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1、土木工程概论 第三章 工程荷载n第一节 荷载概述n第二节 房屋建筑工程中几 种常见荷载的分析土木工程概论第一节 荷载概述一 结构上的作用 （1）定义：使结构产生效 应的原因 （2）直接作用与间接作用直接作用以力的 形式直接作用在结构上， 即荷载。间接作用不以力 的形式直接作用在结构上 ，例如：地基变形、温度 、地震等。土木工程概论二 荷载分类 （1）按时间变化（永久 、可变、偶然） （2）按空间（固定、可 动） （3）按对结构产生反应 （静、动）土木工程概论三 荷载代表值 （1）标准值：结构在其设计 基准期内，最大荷载统计分 部的特征值。 （2）准永久值：可变荷载在 使用期内经常达到和超过的
2、值。 （3）组合值：两种或以上的 可变荷载同时作用时，主导 荷载取标准值，伴随荷载取 小于标准值的组合值。土木工程概论第一 承载能力极限状态设计表达式（一）基本组合 v基本组合：持久状况或短暂状况下永久荷 载与可变荷载效应组合。基本组合承载能力极限状态设计表达式为：土木工程概论0结结构重要性系数； 设计状况系数；系数含义S荷载效应组合设计值；R结构构件抗力设计值；d结构系数；土木工程概论G、Q永久荷载载、可变变荷载载分项项系数； Gk、Qk 永久荷载载、可变变荷载载的标标准值值；CG、CQ永久荷载、可变荷载的荷载效应系数； R( )结构构件的抗力系数；fc、fy材料强度的设计值；ak结构构件几
3、何参数的标准值。系数含义土木工程概论偶然状况下永久载荷、可 变载荷与一种偶然荷载 效应的组合。 偶然荷载的分项系数取 为1.0； 参与组合的某些可变荷 载，可根据各类建筑物 设计规范的规定作适当 折减。（二）偶然组合土木工程概论第二 正常使用极限状态设计 表达式 正常使用极限状态验算的可靠 度要求较低，一般要求 =1.02.0。 材料强度采用标准值而不用设 计值，即材料分项系数取为 1.0。 荷载采用标准值而不用设计值 ，即荷载分项系数G及Q取 为1.0。 结构系数d及设计状况系数 也均取为1.0。按荷载效应的短期组合及长期 组合分别验算。土木工程概论（一）短期组合 0Ss(Gk，Qk，fk，
4、ak)c1（二）长期组合 0Sl(Gk，Qk，fk，ak)c2c1、c2结结构的功能限值值（裂缝宽缝宽 度 或挠挠度）； Ss( )、Sl( )短期组组合及长长期组组 合时时的功能函数；fk材料强度的标标准值值可变变荷载标载标 准值值的长长期组组合系 数，参照有关荷载规载规 范规规定及工程经经 验验取用。土木工程概论 第二节 房屋建筑工程中常见荷载分析1. 吊车荷载 2. 雪荷载 3. 风荷载 4. 土压力 5. 深仓中的储料荷载 6. 地震荷载土木工程概论 1. 吊车荷载1.吊车竖向荷载：当小车吊有额定最大起重 量开到大车某一极限位置 时，这侧的大车轮压为 pmax,k，另一侧大车轮压为 p
5、min,k，两值可由吊车产品 手册得到，依次可求出吊 车梁作用于排架柱上的最 大与最小竖向荷载。土木工程概论2.吊车纵向水平荷载：由大车运行时启动或制动 产生的水平惯性力引起， 取决于制动轮轮压及与轨 道的摩擦系数。T=0.1pmax,k 即：纵向水平荷载标准 值等于一边轨道上所有制 动轮最大轮压之和的10土木工程概论 3.吊车横向水平荷载：由小车运行时启动或制动 的惯性力引起，通过大车 传至轨道。T=(Q+Q1)gQ1 ：小车质量Q：吊车额定起重量：横向水平荷载系数软钩：取0.080.12硬钩：取0.20g：重力加速度土木工程概论4.每个排架多台吊车荷载 组合按多台吊车满载且同时 处于最不利
6、位置计算， 然后乘以折减系数。 （1）竖向荷载对于单跨厂房，最多考 虑2台吊车。对于多跨厂房，最多考 虑4台吊车。 （2）水平荷载最多考虑2台吊车 5 吊车荷载为动力荷载： 考虑动力系数土木工程概论1. 基本雪压：单位水平面积上的雪重 ，取决于积雪深度和积雪 密度。s0 gh 2. 屋面积雪水平投影面上的 标准值skrs0 r：屋面积雪分布系数s0 ：基本雪压2. 雪荷载土木工程概论单跨双坡屋面积雪分布系 数：土木工程概论1.基本风压0 v2/1630 0 即标准大气压情况下的 基本风压。v指空旷平坦地面上，离地 20m高，频率1/100取10min平均最大风 速。不同地区基本风压不同。3.
7、风荷载土木工程概论2.垂直建筑物的风荷载标 准值kzsz0 z ：结构在z高度时的 风振系数s ：风荷载体型系数z ：风压高度变化系数土木工程概论1. 土自重应力cz=z ：土层天 然重度z：土层深 度4. 土压力土木工程概论2. 土侧 向应力 ：挡土 墙后土 的静止 土压力E0 ：距挡土墙底1/3H处 的压力：墙后填土重度K0 ：静止土压力系数土木工程概论：储料密度 f ：摩擦系数 A，s：深仓截面面积和周长 在考虑动态作用时， pv 和 ph 应分别乘 以修正系数Cv 和Ch。 5.深仓中的储料荷载竖向及水平压力pv ，ph 的 计算土木工程概论1.基本概念地震作用：地震时由于地面 运动引
8、起静止结构产生的动力作用。地震反应：地震作用下在结 构中产生的内力、变形和位移。 6. 地震荷载土木工程概论（1）一般计算原则静力 法将对地震结构产生作 用的最大动荷载用等效 的静荷载来表示，按静 力法对结构进行内力分 析。2. 计算方法土木工程概论1）反应谱法：利用单自由度体系在水平 地震作用下质点最大反应加 速度与体系自振周期的关系 曲线，确定体系加速度反应 最大值，从而计算水平地震 作用的方法。 2）在一定的假设条件下：通过振型组合的方法还可 以计算多质点体系的地震反 应（“荷载”）（2）确定地震“荷载”的方法反应谱法土木工程概论在单自由度弹性体系下， 将质量集中于 顶部质点m，无质量弹
9、性直 杆的刚度系数 为k。3）单自由度弹性体系的地震反应：土木工程概论作用于质点m上的力 有： 弹性恢复力： 阻尼力：在地震作用下，m的绝对加速度：质点m的运动方程：整理后得：4）在地震作用下的运动方程土木工程概论将上式除以m并引入记号方程可写为二阶常系数非齐次方程：5）方程可写为二阶常系数非齐次方程：无阻尼自振 频率的平 方临界阻尼比土木工程概论 6）运动方程的解a通 解通解代表自由振动b 特解特解代表强迫振动土木工程概论 7）单质点弹性体系水平地震荷载惯 性 力而在不考虑阻尼力的情况下：土木工程概论将运动微分方程的解代入，可得水平地 震作用的最大绝对值其中，Sa 为质点加速度最大绝对值K为
10、地震系数为动力系数土木工程概论 8）地震作用标准值地震 作 用 标 准 值 ：其中，k：地震系数：动力系数G：结构重力荷载代表值 地震影响系数：在建筑抗震设计规范中，依据地震影 响系数曲线，可以求出不同结构自振周 期下值，进而求出地震作用标准值。土木工程概论多自由度体系下： 1）通过主振型分解为一系 列单自由度质点的地震反 应， 2）求出各质点的相对加速 度， 3）按各振型参与系数的大 小组合求出体系总的地震 反应。（3）振型分解反应谱法土木工程概论 多自由度弹性体系的地震反应土木工程概论按振型分解法，多自由度体系 第j振型第i 质点的水平地震作用标准值：其中， j：相应于第j振型自振周期的地
11、震影响系数 j：第j振型参与系数 Xij：第j振型第i质点水平相对位移 Gi：质点i的重力荷载代表值土木工程概论建筑抗震设计规范规 定，对于高度不超过40m ，以剪切为主且质量和刚 度沿高度分布比较均匀的 结构，以及近似于单质点 体系的结构，宜采用底部 剪力法近似计算水平地震 作用。结构计算中： 结构振动的位移反应只考虑 基本振型， 忽略高振型， 且基本振型取一条直线。（4)底部剪力法土木工程概论底部剪力法的计算简图土木工程概论第一振型第i质点的地震作 用标准值： 结构总的水平地震作用标准值：通过公式推导，可得其中，称为等效重力荷载系数，反应了 多自由度体系底部剪力值与对应单自由度 系剪力值的差异。土木工程概论建筑抗震设计规范规定 ，多层建筑取0.85。底部剪力求出后，同时考 虑顶部附加地震作用系数 n ，可以求出各质点的水 平地震作用：建筑顶部除Fn外，存在附加地震作用Fn 土木工程概论将地震加速度记录数字化， 使每一时间对应一个加速度 值，根据结构参数，由初始 状态开始按时间推移逐步通 过数值积分求解运动方程， 直至地震终止，从而了解结 构在整个地震加速度记录过 程中的地震反应。建筑抗震设计规范规定 ，对于特别不规则建筑、甲 类建筑和超高层建筑，宜同 时采用振型分解反应谱法和 时程分析法比较计算结果。5）时程分析法
