最新2019-荷载及结构设计1-PPT课件_图文

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第11章荷载及结构设计
11.1建筑结构荷载及设计方法 11.2 砌 体 结 构

1.作用、作用效应 和结构抗力

什么是结构上的作用?
? 结构上的作用是使结构产生各种效应(内力和 变形)的所有原因
? 直接作用:施加在结构上的荷载 ? 间接作用:引起结构外加变形或约束变形的作


什么是作用效应?
结构或结构构件在 各种作用因素的作用下, 将产生内力和变形称为 作用效应,用S表示

什么是结构抗力?
结构抗力是指 结构或结构构件承 受内力和变形能力, 用R表示

2.荷载的分类

作用按随时间的变异分类:
? 永久荷载:在设计基准期内其量值不随 时间变化,或其变化与平均值相比可以 忽略的作用
? 可变荷载:在设计基准期内其量值随时 间变化,且其变化与平均值相比不可忽 略的作用
? 偶然荷载:在设计基准期内不一定出现, 而一旦出现其值很大且持续时间很短的 作用
(荷载是随机变量)

作用按随空间位置的变异分类:
? 固定荷载:在结构上具
有固定分布的作用
? 自由荷载:在结构上一
定范围内可以任意分布的作 用

作用按结构的反应特点分类:
? 静态荷载:使结构产生的加
速度可以忽略不计的作用
?动态荷载:使结构产生的加
速度不可忽略不计的作用

3.荷载代表值

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要求采用标准 值、组合值、频遇值或准永久值作 为代表值
? 偶然荷载应按建筑结构使用的特点 确定其代表值
? 荷载标准值是荷载的基本代表值

荷载标准值
? 荷载标准值是指其在结构
的使用其间可能出现的最大 荷载值,该值统一由设计 基准期最大荷载概率分布的
某个分位值来确

荷载组合值
? 荷载组合值是结构承受两种 或两以上可变荷载时,承载 力极限状态按基本组合设计 和正常使用极限状态按标准 组合设计采用的可变荷载代 表值

荷载频遇值
? 荷载频遇值是设计基 准期内荷载达到和超过该
值的总持续时间与设计基 准期的比值小于0.1的荷载 代表值

荷载准永久值
? 荷载准永久值根据在 设计基准期内荷载达到和
超过该值的总持续时间与 设计基准期的比值为0.5确 定

4.荷载分项系数与 荷载设计值

荷载分项系数是设计计算中,反映荷载不确 定性并与结构可靠指标相关的一个系数。

因为 ?R??S??σR2?σS2

(3-1)

用加拿大学者N.C.Lind提出的分离方 法,将(3-1)等式右边根号项线性化,即

σR2?σS2??σ( R?σS)

(3-2)

分离系数 ?
当S和R均为正态分布,且 满足 1/3<σ R/σ S<3时, 如果取? =0.75±0.06 ,其 误差能满足工程结构要求。

将(3-2)式代入(3-1)式 得:
???? ?? σ σ R?S?? R?? S (3-3)

? 因为

?δ ? R

R? R

? ?δ ? S

S? S

(3-4)

将(3-4)式代入(3-3)得:

?? ?? ?? ?? ?? ? ? R?S?

?
RR

S S (3-5)

将(3-5)式移项整理后得设计表达式

?? ?? ? R (1 ??δ R )≥ ? S (1 ??δ S ) (3-6)

R和S标准值与平均值有下列关系

? Rk??R(1?δ R R) ? Sk??S(1?δ S S)

(3-7)

将(3-7)式代入(3-6)式,并用
〔β 〕代替β ,则可得 :

Rk
?R



?

SS

k

式中 ?R?1?1???????R????R R

(3-8)

?S ?1?1???????δS??δS S

永久荷载分项系数?G

当永久荷载对结构产生的效应对结构不利时,对由可变荷载

效应控制的组合取?G =1.2;对由永久荷载效应控制的组合



?G =1.35。当其产生的效应对结构有利时,一般情况

下取 ?G =1.0;当验算倾覆、滑移或漂浮时,取?G =0.9 ;

对其余特殊情况,应按有关规范采用。

可变荷载分项系数?Q 一般情况下取 ?Q =1.4;但对工业房屋的楼面结构,当其 可变荷载标准值>4kN/m2时,则取?Q =1.3 。
荷载设计值

荷载设计值等于荷载标准值乘以相应荷载的分项系数。按承 载力极限状态计算荷载效应时,取荷载设计值;按正常使用 极限状态计算荷载效应时,取荷载标准值,即荷载分项系数 为1.0。

5.材料强度指标

材料强度指标的取值原则
?按承载力极限状态设计时, 材料强度指标取设计值 ?按正常使用极限状态设计 时,材料强度指标取标准 值

《规范》规定材料强度的标准值应不
小于95%保证率的强度值 ,即:

f≥ f? 1 .6 4 5 σ ?f(1 ? 1 .6 4 5 δ )

km

m

材料强度的设计值

f

d

?

f
?

k d

混凝土:?d=1.4;HRB335、HRB400、RRB400级钢筋: ?d=1.10 。
钢筋抗拉强度标准值
? 有明显屈服点的热轧钢筋是以钢材出厂的废品 限值作为钢筋强度的标准值,其值保证率约为 97.73%,即相当于平均值减去二倍的标准差
? 没有明显屈服点的钢筋取0.85σ b作为钢筋强 度的标准值

6.结构的功能要求

《标准》规定结构在规定的设计
使用年限内应满足下列功能要求:
? 在正常施工和正常使用时,能承受 可能出现的各种作用
? 在正常使用时具有良好的工作性能
? 在正常维护下具有足够的耐久性能
? 在设计规定的偶然事件发生时及发 生后,仍能保持必要的整体稳定性

结构的功能要求
?安全性:建筑结构必须能承受可能出现的各种作用,
并且能在偶然事件发生时和发生后保持必需的结构整体稳定 性。
?适用性:建筑结构在正常使用过程中,应保持良好的
工作性能。,
?耐久性:结构在正常使用和正常维护条件下,应有足
够的耐久性,完好使用到设计使用年限。
结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。结构可 靠性的概率度量值称为结构的可靠度。

什么是结构的可靠性?
? 结构在规定的使用期限 内,在规定的条件下(正 常设计、正常施工、正常 使用和维护),完成预定 功能的能力,称为结构的 可靠性

什么是结构的可靠度?
?结构在规定的使用期限内, 在规定的条件下(正常设计、 正常施工、正常使用和维 护),完成预定功能的概率, 称为结构的可靠度

7.结构的极限状态

什么是结构的极限状态
? 结构能够满足功能要求而 且良好的工作,则称结构
“可靠”或“有效”, 反之则称结构“不可靠” 或“失效”。区分结构可 靠与失效的界限状态称为极
限状态

《标准》将结构极限状态分成两类:
?承载力极限状态
?正常使用极限状态

承载力极限状态
? 是指对应结构或结构构件 达到最大承载力或不适于 继续承载的变形的状态,
是结构安全性的基本保 证

下列状态之一,应认为超过了
承载力极限状态:
? 整个结构或结构的一部分作为刚体失去 平衡
? 结构构件或其连接因超过材料强度而破 坏(包括疲劳破坏),或因过度变形而 不适于继续承载
? 结构转变为机动体系 ? 结构或结构构件丧失稳定 ? 地基丧失承载能力而破坏

正常使用极限状态
? 是指对应结构或结构 构件达到正常使用或耐 久性能的某项规定限值

下列状态之一时,应认为超过 正常使用极限状态:
? 影响正常使用或外观的变形 ? 影响正常使用或耐久性能的
局部损坏 ? 影响正常使用的振动 ? 影响正常使用的其他特定状


8.设计基准期和设计 使用年限

设计基准期
? 设计基准期是为确定可 变作用及与时间有关的材 料性能取值而选定的时间 参数

设计使用年限
? 设计使用年限是设计规定的 一个期限,是计算结构可靠度 的依据
?注意:结构设计使用年限不等
同于其使用寿命

表3—1
类别 1 2 3 4

设计使用年限分类

设计使用年限/年 5 25 50 100





临时性结构

易于替换的结构构件

普通房屋和构筑物

纪念性建筑和特别重要的建筑结构

9.承载力极限状态 设计表达式

承载力极限状态设计表达式

? 0

S≤R

式中

S ?? SS k

? ? ? R?Rk?R?? R ??

f ck, c

?

fsk, a s

k,?????????

建筑结构的安全等级
?《标准》根据结构破坏
可能产生的后果的严 重性,将建筑物划分为 三个安全等级

表3— 3 建筑结构的安全等级及结构构件承载力极限状态的目标可靠指标

安全等级 破坏后果 建筑物类型

一级 二级 三级

很严重 严重 不严重

重要的房屋 一般的房屋 次要的房屋

目标可靠指标

延性破坏

脆性破坏

3.7

4.2

3.2

3.7

2.7

3.2

结构构件的重要性系数 ?0
? 安全等级为一级或设计使用年限为100年 及以上的结构构件不应小于1.1
? 安全等级为二级或设计使用年限为50年 的结构构件不应小于1.0
? 安全等级为三级或设计使用年限为5年及 以下的结构构件不应小于0.9
? 抗震设计中,不考虑结构构件的重要性 系数

建筑结构中各类构件的安全等级,宜与整个 结构的安全等级相同。但应根据需要可对某 些构件的安全等级提高一级或降低一级。例 如对以承受永久荷载为主的轴心受压、小偏 压柱、屋架或托架的杆件等,其安全等级应 提高一级;对预制构件的吊装验算时,安全 等级可降低一级。但所有构件的安全等级不 得低于三级。

荷载效应组合的设计值 S
按承载力极限状态设计时:
? 应考虑作用效应的基本组合
? 必要时尚应考虑作用效应的 偶然组合

《荷载规范》规定S基本组合应 从下列组合值中取最不利值确 定:

1.由可变荷载效应控制的组合

? ? ?? S?S S ? S n

GG k?Q 1

Q 1 k? i? 2

Q i

ci

Q ik

对于一般排架、框架结构,可采用下列简化

的组合

? ? S? S ?? S n G Gk? i?1 Qi Qik

一般情况下可取? =0.90

当只有一个可变荷载时,取? =1.0

2.由永久荷载效应控制的组合

? ?? S? S ? S n

G

Gk?
i?1

Qi

ci

Qik

3.正常使用极限状 态设计表达式

正常使用极限状态设计表达式

S k ≤C

式中 Sk C

荷载效应组合值 结构构件满足正常使用要求 所规定的限值

荷载效应组合值 S k

1.荷载效应的标准组合

S S S ??S n

k? Gk? Q1k? i?2

ci

Qik

2.荷载效应的准永久组合

n

S S ??S k? Gk? i?1

qi Qik

10.荷载的标准值

应注意的几个问题
1.民用建筑楼面均布活荷载标准值(表11-2)后的注释;
2.设计楼面梁、墙、柱及基础时,根据《规范》给定的不同 情况,应将表11-2的荷载标准值乘以规定的折减系数;
3.屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合;
4.屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重按局部荷载考虑, 同时其等效均布荷载不低于5.0kN/m2。
5.设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时, 施工或检修集中荷载应取1.0kN,并应在最不利位置极进行验 算;
6.当计算挑檐、雨篷承载力时,应沿板宽每隔1m取一个集中 荷载( 1.0kN );在验算挑檐、雨篷倾覆时,应沿板宽每隔 2.5~3.0m取一个集中荷载( 1.0kN );

7.楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶部水平荷载,应按 下列规定采用: ①住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园,应取0.5kN/m2 ; ②学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场,应取
1.0kN/m2 ;
8.当采用荷载准永久组合时,可不考虑施工和检修荷载及栏杆 水平荷载。 9.雪荷载标准值
? S S k ? r 0
式中 ? r —屋面积雪分布系数;(与屋面类别和屋面形式有关)
S 0 —基本雪压;(50年一遇)

①屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况考虑;
②屋架可分别按积雪全跨均匀分布情况、不均匀分布情况 和半跨均匀分布情况考虑;
③框架和柱可按全跨均匀分布情况考虑。
10.风荷载标准值
风压随高度而增大,且与地面的粗糙度有关;建筑物体型 与尺寸不同,实际风压(或吸力)不同;风压是脉动荷载, 对于高宽比较大的建筑物,应考虑风的动力效应。
(1)当计算主要承重结构时
??? w w k? z s z 0
(2)当计算维护结构时
??? w w k? gz s z 0
①地面粗糙度与风压高度变化系数?z

地面粗糙度可分为A、B、C、D四类:
?A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;
?B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区; ?C类指有密集建筑群的城市市区; ?D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。
②风荷载体型系数?s ③风振系数?z 《荷载规范》规定,对于自振周期 T1>0.25s 的工程结构,以 及高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔建筑,均应考虑风压 脉动对结构产生顺风向风振影响。
④基本风压w0 (50年一遇)
⑤高度z处的阵风系数?gz
11.常用材料和构件自重(永久荷载标准值)

2019年度全国一级建筑师资格可考试试题

1.以下关于楼面均布活荷载的论述哪项符合《荷载规范》?

A.住宅和教室的均布活荷载标准值相同。

B.阳台的均布活荷载为2 .0kN/m2 (2.5~3.5)

C.各种楼梯的均布活荷载相同

D.屋面均布活荷载与雪荷载同时考虑

2.以下哪项论述符合《荷载规范》?

A.住宅楼面均布活荷载标准值为1 .5kN/m2 ( 2 .0 )

B.阳台均布活荷载标准值最小为2.5kN/m2 。

C.教室及其走廊均布活荷载相同

(2.0、2.5)

D.商店和礼堂的均布活荷载相同

3.以下关于屋面积灰荷载的论述,哪项符合《荷载规范》?

A.对于具有一定除尘设备和保证清灰制度的工业房屋,可不考虑积灰荷载

B.积灰均布荷载的取值与屋面坡度有关。(表值为???50 ;??450不考虑) C.积灰荷载不与雪荷载同时考虑

D.积灰荷载中已考虑了清灰设备的重量

4.120mm厚普通粘土砖墙(包括双面抹灰)与200mm厚加 气混凝土砌块墙(包括双面抹灰)相比,哪种墙体自重较重?

A.粘土砖墙重

B.一样重

C.加气混凝土墙重

D.粘土砖墙重约为加气混凝土墙重的两倍.

加气混凝土块:5.5~7.5kN/m3*0.2=1.1 ~1.5 kN/m3



墙:18 ~19 kN/m3* 0.12=2.16 ~2.28kN/m3

2019年度全国二级建筑师资格可考试试题
1.建筑结构承载力极限状态荷载效应组合中,永久荷载的分 项系数?G 的取值,下列何者是正确的?
A.由可变荷载效应控制的组合时?G =1.2 B.由可变荷载效应控制的组合时?G =1.4 C.由永久荷载效应控制的组合时?G =1.35 D.由永久荷载效应控制的组合时?G =1.4
2.下列活荷载的标准值,何值是不正确的?
A.住宅1.5kN/m2 (2.0) B.商店3.5kN/m2 C.教室2.0kN/m2 D.办公室2.0kN/m2


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