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1、第三讲 建筑结构的受力张普CH.2 CH.2 建筑结构设计基本原理建筑结构设计基本原理2.1 2.1 建筑物结构的荷载建筑物结构的荷载作用（作用（S S）（或荷载）（或荷载）作用效应作用效应施加在结构上的集中力或分布力，称为作用施加在结构上的集中力或分布力，称为作用直接作用直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用间接作用由作用引起的结构或构件的反应由作用引起的结构或构件的反应结构抗力（结构抗力（R R）结构或结构构件承受效应的能力结构或结构构件承受效应的能力qVM2.1.1 2.1.1 基本概念基本概念2 2荷载与作用效应建筑结构的荷载与作用轴向力N弯矩
2、M剪力V扭矩T应力（正、剪应力）应变（线、剪应变）位移作用的效应（S）内力内力3 3在结构使用期间在结构使用期间，其值，其值不随时间变化不随时间变化，或其变或其变化与平均值相比可以忽略不计化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称的荷载。也称恒恒荷载荷载或或恒载恒载。比如结构自重或土压力等。比如结构自重或土压力等。在结构使用期间在结构使用期间，其值，其值随时间变化，或其变化随时间变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称的荷载。也称活活荷载荷载或或活载活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。载、风荷载、吊车荷载等。
3、在结构使用期间在结构使用期间不一定出现不一定出现，而，而一旦出现一旦出现, ,其量其量值很大而持续时间较短值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、的荷载。比如爆炸力、撞击力等。撞击力等。a.a.永久荷载永久荷载b.b.可变荷载可变荷载c.c.偶然荷载偶然荷载2.1.2 2.1.2 荷载分类荷载分类按时间变异分类按时间变异分类4 45 56 67 78 89 91010111112121313图例：图例：风压特征风压特征1414图例：图例：地震与建筑物扭转地震与建筑物扭转1515按空间变异分类按空间变异分类a.固定荷载固定荷载在结构空间位置上具有在结构空间位置上具有固定的分布固定的分布；b.可动
4、荷载可动荷载在结构空间位置在结构空间位置一定范围内可以任意分布一定范围内可以任意分布。a.静态荷载静态荷载对结构对结构不产生动力效应不产生动力效应，或小的可以忽略；，或小的可以忽略；b.动态荷载动态荷载对结构对结构产生动力效应产生动力效应，且不可以忽略。，且不可以忽略。按照结构的反应分类按照结构的反应分类1616荷载代表值荷载代表值 荷载标准值是指在结构使用期间正常情况下可荷载标准值是指在结构使用期间正常情况下可能出现的最大荷载值能出现的最大荷载值（1）荷载标准值（包括永久荷载、可变荷载标准值）荷载标准值（包括永久荷载、可变荷载标准值） 进行结构设计时，应根据不同的设计要求采用进行结构设计时，
5、应根据不同的设计要求采用不同的荷载代表值。永久荷载应采用标准值作为代不同的荷载代表值。永久荷载应采用标准值作为代表值，可变荷载应根据设计的不同要求分别采用标表值，可变荷载应根据设计的不同要求分别采用标准值、组合值、频遇值和准永久值作为代表值。准值、组合值、频遇值和准永久值作为代表值。2.1.3 荷载代表值1717当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。合值为代表值。在在设计基准期设计基准期内
6、经常作用在结构上的内经常作用在结构上的可变可变荷载荷载。作用于结构上作用于结构上时而出现时而出现，持续时间较短持续时间较短的的较大较大可变荷载，结构破坏性减缓可变荷载，结构破坏性减缓。a. 可变荷载组合值可变荷载组合值b. 可变荷载准永久值可变荷载准永久值c. 可变荷载频遇值可变荷载频遇值可可变变荷荷载载（2 2）可变荷载的组合值、频遇值和准永久值）可变荷载的组合值、频遇值和准永久值2.1.3 荷载代表值1818荷载标准值的计算荷载标准值的计算2.2 结构上的荷载1、恒荷载2、楼面活荷载3.雪荷载和屋面均布活荷载 4.风荷载 5.吊车荷载 6.地震荷载 根据自重计算查规范表1919结构上的荷载
7、民用建筑楼面均布活荷载20203.雪荷载和屋面均布活荷载 结构上的荷载雪荷载：作用在屋面上的荷载。雪荷载和屋面均布活荷载设计时仅取两项荷载中的较大值。屋面均布活荷载：民用建筑分上人、不上人，工业建筑考虑设备、操作、检修荷载，厂房考虑积灰荷载，有停机坪还应考虑直升机重。21214.风荷载结构上的荷载 基本风压是风荷载的基准压力，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，再通过风速和风压关系换算而来。 基本风压可从荷载规范附录中查得。 风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取0.6、0.4、0。 （1）基本风压22224.风荷载
8、结构上的荷载（2）风荷载（风压）高度变化系数 风速是随距地面的高度增加而增加的，故风压也是随离地面高度增加而增加的。风速随高度的变化规律主要取决于地面的粗糙程度。但当离地面450m以上时，风速即不受地面粗糙程度的影响，风压高度变化系数为常数。地面粗糙度是指风在到达结构物以前吹越过2km范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状况的等级。规范将地面粗糙度分为A、B、C、D四类。 2323结构上的荷载A A类类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；区；B B类类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；稀
9、疏的乡镇和城市郊区；C C类类指有密集建筑群的城市市区；指有密集建筑群的城市市区；D D类类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。 地面粗糙度分类2424 风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与来流风压的比值，它描述起的实际压力（或吸力）与来流风压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。境和地面粗糙度有关。4.风荷载
10、结构上的荷载（3）风荷载体型系数25254.风荷载结构上的荷载（4）风振系数 规范规范规定，以风振系数规定，以风振系数 z z来描述动力反应的影响。规定对来描述动力反应的影响。规定对于高度大于于高度大于30m30m且高宽比大于且高宽比大于1.51.5的房屋结构，以及基本自振周期的房屋结构，以及基本自振周期T T1 1大于大于0.25s0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，应采用风振系数来的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，应采用风振系数来描述风压脉动的影响，具体计算方法见规范。描述风压脉动的影响，具体计算方法见规范。 对于高度低于对于高度低于30m30m或高宽比小于或高宽比小于1.51.5的房屋以
11、及自振周期的房屋以及自振周期T T1 10.25s0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，取的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，取 z z=1.0=1.0。 26265.吊车荷载结构上的荷载 桥式吊车在排架上产生的荷载有竖向荷载桥式吊车在排架上产生的荷载有竖向荷载D Dmaxmax（或（或D Dminmin）、横向水平荷载）、横向水平荷载T Tmaxmax及吊车纵向水平荷载及吊车纵向水平荷载T Te e。A.A.吊车竖向荷载吊车竖向荷载D Dmaxmax（或（或D Dminmin）吊车最大轮压吊车最大轮压P Pmaxmax与最小轮压与最小轮压P Pminmin 当小车吊有额定最大起重量行驶至大车某一
12、侧端头当小车吊有额定最大起重量行驶至大车某一侧端头极限位置时，小车所在一侧的每个大车轮压即为吊车的极限位置时，小车所在一侧的每个大车轮压即为吊车的最大轮压最大轮压P Pmaxmax，同时另外一侧的每个大车轮压即为最小，同时另外一侧的每个大车轮压即为最小轮压轮压P Pminmin。27272828292930305.吊车荷载结构上的荷载31313232吊车竖向荷载Dmax（或Dmin） 当两台吊车满载靠紧并行，其中较大一台吊车的内轮正好运行至计算排架柱的位置时，作用于最大轮压Pmax一侧排架柱上的吊车荷载为最大值Dmax；同时，在另一侧的排架柱上，则由最小轮压Pmin产生的竖向荷载为最小值Dmi
13、n。Dmax 或Dmin可根据吊车最不利位置和吊车梁支座反力影响线求得： Dmax=Pmaxyi Dmin=Pminyi5.吊车荷载结构上的荷载3333B.吊车横向水平荷载Tmax、纵向水平荷载（略） 吊车的横向水平荷载Tmax是当小车沿厂房横向运动时，由于启动或突然制动产生的惯性力。 吊车横向水平荷载作用位置在吊车梁顶面，且同时作用于吊车两侧的排架柱上，方向相同。 吊车的横向水平制动力也是移动荷载，其最不利作用位置与吊车的竖向轮压相同，所以，吊车最大横向水平荷载标准值Tmax，也需根据吊车的最不利位置和吊车梁支座反力影响线确定。5.吊车荷载结构上的荷载34342.2 建筑结构构件及其受力状态
14、建筑结构基本构件1.1.板板2.2.梁梁3.3.柱柱4.4.墙墙5.5.桁架桁架桁架桁架ABC3535压力：N（轴心受压）建筑结构构件及其受力状态结构构件的受力状态3636拉力N（轴心受拉）3737弯曲力：弯矩MabcdabcdMM3838应力的分布图：应力的分布图：MZymaxmax中性轴和中性层中性轴和中性层上边缘压应力最大，下边缘拉应力最大上边缘压应力最大，下边缘拉应力最大矩形矩形截面3939剪力V4040注意：注意：Fs为横截面的剪力；为横截面的剪力；Iz 为整个横截面对为整个横截面对 z 轴的惯性矩；轴的惯性矩；b为所求点对应位置截面的宽度；为所求点对应位置截面的宽度； 为所求点对应位置以外为所求点对应位置以外的面积对的面积对Z轴的静矩。轴的静矩。(1)(1)t t 沿截面高度按二次抛物线规律变化；沿截面高度按二次抛物线规律变化；(2) 同一横截面上的最大切应力同一横截面上的最大切应力t tmax在中性轴处在中性轴处( y=0 )；(3)上下边缘处上下边缘处（y=h/2)，切应力为零切应力为零。 t t4141扭转力：扭矩T（略）4242建筑结构构件及受力状态板：受弯、受剪梁：受弯、受剪、受扭柱：偏心受压、受剪、受扭剪力墙：受剪、受弯桁架：下弦杆轴心受拉、上弦杆轴心受压、腹杆承受轴心拉力或者轴心压力4343The End4444
