第三章 工程荷载02

《土木工程概论》第三章工程荷载第一节荷载概述第二节房屋建筑工程中几种常见荷载的分析《土木工程概论》第一节荷载概述一结构上的作用（1）定义：使结构产生效应的原因（2）直接作用与间接作用直接作用——以力的形式直接作用在结构上，即荷载。间接作用——不以力的形式直接作用在结构上，例如：地基变形、温度、地震等。《土木工程概论》二荷载分类（1）按时间变化（永久、可变、偶然）（2）按空间（固定、可动）（3）按对结构产生反应（静、动）《土木工程概论》三荷载代表值（1）标准值：结构在其设计基准期内，最大荷载统计分部的特征值。（2）准永久值：可变荷载在使用期内经常达到和超过的值。（3）组合值：两种或以上的可变荷载同时作用时，主导荷载取标准值，伴随荷载取小于标准值的组合值。《土木工程概论》第一承载能力极限状态设计表达式（一）基本组合基本组合：持久状况或短暂状况下永久荷载与可变荷载效应组合。基本组合承载能力极限状态设计表达式为：),,(1110kycmjkjQjciQjnikiGiGidaffRRQCGCSRS《土木工程概论》γ0——结构重要性系数；RSd10ψ——设计状况系数；系数含义S——荷载效应组合设计值；R——结构构件抗力设计值；γd——结构系数；《土木工程概论》γG、γQ——永久荷载、可变荷载分项系数；Gk、Qk——永久荷载、可变荷载的标准值；),,(1110kycmjkjQjciQjnikiGiGidaffRRQCGCSRSCG、CQ——永久荷载、可变荷载的荷载效应系数；R(·)——结构构件的抗力系数；fc、fy——材料强度的设计值；ak——结构构件几何参数的标准值。系数含义《土木工程概论》偶然状况下永久载荷、可变载荷与一种偶然荷载效应的组合。偶然荷载的分项系数取为1.0；参与组合的某些可变荷载，可根据各类建筑物设计规范的规定作适当折减。（二）偶然组合《土木工程概论》第二正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态验算的可靠度要求较低，一般要求β=1.0∼2.0。材料强度采用标准值而不用设计值，即材料分项系数取为1.0。荷载采用标准值而不用设计值，即荷载分项系数γG及γQ取为1.0。结构系数γd及设计状况系数ψ也均取为1.0。按荷载效应的短期组合及长期组合分别验算。《土木工程概论》（一）短期组合γ0Ss(Gk，Qk，fk，ak)≤c1（二）长期组合γ0Sl(Gk，ρQk，fk，ak)≤c2c1、c2——结构的功能限值（裂缝宽度或挠度）；Ss(·)、Sl(·)——短期组合及长期组合时的功能函数；fk——材料强度的标准值ρ——可变荷载标准值的长期组合系数，参照有关荷载规范规定及工程经验取用。《土木工程概论》第二节房屋建筑工程中常见荷载分析§1.吊车荷载§2.雪荷载§3.风荷载§4.土压力§5.深仓中的储料荷载§6.地震荷载《土木工程概论》§1.吊车荷载1.吊车竖向荷载：当小车吊有额定最大起重量开到大车某一极限位置时，这侧的大车轮压为pmax,k，另一侧大车轮压为pmin,k，两值可由吊车产品手册得到，依次可求出吊车梁作用于排架柱上的最大与最小竖向荷载。《土木工程概论》2.吊车纵向水平荷载：由大车运行时启动或制动产生的水平惯性力引起，取决于制动轮轮压及与轨道的摩擦系数。T=0.1∑pmax,k即：纵向水平荷载标准值等于一边轨道上所有制动轮最大轮压之和的10％《土木工程概论》3.吊车横向水平荷载：由小车运行时启动或制动的惯性力引起，通过大车传至轨道。T=α(Q+Q1)gQ1：小车质量Q：吊车额定起重量α：横向水平荷载系数软钩：取0.08～0.12硬钩：取0.20g：重力加速度《土木工程概论》4.每个排架多台吊车荷载组合按多台吊车满载且同时处于最不利位置计算，然后乘以折减系数。（1）竖向荷载对于单跨厂房，最多考虑2台吊车。对于多跨厂房，最多考虑4台吊车。（2）水平荷载最多考虑2台吊车5吊车荷载为动力荷载：考虑动力系数《土木工程概论》1.基本雪压：单位水平面积上的雪重，取决于积雪深度和积雪密度。s0＝ρgh2.屋面积雪水平投影面上的标准值sk＝μrs0μr：屋面积雪分布系数s0：基本雪压§2.雪荷载《土木工程概论》单跨双坡屋面积雪分布系数：《土木工程概论》1.基本风压ω0＝v2/1630ω0即标准大气压情况下的基本风压。v指空旷平坦地面上，离地20m高，频率1/100取10min平均最大风速。不同地区基本风压不同。§3.风荷载《土木工程概论》2.垂直建筑物的风荷载标准值ωk＝βzμsμzω0βz：结构在z高度时的风振系数μs：风荷载体型系数μz：风压高度变化系数《土木工程概论》1.土自重应力σcz=γzγ：土层天然重度z：土层深度§4.土压力《土木工程概论》2.土侧向应力：挡土墙后土的静止土压力E0：距挡土墙底1/3H处的压力γ：墙后填土重度K0：静止土压力系数《土木工程概论》γ：储料密度f：摩擦系数A，s：深仓截面面积和周长在考虑动态作用时，p’v和p’h应分别乘以修正系数Cv和Ch。§5.深仓中的储料荷载竖向及水平压力p’v，p’h的计算《土木工程概论》1.基本概念地震作用：地震时由于地面运动引起静止结构产生的动力作用。地震反应：地震作用下在结构中产生的内力、变形和位移。§6.地震荷载《土木工程概论》（1）一般计算原则－静力法将对地震结构产生作用的最大动荷载用等效的静荷载来表示，按静力法对结构进行内力分析。2.计算方法《土木工程概论》1）反应谱法：利用单自由度体系在水平地震作用下质点最大反应加速度与体系自振周期的关系曲线，确定体系加速度反应最大值，从而计算水平地震作用的方法。2）在一定的假设条件下：通过振型组合的方法还可以计算多质点体系的地震反应（“荷载”）（2）确定地震“荷载”的方法－反应谱法《土木工程概论》在单自由度弹性体系下，将质量集中于顶部质点m，无质量弹性直杆的刚度系数为k。3）单自由度弹性体系的地震反应：《土木工程概论》作用于质点m上的力有：弹性恢复力：阻尼力：在地震作用下，m的绝对加速度：质点m的运动方程：整理后得：4）在地震作用下的运动方程《土木工程概论》将上式除以m并引入记号方程可写为二阶常系数非齐次方程：5）方程可写为二阶常系数非齐次方程：无阻尼自振频率的平方临界阻尼比《土木工程概论》6）运动方程的解a通解通解代表自由振动b特解特解代表强迫振动《土木工程概论》7）单质点弹性体系水平地震荷载惯性力而在不考虑阻尼力的情况下：《土木工程概论》将运动微分方程的解代入，可得水平地震作用的最大绝对值其中，Sa为质点加速度最大绝对值K为地震系数为动力系数《土木工程概论》8）地震作用标准值地震作用标准值：其中，k：地震系数：动力系数G：结构重力荷载代表值地震影响系数α：在《建筑抗震设计规范》中，依据地震影响系数α曲线，可以求出不同结构自振周期下α值，进而求出地震作用标准值。《土木工程概论》多自由度体系下：1）通过主振型分解为一系列单自由度质点的地震反应，2）求出各质点的相对加速度，3）按各振型参与系数的大小组合求出体系总的地震反应。（3）振型分解反应谱法《土木工程概论》多自由度弹性体系的地震反应《土木工程概论》按振型分解法，多自由度体系第j振型第i质点的水平地震作用标准值：其中，αj：相应于第j振型自振周期的地震影响系数γj：第j振型参与系数Xij：第j振型第i质点水平相对位移Gi：质点i的重力荷载代表值《土木工程概论》《建筑抗震设计规范》规定，对于高度不超过40m，以剪切为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，宜采用底部剪力法近似计算水平地震作用。结构计算中：结构振动的位移反应只考虑基本振型，忽略高振型，且基本振型取一条直线。（4)底部剪力法《土木工程概论》底部剪力法的计算简图《土木工程概论》第一振型第i质点的地震作用标准值：结构总的水平地震作用标准值：通过公式推导，可得其中，η称为等效重力荷载系数，反应了多自由度体系底部剪力值与对应单自由度系剪力值的差异。《土木工程概论》《建筑抗震设计规范》规定，多层建筑η取0.85。底部剪力求出后，同时考虑顶部附加地震作用系数δn，可以求出各质点的水平地震作用：建筑顶部除Fn外，存在附加地震作用ΔFn《土木工程概论》将地震加速度记录数字化，使每一时间对应一个加速度值，根据结构参数，由初始状态开始按时间推移逐步通过数值积分求解运动方程，直至地震终止，从而了解结构在整个地震加速度记录过程中的地震反应。《建筑抗震设计规范》规定，对于特别不规则建筑、甲类建筑和超高层建筑，宜同时采用振型分解反应谱法和时程分析法比较计算结果。5）时程分析法