【土木建筑】02荷载与结构设计方法.ppt

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1、第第2章章 重力负荷重力负荷1.1第2章 重 力 荷 载第第2章章 重力负荷重力负荷1.2结结 构构 自自 重重工程结构设计理论演变简况工程结构设计理论演变简况土的自重应力土的自重应力雪荷载雪荷载车车 辆辆 荷荷 载载人人 群群 荷荷 载载吊吊 车车 荷荷 载载 楼面和屋面活荷载楼面和屋面活荷载思考题思考题本章内容本章内容第第2章章 重力负荷重力负荷1.3结结 构构 自自 重重 结构的自重是由地球引力产生的组合结构的材料重力，一般而言，可以根据结构的结构的自重是由地球引力产生的组合结构的材料重力，一般而言，可以根据结构的材料种类、材料体积和材料容重计算结构自重材料种类、材料体积和材料容重计算结

2、构自重(式式2-1)。结构自重一般按照均匀分布的原。结构自重一般按照均匀分布的原则计算，在施工阶段，构件在吊装运输或悬臂施工时引起的结构内力，有可能大于正常则计算，在施工阶段，构件在吊装运输或悬臂施工时引起的结构内力，有可能大于正常设计荷载产生的内力，因此，在施工阶段演算构件的强度和稳定时，构件重力应乘以适设计荷载产生的内力，因此，在施工阶段演算构件的强度和稳定时，构件重力应乘以适当的动力系数。当的动力系数。(2-1)式中，式中，构件的自重构件的自重(kN)；构件材料的容重构件材料的容重(kN/m3)；构件的体积，一般按照设计尺寸确定构件的体积，一般按照设计尺寸确定(m3)。式式(2-1)适用

3、于一般建筑结构、桥梁结构及地下结构等各构件自重的计算，但要注意适用于一般建筑结构、桥梁结构及地下结构等各构件自重的计算，但要注意土木工程中结构各构件的材料容重可能不同，计算结构自重时可将结构人为地划分为许土木工程中结构各构件的材料容重可能不同，计算结构自重时可将结构人为地划分为许多基本构件，然后叠加即得到结构总自重多基本构件，然后叠加即得到结构总自重(式式2-2)。(2-2)式中，式中，G结构总自重结构总自重(kN)；n组成结构的基本构件数；组成结构的基本构件数；第第i个基本构件的重度个基本构件的重度(kN/m3)；Vi第第i个基本构件的体积个基本构件的体积(m3)。kGVkGV1niiiGV

4、ir第第2章章 重力负荷重力负荷1.4土的自重应力土的自重应力 土是由土颗粒、水和气所组成的三相非连续介质。若把土体简化为连续体，则应用土是由土颗粒、水和气所组成的三相非连续介质。若把土体简化为连续体，则应用连续介质力学连续介质力学(例如弹性力学例如弹性力学)来研究土中应力的分布。在计算土中应力时，通常将土体视来研究土中应力的分布。在计算土中应力时，通常将土体视为均匀连续的弹性介质。若土层天然重度为为均匀连续的弹性介质。若土层天然重度为，在深度，在深度z处处a-a水平面水平面(图图2.1(a)，土体因自，土体因自身重量产生的竖向应力可取该截面上单位面积的土柱体的重力，即：身重量产生的竖向应力可

5、取该截面上单位面积的土柱体的重力，即：可见自重应力可见自重应力 沿水平面均匀分布，且与沿水平面均匀分布，且与z成正比，即随深度按直线规律增加，如图成正比，即随深度按直线规律增加，如图2.1(b)所示。所示。czz第第2章章 重力负荷重力负荷1.5 一般情况下，地基土由不同重度的土层所组成。如图一般情况下，地基土由不同重度的土层所组成。如图2.2所示，天然地面下深度所示，天然地面下深度z范围范围内各层土的厚度自上而下分别为内各层土的厚度自上而下分别为h1，h2，hi，hn，则多层土深度，则多层土深度z处的竖直有效处的竖直有效自重应力的计算公式为：自重应力的计算公式为：(2-4)式中，式中，n从天

6、然地面起到深度从天然地面起到深度z处的土层数；处的土层数；hi第第i层土的厚度层土的厚度(m)；第第i层土的天然重度层土的天然重度(kN/m3)；若土层位于地下水位以下，由于受到水的浮力；若土层位于地下水位以下，由于受到水的浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为土的有效重度作用，单位体积中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为土的有效重度，即：，即：(2-5)为水的重度，一般取值为为水的重度，一般取值为10kN/m3，这时计算土的自重应力应取土的有效重度，这时计算土的自重应力应取土的有效重度 代替天然代替天然重度重度 。1 1221ncznniiihhhhiii ii第第2

7、章章 重力负荷重力负荷1.6一、基本雪压 1.基本雪压的取值原则基本雪压的取值原则 根据当地气象台根据当地气象台(站站)观察并收集的每年最大雪压，经统计得出的观察并收集的每年最大雪压，经统计得出的50年一遇的最大年一遇的最大雪压雪压(重现期为重现期为50年的最大雪压年的最大雪压)，即为当地的基本雪压。在确定雪压时，观察并收集，即为当地的基本雪压。在确定雪压时，观察并收集雪压的场地应符合下列要求。雪压的场地应符合下列要求。(1)观察场地周围的地形为空旷平坦。观察场地周围的地形为空旷平坦。(2)积雪的分布保持均匀。积雪的分布保持均匀。(3)设计项目地点应在观察场地的范围内，或它们具有相同的地形。设

8、计项目地点应在观察场地的范围内，或它们具有相同的地形。雪压是指单位水平面积上的雪重，决定雪压值大小的是积雪深度与积雪密度，雪压是指单位水平面积上的雪重，决定雪压值大小的是积雪深度与积雪密度，因此年最大雪压因此年最大雪压S(kN/m2)可按下式确定：可按下式确定：(2-6)式中，式中，h年最大积雪深度，指从积雪表面到地面的垂直深度年最大积雪深度，指从积雪表面到地面的垂直深度(m)。以每年。以每年 7 月份月份 至次年至次年6月份间的最大积雪深度确定；月份间的最大积雪深度确定；积雪密度积雪密度(t/m3)；重力加速度重力加速度(9.81m/s2)。雪雪 荷荷 载载Sh gg第第2章章 重力负荷重力

9、负荷1.7 为了满足实际工程中某些情况下需要的不是重现期为为了满足实际工程中某些情况下需要的不是重现期为50年的雪压数据要求，在年的雪压数据要求，在建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 500092001)附录附录D中对部分城市给出重现期为中对部分城市给出重现期为10年、年、50年和年和100年的雪压数据。已知重现期为年的雪压数据。已知重现期为10年及年及100年的雪压时，求当重现期为年的雪压时，求当重现期为R年时的年时的相应雪压值时可按下式确定：相应雪压值时可按下式确定：(2-7)式中，式中，重现期为重现期为R年的雪压值年的雪压值(kN/m2)；重现期重现期10年的雪压值年的雪压值(kN/

10、m2)；重现期为重现期为100年的雪压值年的雪压值(kN/m2)。雪雪 荷荷 载载1010010()(ln/ln10 1)RSh gXXXXRRXRX10X100X第第2章章 重力负荷重力负荷1.8 2.我国基本雪压的分布特点我国基本雪压的分布特点 (1)新疆北部是我国突出的雪压高值区。新疆北部是我国突出的雪压高值区。(2)东北地区由于气旋活动频繁，并有山脉对气流起抬升作用，冬季多降雪天气，同时东北地区由于气旋活动频繁，并有山脉对气流起抬升作用，冬季多降雪天气，同时气温低，更有利于积雪。气温低，更有利于积雪。(3)长江中下游及淮河流域是我国稍南地区的一个雪压高值区。长江中下游及淮河流域是我国稍

11、南地区的一个雪压高值区。(4)川西、滇北山区的雪压也较高。该地区海拔高，气温低，湿度大，降雪较多而不易川西、滇北山区的雪压也较高。该地区海拔高，气温低，湿度大，降雪较多而不易融化。但该地区的河谷内，由于落差大，高度相对较低，气温相对较高，积雪不多。融化。但该地区的河谷内，由于落差大，高度相对较低，气温相对较高，积雪不多。(5)华北及西北大部地区，冬季温度虽低，但空气干燥。水汽不足，降雪量较少，雪压华北及西北大部地区，冬季温度虽低，但空气干燥。水汽不足，降雪量较少，雪压一般为一般为0.20.3kN/m2。西北干旱地区，雪压在。西北干旱地区，雪压在0.2kN/m2以下。以下。(6)南岭、武夷山脉以

12、南，冬季气温高，很少降雪，基本无积雪。南岭、武夷山脉以南，冬季气温高，很少降雪，基本无积雪。雪雪 荷荷 载载第第2章章 重力负荷重力负荷1.9二、雪荷载标准值、组合值系数、频遇值系数及准永久值系二、雪荷载标准值、组合值系数、频遇值系数及准永久值系数数 1.雪荷载标准值雪荷载标准值 屋面水平投影面上的雪荷载标准值应按下式计算屋面水平投影面上的雪荷载标准值应按下式计算：(2-8)式中式中，雪荷载标准值雪荷载标准值(kN/m2)；屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数；基本雪压基本雪压(kN/m2)。雪雪 荷荷 载载0krssksr0s第第2章章 重力负荷重力负荷1.10 2.雪荷载的组合值系数、频遇值系

13、数及准永久值系数雪荷载的组合值系数、频遇值系数及准永久值系数 雪荷载的组合值系数可取雪荷载的组合值系数可取0.7；雪荷载的频遇值系数可取；雪荷载的频遇值系数可取0.6；雪荷载的准永久值系数应；雪荷载的准永久值系数应按分区图按分区图(附图附图2)中的中的、和和的分区，分别取的分区，分别取0.5、0.2、0；对部分城市的准永久系数分区；对部分城市的准永久系数分区也可按也可按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 500092001)附录附录D的规定查出。的规定查出。雪雪 荷荷 载载第第2章章 重力负荷重力负荷1.11三、屋面积雪分布系数 1.风对屋面积雪的影响风对屋面积雪的影响 下雪过程中，风会把

14、部分将要飘落或者已经飘积在屋面上的雪吹积到附近地面或邻近较下雪过程中，风会把部分将要飘落或者已经飘积在屋面上的雪吹积到附近地面或邻近较低的物体上，这种影响称为风对雪的飘积作用。低的物体上，这种影响称为风对雪的飘积作用。对于高低跨屋面或带天窗屋面，由于风对雪的飘积作用，会将较高屋面上的雪吹落在较对于高低跨屋面或带天窗屋面，由于风对雪的飘积作用，会将较高屋面上的雪吹落在较低屋面上，在低屋面处形成局部较大飘积雪荷载。有时这种积雪非常严重，最大可出现低屋面上，在低屋面处形成局部较大飘积雪荷载。有时这种积雪非常严重，最大可出现3倍倍于地面积雪的情况。低屋面上这种飘积雪大小及其分布情况与高低屋面上的高差有

15、关。由于于地面积雪的情况。低屋面上这种飘积雪大小及其分布情况与高低屋面上的高差有关。由于高低跨屋面交接处存在风涡作用，积雪多按曲线分布堆积高低跨屋面交接处存在风涡作用，积雪多按曲线分布堆积(图图2.3)。对于多跨屋面，屋谷附近区域的积雪比屋脊区大，其原因之一是风作用下的雪飘积，屋对于多跨屋面，屋谷附近区域的积雪比屋脊区大，其原因之一是风作用下的雪飘积，屋脊处的部分积雪被风吹落到屋谷附近，飘积雪在天沟处堆积较厚脊处的部分积雪被风吹落到屋谷附近，飘积雪在天沟处堆积较厚(图图2.4)。雪雪 荷荷 载载第第2章章 重力负荷重力负荷1.12 2.屋面坡度对积雪的影响屋面坡度对积雪的影响 屋面雪荷载分布与

16、屋面坡度密切相关，一般随坡度的增加而减小，主要原因是风的作用屋面雪荷载分布与屋面坡度密切相关，一般随坡度的增加而减小，主要原因是风的作用和雪滑移所致。和雪滑移所致。建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 500092001)规定对不同类别的屋面，其屋面积雪分布系数规定对不同类别的屋面，其屋面积雪分布系数(屋面荷载与地面荷载之比屋面荷载与地面荷载之比)按表按表2-2采用。采用。建筑结构设计考虑积雪分布的原则：屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采用；建筑结构设计考虑积雪分布的原则：屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采用；屋架或拱、壳可分别按积雪全跨均匀分布情况、不均匀分布情况和半跨的均匀分布的情况采屋架或拱、壳可分别按积雪全跨均匀分布情况、不均匀分布情况和半跨的均匀分布的情况采用；框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况采用。用；框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况采用。雪雪 荷荷 载载r第第2章章 重力负荷重力负荷1.13一、公路桥梁车辆荷载 汽车车队分为汽车汽车车队分为汽车-10级、汽车级、汽车-15级、汽车级、汽车-20级和汽车级和汽车-超超20级级4个等级，汽车车队的纵个等级，汽车