12-15建筑结构上的作用力

P11.2.1荷载、作用及其分类1.2结构上的荷载1.2.3楼面活荷载1.2.2永久荷载1.2.4屋面活荷载1.2.5风荷载1.2.6荷载代表值P21.2.1荷载、作用及其分类1.荷载与作用的定义：荷载：直接施加在结构上的力。作用：是指施加在结构上的集中力或分布力(直接作用，也称为荷载)和引起结构外加变形的原因(间接作用)。作用包括荷载。P31.2.1荷载、作用及其分类楼（屋）面可变荷载风荷载吊车荷载永久荷载（重力荷载、土压力等）可变荷载偶然作用（如爆炸、撞击）直接作用间接作用（如地震作用、地基变形、材料收缩、焊接应力、温度变化等。）P41.2.1荷载、作用及其分类2.分类：按作用施加的方式分类：①直接作用：如结构构件的自重、雪荷载、使用活荷载和风荷载等；②间接作用：地基不均匀沉降、温度变化、焊接变形、混凝土收缩、地震作用等；按结构的反应特点划分：①静态作用：使结构产生的加速度可以忽略不计的作用②动态作用：使结构产生的加速度不可忽略不计的作用P5按随时间的变异分类：1.永久作用(恒荷载)：在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。如结构构件自重、建筑构造层自重、土压力、预应力等。2.可变作用(活荷载)：在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。如楼面和屋面活载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、车辆荷载等；3.偶然作用：结构使用期间可能不出现，一旦出现，其作用时间短、效应大的荷载为偶然荷载，如爆炸力、撞击和地震等。P61.2.2永久荷载对结构自重,可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。重量＝重力密度×体积对于自重变异较大的材料和构件(如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件等)，自重的标准值应根据对结构的不利状态，取上限值或下限值。重量＝重力密度×面积P71.2.2永久荷载表1常用材料和建筑构造层做法单位重量常用材料单位重量（kN/m3）常用建筑构造做法单位（kN/m2）钢筋混凝土普通砖砌体石（花岗石、大理石）木材钢材水泥砂浆24~2518~1928678.520水泥瓦屋面油毡防水层(7层做法)天棚吊顶(木板+抹灰)墙面抹灰(粉刷+水磨、水刷)水磨石地面门窗（木~钢）0.550.350.25~0.550.35~0.550.650.25~0.45P81.2.3楼面活荷载荷载＝每平方米荷载×面积表2民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数项次类别标准值(kN／m2)组合值系数Ψc频遇值系数Ψf准永久值系数Ψq1(1)住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园(2)教室、试验室、阅览室、会议室、医院门诊室2.00.70.50.60.40.52食堂、餐厅、一般资料档案室2.50.70.60.53(1)礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台(2)公共洗衣房3.03.00.70.70.50.60.30.54(1)商店、展览厅、车站、港口、机场大厅及其旅客等候室(2)无固定座位的看台3.53.50.70.70.60.50.50.35(1)健身房、演出舞台(2)舞厅4.04.00.70.70.60.60.50.36(1)书库、档案库、贮藏室(2)密集柜书库5.012.00.90.90.87通风机房、电梯机房7.00.90.90.8楼面活荷载大小，通常指楼面活荷载的标准值大小，它是通过统计分析，取具有95%保证率的分位值确定的。P9续表2民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数项次类别标准值(kN／m2)组合值系数Ψc频遇值系数Ψf准永久值系数Ψq8汽车通道及停车库：(1)单向板楼盖(板跨不小于2m)和双向板楼盖（板跨不大于3m×3m）客车消防车(2)双向板楼盖(板跨不小于6m×6m)和无梁楼盖(柱网尺寸不小于6m×6m)客车消防车4.035.02.520.00.70.70.70.70.70.70.70.70.60.60.60.69厨房(1)一般的(2)餐厅的2.04.00.70.70.60.70.50.710浴室、厕所、盥洗室：(1)第1项中的民用建筑(2)其他民用建筑2.02.50.70.70.50.60.40.511走廊、门厅、楼梯：(1)宿舍、旅馆、医院病房、托儿所、幼儿园、住宅(2)办公楼、教学楼、餐厅，医院门诊部(3)当人流可能密集时2.02.53.50.70.70.70.50.60.50.40.50.312阳台：(1)一般情况(2)当人群有可能密集时2.53.50.70.60.5P101.雪荷载基本雪压：雪荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上积雪自重的观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定。各地的基本雪压查《建筑结构荷载规范》附表D.4石家庄（0.30kN／m2）：式中——雪荷载标准值(kN/m2)；——屋面积雪分布系数；——基本雪压(kN／m2)。屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：k0rSSkSr0S1.2.4屋面活荷载各地区的积雪平均密度：东北及新疆北部地区取150kg／m3；华北及西北地区取130kg／m3；……浙江、江西200kg／m3。P11表4屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数μr值与屋面坡度及形式有关。屋面坡度越大，则积雪越少，μr值就小，反之亦然。如对单跨单坡屋面，当≤25°时μr=1.0；=40°时μr=0.4；≥50°时μr=0。在可能形成雪堆处μr＞1.0，有的高达2.0。P12表3屋面均布活荷载项次类别标准值kN／m2组合值系数Ψc频遇值系数Ψf准永久值系数Ψq1不上人的屋面0.50.70.502上人的屋面2.00.70.50.43屋顶花园3.00.70.60.52.其他屋面活荷载注：1不上人的屋面，当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用；不同结构将标准值作0.2kN/m2的增减。2上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用。3对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加以防止；必要时，应按积水的可能深度确定屋面活荷载。4屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。屋面活荷载也是一种可变荷载，包括上人屋面的人群荷载、不上人屋面的施工及检修荷载、积灰荷载和雪荷载。其中屋面活荷载和雪荷载不同时参与组合。P13（2）屋面直升机停机坪荷载①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。②局部荷载应按直升机实际最大起飞重量确定。（3）屋面积灰荷载注：积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑。厂房屋面，其水平投影面上的屋面积灰荷载。一个建筑上荷载的估算如图所示框架结构：（1）试说明竖向荷载的传递路线；（2）画出图示B1（板1）和B2（板2）上楼面荷载的传递路线图；（3）如果房屋为5层，按照每层恒载10kN/m2估算分配到底层A、B、C、D柱上的荷载。7.8m7.2m7.2m2.4mABDC纵向框架横向框架次梁B1B27.8m7.8m7.8m一个建筑上荷载的估算（1）框架结构中，竖向荷载的传递路线是：次梁框架梁竖向荷载楼（屋）面板柱基础框架梁（2）B1、B2上荷载的传递：B1板为双向板B2板为单向板一个建筑上荷载的估算（3）A、B、C、D承担的荷载A柱的荷载：（3.6×3.9）×10×5＝702KNB柱的荷载：（4.8×3.9）×10×5＝936KNC柱的荷载：（3.6×7.8）×10×5＝1404KND柱的荷载：（4.8×7.8）×10×5＝1872KNP171.2.5风荷载1.风荷载的特点①风荷载的大小与风速直接相关。②由于风速上下波动，使风荷载具有动力特性。③风吹过建筑物时，会在建筑物附近形成紊流，使风荷载计算更加复杂。④风速是随高度变化的，接近地面时，会由于地面物体阻挡而减速，故风荷载与地面粗糙程度有关。空气流动形成风。当风吹到建筑物上时就会在建筑物表面产生力的作用，在迎风面产生压力，在背风面产生吸力，而在水平表面产生上浮力。这些风力作用统称为风荷载。P182.总体风荷载作用在建筑物表面单位面积上的风荷载标准值按下式计算式中—风荷载标准值(kN/m2)—高度Z处的风振系数；—风荷载体型系数；—风压高度变化系数；—基本风压(kN/m2)。kzzs0wwkwzsz0w1.2.5风荷载P19①基本风压：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，再考虑相应的空气密度，按照基本风压与风速的静态关系确定的。基本风压可查荷载规范中全国基本风压分布图。石家庄（0.35kN／m2）；香港（0.90kN／m2）；台湾宜兰（1.85kN／m2）2016000VwP20②风压高度变化系数风压是随高度的增加而增大的，而基本风压值是以10米高度处统计确定的，因此在风荷载计算时应对风压进行高度修正。z450表5风压高度变化系数510152030405060708090100150200250300350400离地面或海平面高度（m）地面粗糙度类别ABCD1.171.381.521.631.801.922.032.122.202.272.342.402.642.832.993.123.123.123.121.001.001.141.251.421.561.671.771.861.952.022.092.382.612.802.973.123.123.120.740.740.740.841.001.131.251.351.451.541.621.702.032.302.542.752.943.123.120.620.620.620.620.620.730.840.931.021.111.191.271.611.922.192.452.682.913.12A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。P21③风载体型系数风洞试验表明风压在建筑物表面的作用力是变化的，它主要与建筑物的体型、尺寸和表面位置有关，需要进行体型修正。s表6载体型系数封闭式房屋和构造物30体型及体型系数类别项次-0.6+0.6+0.6-0.6-0.5-0.5-0.45-0.5-0.5-0.45-0.7-0.6-0.6+0.8+0.9-0.7+0.3-0.5+0.9+0.8+0.8-0.5+0.8-0.5-0.5+0.8-0.5-0.6+0.8+0.3（c）L型平面（d）Ⅱ型平面（e）十字型平面（f）截角三边形平面其它情况可查荷载规范。P22④风振系数现行设计规范中采用风振系数考虑风荷载的动力效应影响。z对于一般竖向悬臂型结构，例如高层建筑和构架、塔架、烟囱等高耸结构，高层建筑，均可仅考虑第一振型的影响。风振系数的计算：P23（3）局部风荷载风荷载标准值wk计算公式如下：其中，意义与前相同。－z高度处的阵风系数－局部风荷载体型系数kgzzs10wwz0w、gzs1s1验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数：外表面的正压区按表5选用；负压区的墙面取-1.0，墙角边取-1.8；对屋面局部部位(周边和屋面坡度大于10°的屋脊部位)，取-2.2；对檐口、雨篷、遮阳板等突出构件，取-2.0。P24例1某20层钢筋混凝土结构，总高64m。平面为正六边形，边长10m，如图所示。基本风压为0.45kN/㎡，地面粗糙度为C类。求该结构在x方向上的总体风荷载。P25某一高度处风荷载的合力计算n－－建筑物外围表面积数（每一个平面作为一个表面）B1、B2、……Bn－－分别为n个表面的宽度；……－－分别为n个表面的风荷载体型系数；……－－分别为n个表面法线与风作用方向的夹角。s1s2sn12nzz0s111zz0s222zz0snzz0s111s222sncoscoscos(coscoscos)nnnnwwBwBwBwBBB