土木工程毕业设计-荷载计算

1第3章荷载计算结构上的荷载可分为三类：永久荷载、可变荷载和偶然荷载。永久荷载包括结构自重、土压力、预应力等；可变荷载有楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、风荷载、雪荷载等；偶然荷载包括爆炸力、撞击力等。荷载有四种代表值，即标准值、组合值、频遇值和准永久值。对永久荷载应采用标准值作为代表值，对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。标准值是荷载的基本代表值，是结构在使用期间，在正常情况下可能出现的具有一定保证率的偏大荷载值，其他三种代表值由标准值乘以相应的系数得出。组合值由可变荷载的组合值系数乘以可变荷载的标准值得到，采用荷载组合值是使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致。频遇值由可变荷载的频遇值系数乘以可变荷载的标准值得到，荷载频遇值是在设计基准期内可变荷载超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。准永久值由可变荷载的准永久值系数乘以可变荷载的标准值得到，荷载准永久值是在设计基准期内，可变荷载超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。作用在多层框架结构上的荷载，通常由永久荷载中的结构自重、可变荷载中的活荷载、风荷载和雪荷载组成，对于抗震设防的建筑，还需要考虑地震作用。21.1永久荷载计算作用在多层框架上的永久荷载，通常包括结构构件、围护构件、面层及装饰、固定设备、长期储物的自重。结构自重标准值等于构件的体积乘以材料单位体积的自重，或等于构件面积乘以材料的单位面积自重。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。常用材料单位体积（面积）自重如表3-1所示注：更多材料和构件自重见现行国家标准《建筑结构荷载规范》附录A1.2可变荷载计算作用在多层框架结构上的可变荷载，通常包括活荷载、雪荷载和风荷载，本节和下节分别介绍它们的计算方法。3.2.1民用建筑楼面均布活荷载1）民用建筑楼面均布活荷载取值民用建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值、准永久值系数的最小值，应按表3.2的规定取用3注：1.本表所给各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载较大、情况特殊或有专门要求时，成按实际情况采用。42.第6项书库活荷载当书架高度大于2m时，书库活荷载尚应按每米书架高度不小于2.5kN/m2确定。3.第8项中的客车活荷载只适用于停放载人少于9人的客车z消防车活荷载是适用于满载总重为300kN的大型车辆3当不符合本表的要求时，应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则，换算为等效均布荷载。4.第8项消防车活荷载，当双向板楼盖板跨介于3m×3m～6m×6m之间时，应按线性插值确定。5.第12项楼梯活荷载，对预制楼梯踏步平板，尚应按1.5kN集中荷载验算。6.本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。对固定隔墙的自重应按永久荷载考虑，当隔墙位置可灵活自由布置时，非固定隔墙的自重应取不小于1/3的每延米长墙重（kN/m）作为楼面活荷载的附加值（kN/m2)计人，附加值不应小于1.0kN/m2。2）楼面活荷载折减表3-2中的楼面均布荷载标准值在设计楼板时可以直接取用，而作用在楼面上的活荷载，不会以标准值的大小同时满布在所有楼面上，因此在设计墙、梁、柱和基础时，还要考虑实际荷载沿楼面的分布情况对荷载进行折减，即在确定墙、梁、柱和基础的荷载标准值时，还应按各种不同的情况用折减系数乘以楼面活荷载标准值。楼面活荷载标准值折减系数的最小值应按下列规定采用。（1）设计楼面梁时的折减系数表3-2中第1（1）项当楼面梁从属面积超过25m2时，应取0.9；第1(2）～7项当楼面梁从属面积超过50m2时，应取0.9；第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8，对单向板楼盖的主梁应取0.6，对双向板楼盖的梁应取0.8；第9～13项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。（2）设计墙、柱和基础时的折减系数表3-2中第1（1）项应按表3-3规定采用；第1（2）～7项应采用与其楼面梁相同的折减系数；第8项对单向板楼盖应取0.5，对5双向板楼盖和无梁楼盖应取0.8；第9～13项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。楼面梁的从属面积应按梁两侧各延伸二分之一梁间距的范围内的实际面积确定。注：当楼面梁的从属面积超过25m2时，应采用括号内的系数。2．工业建筑楼面活荷载工业建筑楼面在生产使用或安装检修时，由设备、管道、运输工具及可能拆移的隔墙产生的局部荷载，均应按实际情况考虑，可采用等效均布活荷载代替。对设备位置固定的情况，可直接按同定位置对结构进行计算，但应考虑因设备安装和维修过程中的位置变化可能出现的最不利效应。工业建筑楼面（包括工作平台）上无设备区域的操作荷载，包括操作人员、一般工具、零星原料和成品的自重，可按均布活荷载考虑，采用2.0kN/m2。在设备所占区域内可不考虑操作荷载和堆料荷载。生产车间的楼梯活荷载，可按实际情况采用，但不宜小于3.5kN/m2。生产车间的参观走廊活荷载，可采用3.5kN/m2。工业建筑楼面活荷载的组合值系数、频遇值系数和准永久值系数应按实际情况采用；但在任何情况下，组合值和频遇值系数不应小于0.7，准永久值系数不应小于0.6。3.屋面活荷载6房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数的最小值，应按表3-4规定采用。屋面均布活荷载，不应与雪荷载同时组合。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，对不同类型的结构应按有关设计规范的规定采用，但不得低于0.3kN/m2。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以防。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圈土石等材料自重。3.2.2雪荷载计算1.雪荷载计算公式屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算Sk=µrs0式中Sk----雪荷载标准值（kN/m2）µr----屋面积雪分布系数，实际上就是地面基本雪压换算为屋面雪荷载的换算系数。它与屋面形式、朝向及风力等有关；s0----基本雪压（kN/m2）。7屋面积雪分布系数与屋面形式有关，常见的单坡和双坡屋面积雪分布系数见表3-5。基本雪压应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009--2012附录E中表E.5给出的50年一遇的雪压采用。注：1.单跨双坡屋面仅当200≤α≤300时，可采用不均匀分布情况。2.更多屋面形式积雪分布系数见《建筑结构荷载规范》GB50009-2012表7.2.1设计建筑结构的屋面板时，积雪按不均匀分布的最不利情况采用；框架可按积雪全跨均匀分布情况采用。2.雪荷载的组合值、频遇值和准永久值系数取值注：雪荷载分区应按《建筑结构荷载规范》GB500092012附录E.5中给出的或附图E.6.2的规定采用3.3风荷载计算81.风荷载计算公式《建筑结构荷载规范》GB50009-2012规定的风荷载是指垂直于建筑物表面上的荷载标准值，与风振系数、风荷载体型系数、风压高度变化系数和基本风压有关。对于主要受力结构，计算公式为Wk＝βzµsµzwo式中Wk-----风荷载标准值（kN/m2);βz----高度z处的风振系数；µs----风荷载体型系数；µz-----风压高度变化系数;wo-----基本风压（kN/m2);2.基本风压基本风压是以当地空旷平坦地面上离地lOm高统计所得的50年一遇10分钟平均最大风速为标准确定的风压，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录E中表E.5给出的50年一遇的风压采用，但不得小于O.3kN/m2。3.风压高度变化系数风压高度变化系数应根据地面或海平面高度和地面粗糙度类别按表3-7确定。9注：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；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。4.风荷载体型系数根据风速得到的风压表征自由气流中的风速因阻碍而完全停滞所产生的对障碍表面的压力。因一般建筑并不能理想地使自由气流停滞，而是让气流以不同的方式在建筑表面绕过，因此需要对风压进行修正。其修正系数与建筑物的体型有关，表3-8列出了几种常见房屋和构筑物的风载体型系数。10常见房屋和构筑物凤载体型系数注：更多风载体型系数系数见《建筑结构荷载规范》表8.3.L115.风振系数对于高度不大于30m或高宽比不大于1.5的房屋，可不考虑风振影响，取βz=1，多层框架结构一般符合此条件。对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响，计算公式参见《建筑结构荷载规范》式8.4.30。6.风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数取值风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数取值见表39。3.4地震作用计算3.4.1基本规定1.建筑工程抗震设防分类（1）抗震设防类别建筑物应根据其使用功能的重要性分为特殊设防类（甲类）、重点设防类（乙类）、标准设防类（丙类）和适度设防类（丁类）。甲类指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。乙类指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。丁类指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在→定条件下适度降低要求的建筑。丙类指大量的除甲类、乙类和丁类以外按标准要求进行设防的建筑。12各类建筑的抗震设防类别见《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008。（2）抗震设防标准各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求：1）丙类：应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。2）乙类：应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。3）甲类：应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。4）丁类：允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。注：对于划为重点、设防类而规模很小的工业建筑，当改用抗震性能较好的材料且符合抗震设计规范对结构体系的要求时，允许按标准设防类设防。我国主要城镇（县级及县级以上城镇）中心地区的抗震设防烈度、设计基本地震加速度值和所属的设计地震分组见《建筑抗震设计规范》GB50011--2010附录A。132.场地和地基选择建筑场地时，应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度，建筑场地分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类4个类别，其中Ⅰ类分为Ⅰ0和Ⅰ1两个亚类（表3-10）。当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于表3-10中所列场地类别的分界线附近时，应允许按插值方法确定地震作用计算所用的特征周期。建筑场地为Ⅰ类时，对甲、乙类的建筑应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施；对丙类建筑应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施，但抗震设防烈度为6度时仍应按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。各类建筑场地的覆盖层厚度表3-103.建筑形体及其构件的平面及竖向不规则划分及处理方法建筑形体指建筑平面形状和立面、竖向剖面的变化。