工程结构第二章建筑结构荷载与设计方法

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1、第二章建筑结构荷载与设计方法本章主要内容荷载分类；荷载代表值；结构的功能；结构功能的极限状态；结构上的作用、作用效应和结构抗力；概率极限状态设计法实用设计表达式。第一讲教学目标：1.了解掌握荷载分类、荷载代表值的概念及种类；2.理解结构的功能及其极限状态的含义；3.能确定永久荷载、可变荷载的代表值。结构上的作用、作用效应和结构抗力。难点：重点：1.荷载分类、荷载代表值；2.结构的功能；结构功能的极限状态；3.结构上的作用、作用效应和结构抗力。2.1荷载分类及荷载代表值职业标准规定：我国设计标准将房屋设计的基本期规定为50年。并根据建筑物

2、的重要性不同，规定了设计使用年限：重要建筑为100年，一般建筑为50年，次要建筑为5年。2.1.1荷载分类结构上的荷载，按其时间和性质的变异，分为以下三类：1.永久荷载永久荷载亦称为恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间的变化，或其变化与平均值相比可忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。如结构的自重、土压力、预应力等。2.可变荷载可变荷载亦称为活荷载，是指在结构使用期间，其值时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载。如车辆荷载、人群荷载、设备重力、风荷载、雪荷载、温度变化等。3.偶然荷载在结构使用期间不一定出现，而一旦出

3、现，其量值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载。如：地震作用、爆炸力等。2.1.2荷载代表值1.荷载代表值定义：结构设计时，对于不同的荷载和不同的设计情况，应赋予荷载不同的量值，该值即为荷载代表值。设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值：标准值、组合值、频遇值、准永久值。2.荷载标准值定义：在设计基准期内具有一定概率的最大荷载值，它是荷载的基本代表值。设计基准期——为确定可变荷载代表值而选定的时间参数，一般取为50年。（1）永久荷载标准值永久荷载主要是结构自重及粉刷、装修，固定设备的重量。一般可按结构构件的设计尺寸和材料或结构构件单位体

4、积（或面积）的自重标准值确定。对于自重变异性较大的材料，在设计中应根据其对结构有利或不利的情况，分别取其自重的下限值或上限值。[例]取钢筋混凝土单位体积自重标准值为25kN/m3，则截面尺寸为200×500mm的钢筋混凝土矩形截面梁的自重标准值为0.2×0.5×25=2.525kN/m。（2）可变荷载代表值民用建筑楼面均布活荷载代表值：标准值、组合值、频遇值和准永久值。1）可变荷载准永久值定义：在设计基准期内经常达到或超过的那部份荷载值（50%设计基准期），称为可变荷载准永久值。可变荷载准永久值可表示为：ΨqQk,其中Qk为可变荷载标准

5、值，Ψq为可变荷载准永久值系数系数，按表《建筑结构荷载规范》4.1.1采用。2）可变荷载组合值定义：两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值此即为可变荷载组合值。可变荷载组合值可表示为：ΨcQk,其中Ψc为可变荷载组合值系数。其值按表《建筑结构荷载规范》4.1.1采用。3）可变荷载频遇值定义：对可变荷载，在设计基准期内，其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。可变荷载频遇值可表示为：ΨfQk,其中Ψf为可变荷载频遇

6、值系数。其值按表2.1.1查取。2.2建筑结构极限状态设计法2.2.1极限状态1、结构的功能要求（1）结构的安全等级建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。根据破坏后果的严重程度，建筑结构可划分为三个安全等级。表1.1建筑结构的安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋二级严重一般的房屋三级不严重次要的房屋（2）结构的设计使用年限定义：房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的持久年限。结构的设计使用年限应按下表采用。类别设计使用年

7、限（年）示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构（3）结构的功能要求1）结构的功能要求功能要求耐久性适用性安全性安全性——结构在正常施工和正常使用的条件下，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。适用性——结构在正常使用时具有良好的工作性能。例如，不会出现影响正常使用的过大变形或振动；不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。耐久性——结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即在正常维护条件

8、下结构能够正常使用到规定的设计年限。例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。2）结构的可靠性和可靠度的概念结构可靠性——结构的安全性、适用性和耐久性的总