《荷载与结构设计方法》课件2...ppt

荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法课件课件2.2.一、土重及土的侧压力一、土重及土的侧压力1 1、天然状态下土的容重变化范围较大、天然状态下土的容重变化范围较大 粘性土粘性土(18 (18 20)kN/m 20)kN/m3 3 砂砂 土土(16 (16 20)kN/m 20)kN/m3 3 腐填土腐填土(15 (15 17)kN/m 17)kN/m3 3设计时，土的天然容重取设计时，土的天然容重取 18 kN/m 18 kN/m3 3 均质土中均质土中：czcz=.z z czcz沿水平面沿水平面 均匀分布均匀分布 czcz沿深度沿深度 直线分布直线分布2 2、土的自重应力、土的自重应力 czcz cz cz=.z1.zzzz天然地面天然地面（一）土的自重应力（一）土的自重应力 不同重度土层中，土的自重应力不同重度土层中，土的自重应力 czcz cz h1 1 h1 1 h2 1 h1+2 h2 2 h3 1 h1+2 h2+/3 h3 3 /3 h4 1 h1+2 h2+/3 h3+/4 h4 4 /4 z 地下水位以下土的重度采用地下水位以下土的重度采用土的有效重度土的有效重度=土的饱和重度土的饱和重度-水的重度水的重度 czcz沿深度沿深度 折线分布折线分布不透水层面不透水层面天然地面天然地面地下水位面地下水位面二、结构自重二、结构自重1 1、结构的自重、结构的自重 永久荷载永久荷载2 2、结构自重标准值结构自重标准值G Gk k 应根据结构的应根据结构的设计尺寸设计尺寸和和材料的容重标准值材料的容重标准值确定确定一般相当于结构自重实际概率分布的平均值一般相当于结构自重实际概率分布的平均值(G G)3 3、材料容重标准值、材料容重标准值 按按建筑结构荷载规范（建筑结构荷载规范（GB50009-2001GB50009-2001）确定确定常用材料与构件自重常用材料与构件自重(1)(1)4 4、结构设计时，将结构自重转化为、结构设计时，将结构自重转化为平均楼面恒载平均楼面恒载 1.98 1.98 2.48kN/m2.48kN/m2 2 木结构木结构;4.95 4.95 7.43kN/m 7.43kN/m2 2 钢筋砼结构钢筋砼结构 2.48 2.48 3.96kN/m 3.96kN/m2 2 钢结构钢结构;3.46 3.46 5.94kN/m 5.94kN/m2 2 预应力砼结构预应力砼结构 连接 常用材料和构件的自重常用材料和构件的自重(GB50009-2001(GB50009-2001附录附录A A表表A.1)A.1)砖砖 普通砖（普通砖（240mm240mm 115mm 115mm 53mm 53mm）18 kN/m 18 kN/m3 3 普通砖（机制）普通砖（机制）19 kN/m 19 kN/m3 3 灰浆灰浆 水泥砂浆水泥砂浆 20 kN/m 20 kN/m3 3 石灰砂浆、混合砂浆石灰砂浆、混合砂浆 17 kN/m 17 kN/m3 3 混凝土（砼）混凝土（砼）素混凝土素混凝土 （22 22 24 24）kN/m kN/m3 3 泡沫混凝土泡沫混凝土 （4 4 6 6）kN/m kN/m3 3 钢筋混凝土（钢筋混凝土（R.C.R.C.）（24 24 25 25）kN/m kN/m3 3 砌体砌体 浆砌普通砖（机制）浆砌普通砖（机制）18 18（1919）kN/m kN/m3 3 空斗砌体（一眠一斗，中填碎瓦）空斗砌体（一眠一斗，中填碎瓦）17 kN/m 17 kN/m3 3 粘土砖空斗砌体（全斗）粘土砖空斗砌体（全斗）13 kN/m 13 kN/m3 3 墙面墙面 贴瓷砖墙面（贴瓷砖墙面（25mm25mm厚（包括水泥砂浆打底）厚（包括水泥砂浆打底）0.5 kN/m 0.5 kN/m2 2 水泥粉饰墙面（水泥粉饰墙面（20mm20mm厚，水泥粗砂）厚，水泥粗砂）0.36 kN/m 0.36 kN/m2 2 石灰粗砂粉饰墙面（石灰粗砂粉饰墙面（20mm20mm厚）厚）0.34 kN/m 0.34 kN/m2 2 屋顶屋顶 小青瓦屋面小青瓦屋面 （0.9 0.9 1.1 1.1）kN/m kN/m2 2 粘土平瓦屋面粘土平瓦屋面 0.55 kN/m 0.55 kN/m2 2 油毡防水层油毡防水层 一层油毡刷油两层一层油毡刷油两层 0.05 kN/m 0.05 kN/m2 2 一毡二油上铺小石子一毡二油上铺小石子 （0.25 0.25 0.30 0.30）kN/m kN/m2 2 二毡三油上铺二毡三油上铺 （0.30 0.30 0.35 0.35）kN/m kN/m2 2 三毡四油上铺三毡四油上铺 （0.35 0.35 0.40 0.40）kN/m kN/m2 2返回返回三、楼面和屋面活荷载三、楼面和屋面活荷载1 1、民用建筑楼面活荷载、民用建筑楼面活荷载 民用建筑楼面活荷载民用建筑楼面活荷载 持久性活荷载持久性活荷载 设计基准期内经常出现设计基准期内经常出现家具等设备产生的荷载家具等设备产生的荷载 临时性活荷载临时性活荷载 设计基准期内短暂出现设计基准期内短暂出现人员的聚汇荷载人员的聚汇荷载 荷载的统计分析荷载的统计分析（第二部分介绍）（第二部分介绍）民用建筑楼面均布活荷载的标准值民用建筑楼面均布活荷载的标准值 规范（规范（GB50009-2001GB50009-2001）表）表4.1.14.1.1取用取用 【例例如如】住住宅宅、宿宿舍舍、旅旅馆馆、办办公公楼楼、医医院院病病房房、托托儿儿所所、幼幼儿儿园园的的建建筑楼面均布活荷载的标准值为筑楼面均布活荷载的标准值为 2.0kN/m2.0kN/m2 2。民用建筑楼面均布荷载标准值中不包括民用建筑楼面均布荷载标准值中不包括隔墙自重隔墙自重和和二次装饰荷载二次装饰荷载 固定隔墙的自重固定隔墙的自重 按恒荷载考虑按恒荷载考虑 非固定隔墙（隔墙位置可灵活自由布置）非固定隔墙（隔墙位置可灵活自由布置）作为楼面活荷载的附加值考虑作为楼面活荷载的附加值考虑 楼面活荷载的附加值楼面活荷载的附加值(kN/m(kN/m2 2)=每延米长墙重（每延米长墙重（kN/mkN/m）的）的1/31/3 且且附加值附加值 1.0 kN/m 1.0 kN/m2 2（楼面活荷载小于楼面活荷载小于4.0 4.0 kN/mkN/m2 2 ）附加值附加值 0.5 kN/m 0.5 kN/m2 2（楼面活荷载大于楼面活荷载大于4.0 4.0 kN/mkN/m2 2）2 2、工业建筑楼面活荷载、工业建筑楼面活荷载 工工业业建建筑筑楼楼面面在在生生产产使使用用或或安安装装检检修修时时，由由设设备备、管管道道、运运输输工工具具及及可可能能拆拆除除的的隔隔墙墙产产生生的的局局部部荷荷载载，均均应应按按实实际际情情况况考考虑虑，可可用用等等效效均均布活荷载布活荷载代替。代替。工工业业建建筑筑楼楼面面（包包括括工工作作平平台台）上上无无设设备备区区域域的的操操作作荷荷载载，包包括括操操作作人人员员、一一般般工工具具、零零星星原原料料和和成成品品的的自自重重，可可按按均均布布活活荷荷载载考考虑虑，采采用用2.0kN/m2.0kN/m2 2。生产车间的楼面活荷载，可按实际情况采用，但不宜小于生产车间的楼面活荷载，可按实际情况采用，但不宜小于3.5kN/m3.5kN/m2 2。楼面的等效均布活荷载，应在其设计控制部位上，根据需要按内力楼面的等效均布活荷载，应在其设计控制部位上，根据需要按内力（如弯矩、剪力等）、变形及裂缝的等值要求来确定。（如弯矩、剪力等）、变形及裂缝的等值要求来确定。一般情况，可一般情况，可按内力的等效来确定按内力的等效来确定。3 3、屋面均布活荷载、屋面均布活荷载 屋屋面面均均布布活活荷荷载载包包括括施施工工检检修修人人员员、工工具具等等自自重重，上上人人屋屋面面还还包包括括人员临时聚汇的荷载人员临时聚汇的荷载规规范范（GB50009-2001GB50009-2001）规规定定了了工工业业与与民民用用建建筑筑房房屋屋的的屋屋面面其其水水平投影面上的均布活荷载的标准值：平投影面上的均布活荷载的标准值：上人屋面的均布活荷载的标准值：上人屋面的均布活荷载的标准值：2.0 kN/m2.0 kN/m2 2 不上人的屋面均布活荷载标准值：不上人的屋面均布活荷载标准值：0.5 kN/m0.5 kN/m2 2 屋顶花园均布活荷载标准值：屋顶花园均布活荷载标准值：3.0 kN/m3.0 kN/m2 2 屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重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按局部荷载考虑，同时其同时其等效均布荷载不低于等效均布荷载不低于5.0 kN/m5.0 kN/m2 2 。局部荷载应按直升机实际最大起飞重量确定，当没有机型技术资料局部荷载应按直升机实际最大起飞重量确定，当没有机型技术资料时，时，一般可依据轻、中、重三种类型的不同要求，按规范规定一般可依据轻、中、重三种类型的不同要求，按规范规定选用局部荷载标准值及作用面积选用局部荷载标准值及作用面积。4 4、设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值的折减、设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值的折减 考考虑虑到到作作用用于于楼楼面面上上的的活活荷荷载载不不可可能能以以标标准准值值的的大大小小同同时时布布满满所所有有的的楼楼面面，在设计梁、墙、柱及基础时，还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况。在设计梁、墙、柱及基础时，还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况。在在确确定定梁梁、墙墙、柱柱及及基基础础的的荷荷载载标标准准值值时时，还还应应按按楼楼面面活活荷荷载载标标准准值值乘乘以以折折减系数减系数。国际标准国际标准ISO2103ISO2103：计算梁时：计算梁时：A所计算梁的从属面积，取梁两侧各延伸所计算梁的从属面积，取梁两侧各延伸1/2梁间距范围内的实际楼面面积。梁间距范围内的实际楼面面积。计算多层房屋的柱、墙和基础时：计算多层房屋的柱、墙和基础时：n所计算截面以上的楼层数所计算截面以上的楼层数,。GB50009规定：规定：5 5、屋面积灰荷载、屋面积灰荷载 设计生产中有大量排灰的设计生产中有大量排灰的机械、冶金、水泥等的厂房及其附近建筑机械、冶金、水泥等的厂房及其附近建筑时考虑时考虑 影响主要因素影响主要因素：除尘设施的使用维修情况、清灰制度执行情况、风：除尘设施的使用维修情况、清灰制度执行情况、风向和风速、烟囱高度、屋面坡度和屋面挡风板等向和风速、烟囱高度、屋面坡度和屋面挡风板等 对于具有除尘设施和保证清灰制度对于具有除尘设施和保证清灰制度（一般厂房（一般厂房3 3 6 6个月清灰一次）个月清灰一次）的厂房屋面水平投影面上的积灰荷载的厂房屋面水平投影面上的积灰荷载=0.3kN/m=0.3kN/m2 2 1.0kN/m1.0kN/m2 -2 -见见规范（规范（GB50009-2001GB50009-2001）表）表4.4.1-14.4.1-1 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时考虑。即即 积灰荷载积灰荷载+（雪荷载、不上人的屋面均布活荷载）（雪荷载、不上人的屋面均布活荷载）maxmax 施工或检修集中荷载施工或检修集中荷载 人和小工具的自重等人和小工具的自重等 设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，施工或检施工或检修集中荷载应取修集中荷载应取1.0kN1.0kN，并应在最不利位置处进行验算，并应在最不利位置处进行验算 当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔1.0m1.0m取一个集中荷载；取一个集中荷载；在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔2.52.5 3.0m3.0m取一个集中荷载。取一个集中荷载。楼梯、看台、阳台和上人屋面的栏杆顶部水平荷载楼梯、看台、阳台和上人屋面的栏杆顶部水平荷载：住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，应取住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，应取0.5kN/m0.5kN/m 学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取1.0kN/m1.0kN/m6.6.施工和检修荷载及栏杆水平荷载施工和检修荷载及栏杆水平荷载五、汽车荷载五、汽车荷载1 1、一辆汽车的总重力、一辆汽车的总重力=汽车自重汽车自重+载重量。一辆载重量。一辆100kN100kN的汽车的汽车 30 70 30 70 前轴前轴 后轴后轴2 2、汽车荷载、汽车荷载 汽车荷载由汽车荷载由车道荷载车道荷载和和车辆荷载车辆荷载组成组成 车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥涵结构的整体计算采用车道荷载，局部加载、横向桥面板、涵洞、桥台桥涵结构的整体计算采用车道荷载，局部加载、横向桥面板、涵洞、桥台台后汽车引起的土压力和挡土墙上汽车引起的土压力等的计算采用车辆荷载。车辆台后汽车引起的土压力和挡土墙上汽车引起的土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。荷载与车道荷载的作用不得叠加。4 4、各级公路桥涵设计的汽车荷载等级、各级公路桥涵设计的汽车荷载等级 二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可采用公路二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可采用公路-I-I级汽车荷载。级汽车荷载。四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计所采用的公路四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计所采用的公路-II-II级车道荷级车道荷载的效应可乘以载的效应可乘以0.80.8的折减系数，车辆荷载的效应可乘以的折减系数，车辆荷载的效应可乘以0.70.7的折减系的折减系数。数。3 3、汽车荷载等级、汽车荷载等级 公路公路-I -I 公路公路-II-II5 5、车道荷载、车道荷载 “均布荷载均布荷载+集中荷载集中荷载”的形式的形式 根根据据车车道道荷荷载载与与车车辆辆荷荷载载在在结结构构构构件件中中产产生生的的内内力力（弯弯矩矩、剪剪力力）等效等效确定确定 公路公路-I级车道荷载级车道荷载车道荷载的均布荷载标准值车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上集中荷载标准值集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处5 5、车辆荷载、车辆荷载 公路公路-I-I和公路和公路-II-II级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。公路公路级和公路级和公路级标准车辆荷载采用总重为级标准车辆荷载采用总重为550kN550kN的加重车。的加重车。车辆荷载横向布置车辆荷载横向布置 当桥梁计算跨径当桥梁计算跨径 50m50m时，人群荷载标准值取时，人群荷载标准值取 3.0 kN/m3.0 kN/m2 2 当桥梁计算跨径当桥梁计算跨径 1 150m50m时，人群荷载标准值取时，人群荷载标准值取 2.5 kN/m2.5 kN/m2 2 当当 50m50m 桥桥梁梁计计算算跨跨径径 150m150m时时，由由线线性性内内插插法法得得到到人人群群荷荷载载标标准值准值 城城镇镇郊郊区区行行人人密密集集地地区区的的公公路路桥桥梁梁，人人群群荷荷载载标标准准值值取取上上述述规规定定值的值的1.151.15倍倍 专用人行桥梁，人群荷载标准值取专用人行桥梁，人群荷载标准值取3.5 kN/m3.5 kN/m2 2 人群荷载在横向应布置在人行道的净宽内；人群荷载在横向应布置在人行道的净宽内；在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内 人人行行道道板板（局局部部构构件件）可可以以一一块块板板为为单单元元，按按标标准准值值4.0 4.0 kN/mkN/m2 2的的均布荷载计算均布荷载计算 计算人行道栏杆时，计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值 0.75kN/m 0.75kN/m 作用在栏杆扶手上的竖向力标准值作用在栏杆扶手上的竖向力标准值 1.0kN/m 1.0kN/m六、桥梁人群荷载六、桥梁人群荷载七、雪荷载七、雪荷载1 1、基本雪压、基本雪压S S0 0 单位水平面积上积雪的自重单位水平面积上积雪的自重(kN/m(kN/m2 2)系系指指以以当当地地一一般般空空旷旷平平坦坦地地面面上上统统计计所所得得重重现现期期为为5050年年的的最最大大积积雪雪的的自自重重确定。确定。积雪密度（积雪密度（t/mt/m3 3）S S0 0=.h h.g g 重力加速度重力加速度(9.8m/s(9.8m/s2 2)积雪深度（积雪深度（m m）积雪密度积雪密度 积雪深度积雪深度、积雪时间积雪时间、当地的地理气候条件当地的地理气候条件等因素等因素有关有关 随积雪深度和积雪时间变化的随积雪深度和积雪时间变化的 方便工程应用方便工程应用 取定值取定值 我我国国按按建建筑筑结结构构荷荷载载规规范范（GB50009-2001)GB50009-2001)全全国国基基本本雪雪压压分分布布图图的的规规定采用定采用 2 2、屋面雪压、屋面雪压 屋面雪压屋面雪压-（不同不同）-地面雪压地面雪压 主要原因：主要原因：风、屋面形式、屋面散热风、屋面形式、屋面散热等等 风对屋面积雪的影响风对屋面积雪的影响 风的漂积作用风的漂积作用 对高低跨屋面、多跨坡屋面及曲线型屋面的屋角附近区域对高低跨屋面、多跨坡屋面及曲线型屋面的屋角附近区域 屋面坡度对积雪的影响屋面坡度对积雪的影响 屋面的雪荷载随其坡度的增加而减小屋面的雪荷载随其坡度的增加而减小 风的作用风的作用 使使迎迎风风面面的的部部分分积积雪雪漂漂积积到到背背风风面面一一侧侧的的屋屋面面上上，引引起起屋屋面面的的不不平平衡衡积积雪雪荷载荷载 雪的滑移作用雪的滑移作用（坡度（坡度10100 0的屋面）的屋面）可可能能形形成成一一坡坡有有雪雪另另一一坡坡完完全全滑滑落落的的不不平平衡衡雪雪荷荷载载；使使滑滑落落的的雪雪堆堆积积在在与与坡屋面临接的较低屋面上坡屋面临接的较低屋面上 我国规范采用我国规范采用屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数（r r）对双坡屋面考虑均匀雪载和不均匀对双坡屋面考虑均匀雪载和不均匀雪载两种情况。雪载两种情况。屋面积雪分布系数应根据不同类型的屋面形式，按规范（屋面积雪分布系数应根据不同类型的屋面形式，按规范（GB50009-2001GB50009-2001）采用。采用。例例11 单跨双坡屋面单跨双坡屋面 例例22高低屋面高低屋面3 3、屋面雪荷载标准值（、屋面雪荷载标准值（GB50009-2001GB50009-2001）屋面屋面水平投影面水平投影面上雪荷载标准值应按下式计算：上雪荷载标准值应按下式计算：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/m kN/m2 2 ）雪荷载标准值（雪荷载标准值（kN/mkN/m2 2）s sk k=r r s s0 0泡沫混凝土的概念泡沫混凝土的概念泡沫混凝土在我国已经有几十年的生产历史，在我国的建筑行业和建材行业中，大多数人都已经对它十分熟悉，在此让大家对泡沫混凝土有一个全面的了解。1.1泡沫混凝土的定义及其特点。（1）泡沫混凝土的定义泡沫混凝土又名发泡混凝土（发泡水泥）。它的突出特点就是在混凝土内形成泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。泡沫混凝土采用机械的方法将发泡剂制成泡沫，然后再将已制得的泡沫和硅钙质材料所制成的料浆通过泡沫混凝土设备，在搅拌箱中均匀自动搅拌，即制成泡沫混凝土拌和物。（搅拌使这些材料的硬质微粒黏附到泡沫的外壳上面，泡沫的气泡就变为互相隔开的单个气泡。所以泡沫混凝土除了保温隔热效果好以外、还具有良好的隔音性，这与泡沫混凝土内部独立气孔有密切的关系。）（2）泡沫混凝土的特点：泡沫混凝土之所以能得到快速的发展，并在在工程领域得到广泛应用。比如：泡沫混凝土应用到屋顶保温、室内垫层、地暖、地下室、桥梁、隧道等基坑填充等，还被做为隔音材料的首选。这与它具有许多优异的性能和优点关系密切，主要表现在以下几个方面。a、质量轻：干质密度320700KG/M3。是普通混凝土的1/5-1/10左右，也低于一般轻骨料混凝土。因此采用泡沫混凝土做墙体屋面材料可以大大减轻建筑物自重，增加楼层高度，实现建筑的高层化，从而节约建筑物占地面积。同时，也就可以减少建筑物对地基的压力，减少建筑物基础、梁、柱等结构的尺寸，可以节约建筑材料和工程费用，大幅度减少工程量，缩短工期。b、良好的隔热性能：其导热系数低于0.20W/（M.K）。c、良好抗压性能：抗压强度大于0.25Mpa。（能作上人屋面）d、抗震性优异、地基荷载越小、抗震力越强。e、减少噪声污染，泡沫混凝土具有良好的气孔结构，能起到良好的隔音效果，大大减少了噪声影响，改善了居住环境。f、调节室内湿度。泡沫混凝土产品的含水率可根据室内环境变化而变化，具有调节室内外环境的作用，用泡沫混凝土材料砌的墙体，无论外边的气候条件如何，可最大限度地消除墙体与人体之间的辐射现象，保持室内相对湿度的平衡，即不干燥也不潮湿，能很好的调节室内湿度。结束结束