作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,主講：王俊,王?。翰┦浚苯淌?，鄭州大學(xué)博士后流動站結(jié)構(gòu)工程專業(yè)博士后；國家注冊監(jiān)理工程師；許昌學(xué)院優(yōu)秀青年骨干教師；許昌學(xué)院土木工程專業(yè)學(xué)術(shù)帶頭人,主講人簡介,引言,1、土木工程專業(yè)的課程設(shè)置如何實現(xiàn)與工程應(yīng)用的鏈接？知識鏈一：I-S-O知識體系知識鏈二：RS公式與土木工程的各門課程的關(guān)系？2、“作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法”課程的性質(zhì)、地位和作用。,第一章作用及其作用效應(yīng),內(nèi)容提要一、結(jié)構(gòu)上的作用及其分類1、“結(jié)構(gòu)上的作用”的定義2、“結(jié)構(gòu)上的作用”的分類3、荷載的分類二、作用的代表值三、作用效應(yīng),一、結(jié)構(gòu)上的作用及其分類,1、“結(jié)構(gòu)上的作用”的定義施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形（地震、基礎(chǔ)沉降、溫度變化、焊接等）的原因的總稱施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載直接作用引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因間接作用,2、“結(jié)構(gòu)上的作用”的分類按隨時間的變異分類永久作用在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時間而變化，或其變化值與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的作用【例如】結(jié)構(gòu)自重，土壓力、預(yù)加力、基礎(chǔ)沉降、焊接、水的浮力、混凝土收縮及徐變作用等可變作用在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間而變化，且其變化值與平均值相比不可以忽略不計的作用【例如】安裝荷載、樓面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、汽車荷載、汽車離心力、汽車制動力、流水壓力、冰壓力、溫度作用等,偶然作用在結(jié)構(gòu)使用期間，不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時間較短的作用【例如】地震作用（地震力和地震加速度等）、爆炸、船舶或漂流物的撞擊作用、汽車撞擊作用等,【思考題】水壓力屬于何種作用？,按隨空間位置的變異分類固定作用在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分布【例如】工業(yè)與民用建筑樓面上的固定設(shè)備荷載、結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重等自由作用（可動作用）在結(jié)構(gòu)空間位置上的一定范圍內(nèi)可以任意分布【例如】工業(yè)與民用建筑樓面上的人員荷載、吊車荷載等,按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類靜態(tài)作用不使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生加速度，或產(chǎn)生的加速度可以忽略不計【例如】結(jié)構(gòu)自重、住宅與辦公樓的樓面活荷載等動態(tài)作用使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的加速度【例如】地震、吊車荷載、設(shè)備振動、作用于高聳結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載等,3、荷載分類,按作用時間的長短和性質(zhì)永久荷載在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時間而變化，或雖有變化，但變化不大，且其變化值與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載。恒載可變荷載在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間而變化，且其變化值與平均值相比不可以忽略不計的荷載?；钶d偶然荷載在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其值很大，作用時間則較短的荷載。,永久荷載（恒載）【例如】結(jié)構(gòu)自重，土壓力、預(yù)應(yīng)力等可變荷載（活載）【例如】樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載等偶然荷載【例如】爆炸力、撞擊力等,1.2荷載（作用）的各種代表值,荷載代表值設(shè)計中用以驗證極限狀態(tài)所采用的荷載值，包括標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值一、標(biāo)準(zhǔn)值(characteristicvalue)按設(shè)計基準(zhǔn)期（T=50年）內(nèi)最大荷載概率分布的某一分位值確定1、恒載標(biāo)準(zhǔn)值Gk正態(tài)分布N(G、G)相當(dāng)于永久荷載概率分布（即設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概率分布）的0.5分位值，即正態(tài)分布的平均值GGk=結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定的尺寸和材料或結(jié)構(gòu)構(gòu)件單位體積的自重平均值確定,對易于超重的鋼筋混凝土板類（屋面板、樓板等）的標(biāo)準(zhǔn)值Gk=0.95G即G=1.06Gk（由于存在超重現(xiàn)象，實際的平均值為Gk的1.06倍）對截面較大的梁、柱等承重構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)值Gk=1.0G對自重變異性較大的材料和構(gòu)件（如屋面保溫材料、防水材料、找平層以及鋼筋混凝土薄板等），為在設(shè)計表達式中采用統(tǒng)一的永久荷載分項系數(shù)而又能使結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有規(guī)定的可靠指標(biāo)，其標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)根據(jù)對結(jié)構(gòu)的有利或不利狀態(tài)，分別取其自重的下限值或上限值,2、民用建筑樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值極值型Lk=LT+LT辦公樓Lk=LT+1.5LTLk=1.5kN/m2分位值p=92.1%住宅Lk=LT+0.7LTLk=1.5kN/m2分位值p=79.1%住宅的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值偏低較多考慮到建設(shè)工程量比較大的住宅和辦公樓的荷載標(biāo)準(zhǔn)值與國外相比顯然偏低鑒于國內(nèi)民用建筑樓面活荷載今后的變化趨勢難以預(yù)測住宅、辦公樓的樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值規(guī)定Lk=2.0kN/m2辦公樓Lk=LT+3.16LT住宅Lk=LT+2.38LT,3、風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk極值型不按風(fēng)向時/wT=1.109wkwk=0.9/wT按風(fēng)向時wT=0.999wkwk=1.0wT即規(guī)范(GB50009)規(guī)定的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk接近于設(shè)計基準(zhǔn)期最大風(fēng)荷載的平均值wT。,4、雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值sok設(shè)計基準(zhǔn)期最大雪荷載ST極值型平均重現(xiàn)期為R的最大雪壓xRxR=u-lnln(R/R-1)/GB50009給出了重現(xiàn)期為10年、50年和100年的雪壓值，其他重現(xiàn)期R的相應(yīng)值按下式確定xR=x10+(x100-x10)(lnR/ln10-1),設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)荷載達到和超過該值的總持續(xù)時間Tq=ti與整個設(shè)計基準(zhǔn)期T之比等于0.5確定。即Tq/T=0.5,可變荷載準(zhǔn)永久值Qx=qQk,q荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)，且q=荷載準(zhǔn)永久值/荷載標(biāo)準(zhǔn)值1.0,見GB50009表4.1.1、表4.3.1,t,Q,T,ti,準(zhǔn)永久值Qx,二、準(zhǔn)永久值(quasi-permanentvalue),三、組合值（當(dāng)承受2個可變荷載時）(combinationvalue)考慮施加在結(jié)構(gòu)上的各種可變荷載不可能同時達到各自的最大值確定原則：要求結(jié)構(gòu)在單一可變荷載作用下的可靠度與在兩個及其以上可變荷載作用下的可靠度保持一致cQk可變荷載組合值四、荷載頻遇值(frequentvalue)設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)荷載達到和超過該值的總持續(xù)時間Tq=ti與整個設(shè)計基準(zhǔn)期T之比小于0.1確定。即Tq/T0.1fQk可變荷載頻遇值c荷載組合值系數(shù)(見GB50009表4.1.1、表4.3.1)f荷載頻遇值系數(shù)(見GB50009表4.1.1、表4.3.1),準(zhǔn)永久值系數(shù)q組合值系數(shù)c頻遇值系數(shù)f風(fēng)荷載00.60.4雪荷載0.5(I)0.2(II)0(III)0.70.6樓面活荷載見規(guī)范0.7見規(guī)范荷載代表值(representativevalueofaload)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk、Qk荷載組合值cQk荷載準(zhǔn)永久值qQk荷載頻遇值fQk荷載的基本代表值荷載標(biāo)準(zhǔn)值,第三節(jié)荷載效應(yīng)和荷載組合,一、荷載效應(yīng)（S）(effectofaload),-由荷載引起結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的反應(yīng),如內(nèi)力、變形和裂縫等,最大彎矩:Mmax=ql2/8=l2/8q,最大剪力:Vmax=ql/2=l/2q,最大撓度:fmax=5ql4/384EI=5l4/384EIq,S(t)=荷載效應(yīng)系數(shù)C荷載Q(t),反映荷載作用方式、結(jié)構(gòu)計算簡圖、幾何特征等,荷載效應(yīng)與荷載呈線性關(guān)系,l,q,二、荷載效應(yīng)組合（當(dāng)結(jié)構(gòu)上同時作用有多種可變荷載時）與計算結(jié)構(gòu)可靠度方法（一次二階矩概率理論）相適應(yīng)，GB50068-2001采用JCSS（結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會）建議的一種近似的荷載組合概率模型1、基本假定假定荷載Q(t)