2.1建筑結(jié)構(gòu)的受力(1)

1、第三講 建筑結(jié)構(gòu)的受力,張普,CH.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理,2.1 建筑物結(jié)構(gòu)的荷載,作用（S）（或荷載）,作用效應(yīng),施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，稱為作用直接作用,引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因間接作用,由作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的反應(yīng),結(jié)構(gòu)抗力（R）,結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受效應(yīng)的能力,V,M,2.1.1 基本概念,荷載與作用效應(yīng),建筑結(jié)構(gòu)的荷載與作用,軸向力N 彎矩M 剪力V 扭矩T 應(yīng)力（正、剪應(yīng)力） 應(yīng)變（線、剪應(yīng)變）位移,作用的效應(yīng)（S）,內(nèi)力,在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)的荷載。也稱恒荷載或恒載。比如結(jié)構(gòu)自重或土壓力等。,在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間

2、變化，或其變化與平均值相比不可以忽略不計(jì)的荷載。也稱活荷載或活載。比如樓面活載、屋面活載、雪荷載、風(fēng)荷載、吊車荷載等。,在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn),其量值很大而持續(xù)時(shí)間較短的荷載。比如爆炸力、撞擊力等。,永久荷載,可變荷載,偶然荷載,2.1.2 荷載分類,按時(shí)間變異分類,圖例：風(fēng)壓特征,圖例：地震與建筑物扭轉(zhuǎn),按空間變異分類,固定荷載在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分布； 可動(dòng)荷載在結(jié)構(gòu)空間位置一定范圍內(nèi)可以任意分布。,靜態(tài)荷載對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)，或小的可以忽略； 動(dòng)態(tài)荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)，且不可以忽略。,按照結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類,荷載代表值,荷載標(biāo)準(zhǔn)值是指在結(jié)構(gòu)使用期間正常情況下可能出現(xiàn)的

3、最大荷載值,（1）荷載標(biāo)準(zhǔn)值（包括永久荷載、可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值）,進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求采用不同的荷載代表值。永久荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值，可變荷載應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的不同要求分別采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值作為代表值。,2.1.3 荷載代表值,當(dāng)結(jié)構(gòu)同時(shí)承受兩種或兩種以上可變荷載時(shí)，除主導(dǎo)荷載（產(chǎn)生荷載效應(yīng)最大的荷載）取標(biāo)準(zhǔn)值，其他伴隨荷載取小于其標(biāo)準(zhǔn)值的組合值為代表值。,在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常作用在結(jié)構(gòu)上的可變荷載。,作用于結(jié)構(gòu)上時(shí)而出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間較短的較大可變荷載，結(jié)構(gòu)破壞性減緩。,a. 可變荷載組合值,b. 可變荷載準(zhǔn)永久值,c. 可變荷載頻遇值,可變荷載,（2）可變荷載的組合

4、值、頻遇值和準(zhǔn)永久值,2.1.3 荷載代表值,荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算,2.2 結(jié)構(gòu)上的荷載,1、恒荷載,2、樓面活荷載,3.雪荷載和屋面均布活荷載,4.風(fēng)荷載,5.吊車荷載,6.地震荷載,根據(jù)自重計(jì)算,查規(guī)范表,結(jié)構(gòu)上的荷載,民用建筑樓面均布活荷載,3.雪荷載和屋面均布活荷載,結(jié)構(gòu)上的荷載,雪荷載：作用在屋面上的荷載。雪荷載和屋面均布活 荷載設(shè)計(jì)時(shí)僅取兩項(xiàng)荷載中的較大值。,屋面均布活荷載：民用建筑分上人、不上人， 工業(yè)建筑考慮設(shè)備、操作、檢修荷載，廠房 考慮積灰荷載，有停機(jī)坪還應(yīng)考慮直升機(jī)重。,4.風(fēng)荷載,結(jié)構(gòu)上的荷載,基本風(fēng)壓是風(fēng)荷載的基準(zhǔn)壓力，一般按當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛嫔?0m高度處10min平均的

5、風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)計(jì)得出50年一遇最大值確定的風(fēng)速，再通過風(fēng)速和風(fēng)壓關(guān)系換算而來。 基本風(fēng)壓可從荷載規(guī)范附錄中查得。 風(fēng)荷載的組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)可分別取0.6、0.4、0。,（1）基本風(fēng)壓,4.風(fēng)荷載,結(jié)構(gòu)上的荷載,（2）風(fēng)荷載（風(fēng)壓）高度變化系數(shù),風(fēng)速是隨距地面的高度增加而增加的，故風(fēng)壓也是隨離地面高度增加而增加的。風(fēng)速隨高度的變化規(guī)律主要取決于地面的粗糙程度。但當(dāng)離地面450m以上時(shí)，風(fēng)速即不受地面粗糙程度的影響，風(fēng)壓高度變化系數(shù)為常數(shù)。 地面粗糙度是指風(fēng)在到達(dá)結(jié)構(gòu)物以前吹越過2km范圍內(nèi)的地面時(shí)，描述該地面上不規(guī)則障礙物分布狀況的等級。規(guī)范將地面粗糙度分為A、B、C、D四類

6、。,結(jié)構(gòu)上的荷載,A類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)； B類指田野、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)； C類指有密集建筑群的城市市區(qū)； D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。,地面粗糙度分類,風(fēng)荷載體型系數(shù)是指風(fēng)作用在建筑物表面上所引起的實(shí)際壓力（或吸力）與來流風(fēng)壓的比值，它描述的是建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力的分布規(guī)律，主要與建筑物的體型和尺度有關(guān)，也與周圍環(huán)境和地面粗糙度有關(guān)。,4.風(fēng)荷載,結(jié)構(gòu)上的荷載,（3）風(fēng)荷載體型系數(shù),4.風(fēng)荷載,結(jié)構(gòu)上的荷載,（4）風(fēng)振系數(shù),規(guī)范規(guī)定，以風(fēng)振系數(shù)z來描述動(dòng)力反應(yīng)的影響。規(guī)定對于高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋

7、結(jié)構(gòu)，以及基本自振周期T1大于0.25s的塔架、桅桿、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用風(fēng)振系數(shù)來描述風(fēng)壓脈動(dòng)的影響，具體計(jì)算方法見規(guī)范。 對于高度低于30m或高寬比小于1.5的房屋以及自振周期T10.25s的塔架、桅桿、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)，取z=1.0。,5.吊車荷載,結(jié)構(gòu)上的荷載,橋式吊車在排架上產(chǎn)生的荷載有豎向荷載Dmax（或Dmin）、橫向水平荷載Tmax及吊車縱向水平荷載Te。 A.吊車豎向荷載Dmax（或Dmin） 吊車最大輪壓Pmax與最小輪壓Pmin 當(dāng)小車吊有額定最大起重量行駛至大車某一側(cè)端頭極限位置時(shí)，小車所在一側(cè)的每個(gè)大車輪壓即為吊車的最大輪壓Pmax，同時(shí)另外一側(cè)的每個(gè)大車輪壓即為最小

8、輪壓Pmin。,5.吊車荷載,結(jié)構(gòu)上的荷載,吊車豎向荷載Dmax（或Dmin） 當(dāng)兩臺吊車滿載靠緊并行，其中較大一臺吊車的內(nèi)輪正好運(yùn)行至計(jì)算排架柱的位置時(shí)，作用于最大輪壓Pmax一側(cè)排架柱上的吊車荷載為最大值Dmax；同時(shí)，在另一側(cè)的排架柱上，則由最小輪壓Pmin產(chǎn)生的豎向荷載為最小值Dmin。Dmax 或Dmin可根據(jù)吊車最不利位置和吊車梁支座反力影響線求得： Dmax=Pmaxyi Dmin=Pminyi,5.吊車荷載,結(jié)構(gòu)上的荷載,B.吊車橫向水平荷載Tmax、縱向水平荷載（略） 吊車的橫向水平荷載Tmax是當(dāng)小車沿廠房橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于啟動(dòng)或突然制動(dòng)產(chǎn)生的慣性力。 吊車橫向水平荷載作用位

9、置在吊車梁頂面，且同時(shí)作用于吊車兩側(cè)的排架柱上，方向相同。 吊車的橫向水平制動(dòng)力也是移動(dòng)荷載，其最不利作用位置與吊車的豎向輪壓相同，所以，吊車最大橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值Tmax，也需根據(jù)吊車的最不利位置和吊車梁支座反力影響線確定。,5.吊車荷載,結(jié)構(gòu)上的荷載,2.2 建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其受力狀態(tài),建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件,1.板 2.梁 3.柱 4.墻 5.桁架,桁架,壓力：N（軸心受壓）,建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其受力狀態(tài),結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀態(tài),拉力N（軸心受拉）,彎曲力：彎矩M,應(yīng)力的分布圖：,中性軸和中性層,上邊緣壓應(yīng)力最大，下邊緣拉應(yīng)力最大,矩形截面,剪力V,注意：Fs為橫截面的剪力；Iz 為整個(gè)橫截面對 z 軸的慣性矩；b為所求點(diǎn)對應(yīng)位置截面的寬度； 為所求點(diǎn)對應(yīng)位置以外的面積對Z軸的靜矩。,(1)t 沿截面高度按二次拋物線規(guī)律變化； (2) 同一橫截面上的最大切應(yīng)力tmax在中性軸處( y=