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1建筑结构概论第一章建筑结构荷载CH.1建筑物结构的荷载作用(S)(或荷载)作用效应施加在结构上的集中力或分布力,称为作用——直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因——间接作用——由作用引起的结构或构件的反应结构抗力(R)——结构或结构构件承受效应的能力qVM1.1基本概念——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的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。——在结构使用期间,其值随时间变化,或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。——在结构使用期间不一定出现,而一旦出现,其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。a.永久荷载b.可变荷载c.偶然荷载1.2荷载分类按时间变异分类按空间变异分类a.固定荷载——在结构空间位置上具有固定的分布;b.可动荷载——在结构空间位置一定范围内可以任意分布。a.静态荷载——对结构不产生动力效应,或小的可以忽略;b.动态荷载——对结构产生动力效应,且不可以忽略。按照结构的反应分类1.3特殊荷载与作用1.3.1地震作用1.3.2风荷载•风与地震是两种典型的、随机的侧向动荷载,是建筑设计中必然考虑的两种荷载因素。1.3.1地震作用地震与地震荷载的形成•地震是地球内发生的错动,发生地震的地方是震源。•震源上方正对着的地面称为震中。•地震时,在地球内部出现的弹性波叫作地震波,包含纵波和横波。•纵波引起地面上下颠簸振动;横波能引起地面的水平晃动。横波是地震造成建筑物破坏的主要原因——地震横波产生地表的往复运动,由于惯性作用,建筑物与地表之间存在运动差,因而形成建筑物的惯性力。震源震中地震波1.3.1地震作用地震与地震荷载的形成•建筑物的惯性力与地表运动加速度成相应的关系:根据牛顿第二定律,F=ma,F:建筑物的惯性力,m:建筑物的物理质量,a:地表运动加速度。•在建筑设计中,以等效力原理为基础,假设地表不运动,以等效惯性力作用于建筑物上,形成地震荷载。•一般按照建筑物的物理质量集中区域,形成地震荷载。多层建筑物每层形成相应的侧向荷载。•考虑建筑物横向刚度相对较小,一般以横向为地震荷载演算方向。=aF地震区域分布•全球主要地震活动带有三个:•环太平洋地震带,是地震活动最强烈的地带,发生全球约80%的地震;•欧亚地震带,占全球地震的15%。•海岭地震带:分布在太平洋、大西洋、印度洋中的海岭。•中国位于世界两大地震带—环太平洋地震带与欧亚地震带之间,地震活动频度高、强度大、震源浅,分布广,是一个震灾严重的国家。•我国的地震活动主要分布在五个地区:•台湾省及其附近海域;•西南地区,主要是西藏、四川西部和云南中西部;•西北地区,主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓;•华北地区,主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾;•东南沿海的广东、福建等地。1.3.1地震作用1.3.1地震作用地震与地震荷载的形成•地球上的地震有强有弱。地震强度大小以震级与地震烈度衡量。•震级是衡量地震大小的一种度量。每一次地震只有一个震级。•地震烈度是指地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度。对同一次地震,在不同的地区,地震烈度大小是不一样的。•基本烈度,某一地区今后一定测算期内,可能遭受的最大地震烈度,是抗震设计的主要参考指标。•设防烈度,是建筑设计所采用的地震烈度标准,多数情况下采用该地区的基本烈度指标。对于重要建筑物,在基本烈度基础上加以调整。震源远离震中,地震烈度低震中附近,地震烈度高1.3.1地震作用地震与地震荷载的形成•我国将建筑物分为四个等级,多数属于丙类的一般建筑物。•甲类:特别重要的建筑物,地震破坏后果严重;需要专门研究地震动力参数,构造有特殊规定。•乙类:重要建筑物,如重点抗震城市的生命线工程与抗震救灾需要的建筑;按基本烈度提高一度进行设防与相关构造。•丙类:甲、乙、丁类以外的一般建筑物;按基本烈度设防与进行相关构造。•丁类:次要建筑物,地震破坏后果不会造成重大伤亡与较大经济损失。按基本烈度降低一度进行设防与相关构造。•六度区内百万以上人口城市的高层建筑,按七度设防。建筑物的抗地震设计•建筑物的抗震设防标准我国的抗震规范规定了建筑物的三个基本设防标准:1.小震不坏:•在较基本烈度低1.5度的第一水准烈度的地震作用下,结构处于正常使用阶段,材料受力处于弹性阶段。2.中震可修:•在遭受基本烈度(第二水准烈度)的地震作用下,结构可能出现一定的损坏,但加以修缮后可继续使用,材料受力处于塑性阶段,但被控制在一定限度内,残余变形不大。3.大震不倒:•在较基本烈度高1度的第三水准烈度作用下,结构出现严重破坏,但材料的变形仍在控制范围内,不至于迅速倒塌,赢得撤离时间。1.3.1地震作用建筑物的抗地震设计•两阶段设计原则1.首先,以第一水准烈度为参数计算地震效应,与风、重力进行组合,并引入结构承载力抗震调整系数进行截面设计;其次,以同一抗震参数计算结构弹性层间侧移角,使其不超限值,并采取相应的构造措施,满足第二水准烈度要求。2.采用第三水准烈度为参数计算结构的弹塑性层间侧移角,使之小于规定的限值,并采取相应的构造措施,满足第三水准烈度要求。•通常来讲,地震烈度低于六度时,不会对于永久性建筑物形成较大破坏。•因此,我国规范规定,以六度为建筑设计基本设防标准。1.3.1地震作用1.3.2风荷载风的形成与危害•风是由于大气层的温度差、气压差等大气现象导致的空气流动现象。建筑物会对风形成阻挡,因此风会对于建筑物形成反作用。•风是极其复杂的气流现象,是随机性的动荷载,巨大的风力作用会致使建筑物水平侧移、振动甚至垮塌。•在风的作用下,建筑物会发生以下破坏:1)主体结构变形导致内墙裂缝;2)长时间的风振效应使结构受到往复应力作用而发生局部疲劳破坏;3)外装饰,受风力作用而脱落;4)轻屋面,受风的作用会像上浮起甚至破坏。1.3.2风荷载我国风作用主要划分为六大区域:•台风作用区,海南省、台湾省,南海各个岛屿;•台风相关区域,东南沿海广东、福建、浙江、江苏、山东沿海;•北部寒潮区,主要受冬季寒冷的北风作用,西北、华北、东北;•青藏高原区域,高原气候变化恶劣,风力较大;•长江、黄河中下游弱风区,地处大陆腹地,地势平缓,台风、寒潮均已是强弩之末,风力较小;•云贵高原与西南地区,深入腹地,大气波动小,风力极小。1.3.2风荷载风荷载的基本理论气体的流动速度与压力成反比,迎风面受到压力作用,其他面由于风的流动而受到吸力。基本风压基本风压是指某一地区,风力在迎风表面产生作用的标准值。平坦空旷的地面,距地面10米高处,年最大风速发生时10分钟内的风速平均值所形成的,并考虑该风速的历史重现期(30年为标准期限)而确定的迎风面风力作用。风玫瑰图如图所表示的某一地区的冬季、夏季主导风向的图形。建筑形体与风的作用•迎风面风力为压力,侧风面随着与风的夹角的变化,风力逐渐有压力转变为吸力;•矩形、圆形、三角形等不同的平面形状的建筑物,各个侧面所受的风力作用差异很大。•建筑物表面粗糙会加大风力的作用。1.3.2风荷载建筑形体风作用系数举例1.3.2风荷载0.8-0.6-0.6-(0.48+0.03H/B)1.0-0.71.0-0.5-0.5-0.5-0.5-0.5-0.70.8-0.6-0.60.60.6-0.5-0.5-0.50.8-0.5-0.5μ1.3.2风荷载高度与风的作用随着风力测试点的高度增加,所受风力作用也随之加大。风的振动效应阵风会产生强烈的风阵效应,并且具有极大的不稳定性。阵风会产生顺风的振动效应与侧风的振动效应。北东西南城市中心区高层建筑的综合效应常规理解,地面粗糙度大,风速减缓。这个概念仅在城市多为多层建筑或高层建筑不多、分布不密集时是正确的。随着城市中心区高层建筑大量增加、高度加大(多数在百米以上)、密度也随之加大,在局部会由于过风面积狭小,形成风力急剧增加,而且这种风力增加是不确定的。西方国家已经开始对于城市中心商务高层建筑区域进行特征风的研究,并采用航空技术,以风洞试验的方式对于区域模拟规划进行调整。1.3.2风荷载1.3.2风荷载风荷载计算公式:ωk=βzμsμzω0ωk:风荷载标准值βz:高度Z处的风振系数μs:建筑物对于风荷载的形体系数μz:风荷载的高度变化系数ω0:建筑物所在地区的基本风压
本文标题:1-荷载
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