建筑結構電子教案一1.1荷載分類及荷載代表值第一章建筑結構計算基本原則1.永久荷載永久荷載亦稱恒荷載，是指在結構使用期間，其值不隨時間變化，或者其變化與平均值相比可忽略不計的荷載，如結構自重、土壓力、預應力等。2.可變荷載可變荷載也稱為活荷載，是指在結構使用期間，其值隨時間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的荷載，如樓面活荷載、屋面活荷載、風荷載、雪荷載、吊車荷載等。3.偶然荷載在結構使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時間很短的荷載稱為偶然荷載，如爆炸力、撞擊力等。1.1.1荷載分類第二頁，共32頁。1.1荷載分類及荷載代表值第一章建筑結構計算基本原則荷載代表值

1.1.2荷載代表值定義：結構設計時，對于不同的荷載和不同的設計情況，應賦予荷載不同的量值，該量值即荷載代表值。定義：荷載標準值就是結構在設計基準期內具有一定概率的最大荷載值,它是荷載的基本代表值。設計基準期——為確定可變荷載代表值而選定的時間參數(shù)，一般取為50年。1.荷載標準值

第三頁，共32頁。1.1荷載分類及荷載代表值第一章建筑結構計算基本原則常用材料單位體積的自重（單位kN/m3）

混凝土22~24，

鋼筋混凝土24~25，

水泥砂漿20，

石灰砂漿、混合砂漿17，

普通磚18，

普通磚（機器制）19，

漿砌普通磚砌體18，

漿砌機磚砌體19。1.荷載標準值

（1）永久荷載標準值

按構件尺寸和構件單位體積自重的標準值來確定。1.1.2荷載代表值第四頁，共32頁。1.1荷載分類及荷載代表值第一章建筑結構計算基本原則（2）可變荷載標準值（民用樓面均布活荷載標準值按下表采用）民用建筑樓面均布活荷載標準值及其組合值、頻偶值和永久值系數(shù)項次類別標準值(kN/m2)組合值系Ψc頻偶值系Ψf準永久值系數(shù)Ψq1（1）住宅、宿舍、旅館、辦公樓、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園（2）教室、實驗室、閱覽室、會議室、醫(yī)院門診室2.00.70.50.60.40.52食堂、辦公樓中的一般資料檔案室2.50.70.60.53（1）禮堂、劇場、影院、有固定座位的看臺（2）公共洗衣房3.03.00.70.70.50.60.30.54（1）商店、展覽廳、車站、港口、機場大廳及其旅客等候室（2）無固定座位的看臺3.53.50.70.70.60.50.50.3第五頁，共32頁。1.1荷載分類及荷載代表值第一章建筑結構計算基本原則5（1）健身房、演出舞臺（2）舞廳4.04.00.70.70.60.60.50.36（1）書庫、檔案室、儲藏室（2）密集柜書庫5.012.00.90.90.87通風機房、電梯機房7.00.90.90.88汽車通道及停車庫（1）單向板樓蓋（板跨不小于2m）客車消防車（2）雙向板樓蓋和無梁樓蓋（柱網尺寸不小于6m×6m）客車消防車4.035.02.520.00.70.70.70.70.70.70.70.70.60.60.60.6（2）可變荷載標準值（民用樓面均布活荷載標準值按下表采用）第六頁，共32頁。1.1荷載分類及荷載代表值第一章建筑結構計算基本原則9廚房（1）一般的（2）餐廳2.04.00.70.70.60.70.50.710浴室、廁所、盥洗室：（1）第1項中的民用建筑（2）其他民用建筑2.02.50.70.70.50.60.40.511走廊、門廳、樓梯：（1）宿舍、旅館、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園、住宅（2）辦公樓、教室、餐廳、醫(yī)院門診部（3）消防疏散樓梯、其他民用建筑2.02.53.50.70.70.70.50.60.50.40.50.312陽臺：（1）一般情況（2）當人群有可能密集時2.53.50.70.60.5注：①本表所列各項活荷載適用于一般使用條件，當使用荷載大時，應按實際情況采用。②本表各項荷載不包括隔墻自重和二次裝修荷載。（2）可變荷載標準值（民用樓面均布活荷載標準值按下表采用）第七頁，共32頁。1.1荷載分類及荷載代表值第一章建筑結構計算基本原則注：①不上人的屋面，當使用荷載大時，應按實際情況采用。

②上人的屋面，當兼作其他用途時，應按相應樓面活荷載采用；③對于因屋面排水不暢、堵塞等引起積水荷載，應采取構造措施加以防止，必要時應按積水的可能深度確定屋面活荷載。②屋頂花園活荷載不包括花圃土石等材料自重。（2）可變荷載標準值（民用屋面均布活荷載標準值按下表采用）民用建筑屋面均布活荷載標準值及其組合值、頻偶值和永久值系數(shù)項次類別標準值(kN/m2)組合值系Ψc頻偶值系Ψf準永久值系數(shù)Ψq1不上人的屋面0.50.70.502上人的屋面2.00.70.50.43屋頂花園3.00.70.60.5第八頁，共32頁。1.1荷載分類及荷載代表值第一章建筑結構計算基本原則2.可變荷載準永久值

在設計基準期內經常達到或超過的那部份荷載值（總的持續(xù)時間不低于25年），稱為可變荷載準永久值?？勺兒奢d準永久值可表示為ψqＱk，其中Ｑk為可變荷載標準值，ψq為可變荷載準永久值系數(shù)。ψq值見前表。3.可變荷載組合值兩種或兩種以上可變荷載同時作用于結構上時，除主導荷載（產生最大效應的荷載）仍可以其標準值為代表值外，其他伴隨荷載均應以小于標準值的荷載值為代表值，此即可變荷載組合值?？勺兒奢d組合值可表示為ψcＱk。其中ψc為可變荷載組合值系數(shù)，其值按前表查取。第九頁，共32頁。1.1荷載分類及荷載代表值第一章建筑結構計算基本原則4.可變荷載頻遇值對可變荷載，在設計基準期內，其超越的總時間為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值（總的持續(xù)時間不低于50年），稱為可變荷載頻遇值?？勺兒奢d頻遇值可表示為ψfＱk。其中ψf為可變荷載頻遇值系數(shù)，其值按前表查取。第十頁，共32頁。1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第一章建筑結構計算基本原則（1）結構的安全等級《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》GB50068-2001（以下簡稱《統(tǒng)一標準》）規(guī)定，建筑結構設計時，應根據(jù)結構破壞可能產生的后果（危及人的生命、造成經濟損失、產生社會影響等）的嚴重性，采用不同的安全等級。1.2.1極限狀態(tài)建筑結構的安全等級安全等級破壞后果建筑物類型一級很嚴重重要的房屋二級嚴重一般的房屋三級不嚴重次要的房屋第十一頁，共32頁。1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第一章建筑結構計算基本原則結構的設計使用年限分類設計使用年限示例5臨時性結構25易于替換的結構構件50普通房屋和構筑物100紀念性建筑和特別重要的建筑結構（2）設計使用年限，是指設計規(guī)定的結構或結構構件不需進行大修即可按其預定目的使用的時期。第十二頁，共32頁。1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第一章建筑結構計算基本原則（3）結構的功能要求

能承受正常施工和使用時的各種作用，以及偶然事件發(fā)生時，仍能保持整體穩(wěn)定性。在正常使用時，能保證具有良好的工作性能，不出現(xiàn)過大的變形和裂縫。在正常使用及維護下，具有足夠的耐久性能，不發(fā)生銹蝕和風化現(xiàn)象。＊安全性＊適用性＊耐久性例如，不會出現(xiàn)影響正常使用的過大變形或振動；不會產生使使用者感到不安的裂縫寬度等。例如，結構材料不致出現(xiàn)影響功能的損壞，鋼筋混凝土構件的鋼筋不致因保護層過薄或裂縫過寬而銹蝕等。即結構僅產生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。

第十三頁，共32頁。1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第一章建筑結構計算基本原則結構的安全性、適用性和耐久性是結構可靠的標志，總稱為結構的可靠性。結構的可靠度是結構可靠性的概率度量，即對結構可靠性的定量描述。結構可靠性的定義是，結構在規(guī)定時間內，規(guī)定條件下，完成預定功能的能力。注意1：結構可靠度與結構使用年限長短有關?！督y(tǒng)一標準》以結構的設計使用年限為計算結構可靠度的時間基準。注意2：當結構的使用年限超過設計使用年限后，并不意味著結構就要報廢，但其可靠度將逐漸降低。（3）結構的功能要求

第十四頁，共32頁。1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第一章建筑結構計算基本原則2.結構功能的極限狀態(tài)

（1）承載能力極限狀態(tài)針對安全性如：整個結構或結構的一部分作為剛體失去穩(wěn)定；結構構件或連接因材料強度不夠而壞；結構轉變?yōu)闄C動體系；結構或結構構件喪失穩(wěn)定等。定義：整個結構或結構的一部份，超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能（安全性、適用性、耐久性）要求，該特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。結構極限狀態(tài)分為以下兩類：結構超過承載能力極限狀態(tài)的示例第十五頁，共32頁。1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第一章建筑結構計算基本原則2.結構功能的極限狀態(tài)

（2）正常使用極限狀態(tài)針對適用性和耐久性如：出現(xiàn)影響正常使用或外觀的變形；影響正常使用或耐久性的局部損壞；影響正常使用的振動。工程設計時，一般先按承載力極限狀態(tài)設計結構構件，再按正常使用極限狀態(tài)驗算。第十六頁，共32頁。1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第一章建筑結構計算基本原則結構的功能函數(shù)（1）作用效應S作用（荷載）對結構產生的各種效應，

如彎矩、剪力、軸力、變形、裂縫等

MVNfw結構構件抵抗各種作用效應的能力。

如抗彎、抗剪、抗壓、抗拉、抗扭承載力

以及抗變形、抗裂縫的能力。（2）結構抗力R第十七頁，共32頁。1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第一章建筑結構計算基本原則結構的功能函數(shù)當Ｚ＞0即R＞S時，結構處于可靠狀態(tài)；

當Ｚ＜0即R＜S時，結構處于失效狀態(tài)；

當Ｚ=

0即R=S時，結構處于極限狀態(tài)。

關系式ｇ(S，R)＝R－S＝0稱為極限狀態(tài)方程。第十八頁，共32頁。1.2.2實用設計表達式（1）實用表達式：S≤RR—結構構件的承載力設計值，即抗力設計值S—荷載效應基本組合或偶然組合的設計值（2）荷載效應基本組合設計值S

對于基本組合，荷載效應組合的設計值S應從由可變荷載效應控制的組合和由永久荷載效應控制的組合中取最不利值確定。1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第一章建筑結構計算基本原則第十九頁，共32頁。：結構構件的重要性系數(shù)，對安全等級為一級或設計使用年限為100年及以上的結構構件，不應小于1.1；對安全等級為二級或設計使用年限為50年的結構構件，不應小于1.0；對安全等級為三級或設計使用年限為5年及以下的結構構件，不應小于0.9；在抗震設計中，不考慮結構構件的重要性系數(shù)。1）由可變荷載效應控制的組合1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第一章建筑結構計算基本原則(1.2.3)第二十頁，共32頁。γG

：永久荷載分項系數(shù)，按表1.2.3◆采用；

SGk：永久荷載標準值Gk計算的荷載效應值；γQi

：第i個可變荷載的分項系數(shù)；按表1.2.3◆采用；

SQik

：按可變荷載標準值Qi計算的荷載效應值;ψci

：可變荷載Qi的組合值系數(shù)，民用建筑樓面均布活荷載、屋面均布活荷載的組合值系數(shù)；第一章建筑結構計算基本原則1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法(1.2.3)第二十一頁，共32頁。表1.2.3荷載分項系數(shù)的取值荷載特性荷載分項系數(shù)永久荷載永久荷載效應對結構不利由可變荷載效應控制的組合1.2由永久荷載效應控制的組合1.35永久荷載效應對結構有利1.0傾覆、滑移或飄浮驗算0.9可變荷載一般情況1.4對標準值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結構的活荷載取1.3返回1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第一章建筑結構計算基本原則第二十二頁，共32頁。應用（）、式（）時應注意以下問題：當考慮以豎向的永久荷載效應控制的組合時，參與組合的可變荷載僅限于豎向荷載。2）由永久荷載效應控制的組合(1.2.4)荷載分項系數(shù)的取值荷載特性分項系數(shù)永久

荷載永久荷載效應對結構不利由可變荷載效應控制的組合1.2由永久荷載效應控制的組合1.35永久荷載效應對結構有利1.0傾覆、滑移或飄浮驗算0.9可變

荷載一般情況1.4對標準值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結構的活荷載取1.3第一章建筑結構計算基本原則1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第二十三頁，共32頁。混凝土結構和砌體結構設計采用內力表達式。此時，式（）、式（）實質上就是永久荷載和可變荷載同時作用時，在結構上產生的內力（軸力、彎矩、剪力、扭矩等）的組合，其目標是求出結構可能的最大內力。例如跨度為l0的簡支梁，在跨中集中荷載F作用下的跨中最大彎矩M=Fl0/4，在均布荷載q

作用下的跨中最大彎矩M=ql02/8。這也就是式中的計算方法。

鋼結構設計采用應力表達，式（）、式（）實質上就是永久荷載和可變荷載同時作用時，在構件截面上產生的最大應力。1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第一章建筑結構計算基本原則當考慮以豎向的永久荷載效應控制的組合時，參與組合的可變荷載僅限于豎向荷載。

第二十四頁，共32頁。

【例】某辦公樓鋼筋混凝土矩形截面簡支梁，安全等級為二級，截面尺寸b×h=200mm×400mm，計算跨度ln=

5m，凈跨度l0=4.86m。承受均布線荷載：活荷載標準值7kN/m，恒荷載標準值10kN/m（不包括自重）。試計算按承載能力極限狀態(tài)設計時的跨中彎矩設計值和支座邊緣截面剪力設計值。第一章建筑結構計算基本原則1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法【解】由表查得活荷載組合值系數(shù)=0.7。安全等級為二級，則結構重要性系數(shù)=1.0。鋼筋混凝土的重度標準值為25kN/m3，故梁自重標準值為25×0.2×0.4=2kN/m?？偤愫奢d標準值gk=10+2=12kN/m恒載產生的跨中彎矩標準值和支座邊緣截面剪力標準值分別為：Mgk=gkl02/8

=12×52/8=37.5kN·mVgk=gkln/2=

12×4.86/2=29.16kN活荷載產生的跨中彎矩標準值和支座邊緣截面剪力標準值分別為：

Mqk

=qkl02/8

=7×52/8=21.875kN·mVgk=qkln/2=7×4.86/2=17.01kN

第二十五頁，共32頁。本例只有一個活荷載，即為第一可變荷載。故計算由活載彎矩控制的跨中彎矩設計值時，γG=1.2，γQ=γQ1=1.4。由式（）得由活荷載彎矩控制的跨中彎矩設計值和支座邊緣截面剪力設計值分別為：γ0(γGMgk+γQ1Mq1k)=γ0(γGMgk+γQMqk)=1.0×(1.2×37.5+1.4×21.875)=75.625kN·mγ0(γGVgk+γQ1Vq1k)=γ0(γGVgk+γQVqk)=1.0×(1.2×29.16+1.4×17.01)=75.625kN·m第一章建筑結構計算基本原則1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法取較大值得跨中彎矩設計值M=75.625kN·m，支座邊緣截面剪力設計值V=58.806kN計算由恒載彎矩控制的跨中彎矩設計值時，γG=1.35，γQ=1.4，Ψc=0.7。由式（）得由恒載彎矩控制的跨中彎矩設計值和支座邊緣截面剪力設計值分別為：

γ0(γGMgk+Ψc

γQMqk)=1.0×(1.35×37.5+0.7×1.4×21.875）=72.063kN·m

γ0(γGVgk+Ψc

γQVqk)=1.0×（1.35×29.16+0.7×1.4×17.01）=56.036kN第二十六頁，共32頁。一般排架、框架結構的簡化表達式對于一般排架、框架結構，可不區(qū)分第一可變荷載和第i個可變荷載，并采用相同的組合值系數(shù)，其荷載效應組合設計值取由可變荷載效應控制和由永久荷載效應控制的組合值中的最不利值。由可變荷載效應控制的組合按下式計算：

（1.2.5）由永久荷載效應控制的組合仍按式（）采用。(1.2.6)第一章建筑結構計算基本原則1.2建筑結構概率極限狀態(tài)設計法第二十七頁，共32頁。

對于正常使用極限狀態(tài)，應根據(jù)不同的設計要求，采用荷載效應的標準組合、頻遇組合或準永久組合，按下列設計表達式進行設計：

S≤C(1.2.7)式中S—變形、裂縫等荷載效應的設計值；C—結構構件達到正常使用要求所規(guī)定的限值，如變形、裂縫寬度等。混凝土結構的正常使用極限狀態(tài)主要是驗算構件的變形、抗裂度或裂縫寬度，使其不超過相應的規(guī)定限值；

鋼結構通過構件的變形（剛度）驗算保證；

砌體結構一般情況下不做驗算，由相應的構造