1、建筑结构荷载介绍 1 . 荷载分类；荷载分类； 2 . 荷载代表值；荷载代表值； 3 . 结构的功能；结构的功能； 4 . 结构功能的极限状态；结构功能的极限状态； 5 . 结构上的作用、作用效应和结构抗力；结构上的作用、作用效应和结构抗力； 6 . 概率极限状态设计法实用设计表达式。概率极限状态设计法实用设计表达式。 内容内容 1. 1. 了解掌握荷载分类、荷载代表值的概念及种类；了解掌握荷载分类、荷载代表值的概念及种类； 2. 2. 理解结构的功能及其极限状态的含义；理解结构的功能及其极限状态的含义； 3. 3. 能确定永久荷载、可变荷载的代表值。能确定永久荷载、可变荷载的代表值。 第第
2、一一 讲讲教学目标：教学目标：重重 点点 1、荷载分类；荷载代表值；、荷载分类；荷载代表值； 2、结构的功能；结构功能的极限状态；、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。、结构上的作用、作用效应和结构抗力。难难 点点结构上的作用、作用效应和结构抗力。结构上的作用、作用效应和结构抗力。1.1.1 1.1.1 荷载分类荷载分类按随时间的变异，结构上的荷载可分为以下三类：按随时间的变异，结构上的荷载可分为以下三类： 1.1.永久荷载永久荷载永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相比可
3、忽略不计的荷载。随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。如结构自重、土压力、预应力等。如结构自重、土压力、预应力等。 1.1 荷载分类及荷载代表值荷载分类及荷载代表值2.2.可变荷载可变荷载可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载。时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载。3.3.偶然荷载偶然荷载在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载。且持续时间很短的荷载称为偶然荷载。1.1.2 1.1
4、.2 荷载代表值荷载代表值1.1.荷载代表值荷载代表值定义：结构设计时，对于不同的荷载和不同的设计情况，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，该量值即荷载代表值。应赋予荷载不同的量值，该量值即荷载代表值。2.2.荷载标准值荷载标准值定义：荷载标准值就是结构在设计基准期内具有一定概定义：荷载标准值就是结构在设计基准期内具有一定概率的最大荷载值率的最大荷载值, ,它是荷载的基本代表值。它是荷载的基本代表值。设计基准期设计基准期为确定可变荷载代表值而选定的时间参为确定可变荷载代表值而选定的时间参数，一般取为数，一般取为5050年。年。（1 1）永久荷载标准值）永久荷
5、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积（或面积）的自重标准值确定。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。有利或不利的情况，分别取其自重的下限值或上限值。 例例 取钢筋混凝土单位体积自重标准值为取钢筋混凝土单位体积自重标准值为25 kN/m25 kN/m3 3，则，则截面尺寸为截面尺寸为200
6、200500mm500mm的钢筋混凝土矩形截面梁的自重标准的钢筋混凝土矩形截面梁的自重标准值为值为0.20.20.50.525=2.5kN/m25=2.5kN/m。（2 2）可变荷载标准值）可变荷载标准值民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频偶值和民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频偶值和永久值系数按表永久值系数按表1.1.11.1.1采用。采用。 1 1）可变荷载准永久值）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定义：在设计基准期内经常达到或超过的那部份荷载值（总的持续时间不低于（总的持续时间不低于2525年），称为可变荷载准永久值。年），称为可变荷载准永久
7、值。可变荷载准永久值可表示为可变荷载准永久值可表示为q qk k ，其中，其中k k为可变荷为可变荷载标准值，载标准值，q q为可变荷载准永久值系数。为可变荷载准永久值系数。q q值见表值见表1.1.11.1.1。2 2）可变荷载组合值）可变荷载组合值定义：定义：两种或两种以上两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时，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，值外，其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值，此即可变荷载组合值。此即可变荷载组合值。可变
8、荷载组合值可表示为可变荷载组合值可表示为c ck k 。其中。其中c c 为可变荷载为可变荷载组合值系数，其值按表组合值系数，其值按表1.1.11.1.1查取。查取。3 3）可变荷载频遇值）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（为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值（总的持总的持续时间不低于续时间不低于5050年年），称为可变荷载频遇值。），称为可变荷载频遇值。可变荷载频遇值可表示为可变荷载频遇值可表示为f fk k。其中。其中f f为可变荷载频为可变荷载频遇值系数，其值
9、按表遇值系数，其值按表1.1.11.1.1查取。查取。荷载频遇值 可变荷载频遇值是正常使用极限状态按频遇组合设计所采用的一种可变荷载代表值。在设计基准期内，荷载达到和超过该值的总持续时间仅为设计基准期的一小部分。 可变荷载频遇值应取可变荷载标准值乘以荷载频遇值系数。荷载频遇值系数见荷载规范表达到荷载值的频率越大，频遇值系数越大，频遇值亦越大。如：书库频遇值系数为0.9，住宅频遇值系数为0.57。 频遇组合目前仅在桥梁结构设计中应用。 1.2 建筑结构极限状态设计法建筑结构极限状态设计法1.2.1 极限状态 1. 1.结构的功能要求结构的功能要求 （1 1）结构的安全等级）结构的安全等级 建筑结
10、构设计时，应根据结构破坏可能产生建筑结构设计时，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。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，建筑结构划分根据破坏后果的严重程度，建筑结构划分为三个安全等级。为三个安全等级。 表1.2.1 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 2）结构的设计使用年限）结构的设计使用年限 定义：定义：房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用
11、和维 护下所应达到的持久年限。结构的设计使用年限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。应按下表采用。类别类别 设设 计计 使使 用用 年限（年）年限（年） 示示 例例 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 3）结构的功能要求）结构的功能要求 1 1）结构的功能要求）结构的功能要求 功能要求功能要求适用性适用性耐久性耐久性安全性安全性 安全性安全性结构在正常施工和正常使用的条件下，能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（如强承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件
12、（如强烈地震、爆炸、车辆撞击等）发生时和发生后，仍能保持烈地震、爆炸、车辆撞击等）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。连续倒塌。 适用性适用性结构在正常使用时具有良好的工作性能。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。生使使用者感到不安的裂缝宽度等。耐久性耐久性结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即在正常维护条件下结构能够正常使
13、用到规定的设计使用年即在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土限。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。构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。2 2）结构的可靠性和可靠度的概念）结构的可靠性和可靠度的概念结构可靠性结构可靠性结构的安全性、适用性和耐久性的总结构的安全性、适用性和耐久性的总 称。称。结构可靠度结构可靠度结构在规定时间内，在规定条件下，完成结构在规定时间内，在规定条件下，完成 预定功能的概率。预定功能的概率。规定时间指设计使用年限；规定条件指正常设计、正常施
14、规定时间指设计使用年限；规定条件指正常设计、正常施工、正常使用和正常维护，不包括错误设计、错误施工和违反工、正常使用和正常维护，不包括错误设计、错误施工和违反原来规定的使用情况原来规定的使用情况。 结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。性的定量描述。注意注意1：结构可靠度与结构使用年限长短有关。结构可靠度与结构使用年限长短有关。统一标统一标准准以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。注意注意2：结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系，结构的设计使用年限虽与结构使用寿
15、命有联系，但不等同。当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意但不等同。当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。2.2.结构功能的极限状态结构功能的极限状态（1 1）定义）定义整个结构或结构的一部份，超过某一特定状态就不能满整个结构或结构的一部份，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，该特定状态称为该功能的极限状态。该特定状态称为该功能的极限状态。极限状态极限状态承载力极限状态承载力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态（
16、2 2）分类）分类 1）承载能力极限状态承载能力极限状态 这种极限状态对应于结构或这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。承结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。承载能力极限状态主要考虑关于载能力极限状态主要考虑关于结构安全性结构安全性的功能。的功能。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：承载能力极限状态：结构构件或连接因材料结构构件或连接因材料强度不够而破坏；强度不够而破坏；整个结构或结构的一部整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；倾覆等）
17、；结构转变为机动体系；结构转变为机动体系；结构或结构构件丧失稳结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）。定（如柱子被压曲等）。2）正常使用极限状态正常使用极限状态 正常使用极限状态对应于结正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。这一构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。这一状态对应于状态对应于适用性或耐久性适用性或耐久性的功能。的功能。 当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：了正常使用极限状态： 影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形； 影响正常使用或耐久性能的局
18、部损坏（包括裂缝）；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）； 影响正常使用的振动；影响正常使用的振动； 影响正常使用的其他特定状态等。影响正常使用的其他特定状态等。3.3.结构的功能函数结构的功能函数（1 1）作用效应和结构抗力的概念）作用效应和结构抗力的概念 作用效应作用效应 结构上的各种作用，在结构内产生的结构上的各种作用，在结构内产生的内内力力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和和变形变形（如挠度、转角、（如挠度、转角、裂缝等）的总称裂缝等）的总称，用，用S 表示。由直接作用产生的效应，通表示。由直接作用产生的效应，通常称为荷载效应。常称为荷载效应。 （2 2
19、）结构的功能函数）结构的功能函数 SRRSgZ),(1.2.1)结构抗力结构抗力 结构或构件承受作用效应的能力，如构件的结构或构件承受作用效应的能力，如构件的承载力、刚度、抗裂度等，用承载力、刚度、抗裂度等，用R表示。结构抗力是结构内部固表示。结构抗力是结构内部固有的，其大小主要取决于有的，其大小主要取决于材料性能材料性能、构件几何参数构件几何参数及及计算模式计算模式的精确性等的精确性等。实际工程中，可能出现以下三种情况实际工程中，可能出现以下三种情况小小 结：结： 1. 荷载分类、荷载代表值的概念及种类；荷载分类、荷载代表值的概念及种类； 2. 永久荷载、可变荷载的代表值；永久荷载、可变荷载的代表值； 3. 作用效应、结构抗力的概念；作用效应、结构抗力的概念； 4. 结构的功能及其极限状态的含义。结构的功能及其极限状态的含义。作业布置：作业布置： 预预 习：思考题习：思考题1.4、1.5； 思考题：思考题：1.1 、1.2 。
