1、结构设计的原则和结构设计的原则和方法方法（1）由可变荷载效应控制的组合（G=1.2，Q=1.4（1.3）niiiiimjjjSSSS2kQcLQk1Q1L1Q1kGG=1.2第j个永久荷载作用标准值效应=1.4（1.3）考虑考虑设计设计使用使用年限年限的调的调整系整系数数第1个可变荷载标准值效应=1.4（1.3）第i个可变荷载组合值系数第i个可变荷载标准值效应设计使用年限（年）设计使用年限（年）550100L0.911.1楼面或屋面考虑设计使用年限的调整系数楼面或屋面考虑设计使用年限的调整系数 L1.1.承载力能力极限状态承载力能力极限状态 Ultimate Limit Stateniiiii
2、mjjjSSS1kQcLQ1kGG（2）由永久荷载效应控制的组合（G=1.35，Q=1.4）=1.35第j个永久荷载作用标准值效应=1.4（1.3）考虑考虑设计设计使用使用年限年限的调的调整系整系数数第i个可变荷载组合值系数第i个可变荷载标准值效应例例1已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩标准值如下所示：永久荷载产生的弯矩标准值如下所示：永久荷载产生的弯矩 MG=2.5kNm，上人屋面可变荷载产生的弯矩为上人屋面可变荷载产生的弯矩为MQ=1.5kNm ,风荷风荷载产生的弯矩载产生的弯矩Mw=0.4kNm,雪荷载产生的弯矩为雪荷载产生的弯矩为Ms=
3、0.2kNm。设计使用年限为。设计使用年限为50年。年。其中屋面可变荷载的其中屋面可变荷载的c=0.7;风荷载的风荷载的c=0.6;雪荷载雪荷载的的c=0.7.求在承载能力极限状态下的弯矩设计内力求在承载能力极限状态下的弯矩设计内力值。值。例题例题M1=1.22.5+1.4 1.0 1.5+1.4 0.6 0.4+1.4 0.7 0.2 =5.632kNm M2=1.352.5+1.4 1.0 0.7 1.5+1.4 0.6 0.4+1.4 0.7 0.2=5.377kNm 由于由于M1M2,故而是由可变荷载效应控制的，设计时以故而是由可变荷载效应控制的，设计时以M1作为作用效应作为作用效应S
4、永久荷载效应控制的组合为永久荷载效应控制的组合为可变荷载效应控制的组合为可变荷载效应控制的组合为例题例题32kQcLQk1Q1L1Q11kGG1iiiiijjjSSSM31kQcLQ11kGG2iiiiijjjSSM2 虽然永久荷载产生的弯矩 MG=2.5kNm，超过了可变荷载产生弯矩的总和MQ+Mw+Ms=1.5+0.4+0.2=2.1kNm，但该荷载组合仍旧由可变荷载起控制作用。因此在计算前，判断究竟是由永久荷载效应还是可变荷载效应起控制作用时，不应该不应该凭借永久荷载效应与可变荷载效应何者更大来直接臆断，而应该按照永久荷载效应与可变荷而应该按照永久荷载效应与可变荷载效应分别起控制作用时列
5、式计算荷载效应值，荷载效载效应分别起控制作用时列式计算荷载效应值，荷载效应值较大者对应的组合为起控制作用的组合。应值较大者对应的组合为起控制作用的组合。1 当可变荷载超过一种时，针对由可变荷载起控制作用的组合，通常通常取所给可变荷载效应标准值中最大的那种可变荷载作为第1个可变荷载；由永久荷载起控制作用的组合不存在此问题。例题计算心得：例题计算心得：例例2.已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩标准值如下所示：永久荷载产生的弯矩标准值如下所示：永久荷载产生的弯矩 MG=2.0kNm，不上人屋面可变荷载产生的弯矩为不上人屋面可变荷载产生的弯矩为MQ=1
6、.1kNm ,积积灰荷载产生的弯矩灰荷载产生的弯矩Mw=0.5kNm,雪荷载产生的弯矩为雪荷载产生的弯矩为Ms=0.2kNm。设计使用年限为。设计使用年限为50年。年。其中屋面可变荷载的其中屋面可变荷载的c=0.7 积灰荷载的积灰荷载的c=0.9;雪荷雪荷载的载的c=0.7,求在承载能力极限状态下的弯矩设计内求在承载能力极限状态下的弯矩设计内力值。力值。例题例题M1=1.22.0+1.4 1.0 1.1+1.4 0.9 0.5+1.4 0.7 0.2 =4.766kNm M2=1.352.0+1.4 1.0 0.7 1.2+1.4 0.9 0.5+1.4 0.7 0.2=4.702kNm 由于
7、由于M1M2,故而是由可变荷载效应控制的，设计时以故而是由可变荷载效应控制的，设计时以M1为准。为准。永久荷载效应控制的组合为永久荷载效应控制的组合为可变荷载效应控制的组合为可变荷载效应控制的组合为例题例题GB 50009-2012 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范P19第第5.3.3条指出：条指出：不上人的屋面均布活荷载，可不与雪不上人的屋面均布活荷载，可不与雪荷载和风荷载同时组合。荷载和风荷载同时组合。GB 50009-2012 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范 P21第第5.4.3条指出：条指出：积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时
8、考虑均布活荷载两者中的较大值同时考虑。例题例题例例2.已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩标准值如下所示：永久荷载产生的弯矩标准值如下所示：永久荷载产生的弯矩 MG=2.0kNm，不上人屋面不上人屋面可变荷载产生的弯矩为可变荷载产生的弯矩为MQ=1.1kNm ,积积灰荷载产生的弯矩灰荷载产生的弯矩Mw=0.5kNm,雪荷载产生的弯矩为雪荷载产生的弯矩为Ms=0.2kNm。设计使用年限为。设计使用年限为50年。年。其中屋面可变荷载的其中屋面可变荷载的c=0.7;积灰荷载的积灰荷载的c=0.9;雪荷雪荷载的载的c=0.7。求在承载能力极限状态下的弯矩
9、设计。求在承载能力极限状态下的弯矩设计内力值。内力值。例题例题M1=1.22.0+1.4 1.0 1.1+1.4 0.9 0.5=4.57kNm M2=1.352.0+1.4 1.0 0.7 1.1+1.4 0.9 0.5=4.408kNm 由于由于M1M2,故而是由可变荷载效应控制的，设计时以故而是由可变荷载效应控制的，设计时以M1为准。为准。永久荷载效应控制的组合为永久荷载效应控制的组合为可变荷载效应控制的组合为可变荷载效应控制的组合为例题例题22kQcLQk1Q1L1Q11kGG1iiiiijjjSSSM21kQcLQ11kGG2iiiiijjjSSM例题计算心得：例题计算心得：当出现当
10、出现不上人屋面可变荷载不上人屋面可变荷载时，该荷载时，该荷载通常不与通常不与雪雪荷载同时考虑。计算时以不上人屋面可变荷载标准荷载同时考虑。计算时以不上人屋面可变荷载标准值与雪荷载标准值中较大者代入计算荷载组合效应值与雪荷载标准值中较大者代入计算荷载组合效应。如题目中给出积灰荷载，积灰荷载与不上人屋面。如题目中给出积灰荷载，积灰荷载与不上人屋面可变荷载或雪荷载中的较大者同时考虑。可变荷载或雪荷载中的较大者同时考虑。三三 正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式 按荷载效应的标准组合、频遇组合、准永久组合或标准组合并考虑长期按荷载效应的标准组合、频遇组合、准永久组合或标准组合并考虑长期
11、作用影响，采用下列极限状态设计表达式：作用影响，采用下列极限状态设计表达式：SCS 正常使用极限状态的荷载效应组合值。正常使用极限状态的荷载效应组合值。C 结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度、应力等的结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度、应力等的限值；限值；标准组合标准组合：频遇组合频遇组合：准永久组合准永久组合：kGkQ1kciQik2niSSSSfGkf1Q1kqiQik2niSSSSqGkqiQik1niSSS仅适用于荷载效仅适用于荷载效应为线性的情况应为线性的情况例例3.已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩标准值如下
12、所示：永久荷载产生的弯矩标准值如下所示：永久荷载产生的弯矩 MG=2.5kNm，上人屋面可变荷载产生的弯矩为上人屋面可变荷载产生的弯矩为MQ=1.5kNm ,风荷风荷载产生的弯矩载产生的弯矩Mw=0.4kNm,雪荷载产生的弯矩为雪荷载产生的弯矩为Ms=0.2kNm。设计使用年限为。设计使用年限为50年。年。其中屋面可变荷载的其中屋面可变荷载的c=0.7,f=0.5,q=0.4，风荷载风荷载的的c=0.6,f=0.4,q=0;雪荷载的雪荷载的c=0.7,q=0.6,q=0.2，求正常使用极限状态下标准组合，频遇组合，求正常使用极限状态下标准组合，频遇组合以及准永久组合对应的弯矩内力值。以及准永久
13、组合对应的弯矩内力值。例题例题Mk=2.5+1.5+0.6 0.4+0.7 0.2 =4.38kNm 荷载效应的频遇组合荷载效应的频遇组合荷载效应的标准组合为荷载效应的标准组合为例题例题荷载效应的准永久组合荷载效应的准永久组合Mf=2.5+0.5 1.5+0 0.4+0.2 0.2 =3.29kNm Mq=2.5+0.4 1.5+0 0.4+0.2 0.2 =3.14kNm 32kQc1kQ11kGkiiijjSSSM31kQq11kGqiiijjSSM32kQqk1Q1f11kGfiiijjSSSM例例4.已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩标已知，一屋面板，在各种荷载作用下的跨中弯矩
14、标准值如下所示：永久荷载产生的弯矩准值如下所示：永久荷载产生的弯矩 MG=2.0kNm，上上人屋面可变人屋面可变荷载产生的弯矩为荷载产生的弯矩为MQ=1.1kNm ，重现期，重现期为为100年情况下年情况下雪荷载产生的弯矩标准值为雪荷载产生的弯矩标准值为Ms=0.5kNm。设计使用年限为设计使用年限为100年。年。其中屋面可变荷载的其中屋面可变荷载的c=0.7,f=0.5,q=0.4 雪荷载雪荷载的的c=0.7,f=0.6,q=0.2，求在承载能力极限状态，求在承载能力极限状态下的弯矩设计值内力值。下的弯矩设计值内力值。例题例题M1=1.22.0+1.4 1.1 1.1+1.4 0.7 0.5
15、=4.584kNm M2=1.352.0+1.4 1.1 0.7 1.1+1.4 0.7 0.5=4.376kNm 由于由于M1M2,故而是由可变荷载效应控制的，设计时以故而是由可变荷载效应控制的，设计时以M1为准。为准。永久荷载效应控制的组合为永久荷载效应控制的组合为可变荷载效应控制的组合为可变荷载效应控制的组合为例题例题22kQcLQk1Q1L1Q11kGG1iiiiijjjSSSM21kQcLQ11kGG2iiiiijjjSSM例题计算心得：例题计算心得：如需采用基本组合，应确定结构的设计使用年限是多少，如果为50年，则对楼面或屋面可变荷载取考虑设计使用年考虑设计使用年限的调整限的调整系
16、数 L=1.0，如为5年，则取L=0.9，如为100年，则取L=1.0。注意L的取值目前仅适用于楼面或屋面活荷载；风荷载、雪荷载以及吊车荷载等对应的风荷载、雪荷载以及吊车荷载等对应的L=1.0。例例5：一简支梁，梁跨计算长度为：一简支梁，梁跨计算长度为8m，荷载的标准值：永久，荷载的标准值：永久荷载（包括梁自重）荷载（包括梁自重）gk=1.1kN/m，可变荷载，可变荷载qk=2.5kN/m，结，结构设计使用年限为构设计使用年限为50年，试求简支梁跨中截面的荷载效应设年，试求简支梁跨中截面的荷载效应设计值计值M，标准组合值，标准组合值Mk，频遇值，频遇值Mf以及准永久值以及准永久值Mq。已知。已
17、知频遇值系数为频遇值系数为0.6，准永久值系数，准永久值系数0.5。例题例题 永久永久荷载引起的弯矩标准值：荷载引起的弯矩标准值：Mg=1/8gkl2=1/8 1.1 82=8.8kNm 可变可变荷载引起的弯矩标准值：荷载引起的弯矩标准值：Mq=1/8qkl2=1/8 2.5 82=20kNmM1=1.28.8+1.4 1.0 20 =38.56kNm M2=1.358.8+1.4 1.0 0.7 20=31.48kNm 永久荷载效应控制的组合为永久荷载效应控制的组合为由于由于M1M2,故而是由可变荷载效应控制的，设计时以故而是由可变荷载效应控制的，设计时以M1为准。为准。做法1Mk=8.8+
18、20 =28.8kNm 荷载效应的频遇组合荷载效应的频遇组合荷载效应的标准组合为荷载效应的标准组合为Mf=8.8+0.6 20=20.8kNm 32kQc1kQ11kGkiiijjSSSM32kQqk1Q1f11kGfiiijjSSSM荷载效应的准永久组合荷载效应的准永久组合Mq=8.8+0.5 20=18.8kNm 31kQq11kGqiiijjSSM当题目给出荷载作用标准值时，计算不同荷载组合下的内力当题目给出荷载作用标准值时，计算不同荷载组合下的内力值时有两种方法：值时有两种方法：方法方法1：用力学方法计算内力（荷载作用效应）标准值，再用力学方法计算内力（荷载作用效应）标准值，再计算相关
19、组合下的内力值。计算相关组合下的内力值。方法方法2：先将荷载作用的标准值乘以分项系数（以及组合值：先将荷载作用的标准值乘以分项系数（以及组合值系数），再通过力学分析求出系数），再通过力学分析求出内力（荷载作用效应）设计值内力（荷载作用效应）设计值。例题计算心得：例题计算心得：永久永久荷载设计值：荷载设计值：g=1.2 1.1=1.32kN/m 可变可变荷载设计值：荷载设计值：q=1.4 2.5=3.5kN/m M1=10.56+28=38.56kNm可变荷载效应控制的组合为可变荷载效应控制的组合为M2=11.88+19.6=31.48kNm 永久荷载效应控制的组合为永久荷载效应控制的组合为Mq
20、=1/8ql2=1/8 3.5 82=28kNm 永久荷载设计值：g=1.35 1.1=1.485kN/m 可变荷载设计值：q=1.4 0.7 2.5=2.45kN/m Mg=1/8gl2=1/8 1.485 82=11.88kNmMq=1/8ql2=1/8 2.45 82=19.6kNmMg=1/8gl2=1/8 1.32 82=10.56kNm做法2 例例6：一简支梁，梁跨计算长度为：一简支梁，梁跨计算长度为8m，荷载的标准值：，荷载的标准值：均布永久荷载（包括梁自重）均布永久荷载（包括梁自重）gk=1.1kN/m，跨中永久集，跨中永久集中荷载，中荷载，PG=100kN；可变荷载；可变荷载
21、qk=2.5kN/m，结构设计，结构设计使用年限为使用年限为50年，试求简支梁跨中截面的荷载效应设计年，试求简支梁跨中截面的荷载效应设计值值M。例题例题 永久永久荷载引起的弯矩标准值：荷载引起的弯矩标准值：Mg=1/8gkl2+1/4PGl=1/8 1.1 82+1/4 100 8=208.8kNm 可变可变荷载引起的弯矩标准值：荷载引起的弯矩标准值：Mg=1/8qkl2=1/8 2.5 82=20kNmM1=1.2208.8+1.4 1.0 20 =278.56kNm 可变荷载效应控制的组合为可变荷载效应控制的组合为M2=1.35208.8+1.4 1.0 0.7 20=301.48kNm 永久荷载效应控制的组合为永久荷载效应控制的组合为由于由于M1标标准组合下的荷载效应值准组合下的荷载效应值频遇组合下的荷载效应值频遇组合下的荷载效应值准永久组准永久组合下的荷载效应值。这一点可用于验算计算结果的正确性。合下的荷载效应值。这一点可用于验算计算结果的正确性。课程结束，谢谢听讲！课程结束，谢谢听讲！荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法
