代表風(fēng)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓力作用，其方向指向建筑物表面；風(fēng)荷載體型系數(shù)為負(fù)值，代表風(fēng)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生吸力作用，其方向離開建筑物表面。圖3.4封閉式雙坡屋面風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)二、群體風(fēng)壓體型系數(shù)

當(dāng)多個(gè)建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距較近時(shí)，宜考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)，使得房屋某些部位的局部風(fēng)壓顯著增大。設(shè)計(jì)時(shí)可將單體建筑物的體型系數(shù)乘以相互干擾增大系數(shù)，該系數(shù)參考類似條件的試驗(yàn)資料確定；必要時(shí)宜通過風(fēng)洞試驗(yàn)得出。風(fēng)荷載體型系數(shù)三、局部風(fēng)壓體型系數(shù)

驗(yàn)算局部圍護(hù)構(gòu)件及其連接的強(qiáng)度時(shí)，按以下局部風(fēng)壓體型系數(shù)采用：

(1)建筑物外表面正壓區(qū)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)表7.3.1中風(fēng)荷載體型系數(shù)采用。

(2)建筑物外表面負(fù)壓區(qū)，對墻面取1.0；對墻角邊取1.8；對屋面局部部位(周邊和屋面坡度大于10°的屋脊部位)取2.2；對檐口、雨篷、遮陽板等突出構(gòu)件取2.0。

(3)對于封閉式建筑物的內(nèi)表面，按外表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取0.2或+0.2。結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念一、結(jié)構(gòu)的風(fēng)力與風(fēng)效應(yīng)水平流動(dòng)的氣流作用在結(jié)構(gòu)物的表面上，會(huì)在其表面上產(chǎn)生風(fēng)壓，將風(fēng)壓沿表面積分可求出作用在結(jié)構(gòu)的風(fēng)力，結(jié)構(gòu)上的風(fēng)力可分為順風(fēng)向風(fēng)力、橫風(fēng)向風(fēng)力及扭風(fēng)力矩，如圖3.5所示。

(3-10a)