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1、第三讲 建筑结构的受力,张普,CH.2 建筑结构设计基本原理,2.1 建筑物结构的荷载,作用（S）（或荷载）,作用效应,施加在结构上的集中力或分布力，称为作用直接作用,引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用,由作用引起的结构或构件的反应,结构抗力（R）,结构或结构构件承受效应的能力,V,M,2.1.1 基本概念,荷载与作用效应,建筑结构的荷载与作用,轴向力N 弯矩M 剪力V 扭矩T 应力（正、剪应力） 应变（线、剪应变）位移,作用的效应（S）,内力,在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。,在结构使用期间，其值随时间
2、变化，或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。,在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其量值很大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。,永久荷载,可变荷载,偶然荷载,2.1.2 荷载分类,按时间变异分类,图例：风压特征,图例：地震与建筑物扭转,按空间变异分类,固定荷载在结构空间位置上具有固定的分布； 可动荷载在结构空间位置一定范围内可以任意分布。,静态荷载对结构不产生动力效应，或小的可以忽略； 动态荷载对结构产生动力效应，且不可以忽略。,按照结构的反应分类,荷载代表值,荷载标准值是指在结构使用期间正常情况下可能出现的
3、最大荷载值,（1）荷载标准值（包括永久荷载、可变荷载标准值）,进行结构设计时，应根据不同的设计要求采用不同的荷载代表值。永久荷载应采用标准值作为代表值，可变荷载应根据设计的不同要求分别采用标准值、组合值、频遇值和准永久值作为代表值。,2.1.3 荷载代表值,当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载）取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。,在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。,作用于结构上时而出现，持续时间较短的较大可变荷载，结构破坏性减缓。,a. 可变荷载组合值,b. 可变荷载准永久值,c. 可变荷载频遇值,可变荷载,（2）可变荷载的组合
4、值、频遇值和准永久值,2.1.3 荷载代表值,荷载标准值的计算,2.2 结构上的荷载,1、恒荷载,2、楼面活荷载,3.雪荷载和屋面均布活荷载,4.风荷载,5.吊车荷载,6.地震荷载,根据自重计算,查规范表,结构上的荷载,民用建筑楼面均布活荷载,3.雪荷载和屋面均布活荷载,结构上的荷载,雪荷载：作用在屋面上的荷载。雪荷载和屋面均布活 荷载设计时仅取两项荷载中的较大值。,屋面均布活荷载：民用建筑分上人、不上人， 工业建筑考虑设备、操作、检修荷载，厂房 考虑积灰荷载，有停机坪还应考虑直升机重。,4.风荷载,结构上的荷载,基本风压是风荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的
5、风速观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再通过风速和风压关系换算而来。 基本风压可从荷载规范附录中查得。 风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取0.6、0.4、0。,（1）基本风压,4.风荷载,结构上的荷载,（2）风荷载（风压）高度变化系数,风速是随距地面的高度增加而增加的，故风压也是随离地面高度增加而增加的。风速随高度的变化规律主要取决于地面的粗糙程度。但当离地面450m以上时，风速即不受地面粗糙程度的影响，风压高度变化系数为常数。 地面粗糙度是指风在到达结构物以前吹越过2km范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状况的等级。规范将地面粗糙度分为A、B、C、D四类
6、。,结构上的荷载,A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区； C类指有密集建筑群的城市市区； D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。,地面粗糙度分类,风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与来流风压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。,4.风荷载,结构上的荷载,（3）风荷载体型系数,4.风荷载,结构上的荷载,（4）风振系数,规范规定，以风振系数z来描述动力反应的影响。规定对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋
7、结构，以及基本自振周期T1大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，应采用风振系数来描述风压脉动的影响，具体计算方法见规范。 对于高度低于30m或高宽比小于1.5的房屋以及自振周期T10.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，取z=1.0。,5.吊车荷载,结构上的荷载,桥式吊车在排架上产生的荷载有竖向荷载Dmax（或Dmin）、横向水平荷载Tmax及吊车纵向水平荷载Te。 A.吊车竖向荷载Dmax（或Dmin） 吊车最大轮压Pmax与最小轮压Pmin 当小车吊有额定最大起重量行驶至大车某一侧端头极限位置时，小车所在一侧的每个大车轮压即为吊车的最大轮压Pmax，同时另外一侧的每个大车轮压即为最小
8、轮压Pmin。,5.吊车荷载,结构上的荷载,吊车竖向荷载Dmax（或Dmin） 当两台吊车满载靠紧并行，其中较大一台吊车的内轮正好运行至计算排架柱的位置时，作用于最大轮压Pmax一侧排架柱上的吊车荷载为最大值Dmax；同时，在另一侧的排架柱上，则由最小轮压Pmin产生的竖向荷载为最小值Dmin。Dmax 或Dmin可根据吊车最不利位置和吊车梁支座反力影响线求得： Dmax=Pmaxyi Dmin=Pminyi,5.吊车荷载,结构上的荷载,B.吊车横向水平荷载Tmax、纵向水平荷载（略） 吊车的横向水平荷载Tmax是当小车沿厂房横向运动时，由于启动或突然制动产生的惯性力。 吊车横向水平荷载作用位
9、置在吊车梁顶面，且同时作用于吊车两侧的排架柱上，方向相同。 吊车的横向水平制动力也是移动荷载，其最不利作用位置与吊车的竖向轮压相同，所以，吊车最大横向水平荷载标准值Tmax，也需根据吊车的最不利位置和吊车梁支座反力影响线确定。,5.吊车荷载,结构上的荷载,2.2 建筑结构构件及其受力状态,建筑结构基本构件,1.板 2.梁 3.柱 4.墙 5.桁架,桁架,压力：N（轴心受压）,建筑结构构件及其受力状态,结构构件的受力状态,拉力N（轴心受拉）,弯曲力：弯矩M,应力的分布图：,中性轴和中性层,上边缘压应力最大，下边缘拉应力最大,矩形截面,剪力V,注意：Fs为横截面的剪力；Iz 为整个横截面对 z 轴的惯性矩；b为所求点对应位置截面的宽度； 为所求点对应位置以外的面积对Z轴的静矩。,(1)t 沿截面高度按二次抛物线规律变化； (2) 同一横截面上的最大切应力tmax在中性轴处( y=0 )； (3)上下边缘处（y=h/2)，切应力为零。,扭转力：扭矩T（略）,建筑结构构件及受力状态,板：受弯、受剪 梁：受弯、受剪、受扭 柱：偏心受压、受剪、受扭 剪力墙：受剪、受弯 桁架：下弦杆轴心受拉、上弦杆轴心受压、腹杆承受轴心拉力或者轴心压力,Thank You !,The End,