1、荷载与结构设计方法第一章第一章 荷载与作用荷载与作用第一章 荷载与作用本章内容本章内容第一节第一节 工程结构荷载与作用工程结构荷载与作用第二节第二节 作用分类作用分类第三节第三节 荷载代表值荷载代表值第一章 荷载与作用第一节第一节 工程结构荷载与作用工程结构荷载与作用l 工程结构：指用建筑材料建造的房屋、道路、桥梁、隧道、工程结构：指用建筑材料建造的房屋、道路、桥梁、隧道、堤坝、塔架等工程设施。堤坝、塔架等工程设施。第一章 荷载与作用第一节第一节 工程结构荷载与作用工程结构荷载与作用（1）工程结构应满足自身功能要求，例如建造房屋遮风蔽）工程结构应满足自身功能要求，例如建造房屋遮风蔽雨形成人类活
2、动空间，架桥铺路为人群和车辆提供通道。雨形成人类活动空间，架桥铺路为人群和车辆提供通道。（2）工程结构需要形成一个坚实的骨架承受使用过程中可）工程结构需要形成一个坚实的骨架承受使用过程中可能出现的各种外力和环境作用。能出现的各种外力和环境作用。u房屋结构：承受自身重量、人群和家具重量、风压力和承受自身重量、人群和家具重量、风压力和雪重等作用；雪重等作用；u道路桥梁：承受车辆重量、车辆制动力和冲击力、水压承受车辆重量、车辆制动力和冲击力、水压力和土压力等作用；力和土压力等作用；u在地震区的工程结构：承受地震作用。承受地震作用。第一章 荷载与作用第一节第一节 工程结构荷载与作用工程结构荷载与作用工
3、程结构设计的过程和目的：工程结构设计的过程和目的： 确定外界作用对结构产生的效应（应力、位移、应变等）确定外界作用对结构产生的效应（应力、位移、应变等） 确定结构本身的抵抗能力（承载能力、刚度、延性等）确定结构本身的抵抗能力（承载能力、刚度、延性等）n 保证结构具有足够的承载能力，将结构变形控制保证结构具有足够的承载能力，将结构变形控制在满足正常使用的范围内。在满足正常使用的范围内。结构的抗力结构的抗力外力外力第一章 荷载与作用第一节第一节 工程结构荷载与作用工程结构荷载与作用荷载确定不当或结构抗力不荷载确定不当或结构抗力不足就会导致结构倒塌破坏足就会导致结构倒塌破坏第一章 荷载与作用第一节第
4、一节 工程结构荷载与作用工程结构荷载与作用u准确合理地确定结构上的作用是结构物具有足够准确合理地确定结构上的作用是结构物具有足够的可靠度并且造价经济合理的保证。的可靠度并且造价经济合理的保证。结构上的作用结构上的作用指能使结构产生效应（内力、应力、位移、指能使结构产生效应（内力、应力、位移、应变、裂缝等）的各种原因的总称。应变、裂缝等）的各种原因的总称。一、确定作用的重要性作用确定不准确的后果：作用确定不准确的后果：（1）结构可靠度不足，影响正常使用，使用寿命缩短，危及）结构可靠度不足，影响正常使用，使用寿命缩短，危及结构安全；结构安全；（2）结构可靠度过高，结构可靠度过高，浪费材料，工程造价
5、提高。浪费材料，工程造价提高。结构设计的第一步就是要确定结构上的作用。结构设计的第一步就是要确定结构上的作用。第一章 荷载与作用第一节第一节 工程结构荷载与作用工程结构荷载与作用u“作用作用”泛指结构产生内力、变形的所有原因，包括直泛指结构产生内力、变形的所有原因，包括直接作用和间接作用，而接作用和间接作用，而“荷载荷载”仅指结构上的直接作用。仅指结构上的直接作用。（1 1）直接作用：直接作用：（2 2）间接作用：间接作用：二、结构上的作用直接以力的不同集结形式（集中力和分直接以力的不同集结形式（集中力和分布力）作用于结构，例如：结构自重、布力）作用于结构，例如：结构自重、风荷载等；风荷载等；
6、不是直接以力出现（外加变形和约束变不是直接以力出现（外加变形和约束变形），但对结构产生内力，例如：基础形），但对结构产生内力，例如：基础沉降、温度变化等。沉降、温度变化等。第一章 荷载与作用第二节第二节 作用分类作用分类（1 1）永久作用永久作用其中的直接作其中的直接作用为恒荷载用为恒荷载一、按随时间的变异分类 在结构设计基准期内，其值不随时间变化，或者变在结构设计基准期内，其值不随时间变化，或者变化的量值相对平均值而言可以忽略不计。化的量值相对平均值而言可以忽略不计。 例如：结构自重、土的侧压力、静水压力、预加应力、例如：结构自重、土的侧压力、静水压力、预加应力、混凝土收缩和徐变、基础不均匀
7、沉降等（后两者随时间单调混凝土收缩和徐变、基础不均匀沉降等（后两者随时间单调变化而趋于限值）。变化而趋于限值）。 为便于考虑不同的作用所产生的效应，可将结构上的作用按为便于考虑不同的作用所产生的效应，可将结构上的作用按随时间或空间位置的变异分类，或按结构的反应性质分类。随时间或空间位置的变异分类，或按结构的反应性质分类。第一章 荷载与作用第二节第二节 作用分类作用分类（2 2）可变作用可变作用（3 3）偶然作用偶然作用其中的直接作其中的直接作用为活荷载用为活荷载 在结构设计基准期内，其值随时间发生变化，变化在结构设计基准期内，其值随时间发生变化，变化的量值相对平均值而言不可忽略不计。的量值相对
8、平均值而言不可忽略不计。 例如：楼面活荷载、车辆荷载、风荷载、雪荷载、流水例如：楼面活荷载、车辆荷载、风荷载、雪荷载、流水压力、温度变化等。压力、温度变化等。 在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现其持续在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现其持续时间较短，量值可能很大。时间较短，量值可能很大。 例如：地震作用、爆炸力、船只或漂流物撞击力等。例如：地震作用、爆炸力、船只或漂流物撞击力等。第一章 荷载与作用第二节第二节 作用分类作用分类（1 1）固定作用固定作用（2 2）自由作用自由作用二、按随空间位置的变异分类 在结构上出现的空间位置固定不变，但其量值可在结构上出现的空间位置固定不变，但其量值
9、可能具有随机性。能具有随机性。 例如：结构自重、固定设备自重、屋顶水箱重量等。例如：结构自重、固定设备自重、屋顶水箱重量等。 在结构上的一定空间任意分布，出现的位置和量在结构上的一定空间任意分布，出现的位置和量值都可能是随机的。值都可能是随机的。 例如：车辆荷载、吊车荷载等，需要考虑其位置变化引例如：车辆荷载、吊车荷载等，需要考虑其位置变化引起的最不利效应。起的最不利效应。第一章 荷载与作用第二节第二节 作用分类作用分类（1 1）静态作用静态作用（2 2）动态作用动态作用u动态作用应当考虑其动力效应，一般采用乘以动力系动态作用应当考虑其动力效应，一般采用乘以动力系数，将动态作用等效为静态作用的
10、简化设计方法。数，将动态作用等效为静态作用的简化设计方法。三、按结构的动力反应分类 逐渐地、缓慢地施加在结构上，作用过程中不产生逐渐地、缓慢地施加在结构上，作用过程中不产生加速度或加速度甚微可以忽略不计。加速度或加速度甚微可以忽略不计。 例如：楼面上人员荷载、雪荷载、土压力等。例如：楼面上人员荷载、雪荷载、土压力等。 使结构产生显著的加速度。使结构产生显著的加速度。 例如：地震作用、设备振动、阵风脉动、打桩冲击等。例如：地震作用、设备振动、阵风脉动、打桩冲击等。第一章 荷载与作用第二节第二节 作用分类作用分类p作用按时间的变异分类作用按时间的变异分类最主要的分类最主要的分类（应用最多）（应用最
11、多）四、按作用方向分类竖向作用（例如结构自重、楼面荷载等）竖向作用（例如结构自重、楼面荷载等）水平作用（例如风荷载、水平地震作用等）水平作用（例如风荷载、水平地震作用等）第一章 荷载与作用第三节第三节 荷载代表值荷载代表值荷载代表值标准值标准值组合值组合值频遇值频遇值准永久值准永久值 在设计时为了便于取值，考虑荷载变异的统计特征赋予在设计时为了便于取值，考虑荷载变异的统计特征赋予一个规定的量值，称为荷载代表值。一个规定的量值，称为荷载代表值。第一章 荷载与作用第三节第三节 荷载代表值荷载代表值（1 1）荷载标准值荷载标准值 荷载在结构使用期间可能出现的最大值，通过对某荷载在结构使用期间可能出现
12、的最大值，通过对某类荷载长期观察和实际调查，经统计分析给出。类荷载长期观察和实际调查，经统计分析给出。（2 2）荷载组合值荷载组合值 两种或两种以上可变荷载同时作用于结构，主导荷两种或两种以上可变荷载同时作用于结构，主导荷载取标准值，伴随荷载取小于标准值的组合值。载取标准值，伴随荷载取小于标准值的组合值。可变荷载组可变荷载组合值通过标准值乘以组合值系数得到。合值通过标准值乘以组合值系数得到。第一章 荷载与作用第三节第三节 荷载代表值荷载代表值（3 3）荷载准永久值荷载准永久值 可变荷载在结构使用期间经常达到和超过的值。可变荷载在结构使用期间经常达到和超过的值。可变荷载准永久值通过标准值乘以准永
13、久值系数得到。可变荷载准永久值通过标准值乘以准永久值系数得到。（4 4）荷载频遇值荷载频遇值 可变荷载在结构上频繁出现且量值较大的值。可变荷载在结构上频繁出现且量值较大的值。可变可变荷载频遇值可通过标准值乘以频遇值系数得到。荷载频遇值可通过标准值乘以频遇值系数得到。第一章 荷载与作用第三节第三节 荷载代表值荷载代表值 永久荷载采用标准值作为代表值；永久荷载采用标准值作为代表值； 可变荷载可采用标准值、组合值、准永久值或频遇值作为可变荷载可采用标准值、组合值、准永久值或频遇值作为代表值；代表值； 偶然荷载可依据观察资料、试验数据以及工程经验来确定偶然荷载可依据观察资料、试验数据以及工程经验来确定其代表值。其代表值。在进行工程结构设计时：在进行工程结构设计时：
