《設(shè)計(jì)荷載》課件

設(shè)計(jì)荷載建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)，是確保建筑物安全性的關(guān)鍵因素。by課程簡(jiǎn)介課程內(nèi)容本課程主要講解建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所涉及的各種荷載及其計(jì)算方法。課程目標(biāo)幫助學(xué)生掌握建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載的分類、確定和計(jì)算方法，為后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程奠定基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)方法課堂講解、案例分析和課后練習(xí)相結(jié)合，加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。荷載分類11.永久荷載建筑結(jié)構(gòu)自身重量和固定設(shè)備重量。22.變動(dòng)荷載隨時(shí)間變化或空間位置變化的荷載，例如人員、家具、設(shè)備、雪、風(fēng)和地震。33.偶然荷載偶爾出現(xiàn)的荷載，例如吊車、施工荷載、爆炸荷載和撞擊荷載。44.組合荷載幾種不同荷載同時(shí)作用于結(jié)構(gòu)時(shí)的荷載。永久荷載自重荷載建筑物自身重量固定設(shè)備荷載固定在建筑物上的設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施荷載管道、電纜等裝飾裝修荷載墻面、地面裝飾材料變動(dòng)荷載車輛荷載車輛荷載是指車輛在道路、橋梁或其他建筑物上行駛時(shí)產(chǎn)生的荷載?；疖嚭奢d火車荷載是指火車在鐵路軌道上行駛時(shí)產(chǎn)生的荷載。人群荷載人群荷載是指人群在建筑物內(nèi)活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的荷載，例如在劇院、體育館或商場(chǎng)。吊車荷載吊車荷載是指吊車在建筑物內(nèi)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的荷載。偶然荷載偶然荷載定義偶然荷載是指可能出現(xiàn)的，但不是經(jīng)常出現(xiàn)的荷載。它們對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響通常很小，但在設(shè)計(jì)中需要考慮，因?yàn)樗鼈兛赡茉谔囟ㄇ闆r下產(chǎn)生顯著影響。偶然荷載示例常見的偶然荷載包括風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載等。這些荷載通常由自然因素引起，可能在特定時(shí)間和地點(diǎn)出現(xiàn)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響。組合荷載綜合考慮組合荷載是指各種荷載作用下，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的合力。設(shè)計(jì)安全組合荷載的設(shè)計(jì)目的是確保建筑物在各種情況下都能承受各種荷載。計(jì)算模型組合荷載的設(shè)計(jì)值需要通過復(fù)雜的計(jì)算模型得出，以確保結(jié)構(gòu)安全。永久荷載的設(shè)計(jì)值永久荷載的設(shè)計(jì)值是指結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下，其自身重量以及永久性設(shè)備重量的總和。設(shè)計(jì)值一般通過將標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)γG來確定，其通常取值為1.2。荷載類型標(biāo)準(zhǔn)值荷載分項(xiàng)系數(shù)γG設(shè)計(jì)值結(jié)構(gòu)自重G1.21.2G永久設(shè)備重量Gk1.21.2Gk變動(dòng)荷載的設(shè)計(jì)值變動(dòng)荷載的設(shè)計(jì)值是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮的實(shí)際荷載值。這些值通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和規(guī)范要求確定的。偶然荷載的設(shè)計(jì)值偶然荷載的設(shè)計(jì)值是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的偶然荷載的大小，它通常是根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況和相關(guān)規(guī)范來確定的。偶然荷載的設(shè)計(jì)值通常要比永久荷載的設(shè)計(jì)值小，因?yàn)榕既缓奢d出現(xiàn)的頻率比較低，而且其大小也比較不確定。在確定偶然荷載的設(shè)計(jì)值時(shí)，需要考慮各種因素，例如結(jié)構(gòu)的使用功能、結(jié)構(gòu)的類型、結(jié)構(gòu)的地理位置等。1.2安全系數(shù)偶然荷載設(shè)計(jì)值通常乘以安全系數(shù)，以確保結(jié)構(gòu)的安全。0.5荷載組合偶然荷載設(shè)計(jì)值通常與其他荷載一起進(jìn)行組合，以確定結(jié)構(gòu)的最終設(shè)計(jì)荷載。1.0設(shè)計(jì)規(guī)范偶然荷載設(shè)計(jì)值需要根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，并保證其合理性。組合荷載設(shè)計(jì)值的計(jì)算1基本荷載組合考慮永久荷載和變動(dòng)荷載2偶然荷載組合考慮永久荷載、變動(dòng)荷載和偶然荷載3特殊荷載組合考慮地震荷載、風(fēng)荷載組合荷載設(shè)計(jì)值是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的參數(shù)。不同的荷載組合方式，需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。建筑物結(jié)構(gòu)的平面布置建筑物結(jié)構(gòu)的平面布置是建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，它直接影響著建筑物的使用功能、空間布局和美觀性。平面布置應(yīng)充分考慮建筑物的使用功能和空間需求，并合理安排各功能區(qū)域的面積和位置，確保各區(qū)域之間通暢的交通流線。同時(shí)，平面布置還應(yīng)考慮建筑物的朝向、采光、通風(fēng)和日照等因素，以創(chuàng)造舒適宜人的室內(nèi)環(huán)境。建筑物結(jié)構(gòu)的高度布置建筑物結(jié)構(gòu)的高度布置是指建筑物各層樓板的高度和層高。層高是指相鄰兩層樓板之間的垂直距離，層高影響建筑物內(nèi)部空間的使用功能和舒適度。高度布置方案應(yīng)根據(jù)建筑物功能要求、建筑物高度、結(jié)構(gòu)類型、建筑材料等因素進(jìn)行綜合考慮。高度布置方案應(yīng)滿足建筑物使用功能需求，同時(shí)應(yīng)符合建筑規(guī)范要求。屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)荷載屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)荷載是建筑物設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，它直接影響到屋頂結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性。屋頂荷載主要包括：自重荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、使用荷載等。1.5自重0.5雪荷載0.8風(fēng)荷載0.2使用荷載外墻的設(shè)計(jì)荷載荷載類型設(shè)計(jì)值(kN/m2)說明自重荷載0.5-1.0外墻材料重量風(fēng)荷載0.5-1.5風(fēng)力對(duì)外墻的影響雪荷載0.2-0.5積雪對(duì)外墻的壓力地震荷載0.1-0.3地震對(duì)外墻的沖擊樓地面的設(shè)計(jì)荷載樓地面的設(shè)計(jì)荷載是指建筑物樓層地面在使用過程中所承受的各種荷載，主要包括活荷載和恒荷載?；詈奢d是指建筑物在使用過程中變化的荷載，例如人員、家具、設(shè)備等的重量。恒荷載是指建筑物在使用過程中始終存在的荷載，例如樓板、墻體、屋頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)的自重。樓地面的設(shè)計(jì)荷載是建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，它直接關(guān)系到建筑物的安全性和使用壽命。樓梯和平臺(tái)的設(shè)計(jì)荷載樓梯5.0kN/m2平臺(tái)5.0kN/m2樓梯和平臺(tái)的設(shè)計(jì)荷載應(yīng)考慮人員和物品的重量，并應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的要求。樓梯的設(shè)計(jì)荷載應(yīng)包括人員荷載和物品荷載，平臺(tái)的設(shè)計(jì)荷載應(yīng)考慮人員荷載和平臺(tái)自重。欄桿和扶手的設(shè)計(jì)荷載欄桿和扶手是建筑物中常見的安全設(shè)施，主要用于防止人員墜落，同時(shí)也起著裝飾作用。在設(shè)計(jì)欄桿和扶手時(shí)，需要考慮其所承受的荷載，以確保其安全性和可靠性。欄桿和扶手的荷載主要包括靜荷載和動(dòng)荷載兩種。靜荷載是指長(zhǎng)期作用于欄桿和扶手的荷載，例如自身重量和固定荷載；動(dòng)荷載是指短暫作用于欄桿和扶手的荷載，例如人員行走或倚靠的荷載。在設(shè)計(jì)中，需要對(duì)靜荷載和動(dòng)荷載進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇合適的材料和截面尺寸。0.5KN/m靜荷載通?？紤]自身重量，并適當(dāng)考慮固定荷載1.0KN/m動(dòng)荷載根據(jù)人員行走或倚靠的荷載設(shè)備和管線的設(shè)計(jì)荷載設(shè)備和管線的設(shè)計(jì)荷載應(yīng)考慮其重量、尺寸、安裝方式以及運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和沖擊等因素。例如，空調(diào)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等。溫度荷載的確定1溫度差建筑物材料在不同溫度下會(huì)發(fā)生膨脹或收縮，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫度差越大，應(yīng)力越大。2材料特性不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，對(duì)溫度荷載的敏感程度也不同。3建筑類型不同建筑類型對(duì)溫度荷載的敏感程度也不同，例如，外墻暴露在陽光下的部分溫度變化較大。雪荷載的確定雪荷載的定義雪荷載是指積雪對(duì)屋頂或其他結(jié)構(gòu)的垂直壓力。雪荷載的大小取決于雪的密度、積雪深度和屋頂?shù)男螤睢Ｑ┖奢d的計(jì)算雪荷載的計(jì)算方法通常采用經(jīng)驗(yàn)公式或規(guī)范規(guī)定，并考慮屋頂坡度、風(fēng)向和地理位置等因素。雪荷載的影響雪荷載對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響很大，可能會(huì)導(dǎo)致屋頂坍塌或結(jié)構(gòu)損壞。雪荷載的控制為了防止雪荷載對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成危害，需要在建筑設(shè)計(jì)時(shí)考慮雪荷載，并采取相應(yīng)的防雪措施。風(fēng)荷載的確定1風(fēng)壓風(fēng)荷載是建筑物受到風(fēng)力作用產(chǎn)生的力，它對(duì)建筑物的安全性和穩(wěn)定性有重要影響。2風(fēng)向根據(jù)建筑物所處的位置，確定風(fēng)荷載的方向。3風(fēng)速根據(jù)建筑物所處的地區(qū)，確定風(fēng)荷載的大小。4建筑形狀建筑物的形狀和尺寸會(huì)影響風(fēng)荷載的大小和分布。地震荷載的確定1地震烈度地震烈度是指地震對(duì)地面和建筑物的影響程度，通過地震烈度表確定對(duì)應(yīng)地區(qū)的地震烈度。2地震動(dòng)參數(shù)地震動(dòng)參數(shù)包括地震動(dòng)峰值加速度、地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間等，根據(jù)地震烈度和場(chǎng)地條件確定。3結(jié)構(gòu)自振周期結(jié)構(gòu)自振周期是指結(jié)構(gòu)在受到外力作用下發(fā)生振動(dòng)時(shí)的周期，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算確定。4地震荷載計(jì)算根據(jù)地震動(dòng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)自振周期和結(jié)構(gòu)的抗震性能計(jì)算地震荷載。綜合荷載的確定綜合荷載是指在結(jié)構(gòu)上同時(shí)作用的各種荷載的總和。確定綜合荷載是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要步驟。通過綜合荷載分析，可以評(píng)估結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的安全性，并確定結(jié)構(gòu)所需的強(qiáng)度和剛度。1永久荷載包括建筑物本身的重量，如墻體、樓板、屋頂、樓梯等。2可變荷載包括使用過程中產(chǎn)生的荷載，如人流、家具、設(shè)備等。3偶然荷載包括地震、風(fēng)、雪等自然災(zāi)害作用產(chǎn)生的荷載。根據(jù)不同的荷載組合和作用情況，可以選擇不同的荷載組合方式。常用的荷載組合方式包括基本組合和特殊組合。基本組合用于日常使用情況下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特殊組合用于特殊情況下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，例如地震或風(fēng)荷載作用。建筑使用功能的影響11.荷載類型不同功能建筑的荷載類型和大小差異很大，比如住宅建筑以生活荷載為主，工業(yè)廠房則需要考慮生產(chǎn)設(shè)備荷載。22.荷載分布不同功能建筑的荷載分布也有差異，比如圖書館的書架荷載集中分布，而商場(chǎng)則需要考慮人群荷載的均勻分布。33.使用頻率建筑的使用頻率也會(huì)影響設(shè)計(jì)荷載，比如高頻使用的建筑需要考慮動(dòng)態(tài)荷載的影響，而低頻使用的建筑則可以考慮靜力荷載。建筑結(jié)構(gòu)使用年限的影響設(shè)計(jì)壽命使用年限決定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，例如材料強(qiáng)度等級(jí)、安全系數(shù)等。維護(hù)保養(yǎng)不同年限需要不同的維護(hù)計(jì)劃，確保結(jié)構(gòu)安全可靠。翻新改造使用年限影響結(jié)構(gòu)改造難度和成本，需要考慮是否進(jìn)行加固或更新。建筑物地理位置的影響氣候條件不同地區(qū)的降雨量、溫度、風(fēng)速等氣候條件會(huì)直接影響建筑物的設(shè)計(jì)荷載。例如，高寒地區(qū)需要考慮積雪荷載，沿海地區(qū)需要考慮臺(tái)風(fēng)荷載。地質(zhì)環(huán)境建筑物地基的承載力、地震烈度等地質(zhì)條件會(huì)影響建筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。例如，地震多發(fā)區(qū)需要考慮抗震設(shè)計(jì)，軟弱地基需要進(jìn)行地基處理。結(jié)構(gòu)承重能力的驗(yàn)算驗(yàn)算建筑結(jié)構(gòu)的承重能力是確保結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵步驟。驗(yàn)算過程需要考慮多種因素，包括荷載類型、荷載大小、結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸等。驗(yàn)算方法通常采用有限元分析或其他數(shù)值分析方法，通過計(jì)算機(jī)模擬來計(jì)算結(jié)構(gòu)在荷載作用下的應(yīng)力和變形。驗(yàn)算結(jié)果需要滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，確保結(jié)構(gòu)在荷載作用下不會(huì)發(fā)生破壞或過度的變形。結(jié)構(gòu)安全性的檢查結(jié)構(gòu)安全性的檢查是建筑工程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，確保建筑物在使用過程中能夠安全可靠地承受各種荷載和環(huán)境影響。1承載力檢查結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求，防止因荷載過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。2穩(wěn)定性檢查結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，防止因外力作用而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌。3變形檢查結(jié)構(gòu)的變形是否在允許范圍內(nèi)，防止因變形過大而影響使用功能或美觀。4耐久性檢查結(jié)構(gòu)材料的耐久性，防止因腐蝕、風(fēng)化等因素導(dǎo)致結(jié)構(gòu)壽命縮短。結(jié)構(gòu)安全性的檢查需要專業(yè)人員進(jìn)行，采用科學(xué)的檢測(cè)方法和儀器設(shè)備，確保建筑物的安全性。結(jié)構(gòu)抗震性能的評(píng)估評(píng)估方法描述地震反應(yīng)譜分析利用地震反應(yīng)譜模擬地震動(dòng)，計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。時(shí)程分析利用地震時(shí)程記錄，模擬地震動(dòng)，計(jì)算結(jié)