荷载课件

荷载与结构设计方法LoadsandDesignMethodsofStructures第二章重力内容提要一、结构自重二、土的自重三、雪荷载四、汽车荷载五、楼面和屋面活荷载六、人群荷载2020/2/14荷载与结构设计方法31.结构自重bGV结构的自重是由地球引力产生的组成结构的材料重力，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式中，——构件的自重(kN)；——构件材料的容重(kN/m3)；——构件的体积，一般按照设计尺寸确定(m3)。第二章重力bGV注：1）一般相当于结构自重实际概率分布的平均值(G)构件的自重2020/2/14荷载与结构设计方法4按面积分布自重F第二章重力不同的构件，荷载分布方式不同2020/2/14荷载与结构设计方法5按长度分布自重f第二章重力2020/2/14荷载与结构设计方法6第二章重力对于ANSYS模拟结构自重有两点要强调:一定要在材料性质中输入材料密度数值,如果不输入密度,则将不会产生重力效果,这一点也是很多人模拟自重失败的原因之一;在输入加速度时,其方向应与实际的方向相反,因为ANSYS将重力以惯性力的方式施加。2020/2/14荷载与结构设计方法7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1niiiGV第二章重力式中，G——结构总自重(kN)；n——组成结构的基本构件数；——第i个基本构件的重度(kN/m3)；Vi——第i个基本构件的体积(m3)。ir2020/2/14荷载与结构设计方法8第二章重力1.982.48kN/m2木结构;4.957.43kN/m2钢筋砼结构2.483.96kN/m2钢结构;3.465.94kN/m2预应力砼结构注：为工程方便，把结构自重转化为平均楼面恒载作为近视估算可认为：2020/2/14荷载与结构设计方法9材料容重标准值按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）确定常用材料和构件的容重(GB50009-2001附录A表A.1)①砖普通砖（240mm115mm53mm）18kN/m3普通砖（机制）19kN/m3②灰浆水泥砂浆20kN/m3石灰砂浆、混合砂浆17kN/m3第二章重力2020/2/14荷载与结构设计方法10③混凝土（砼）素混凝土（2224）kN/m3泡沫混凝土（46）kN/m3钢筋混凝土（R.C.）（2425）kN/m3④砌体浆砌普通砖（机制）18（19）kN/m3空斗砌体（一眠一斗，中填碎瓦）17kN/m3粘土砖空斗砌体（全斗）13kN/m3⑤墙面贴瓷砖墙面（25mm厚（包括水泥砂浆打底））0.5kN/m2水泥粉饰墙面（20mm厚，水泥粗砂）0.36kN/m2石灰粗砂粉饰墙面（20mm厚）0.34kN/m2第二章重力2020/2/14荷载与结构设计方法11⑥屋顶小青瓦屋面（0.91.1）kN/m2粘土平瓦屋面0.55kN/m2油毡防水层一层油毡刷油两层0.05kN/m2一毡二油上铺小石子（0.250.30）kN/m2二毡三油上铺（0.300.35）kN/m2三毡四油上铺（0.350.40）kN/m2第二章重力2020/2/14荷载与结构设计方法12例题[例1]双面水泥粉刷厚220墙的自重（20mm厚水泥砂浆面)[解]gk=0.22m19kN/m3+20.36kN/m2=4.90kN/m20.02m20kN/m3=0.4kN/m280mm厚现浇钢筋混凝土板0.08m25kN/m3=2.0kN/m212mm厚纸筋石灰泥粉底0.012m16kN/m3=0.192kN/m2gk=∑gki=2.592kN/m2[例2]计算某现浇楼面结构自重的标准值gk[解]20mm厚水泥砂浆面层第二章重力2020/2/14荷载与结构设计方法13第二章重力永久荷载标准值，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。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。《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）2020/2/14荷载与结构设计方法14第二章重力《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）结构自重的标准值可按结构构件的设计尺寸与材料重力密度的标准值计算。对于某些自重变异较大的材料和结构构件(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，通过结构可靠度分析，取其概率分布的某一分位值。2020/2/14荷载与结构设计方法15第二章重力《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）条文说明永久荷载标准值一般相当于永久荷载概率分布（也是设计基准期内最大荷载概率分布）的0.5分位值，即正态分布的平均值。对于某些重量变异较大的材料和构件（如屋面的保温材料、防水材料、找平层以及钢筋混凝土薄板等），为在设计表达式中采用统一的永久荷载分项系数而又能使结构构件具有规定的可靠指标，其标准值应根据对结构的不利状态，通过结构可靠度分析，取重力概率分布的某一分位值确定，例如0.95或0.05分位值。2020/2/14荷载与结构设计方法16第二章重力《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-1999）：第.0.3条结构和构件自重的标准值，应根据构件和连接的实际尺寸，按材料或构件单位自重的标准值计算确定。对不便实测的某些连接构造尺寸，允许按结构详图估算。第.0.4条常用材料和构件的单位自重标准值，应按现行荷载规范的规定采用。当规范规定值有上、下限时，应按下列规定采用：1当其效应对结构不利时，取上限值；2当其效应对结构有利(如验算倾覆、抗滑移、抗浮起等)时，取下限值。第.0.5条当遇到下列情况之一时，材料和构件的自重标准值应按现场抽样称量确定：1现行荷载规范尚无规定；2自重变异较大的材料或构件，如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件；3有理由怀疑规定值与实际情况有显著出入时。gk,sup=mg+t/√nSggk,sup=mg+t/√nSg2020/2/14荷载与结构设计方法17第二章重力水池梁、板上设备自重的标准值，可按设备样本提供的数据采用。在构件上设备转动部分的自重及由其传递的轴向力应乘以动力系数后作为标准值，动力系数可取2.0。《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS138-2002）：2020/2/14荷载与结构设计方法18第二章重力结构自重，对结构多数情况下是不利的，同时自重较大也会导致较大的地震作用，因此结构发展的一个方向是轻型结构：轻钢结构、膜结构等。1970年大阪世博会上的美国馆2020/2/14荷载与结构设计方法192.土的自重z第二章重力土中的应力按引起的原因可分为:(1)由土本身有效自重在地基内部引起的自重应力;(2)由外荷(静荷载或动荷载)在地基内部引起的附加应力。研究土自重应力的目的：确定土体的初始应力状态.2020/2/14荷载与结构设计方法20z第二章重力研究方法：土体简化为连续体，应用连续体力学(例如弹性力学)方法来研究土中应力的分布。假定：（1）土为线弹性材料（均质、连续）（2）表面水平的半无限空间（3）土层沿水平方向无限展布土的自重应力状态属于侧限应力状态，土在自重作用下只能产生竖向变形，而不能有侧向变形和剪切变形。土中任意竖直面和水平面上均无剪应力存在。2020/2/14荷载与结构设计方法21z第二章重力在土中取圆柱体，则其自重为土的自重应力状态属于侧限应力状态均质土的自重应力GVAz由应力的定义，可得：czGAzzAAzszz天然地面cz沿水平面→均匀分布cz沿深度→直线分布2020/2/14荷载与结构设计方法22不同重度土层中，土的自重应力czcz沿深度折线分布第二章重力天然地面地下水位不透水层h4hh'h'hh3+h4)h1+hh1hh'hh2h3h1c线'4'3niich1z2020/2/14荷载与结构设计方法23z第二章重力地下水位以下在地下水位以下，如埋藏有不透水层,由于不透水层中不存在水的浮力，所以层面及层面以下的自重应力应按上覆土层的水土总重计算应扣除浮力影响。ii其中为水的重度，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代替天然重度。ii注意：地下水位于同一土层中，地下水位面应作为分层的界面。地下水位以下采用土的有效重度=土的天然重度-水的重度2020/2/14荷载与结构设计方法24注意1、土中任意截面都包括有骨架和孔隙的面积，所以在地基应力计算时考虑的是土中单位面积上的平均应力。2、天然状态下土的容重变化范围较大粘性土(1820)kN/m3砂土(1620)kN/m3腐填土(1517)kN/m3设计时，土的天然容重取18kN/m3z第二章重力2020/2/14荷载与结构设计方法253.雪荷载第二章重力2020/2/14荷载与结构设计方法26第二章重力一、基本雪压定义：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。雪压S-雪压(N/m2)γ-雪重度（N/m3）d-雪深(m)S=ρgd（kN/㎡）式中：ρ-积雪密度（t/m3）g-重力加速度（9.8m/s2).2020/2/14荷载与结构设计方法27雪重度积雪深度、积雪时间、当地的地理气候条件第二章重力随积雪深度和积雪时间变化的方便工程应用取定值积雪密度随积雪深度、积雪时间和当地气候条件等因素的变化有较大幅度的差异。在寒冷地区，积雪时间较长，随着时间的延续，积雪收到冻融反复作用及人为踩踏搅动，其密度也会增加。2020/2/14荷载与结构设计方法28雪的密度随地域变化：东北及新疆北部：1500N/m3华北西北地区：1300N/m3青海：1200N/m3淮河秦岭以南地区：1500N/m3江西浙江地区：2000N/m3考虑到我国国土幅员辽阔，气候条件差异较大，对不同的地区取用不同的积雪平均密度。第二章重力2020/2/14荷载与结构设计方法29第二章重力雪密度随时间的变化最大雪深与最大雪重度两者并不一定同时出现。基本雪压最好是直接量测，即直接记录地面雪压值。基本雪压一般根据年最大雪压进行统计分析确定，我国是按50年一遇重现期确定的基本雪压分布图特殊情况按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）附录D2020/2/14荷载与结构设计方法30第二章重力特殊情况按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）附录D当气象台站有雪压记录时，应直接采用雪压数据计算基本雪压；当无雪压记录时，可取为当地的最大积雪深度与当地平均雪密度的乘积；最大雪深与最大雪重不同时出现，可采用平均密度来计算基本雪压。2020/2/14荷载与结构设计方法31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《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)附录D中对部分城市给出重现期为10年、50年和100年的雪压数据。已知重现期为10年及100年的雪压时，求当重现期为R年时的相应雪压值时可按下式确定：1010010()(ln/ln101)RXXXXRRX10X100X式中，——重现期为R年的雪压值(kN/m2)；——重现期10年的雪压值(kN/m2)；——重现期为100年的雪压值(kN/m2)。2020/2/14荷载与结构设计方法32第二章重力二、屋面的雪压影响屋面雪压的因素：①风；②屋面形式；③屋面散热。1、风对屋面积雪的影响——漂积作用在下雪过程中，风会把部分本将飘落在屋面上的雪吹积到附近的地面上或其他较低的物体上，这种影响称为风的漂积作用。2020/2/14荷载与结构设计方法33第二章重力漂积作用的影响：①使敞风较好的平屋面或小坡度屋面上的雪压小于邻近地面上的雪压；②在高低跨屋面的情况下，在低屋面形成局部较大的漂积