《作用及荷載設計》課件

作用及荷載設計作用及荷載設計是建筑結構設計的重要組成部分。作用指的是作用于結構上的力，荷載指的是作用于結構上的外力。課程介紹本課程主要介紹作用及荷載在建筑結構設計中的應用。課程內容包括：荷載概述、常見荷載類型、荷載組合、極限狀態(tài)設計、荷載系數(shù)、抗震設防等級、地震反應譜法、地震動力分析法、地震作用分析等。本課程將通過理論講解、案例分析、軟件操作等方式，幫助學生掌握作用及荷載設計的基本理論和方法，為學生從事建筑結構設計工作奠定基礎。結構與作用結構結構指建筑物或構筑物的骨架，提供承載能力和穩(wěn)定性。作用作用指作用在結構上的外力，包括荷載和環(huán)境因素。荷載荷載指作用在結構上的重量，包括自重、活荷載、風荷載等。環(huán)境因素環(huán)境因素指溫度、濕度、地震等影響結構性能的因素。荷載概述荷載是作用在結構物上的外力，包括自重、活荷載、風荷載、雪荷載、溫度作用、地震作用等。荷載設計是結構設計的重要組成部分，直接關系到結構物的安全性、耐久性和使用功能。準確確定荷載的大小、方向和作用位置，是進行荷載設計的基礎。荷載設計要考慮各種因素，例如結構物的用途、使用環(huán)境、地理位置等。自重荷載自重荷載是指建筑物或構筑物本身的重量，包括各種材料的重量、結構構件的重量以及安裝設備的重量等。1材料鋼筋混凝土、鋼結構、木材、磚石等材料的重量。2構件梁、柱、板、墻、樓板、屋頂、基礎等構件的重量。3設備電梯、管道、空調、照明等設備的重量。4裝飾墻面、地面、天花板的裝飾材料重量?；詈奢d活荷載是指在建筑物或構筑物使用過程中，由于人員、設備、家具等活動而產(chǎn)生的荷載?；詈奢d的大小和位置都是不確定的，因此在設計時需要根據(jù)不同的使用功能和環(huán)境條件進行確定?；詈奢d的設計值通常根據(jù)結構的使用功能和環(huán)境條件確定，例如住宅的活荷載設計值通常為2.0kN/㎡，而車庫的活荷載設計值則為4.0kN/㎡。風荷載風荷載風力對建筑物產(chǎn)生的荷載風壓風對建筑物表面產(chǎn)生的壓力風力系數(shù)風荷載大小的比例系數(shù)風荷載是建筑物重要的荷載之一，需要根據(jù)風速、風向、建筑物形狀等因素進行計算。雪荷載雪荷載作用類型特點靜荷載垂直荷載均勻分布，集中在屋頂可變荷載隨時間變化雪量、雪深、雪密度影響雪荷載主要影響屋頂結構，需要根據(jù)當?shù)貧庀髼l件和建筑物類型進行計算，并考慮積雪的分布和厚度。溫度作用溫度變化對建筑物結構產(chǎn)生影響，主要體現(xiàn)在熱脹冷縮。溫度變化引起結構內部應力，進而影響結構的強度和穩(wěn)定性。10溫度變化溫度變化主要指季節(jié)變化或晝夜變化引起的溫度差。50膨脹系數(shù)不同材料的膨脹系數(shù)不同，導致結構不同部位的膨脹量不同，產(chǎn)生應力。100溫度梯度結構內部不同部位的溫度梯度也會產(chǎn)生應力。20應力溫度應力會降低結構的承載能力，甚至引起結構破壞。溫度作用的計算方法和設計規(guī)范需要根據(jù)具體工程情況和規(guī)范要求進行。地震作用地震作用是結構設計中非常重要的考慮因素之一。地震的發(fā)生會對建筑物造成巨大的破壞，因此必須進行合理的設計以確保建筑物的抗震能力。地震作用的大小取決于地震烈度、地震震級、地質條件和建筑物自身的結構特點等因素。組合作用基本組合基本組合是指由各種荷載作用共同作用于結構的一種組合，用于確定結構的強度和穩(wěn)定性。偶然組合偶然組合是指由各種荷載作用共同作用于結構的一種組合，用于確定結構的耐久性。特殊組合特殊組合是指在某些特殊情況下，例如地震或爆炸，需要考慮的荷載組合。荷載系數(shù)11.安全系數(shù)考慮材料強度、施工質量等因素，確保結構安全。22.可變系數(shù)反映荷載的變異性，確保結構在不同荷載工況下安全。33.組合系數(shù)考慮不同荷載類型之間的相互影響，確保結構在組合荷載作用下安全。極限狀態(tài)結構失效結構失去承載能力，無法正常使用，例如倒塌、斷裂、嚴重變形等。使用功能失效結構雖然沒有倒塌，但無法滿足使用功能要求，例如過大的振動、沉降、裂縫等。極限狀態(tài)設計建筑結構設計時，需要考慮結構在各種荷載作用下可能出現(xiàn)的極限狀態(tài)，并確保結構能夠安全可靠地使用。極限狀態(tài)設計原則安全性結構能夠安全地承受各種荷載并保持穩(wěn)定性，防止倒塌或局部破壞。適用性結構在使用過程中滿足功能需求，確保使用性能和耐久性，滿足用戶體驗和舒適度。經(jīng)濟性設計方案應經(jīng)濟合理，盡可能降低成本，滿足工程造價要求。極限承載能力極限承載能力是指結構或構件在荷載作用下所能承受的最大荷載，超出此荷載，結構將發(fā)生破壞或喪失使用功能。極限承載能力是結構安全的重要指標，在結構設計中必須予以充分考慮。結構設計的目的是保證結構在正常使用情況下具有足夠的承載能力，并能夠抵抗各種意外荷載，如地震、風、雪等。極限承載能力的計算方法主要有兩種：理論計算法和試驗法。理論計算法基于材料力學和結構力學原理，通過計算得出結構的承載能力；試驗法通過對結構或構件進行試驗，直接測量其承載能力。極限使用狀態(tài)定義結構在正常使用情況下，可能出現(xiàn)的結構失效或功能喪失特征結構的變形、振動或其他性能超過規(guī)定的限值后果影響結構的正常使用功能，但不威脅結構安全永久和臨時荷載永久荷載永久荷載是指作用在結構上長期不變的荷載。例如，房屋的自重、墻體、樓板、屋頂、固定設備等。臨時荷載臨時荷載是指作用在結構上時間不固定、大小和位置可能變化的荷載。例如，人和家具的重量、風荷載、雪荷載、地震荷載等。荷載區(qū)分區(qū)分永久荷載和臨時荷載的目的是為了確定結構的承載能力和使用壽命。永久荷載是結構安全的重要保證，而臨時荷載則需要考慮其變化規(guī)律，確保結構的安全性和穩(wěn)定性。荷載組合1基本組合基本組合用于計算結構構件的正常使用極限狀態(tài)，考慮永久荷載、可變荷載和其他荷載的影響。2偶然組合偶然組合用于計算結構構件的承載能力極限狀態(tài)，考慮永久荷載、可變荷載和其他荷載的影響。3地震組合地震組合用于計算結構構件的抗震設計，考慮永久荷載、地震荷載和其他荷載的影響。分部驗算基礎基礎驗算主要考慮地基承載力，并根據(jù)基礎形式進行驗算。主要包括基礎抗壓強度驗算，抗剪強度驗算，以及基礎的整體穩(wěn)定性驗算。主體結構主體結構驗算主要包括梁、柱、板、墻等構件的強度、剛度和穩(wěn)定性驗算。驗算時應考慮不同荷載工況下的內力、變形和屈服條件。屋面和樓面屋面和樓面驗算主要包括板、梁、柱等構件的強度、剛度和穩(wěn)定性驗算。需要考慮屋面荷載、樓面活荷載、以及屋面和樓面自身的重量。建筑物全體驗算綜合考量考慮所有可能的作用和荷載組合，包括自重、活荷載、風荷載、雪荷載、溫度作用和地震作用等。安全系數(shù)根據(jù)建筑物的類別、重要性和使用功能，確定相應的安全系數(shù)，確保建筑物的安全性和可靠性。規(guī)范要求遵循相關的建筑規(guī)范和標準，例如《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009-2012等。抗震設防等級11.地震烈度地震烈度表示地震對地面和建筑物的影響程度，采用中國地震烈度表。22.結構重要性結構的重要性指建筑物在發(fā)生地震時對社會、經(jīng)濟的影響程度。33.結構場地條件場地條件指建筑物所在地的地質、土壤條件，會影響地震波的傳播和放大程度。44.結構抗震措施抗震措施包括結構的抗震設計、施工、材料、抗震驗收等。地震作用分析1地震動輸入地震動是地震作用的基本參數(shù)。2結構響應分析分析結構在地震動作用下的動力響應。3地震力計算根據(jù)結構響應計算地震作用力。地震作用分析是結構抗震設計的基礎，確定結構在發(fā)生地震時如何響應，計算結構需要承受的地震力。地震彈性反應譜地震彈性反應譜是描述地震動特性的一種重要工具。反應譜是以地震動頻率為橫坐標，結構在不同頻率下產(chǎn)生的最大地震加速度為縱坐標繪制的曲線。1頻率結構的固有頻率2加速度結構在該頻率下的最大加速度3地震動特定地震事件的地震動記錄地震彈性反應譜可以用于確定地震荷載對結構的影響。地震反應譜法1確定地震動參數(shù)周期、阻尼比、峰值加速度2繪制反應譜根據(jù)地震動參數(shù)計算結構反應3確定結構自振周期通過振型分析獲得4確定結構最大地震力利用反應譜計算結構承受地震力地震反應譜法是一種簡便有效的方法，廣泛應用于建筑結構抗震設計中。地震動力分析法結構動力模型構建結構的動力模型，包括質量、剛度和阻尼等參數(shù)。地震激勵將地震動輸入結構模型，模擬地震發(fā)生時的地面運動。計算分析運用數(shù)值方法求解結構在地震激勵作用下的動力響應，包括位移、速度和加速度。結果評估分析結構的動力響應，評估結構的抗震性能和可能發(fā)生的破壞模式。整體抗震性能控制結構安全確保建筑結構在發(fā)生地震時不發(fā)生倒塌，保證生命安全。損傷控制控制地震造成的結構損傷，減少維修成本，提高抗震耐久性。功能恢復地震后，建筑結構能夠盡快恢復功能，滿足基本使用要求。構件抗震設計柱抗震設計保證柱的抗震強度和延性，控制破壞模式。梁抗震設計確保梁的抗震強度，避免剪切破壞，增強抗彎能力。墻抗震設計提高墻體的抗震強度，增加延性，控制墻體裂縫寬度。節(jié)點抗震設計保證節(jié)點的抗震強度，防止節(jié)點提前破壞，保證結構整體性。基礎抗震設計1基礎類型基礎類型應根據(jù)地質條件和建筑物類型選擇，如條形基礎、筏形基礎等。2抗震措施應采取措施增強基礎的抗震性能，例如增加基礎剛度、設置抗震縫等。3基礎計算基礎應進行抗震計算，確保其能承受地震荷載，并滿足相關規(guī)范要求。4施工質量基礎施工質量應嚴格控制，確保其符合設計要求，以保證建筑物的安全。材料與構造要求材料選擇使用符合國家標準的優(yōu)質材料。構造設計確保結構的穩(wěn)定性和耐久性，并符合相關規(guī)范。施工工藝嚴格遵守施工規(guī)范，保證施工質量。驗收標準根據(jù)國家標準和設計要求進行驗收。質量控制材料質量控制材料質量直接影響結構安全，因此要嚴格