2 结构的荷载和作用

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1、 第二章 结构的荷载与作用本章主要内容2.1 荷载与作用2.2 作用分类2.3 荷载标准值与设计值2.4 建筑结构常见的荷载与作用12.1 荷载与作用1、“结构上的作用”的定义 施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变形的原因的总称。（1）直接作用：直接以力的不同集结形式（集中力和分 布力）作用于结构，例如：结构自重、 楼面活荷载等。（2）间接作用：不是直接以力出现（外加变形和约束变 形），但对结构产生内力，例如：基础 沉降、温度变化等。直接作用间接作用22、“荷载”的定义作用在结构上的外加力，即直接作用。3、作用与荷载的关系“作用”泛指结构产生内力、变形的所有原因，包括直接

2、作用和间接作用，而“荷载”仅指结构上的直接作用。32.2 作用分类（1）永久作用在结构设计基准期内，其值不随时间变化，或者变化的量值相对平均值而言可以忽略不计。例如：结构自重、土的侧压力、静水压力、预加应力、混凝土收缩和徐变、基础不均匀沉降等（后两者随时间单调 变化而趋于限值）。1、按随时间的变异分类其中的直接作用为永 久荷载（恒载）41、按随时间的变异分类（2）可变作用其中的直接作用为可 变荷载（活载）在结构设计基准期内，其值随时间发生变化，变化的量值相对平均值而言不可忽略不计。例如：楼面活荷载、车辆荷载、风荷载、雪荷载、流水压力、温度变化等。51、按随时间的变异分类（3）偶然作用在结构设计

3、基准期内不一定出现，一旦出现其持续时间较短，量值可能很大。例如：地震作用、爆炸力、船只或漂流物撞击力等。【思考】施工荷载、设备及家具自重属于何种作用？62、按随空间位置的变异分类（1）固定作用在结构上出现的空间位置固定不变，但其量值可能具有随机性。例如：结构自重、固定设备自重、屋顶水箱重量等。（2）自由作用在结构上的一定空间任意分布，出现的位置和量值都可能是随机的。例如：车辆荷载、吊车荷载等，需要考虑其位置变化引起的最不利效应。73、按结构的动力反应分类（1）静态作用（2）动态作用u动态作用应当考虑其动力效应，一般采用乘以动力系数 ，将动态作用等效为静态作用的简化设计方法。逐渐地、缓慢地施加在

4、结构上，作用过程中不产生加速度或加速度甚微可以忽略不计。例如：楼面上人员荷载、雪荷载、土压力等。使结构产生显著的加速度。例如：地震作用、设备振动、阵风脉动、打桩冲击等。84、按作用方向分类（1）竖向作用（2）水平作用例如：结构自重、楼面荷载等。例如：水平地震作用及风荷载等。p作用按时间的变异分类最主要的分类（应用最多）92.3 荷载标准值与设计值1、荷载标准值（1）荷载的统计特性我国对建筑结构的各种恒载、民用房屋楼面活荷载、风荷载和雪荷载进行了大量的调查和实测工作。对所取得的资料应用概率统计方法处理后，得到了这些荷载的概率分布统计参数。永久荷载 正态分布如结构自重，该类荷载表现为近似恒定 10

5、可变荷载 可变荷载随时间的变异可统一用随 机过程来描述。对可变荷载随机过 程的样本函数处理后可得到可变荷 载在任意时点的概率分布和在设计 基准期内的最大值的概率分布。 极值型分布如楼面活荷载，表现为一定时间段内量值恒定、 各时间段量值可能不等、或某时间段不出现。11（2）荷载标准值荷载标准值是指结构在使用期间，在正常情况下，可能出现的具有一定 保证率的出现的偏大荷载，可由概率分布图某一分位数确定。若为正态分 布，则如图中的 。荷载标准值的概率含义永久荷载标准值一般相当于永久荷载概率分布的平均值。在结构设计中，各类可变荷载标准值及各种材料容重可由荷载规范查取。可变荷载标准值楼面活荷载标准值风荷载

6、标准值雪荷载标准值保证率均大 于95%12荷载分项系数根据统计，考虑必要安全储备后标准值和荷载分项系 数的乘积。永久荷载分项系数：当永久荷载效应对结构不利时，对 由可变荷载效应控制的组合取1.2，对由永久荷载效应控制 的组合取1.35。当永久荷载效应对结构有利时取1.0；当验 算倾覆和滑移时,对抗倾覆,滑移有利时取0.9。 可变荷载分项系数：一般情况取1.4；对工业建筑的楼面 结构，当活荷载标准值4KN/m2时,取1.3。2、荷载设计值设计值设计值 标准值标准值 分项系数分项系数13 结构构件自重和建筑构造层重力荷载结构构件自重和建筑构造层重力荷载面荷载 材料容重 构件厚度线荷载 材料容重 构

7、件截面积集中荷载材料容重 构件体积2.4 建筑结构常见的荷载与作用1、恒载水磨石地面 0.65 kN/m2板自重 250.08=2.00 kN/m2板底抹灰 170.015=0.26 kN/m2恒载 2.91 kN/m2钢筋混凝土现浇整体楼盖，楼面面层为水磨石地面（自重重力荷载 标准值0.65kN/m2 ），楼板厚80mm（容重25kN/m3），楼板底面石 灰砂浆抹灰15mm （容重17kN/m3 ），计算楼面恒载标准值。 142、楼面和屋面活荷载楼面、屋面均布活荷载，屋面积灰荷载，施工和检修荷载及 栏杆水平荷载等。楼面活载人群家具可移动设备15民用建筑楼面均 布活荷载标准值 1617屋面水平

8、投影面上的雪荷载标准值Sk（ kN/m2）Skr So 3、雪荷载基本雪压屋面积雪分布系数由积雪引起的荷载。雪荷载因地区不同而有差异。另外雪荷载还受到以下因素影响：风对屋面对积雪的影响屋面坡度对积雪的影响屋面温度对积雪的影响1819由于风的运动而施加在墙面或结构上的压力称为风荷载。 风荷载与建筑所在地区、高度和地面条件等因素有关。4、风荷载204、风荷载k=zsz0k : 风荷载标准值z ：高度Z处的风振系数s ：建筑物对于风荷载的形体系数z ：风压高度变化系数0 ：建筑物所在地区的基本风压215、地震作用地震（Earthquake）是一种自然现象，每年大约500万次， 只有1%为有感地震。n

9、中国是一个地震多发的国家。n国语周语记载：“幽王二年，西周三川皆震。是岁 也，三川竭，岐山崩。”n嘉靖实录记载：“压死官吏军民奏报有名者82万奇”p 中国历史上的大地震：1556年1月23日陕陕西华县华县8级级死亡83万1920年12月16日宁夏海源8.5级级死亡20万1976年7月28日2008年5月12日唐山汶川7.8级级8.0级级死亡24万死亡8.6万22地震震害23地震造成的破碎带，引起地表沉陷、隆起、裂缝、液化等地表破坏24局部地形改观引起铁轨变形25山体破坏：山崩、滑坡萨 尔 瓦 多 地 震 引 发 巨 大 的 泥 石 流汶 川 地 震26砂土液化使建筑物倾斜甚至翻倒日 本 新 泻

10、 大 地 震1964 M7.327n 液化（Liquefaction ）n 如果砂粒之间了孔隙中充满了水，由于地震时砂粒力求趋于紧状态， 但是，砂粒之间的水是不可压缩的。因此，水的压力就增大了，地基 有效垂直压应力减少了，克服了砂土的剪切强度，地基土就液化了。砂粒的振动砂土液化试验 28承载力不足变形过大29座落在活断层上的一座二层小学教学楼被完全摧毁30楼房底层空旷，结构不合理，房屋整体倾斜，二楼成了一楼31地震时河床变形，导致跨河公路桥梁跨塌32地震造成的次生灾害有水灾、火灾、毒气污染、滑坡 、泥石流和海啸等，由此引起的灾害也相当严重。海啸331923年日本关东地震，东京市内227处起火，

11、33处未能扑灭 造成火灾蔓，旧市区烧毁约50%；横滨市烧毁80%，死亡10万。34常用术语地球内部发生地震的地方叫震源； 震源深度 震源在地面上的投影点称为震中； 震中距 震中及其附近的地方称为震中区，也称极震区 92%的地震发生在地 壳中， 其余的发生在 地幔上部 。35地 震 波体 波面 波纵波/压缩波 P波/初波横波/剪切波 S波/次波瑞雷波 R波洛夫波 L波p 地震波 地震引起的振动动以波 的形式从震源向各个方向传传播并释释 放能量，这这就是地震波。p 地震波的分类类地震波36杂波P波开始S波开始面波开始地震时，震中及其附近的人们先感觉到上下颠簸， 然后感到前后或左右摇晃。人们在感觉到

12、“颠”的时候 ，要立刻就地避震，因为大的破坏力马上就要到了。37地震强度震级（Earthquake magnitude)p 震级M是表示一次地震本身强弱程度在大小的尺度。国 际上通用的是里氏震级。其原始定义是在1935年 C.F.Richter提出。 里氏震级里克特（C. F. Richter）于1935年 通过美国南加利福尼亚地区的地震的研 究发现，对于同一地点的2次大小不同 的地震，用伍德安德森标准地震仪进 行记录，其周期0.8秒，阻尼0.8，放大 倍数为2800倍，在不同地点的各个台记 录到这两次地震的两水平向最大振幅的 算术平均值之比为一常数，且这一比值 与震中距无关。于是提出了计算震

13、级的 公式为：M=lgAC. F. Richter(1900-1985)38震级（Earthquake magnitude)M5M6M7震级相差一级, 能量就要相 差32倍之多, 一次6级地震所放 出的能量,相当于一个2万吨级 的原子弹.震级与能量之间的关系微 震有 感 地 震破坏性 地震强 震特 大 地 震M22M4M5M7M8震级与破坏程度的关系39地震烈度(Earthquake Intensity)地震烈度I0是指地震时某一地区和各类建筑物受到一次地震影 响的强弱程度。一次地震只有一个震级，但对于不同的地区，可以 有不同的烈度。震级与烈度的关系：一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震

14、，震中距小烈度 就高，反之烈度就低。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还 与震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。中国地震烈度表（GB/T 17742-1999）是根据1957年谢毓寿教授编制 的新的中国地震烈度表制定的，共分为12个烈度。而最早的地震烈度表为M-C-S（MCS intensity scale）为莫加利-坎卡 尼-西伯格地震烈度表，在1924年由德国人A.Sieberg制定的。40无感 1室内个别静止中的人 感觉2悬挂物微动门、窗轻微作响室内少数静止中的人 感觉3悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响室内多数人感觉。室 外少数人感觉。少数 人梦中惊醒43 （2-4）31 （22

15、-44）不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动 作响，灰土掉落。抹灰 出现微细裂缝室内普遍感觉。室外 多数人感觉。多数人 梦中惊醒56 （5-9）63 （45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒 水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏个别砖瓦掉落 、墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出 613 （10-18）125 （90-177）河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软 土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏局部破坏 开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出 725 （19-35）250 （178-353 ）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏结构受损 ，需要修理摇晃颠簸，行走困难 850 （36-71）500 （354-707 ）干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出 现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏墙体龟裂 ，局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人 可能摔跤9100 （72-141 ）1000 （708-1414 ）山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大 多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌大部倒塌，不 堪修复骑自行车的人会摔倒 。处不稳状态的人会 摔出几尺