建筑结构上作用力

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1、P1,1.2.1 荷载、作用及其分类,1.2 结构上的荷载,1.2.3 楼面活荷载,1.2.2 永久荷载,1.2.4 屋面活荷载,1.2.5 风荷载,1.2.6 荷载代表值,P2,1.2.1 荷载、作用及其分类,荷载与作用的定义： 荷载：直接施加在结构上的力。 作用：是指施加在结构上的集中力或分布力(直接作用，也称为荷载)和引起结构外加变形的原因(间接作用)。 作用包括荷载。,P3,1.2.1 荷载、作用及其分类,永久荷载（重力荷载、土压力等）,可变荷载,偶然作用（如爆炸、撞击）,P4,1.2.1 荷载、作用及其分类,分类：,按作用施加的方式分类： 直接作用：如结构构件的自重、雪荷载、使用活荷

2、载和风荷载等； 间接作用：地基不均匀沉降、温度变化、焊接变形、混凝土收缩、地震作用等； 按结构的反应特点划分： 静态作用：使结构产生的加速度可以忽略不计的作用 动态作用：使结构产生的加速度不可忽略不计的作用,P5,按随时间的变异分类： 永久作用(恒荷载)：在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。 如结构构件自重、建筑构造层自重、土压力、预应力等。 可变作用(活荷载) ：在结构使用期间，其值随时间变化， 且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。如楼面 和屋面活载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、车辆荷载等； 3. 偶然作用：结构使用期间

3、可能不出现，一旦出现，其作用时 间短、效应大的荷载为偶然荷载，如爆炸力、撞击和地震等。,P6,1.2.2 永久荷载,对结构自重,可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。 重量重力密度体积 对于自重变异较大的材料和构件(如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件等)，自重的标准值应根据对结构的不利状态，取上限值或下限值。 重量重力密度面积,P7,1.2.2 永久荷载,表1 常用材料和建筑构造层做法单位重量,P8,1.2.3 楼面活荷载,荷载每平方米荷载面积,表2 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数,楼面活荷载大小，通常指楼面活荷载的标准值大小，它是通过统计分析，取

4、具有95%保证率的分位值确定的。,P9,续表2 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数,P10,1. 雪荷载,基本雪压：雪荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上积雪自重的观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定。 各地的基本雪压查建筑结构荷载规范附表D.4 石家庄（0.30kNm2 ）：,式中 雪荷载标准值(kN/m2)； 屋面积雪分布系数； 基本雪压(kNm2)。,屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：,1.2.4 屋面活荷载,各地区的积雪平均密度：东北及新疆北部地区取150kgm3 ；华北及西北地区取 130kg m3 ； 浙江、江西200kg m3 。

5、,P11,表4 屋面积雪分布系数,屋面积雪分布系数r值与屋面坡度及形式有关。屋面坡度越大，则积雪越少，r值就小，反之亦然。如对单跨单坡屋面，当25时r =1.0；=40时r =0.4；50时r =0。在可能形成雪堆处r 1.0，有的高达2.0。,P12,表3 屋面均布活荷载,2. 其他屋面活荷载,注：1 不上人的屋面，当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用；不同结构将标准值作0.2kN/m2的增减。 2 上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用。 3 对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加以防止；必要时，应按积水的可能深度确定屋面活荷载。 4 屋顶花园活荷载不

6、包括花圃土石等材料自重。,屋面活荷载也是一种可变荷载，包括上人屋面的人群荷载、不上人屋面的施工及检修荷载、积灰荷载和雪荷载。其中屋面活荷载和雪荷载不同时参与组合。,P13,（2）屋面直升机停机坪荷载, 屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重按局部荷载考虑，同时其等效均布荷载不低于5.0kNm2。, 局部荷载应按直升机实际最大起飞重量确定 。,（3）屋面积灰荷载,注：积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑。,厂房屋面，其水平投影面上的屋面积灰荷载。,一个建筑上荷载的估算,如图所示框架结构：（1）试说明竖向荷载的传递路线；（2）画出图示B1（板1）和B2（板2）上楼面荷载的

7、传递路线图；（3）如果房屋为5层，按照每层恒载10kN/m2估算分配到底层A、B、C、D柱上的荷载。,一个建筑上荷载的估算,（1）框架结构中，竖向荷载的传递路线是： 次梁 框架梁 竖向荷载 楼（屋）面板 柱 基础 框架梁,（2）B1、B2上荷载的传递： B1板为双向板 B2板为单向板,一个建筑上荷载的估算,（3）A、B、C、D承担的荷载 A柱的荷载：（3.63.9）105702KN B柱的荷载：（4.83.9）105936KN C柱的荷载：（3.67.8）1051404KN D柱的荷载：（4.87.8）1051872KN,P17,1.2.5 风荷载,1. 风荷载的特点 风荷载的大小与风速直接相

8、关。 由于风速上下波动，使风荷载具有动力特性。 风吹过建筑物时，会在建筑物附近形成紊流，使风荷载计算更加复杂。 风速是随高度变化的，接近地面时，会由于地面物体阻挡而减速，故风荷载与地面粗糙程度有关。,空气流动形成风。当风吹到建筑物上时就会在建筑物表面产生力的作用，在迎风面产生压力，在背风面产生吸力，而在水平表面产生上浮力。这些风力作用统称为风荷载。,P18,2. 总体风荷载 作用在建筑物表面单位面积上的风荷载标准值按下式计算 式中 风荷载标准值(kN/m2) 高度Z 处的风振系数； 风荷载体型系数； 风压高度变化系数； 基本风压(kN/m2)。,1.2.5 风荷载,P19, 基本风压：风荷载的

9、基准压力， 一般按当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密度，按照基本风压与风速的静态关系确定的。 基本风压可查荷载规范中全国基本风压分布图。 石家庄（0.35kNm2 ）； 香港（0.90kNm2 ）； 台湾宜兰（ 1.85kNm2 ）,P20, 风压高度变化系数 风压是随高度的增加而增大的，而基本风压值是以10米高度处统计确定的，因此在风荷载计算时应对风压进行高度修正。,表5 风压高度变化系数,5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 250 300 350 400

10、,A 类：指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B 类：指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区； C 类：指有密集建筑群的城市市区； D 类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。,P21, 风载体型系数 风洞试验表明风压在建筑物表面的作用力是变化的，它主要与建筑物的体型、尺寸和表面位置有关，需要进行体型修正。,表6 载体型系数,其它情况可查荷载规范。,P22, 风振系数 现行设计规范中采用风振系数考虑风荷载的动力效应影响。,对于一般竖向悬臂型结构，例如高层建筑和构架、塔架、烟囱等高耸结构，高层建筑，均可仅考虑第一振型的影响。风振系数 的计算：,P23,（3）局部风荷载 风

11、荷载标准值wk计算公式如下： 其中， 意义与前相同。 z高度处的阵风系数 局部风荷载体型系数,验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数 ：外表面的正压区按表5选用；负压区的墙面取-1.0，墙角边取-1.8；对屋面局部部位(周边和屋面坡度大于10的屋脊部位)，取-2.2；对檐口、雨篷、遮阳板等突出构件，取-2.0。,P24,例1 某20层钢筋混凝土结构，总高64m。平面为正六边形，边长10m，如图所示。基本风压为0.45kN/，地面粗糙度为C类。求该结构在x方向上的总体风荷载。,P25,某一高度处风荷载的合力计算,n建筑物外围表面积数（每一个平面作为一个表面） B1、B2、

12、 Bn 分别为 n个表面的宽度； 分别为 n个表面的风荷载体型系数； 分别为 n个表面法线与风作用方向的夹角。,P26,计算方向上的分力及合力,P27,估算该结构的基本自振周期为： 对于C类地区： ，查表得脉动增大系数 脉动影响系数查表得： 风压高度变化系数根据计算高度z查表确定，振型系数 近似按 计算。,结构总体风荷载的计算结果和分布情况见下表（kN）,P28,P29,1.2.6 荷载代表值,1. 标准值荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值(例如均值、众值、中值或某个分位值)。,P30,（t为设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间，T为设计基准期。）,1.2.6 荷载

13、代表值,P31,1.3.1 概述 1.3.2 地震作用及其计算,1. 3 建筑抗震基本知识,2008年四川汶川地震,彭州市白鹿镇中心学校地面隆起2m,建筑物中等破坏,都江堰市华夏广场小区，底部两层整体倒塌，五层变三层,P38,1.3.1 概述 1、相关术语 震源：地球内部断层错动并引起周围介质震动的部位称为震源 震中：震源正上方的地面位置叫震中。 震中距：地面某处至震中水平距离叫震中距。 地震按震源的深浅划分，可分为浅源地震（70km） 中源地震（70300km） 深源地震（300km）,P39,火山地震,陷落地震,诱发地震,构造地震,90%以上,P40,P41,2、地震震级与地震烈度 地震震

14、级 衡量一次地震大小的等级，用符号M表示。直接取决于一次地震所释放出的能量大小。 M5的地震称为破坏性地震。 地震烈度 一次地震对某一地区地面和建筑物遭受地震影响的程度。 1976年唐山大地震：震级7.8级，震中烈度度。震源深度为12公里 。 1964年智利大地震：震级8.9级。,P42,2、地震震级与地震烈度 基本烈度 在工程中为了控制建筑结构的抗震设防，对每一地区都规定了一个基本烈度，它是该地区在一定时期内可能遭受的最大烈度。是一个地区进行抗震设计的依据。 对于一次地震，震级只有一个，而烈度却有无穷多个，烈度随震中距和场地的不同有所不同。一般说来，距震中越近，地震影响越大，烈度就越高；反之

15、，烈度就越低。,P43,3、设防指导思想和设防依据 设防目的：在一定的经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏，保障人民生命财产的安全。 抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震（众值烈度，50年超越概率为63.2）影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用（小震不坏）； 当遭受相当于本地区抗震设防烈度（设防烈度，50年超越概率为10）的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用（中震可修） ； 当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震（50年超越概率为2-3）影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏（大震不倒） 。 “小震不坏、中震可修、大震不倒”,低1.55度,高1度,P44,3、设防指导思想和设防依据 设防烈度：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。 为了反映潜在震源远近的影响，给出了设计地震分组。 抗震规范适用于69度进行抗震设防，9度以上按有关专门规定执行。 我国地震设防区面积约占国土面积的60%。,P45,4、建筑物重要性分类与设防标准 建筑物重要性分类：