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1、1,了解荷载的类型 熟悉均布荷载的概念及计算 掌握非均布荷载的合力计算方法 了解荷载的传递路径 熟悉建筑结构计算简图的概念 能够画出简单结构的计算简图 了解建筑结构的常见类型,第4章 建筑结构计算简图,2,第一节 荷载的分类与传递,结构上的荷载从何而来？有哪些类型和形式？不同的荷载其性质有何差异？又怎样计算它们？它们在结构中是如何传递的？如此等等，面对这些问题，一是不可回避；二是在结构受力分析和设计时，荷载的确定是前提。,3,一、荷载的分类,在结构上所施加力并让结构来承担的就是荷载。比如结构自身所固有的重量，即重力，就称为重力荷载；吹到结构上的风力就称为风荷载；飘落在屋顶上雪的重量就是雪荷载。
2、如此等等，这说明力和荷载是本质相同的两种不同的称谓。,4,作用在结构上的荷载，可谓是种类繁多，形式多样。例如，结构自重、水压力、土压力、风荷载、雪荷载、地震荷载以及人群重量等。这些荷载，有的比较恒定，有的灵活多变。比如，结构的自重和风荷载两者的差异性就很大,自重大致恒定不变，而风荷载却时有时无，有大有小。因此，有必要对荷载进行分类描述。,5,建筑工程中常遇到的荷载，根据其不同特征，主要有以下分类： 1)按荷载分布情况分集中荷载和分布荷载 2)按荷载作用时间分永久荷载和可变荷载 3)按荷载作用性质分静力荷载和动力荷载,6,(1)集中荷载 当荷载的作用范围很小，此时可以认为荷载全部集中作用在一点上
3、，即称之为集中荷载或集中力。集中荷载的单位一般用N或kN。,7,图4.1 吊车梁上的荷载,8,图4.2 主梁上的荷载,9,2)分布荷载 顾名思义，分布荷载是指力在构件内部或表面上连续分布和作用。分布荷载的大小用分布集度来表示，意为力的连续分布的密集程度。分布荷载可分为以下3种： 体分布荷载 面分布荷载 线分布荷载,10,图4.3 板上的面荷载,图4.4 梁上的线荷载,11,图4.5 挡土墙的受力分析,12,(1)永久荷载(恒载) 这类荷载具有三定性：作用时间长久，位置固定，数值不变，故又称为恒载。例如，结构自身的重力荷载(自重)，以及建筑构造层(楼面、顶棚、装饰面层等)的重力荷载，均属于永久荷
4、载。图4.9(a)是建筑物承受荷载示意图，图4.9(b)是结构荷载简图。其中标者为构件自重，梁的自重为均布荷载，而柱的自重为集中荷载。,13,图4.9 施加在建筑物上的荷载,14,图4.10 楼面活荷载,15,(2)可变荷载(活载) 这类荷载经常变化，具有三变性：作用时间短暂、位置不定(在一定范围内可以随意变动，任意分布)，数值可变(数值随时间变化，时有时无，时大时小、有时成群密集，有时无影无踪)。故又称为活载。,16,静力荷载是逐渐增加的荷载，简称静载。其大小和位置变化，不会引起显著的结构振动；反之，若荷载作用在结构上会引起显著的结构振动，则称之为动力荷载，简称动载。结构的自重及其他恒载，是
5、典型的静力荷载；而动力设备(如吊车)所产生的荷载以及地震荷载等，则是动力荷载。,17,二、荷载的传递路径,结构的主要功能之一就是能够抵抗并传递荷载。而结构又是由许多构件联结而成，因此，讨论作用在结构上的荷载是如何沿构件传递的(即荷载传递的路径)，是很有必要的。因为承受荷载的构件是重要的承重构件，是破坏不得的。,18,1)竖向荷载传递 先举一个简单例子。图4.14(a)为一根梁两端搁在墙上，这一结构是由梁和墙这两种构件联结而成。,图4.14 竖向荷载传递举例,19,再举一稍微复杂的例子，如图4.15(a)所示。这是由墙支撑的两层梁的情况，而且上部结构都搁置在一根大跨梁之上。设上梁所加的两荷载皆为
6、P1，自重为P2；上层的两边墙体的自重均为P3；中梁所加的两荷载都是P4，自重为P5；下层两边墙体的自重均为P6；最底部的大跨梁的自重为P7，并假设结构和荷载都是对称的。,20,图4.15 竖向荷载传递分析,21,图4.16 荷载与结构的关系,22,2)水平荷载传递 作用在建筑结构上的不仅有竖向荷载，还有水平荷载，比如风荷载就是最常见的水平荷载。如何识别水平荷载的传递路径呢？下面举一例加以说明。,23,如图4.17(a)所示的标志牌，该结构由上下两根横梁、中间3根加劲杆、左右两根立柱所组成。当标志牌受到风荷载作用时，请分析水平荷载的传递路径。,24,图4.17 水平荷载传递路径分析,25,更重
7、要的是，竖向荷载和水平荷载对结构的影响是完全不一样的。 首先，从荷载的传递路径来看，竖向荷载传递是从上到下，简单明了；而水平荷载传递就显得“拐弯抹角”。 其次，如果把建筑物视为竖立的悬臂梁，如图4.18所示。 ,26,图4.18 竖向荷载和水平荷载作用下的结构变形示意图(a)重力荷载；(b)水平均布荷载；(c)水平倒三角形荷载,27,第二节 建筑结构的计算简图,结构的计算简图有三大要素：一是结构上的荷载，二是约束(如支座、结点等)的简化，三是计算长度的确定。 其实，在此之前所遇到的都是已经简化了的结构计算简图，并以此计算结构的约束反力和内力。然而，我们不能只知其然，而不知其所以然。因此，对建筑
8、结构如何简化的问题还有必要作进一步研究。,28,一、结构的简化,先以一个最简单的例子来说明选取计算简图的方法和原则。 如图4.19(a)所示的一根搁置在砖墙上的钢筋混凝土梁，其上受有均布荷载q的作用，梁的净跨为ln，在墙内的支承长度为a。现在要分析的是：如何将梁简化为图4.19(b)这样一个计算简图？,29,图4.19 梁的计算简图,30,1)支座的简化 所选用的支座简图必须与支座的实际构造和变形特点相吻合。在建筑结构中，支座的实际构造形式很多，但在计算简图中常用的有3种：固定铰支座、可动铰支座、固定端支座。现在就以这3种支座的简化举例说明如下。,31,图4.20 柱与基础联结,32,图4.2
9、1 拱脚与基础联结,33,如图4.22所示的钢网架及桁架支座，由于构造上的差别，其支座可分别简化为固定铰支座和可动铰支座。图4.22(a)，(b)两图为柱与支座之间加一弧形钢板，并用螺栓联结。图4.22(a)可简化为固定铰支座，而图4.22(b)图可简化为可动铰支座。,34,图4.22 弧形承压支座,35,如图4.23的屋架端部与柱或墙联结的构造。图4.23(a)的木屋架通过预埋在柱子或墙内的螺栓与柱或墙相连接；而图4.23(b)的钢筋混凝土屋架，其端部与柱顶都有事先预埋的钢板，吊装就位后，把钢板焊在一起。两图中的屋架与柱都不能发生相对位移，但仍然有可能发生微小的相对转动，故常把这种结点简化为
10、铰结点。,36,图4.23 屋架与柱(墙)联结铰结点,37,如图4.24(a)所示为现浇钢筋混凝土框架顶层结点的构造。因梁与柱在结点处，是用混凝土现浇成整体，且配置适量钢筋，截面能传递弯矩，故在结点处，梁与柱既不能相对移动又不能相对转动，此时便把该结点简化为刚结点，如图4.24(b)所示。,38,图4.24 现浇钢筋混凝土框架的梁与柱联结刚结点,39,3)构件的简化 构件的截面宽度或厚度通常比其长度要小得多，在求截面内力时，其实与截面形状和尺寸并无关系。既然如此，在计算简图中，构件则可用其轴线来代替，并把构件统称为杆件。杆件之间的联结需用结点表示，杆长用结点间的距离表示，而荷载的作用点也移至轴
11、线上。,40,如图4.25(a)所示，厂房中的屋架在竖向荷载作用下为一受弯构件，可用一水平杆件替代，柱的上下两段截面尺寸不同，截面形心的连线不是一条直线，故用粗细不一的杆件代替。根据梁与柱结点构造情况，一般梁与柱联结可视为铰结，故该结构简化为(b)图的排架。,41,图4.25 厂房的排架,42,图4.26 门式刚架的计算简图,43,4)结构体系的简化 大多数的结构实际上都是空间结构，各个构件相互连接成为一个空间整体，以便抵抗各个方向可能出现的荷载。为使计算方便，可设法把空间结构分解为平面结构，这种简化称之为结构体系的平面简化。,44,如图4.27(a)所示为单层厂房结构，它是一个较为复杂的空间
12、结构，怎样简化为图4.27(b)所示的平面排架呢？,图4.27 空间结构分解成平面结构,45,如图4.28(a)所示为一多跨多层房屋框架结构的平面布置图。梁和柱实际上组成了一个空间刚架，但在设计时则按平面刚架计算。,46,图4.28 框架结构的平面计算简图,47,5)荷载的简化 实际作用在结构上的荷载，在计算简图中，需要把它们简化为作用在杆件上的线荷载、集中荷载或力偶。这已经在本节开始时讨论过，故不再重复。,48,图4.29 楼面的梁板结构图,49,二、结构的分类,结构的力学分析是以代表实际结构的计算简图为对象，故这里所谓结构的分类，就是指计算简图的分门别类。 1)杆件结构 杆件结构通常可以分
13、为下列几类： (1)梁 (2)拱 (3)桁(网)架 (4)刚架,50,图4.30 单跨与多跨连续梁,图4.31 拱与曲梁,51,图4.33 桁(网)架,图4.34 刚架,52,2)薄壁结构 如图4.35所示，薄壁结构是厚度远小于长、宽、高等尺度的一种结构。当它为一平板状的构件时，就是平板，如图4.35(a)所示；当它由若干块薄板所围成，则构成折板结构，如图4.35(b)所示；当它具有曲面外形时，则称为薄壳结构，如图4.35(c)，(d)所示。,53,图4.35 薄壁结构 (a)平板；(b)折板结构；(c)简壳；(d)球壳,54,3)悬索结构 “悬”有吊在空中之意，索只能承受拉力，故悬索结构是以一系列受拉的绳索作为主要承重构件的结构，如图4.36所示。悬索和梁不同，它不能抵抗弯曲，故索内的弯矩和剪力皆为零。图4.36(a)是悬索斜拉桥，图4.36(b)表示在建筑及水利施工中所用的悬索吊装装置。,55,图4.36 悬索结构,
