作用与荷载设计3

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1、第三章 可变作用3.1 概述v工业与民用建筑中可变作用的类型v桥涵结构设计中可变作用的类型v土的冻胀力v汽车荷载引起的土侧压力v土的冻胀力冻胀力的形成平均冻胀率冻胀力的分类（按方向）v汽车荷载引起的土侧压力形成的原因计算方法3.2 楼屋面活荷载v内容：v楼、屋面均布活载v屋面积灰荷载v施工和检修荷载v栏杆水平荷载一、楼面活荷载的取值原则1. 楼面活荷载的标准值虽然建筑结构荷载规范(GB 500092001)对一般民用建筑和某些类别的工业 建筑有明确的楼面荷载取值规定，但设计中有时会遇到要求确定某种规范中未明确的 楼面活荷载的情况，此时可按下列方法确定其标准值。(1) 对该种楼面活荷载的观测进行

2、统计，当有足够资料并能对其统计分布作出合 理估计时，则在房屋设计基准期(50 年)最大值的分布上，根据协定的百分位取其某分 位值作为该种楼面活荷载的标准值。(2) 对不能取得充分资料进行统计的楼面活荷载，可根据已有的工程经验，通过 分析判断后，协定一个可能出现的最大值作为该类楼面活荷载的标准值。(3) 对房屋内部设施比较固定的情况，设计时可直接按给定布置图式或按对结构 安全产生最不利效应的荷载布置图式，对结构进行计算。(4) 对使用性质类同的房屋，如内部配置的设施大致相同，一般可对其进行合理 分类，在同一类别的房屋中，选取各种可能的荷载布置图式，经分析研究后选出最不 利的布置作为该类房屋楼面活

3、荷载标准值的确定依据，采用等效均布荷载方法求出楼 面活荷载标准值。楼面和屋面活荷载2.楼面活荷载准永久值对建筑结构荷载规范(GB 500092001)未明确的楼面活荷载准永久值可按下列原则确定。(1) 按可变荷载准永久值定义，由荷载任意时点分布上的中值确定。(2) 对有可能将可变荷载划分为持久性和临时性两类荷载时，可直接引用持久性荷载分布中的规定分位值为该活荷载的准永久值。(3) 当缺乏系统的观测资料时，可根据楼面使用性质的类同性，参照建筑结构荷载规范(GB 500092001)中给出的楼面活荷载准永久值系数经分析比较后确定。楼面和屋面活荷载3.楼面活荷载频遇值对建筑结构荷载规范(GB 500

4、092001)未明确的楼面活荷载频遇值可按下列原则确定。(1) 按可变荷载准频遇值定义，可近似在荷载任意时点分布上取其超越概率为较小值的荷载值，该超越荷载值建议不大于10%。(2) 当缺乏系统的观测资料时，可根据楼面使用性质的类同性，参照建筑结构荷载规范(GB 500092001)中给出的楼面活荷载准频遇值系数经分析比较后确定。楼面和屋面活荷载4. 楼面活荷载组合值可变荷载的组合值按其定义是指该荷载与主导荷载组合后取值的超越概率与该荷载单独出现时取值的超越概率相一致的原则确定。在大量数据分析的基础上，认为对楼面活荷载的组合值一般情况可取0.7，此外为偏于保守又规定其取值不得小于频遇值系数。楼面

5、和屋面活荷载5.楼面活荷载的动力系数楼面在荷载作用下的动力响应来源于其作用的活动状态，大致可分为两大类：一类是在正常活动下发生的楼面稳态振动，例如机械设备的运行，车辆的行使，竞技运动场上观众的持续欢腾、跳舞和走步等；另一类是偶尔发生的楼面瞬态振动，例如重物坠落、人自高处跳下等。前一种作用在结构上可以是周期性的，也可以是非周期性的；后一种是冲击荷载，引起振动都将因结构阻尼而消逝。楼面设计时，对一般结构的荷载效应，可不经过结构的动力分析，而直接对楼面上的静力荷载乘以动力系数后，作为楼面活荷载，按静力分析确定结构的荷载效应。在很多情况下，由于荷载效应中的动力部分占比重不大，在设计中往往可以忽略，或直

6、接包含在标准值的取值中。对冲击荷载，由于影响比较明显，在设计中应予以考虑。楼面和屋面活荷载二、民用建筑楼面均布活荷载1.民用建筑楼面均布活荷载标准值及组合值、频遇值和准永久值系数民用建筑楼面活荷载是指建筑物中的人群、家具、设施等产生的重力作用，这些荷载的量值随时间发生变化，位置也是可移动的，亦称可变荷载。楼面活荷载按其随时间变异的特点，可分为持久性和临时性两部分。持久性活载荷是指楼面上在某个时段内基本保持不变的荷载，例如住宅内的家具、物品、常住人员等，这些荷载在住户搬迁入住后一般变化不大；临时性活荷载是指楼面上偶尔出现的短期荷载，例如聚会的人群、装修材料的堆积等。楼面和屋面活荷载2.民用建筑楼

7、面活荷载标准值折减目前大多数国家均采用半经验的传统方法，根据荷载从属面积的大小来考虑折减系数。 1) 国际通行做法 在国际标准ISO 2103中，建议按下述不同情况对楼面均布荷载乘以折减系数 。 (1) 在计算梁的楼面活荷载效应时，公式为： 对住宅、办公楼等房屋或其房间，公式为：(A18m2) (3-1) 对公共建筑或其房间，公式为：(A18m2) (3-2) 式中，A为所计算梁的从属面积，指向梁两侧各延伸1/2梁间距范围内的实际楼面面积。(2) 在计算多层房屋的柱、墙或基础的楼面活荷载效应时： 对住宅、办公楼等房屋，公式为：(3-3) 对公共建筑，公式为：(3-4) 式中，n为所计算截面以上

8、楼层数， 2。楼面和屋面活荷载三、工业建筑楼面活荷载1. 工业建筑的楼面等效均布活荷载在建筑结构荷载规范(GB 500092001)附录C中列出了金工车间、仪器仪表生产车间、半导体器件车间、棉纺织造车间、轮胎厂准备车间和粮食加工车间等工业建筑楼面活荷载的标准值，供设计人员设计时参照采用。2. 操作荷载及楼梯荷载工业建筑楼面(包括工作台)上无设备区域的操作荷载，包括操作人员、一般工具、零星原料和成品的自重，可按均布活荷载考虑，其标准一般采用2.0 kN/m2 。但堆积料较多的车间可取2.5 kN/m2；此外有的车间由于生产的不均衡性，在某个时期的成品或半成品堆放特别严重，则操作荷载的标准值可根据

9、实际情况确定，操作荷载在设备所占的楼面面积内不予考虑。楼面和屋面活荷载3. 楼面等效均布活荷载的确定方法(1) 楼面、变形及裂缝的等值要求来确定等效均布活荷载。在一般情况下，可仅按控制截面内力的等值原则确定。(2) 由于实际工程中生产、检修、安装工艺以及结构布置的不同，楼面活荷载差别可能较大，此情况下应划分区域，分别确定各区域的等效均布活荷载。(3) 连续梁、板的等效均布荷载，可按单跨简支梁、简支板计算，但在计算梁、板的实际内力时仍按连续结构进行分析，可考虑梁、板塑性内力重分布，并按弹性阶段分析内力确定 等效均布活荷载。(4) 板面等效均布荷载按板内分布弯矩等效的原则确定，即简支板在实际的局部

10、荷载作用下引起的绝对最大弯矩，应等于该简支板在等效均布荷载作用下引起的绝对最大弯矩。单向 板上局部荷载的等效均布活荷载，可按下式计算：(5) 计算板面等效均布荷载时，还必须明确搁置于楼面上的工艺设备局部荷载的实际作 用面尺寸，作用面一般按矩形考虑，并假定荷载按 45扩散线传递，这样可以方便地确定荷 载扩散到板中性层处的计算宽度，从而确定单向板上局部荷载的有效分布宽度。楼面和屋面活荷载四、屋面活荷载和屋面积灰荷载1. 屋面均布活荷载工业及民用房屋的屋面，其水平投影面上屋面均布活荷载标准值、组合值系数、频遇值系数及准永久值系数按表3-10采用。楼面和屋面活荷载项 次类 别标准值 /(kN/m2)组

11、合值系数 c频遇值系数 f准永久值系 数q l不上人的屋 面0.50.70.50.02上人的屋面2.00.70.50.4 3屋顶花园3.00.70.60.5屋面均布活荷载注： 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；对不同结构应按有关设计规范 的规定，将标准值作0.2kN/m2的增减。 上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用。 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。 屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。设计时注意屋面活荷载不应与雪荷载同时考虑，此外该活荷载是屋面的水平投影面上的荷载。由于我

12、国大多数地区的雪荷载标准值小于屋面均布活荷载标准值，因此在屋面结构和构件计算时，往往是屋面均布活荷载对设计起控制作用。高档宾馆、大型医院等建筑的屋面有时还设有直升机停机坪，直升机总重引起的局部荷载可按直升机的实际最大起飞重量并考虑动力系数确定，同时其等效均布荷载不低于5.0kN/m2。当没有机型技术资料时，一般可依据轻、中、重3种类型的不同要求，按表2-12规定选用局部荷载标准值及作用面积。直升机的局部荷载及作用面积楼面和屋面活荷载注：荷载的组合值系数应取0.7，频遇值系数应取0.6，准永久值系数应取0。类 型最大起飞重量/t局部荷载标准值/kN作用面积/m2 轻型2200.200.20 中型

13、4400.250.25 重型6600.300.302. 屋面积灰荷载(1) 机械、冶金、水泥等行业在生产过程中有大量排灰产生，易于在厂房及其邻近建筑屋面堆积， 形成积灰荷载。影响积灰厚度的主要因素有除尘装置的使用、清灰制度的执行、风向和风速、烟囱高 度、屋面坡度和屋面挡风板等。当工厂设有一定除尘设施，且能坚持正常清灰的前提下，屋面水平投 影面上的积灰荷载应按表2-13采用。(2) 对于屋面上易形成灰堆处，当设计屋面板、檩条时，积灰荷载标准值可乘以下列规定的增大系 数： 在高低跨处两倍于屋面高差但不大于6.0m的分布宽度内(图3.15)取2.0。 在天沟处不大于3.0m的分布宽度内(图3.16)

14、取1.4。 表3-11 屋面积灰荷载楼面和屋面活荷载项 次类 别标准值/(kN/m2)组合 值 系数 c频遇 值 系数 f准永久 值 系数 q屋面无 挡风板屋面有挡风板挡风板内挡风板外1机械厂铸造车间 (冲天炉)0.500.750.300.90.90.8 2炼钢车间 (氧气转炉)-0.750.30 3锰、铬铁 合金车间0.751.000.30 4硅、钨铁 合金车间0.300.500.30 5烧结 室、一次混合室0.501.000.20 6烧结 厂通廊及其他车间0.30- 7水泥厂有灰源车间 、窑房、磨 房、联合储库 、烘干房、破碎 房)1.00-8水泥厂无灰源车间 (空气压缩 机 站、机修间、

15、材料库、配电站)0.50-对有雪地区，积灰荷载应与雪荷载一道考虑；雨季的积灰吸水后重度增加，可通过不上人 屋面的活荷载来补偿。因此，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。【例2.3】 要求确定某水泥厂的机修车间天沟处的钢筋混凝土大型屋面板的屋面积灰荷载标 准值。解：查表3-10，该车间属水泥厂无灰源的车间且屋面坡度a0.25s的工程结构（房屋、屋盖及各种高耸结构） 高度H 30m且高宽比H/B 1.5的高柔房屋考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响2、围护结构对于围护结构，由于其刚度一般较大，在结构效应中可不必考虑其共振分量，可仅在平均风的基础上，近似考虑脉动风瞬

16、间的增大因素，通过阵风系数gz 来计算风效应。即 w(z)= gz s z(z) w0gz阵风系数，按下式确定 gz=k ( 1+2 f )k 地面粗糙度调整系数, k =0.92（ A类）; k =0.89（ B类）; k =0.85（ C类）; k=0.80（ D类）；f 脉动系数，根据国内实测数据，并参考国外规范资料取 f=0.535 1.8(-0.16)(z/10)- 地面粗糙度， =0.12 （ A类）； =0.16 （ B类）； =0.22 （ C类）； =0.30 （ D类）。注意：对低矮房屋围护结构风荷载规范暂时未作具体规定，但容许设计者参 照国外对低矮房屋的边界层风洞试验资料或有关规范的规定进行设计。第五节 横风向结构风效应 一、横风向风振（对细柔性结构应考虑） 横风向风振 由不稳定