【结构设计】重力荷载.pdf

《【结构设计】重力荷载.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【结构设计】重力荷载.pdf（30页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、 第 2 章 重 力 荷 载 教学提示：本章叙述了结构自重、土的自重应力及雪荷载的计算方法，介绍了民用建 筑楼面及屋面活荷载的分布规律，分析了工业厂房吊车荷载的作用特点，给出了桥梁工程 车辆荷载及人群荷载的确定途径。 教学要求：学生应掌握各种重力荷载的取值和计算方法。 地球上一定高度范围内的物体均会受到地球引力的作用而产生重力，该重力导致的荷 载则称为重力荷载，主要包括结构自重、土的自重、雪荷载、车辆重力、屋面和楼面活荷 载等。 2.1 结 构 自 重 结构的自重是由地球引力产生的组合结构的材料重力，一般而言，可以根据结构的材 料种类、材料体积和材料容重计算结构自重(式 2-1)。结构自重一般

2、按照均匀分布的原则计 算，在施工阶段，构件在吊装运输或悬臂施工时引起的结构内力，有可能大于正常设计荷 载产生的内力，因此，在施工阶段演算构件的强度和稳定时，构件重力应乘以适当的动力 系数。 k GV= (2-1) 式中， k G构件的自重(kN)； 构件材料的容重(kN/m3)； V构件的体积，一般按照设计尺寸确定(m3)。 常见材料和构件的容重见建筑结构荷载规范(GB 500092001)附录 A。式(2-1)适 用于一般建筑结构、桥梁结构及地下结构等各构件自重的计算，但要注意土木工程中结构 各构件的材料容重可能不同，计算结构自重时可将结构人为地划分为许多基本构件，然后 叠加即得到结构总自重

3、(式 2-2)。 1 n ii i GV = = (2-2) 式中，G结构总自重(kN)； n组成结构的基本构件数； i 第 i 个基本构件的重度(kN/m3)； Vi第 i 个基本构件的体积(m3)。 在工程的简化设计及施工验算中，为应用方便起见，有时将建筑物看成是一个整体， 将建筑结构自重简化为平均楼面恒载。近似估算为：一般木结构建筑为 2.02.5kN/m2，钢 结构建筑为 2.54.0kN/m2，钢筋混凝土结构建筑为 5.07.5kN/m2。 第 2 章 重力荷载 7 7 2.2 土的自重应力 土是由土颗粒、水和气所组成的三相非连续介质。若把土体简化为连续体，则应用连 续介质力学(例如

4、弹性力学)来研究土中应力的分布。在计算土中应力时，通常将土体视为 均匀连续的弹性介质。假设天然地面是一个无限大的水平面，土体在自重作用下只产生竖 向变形，而无侧向变形和剪切变形，因此在任意竖直面和水平面均无剪应力存在。土中任 意截面都包括土体骨架的面积和孔隙的面积，地基应力计算时只考虑土中某单位面积上的 平均应力。实际上，只有通过颗粒接触点传递的粒间应力才能使土粒彼此挤紧，引起土体 变形。因此粒间应力是影响土体强度的重要因素，粒间应力又被称为有效应力。若土层天 然重度为，在深度 z 处 a-a 水平面(图 2.1(a)，土体因自身重量产生的竖向应力可取该截 面上单位面积的土柱体的重力，即： c

5、z z= (2-3) 可见自重应力cz沿水平面均匀分布，且与 z 成正比，即随深度按直线规律增加，如 图 2.1(b)所示。 (a)任意深度水平截面上的土自重应力 (b)自重应力呈线性增加 图 2.1 均质土中竖向自重应力 一般情况下，地基土由不同重度的土层所组成。如图 2.2 所示，天然地面下深度 z 范围 内各层土的厚度自上而下分别为 h1，h2，hi，hn，则多层土深度 z 处的竖直有效自 重应力的计算公式为： 1 122 1 n cznnii i hhhh = =+= (2-4) 式中，n从天然地面起到深度 z 处的土层数； hi第 i 层土的厚度(m)； i 第 i 层土的天然重度(

6、kN/m3 )；若土层位于地下水位以下，由于受到水的浮力 作用，单位体积中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为土的有效重度 i ，即： ii = (2-5) 为水的重度，一般取值为 10kN/m3，这时计算土的自重应力应取土的有效重度 i 代 荷载与结构设计方法 8 8 替天然重度 i 。 1 1 h 1 122 +hh 1 12233 +hhh 1 1223344 +hhhh 1 2 33 44 天然地面 地下水位面 不透水层面 h1 h2 h3 h4 cz cz 线 图 2.2 成层土中竖向自重应力沿深度分布 地下水位以下，若埋藏有不透水的岩层或不透水的坚硬粘土层，由于不透水层中不存 在

7、水的浮力，所以不透水层界面以下的自重应力应按上覆土层的水土总量计算。在上覆土 层与不透水层界面处自重应力有突变。 2.3 雪 荷 载 2.3.1 基本雪压 1. 基本雪压的取值原则 根据当地气象台(站)观察并收集的每年最大雪压，经统计得出的 50 年一遇的最大雪压 (重现期为 50 年的最大雪压)，即为当地的基本雪压。在确定雪压时，观察并收集雪压的场 地应符合下列要求。 (1) 观察场地周围的地形为空旷平坦。 (2) 积雪的分布保持均匀。 (3) 设计项目地点应在观察场地的范围内，或它们具有相同的地形。 雪压是指单位水平面积上的雪重，决定雪压值大小的是积雪深度与积雪密度，因此年 最大雪压 S(

8、kN/m2)可按下式确定： Sh g= (2-6) 式中，h年最大积雪深度，指从积雪表面到地面的垂直深度(m)。以每年 7 月份至次年 6 月份间的最大积雪深度确定； 积雪密度(t/m3)； g 重力加速度(9.81m/s2)。 由于我国大部分气象台(站)收集的资料是每年最大雪深的数据，缺乏相应的积雪密度 数据，当缺乏同时、同地平行观测到的积雪密度时，均以当地的平均积雪密度取值。考虑 到我国国土幅员辽阔，气候条件差异较大，对不同的地区取用不同的积雪平均密度：东北 第 2 章 重力荷载 9 9 及新疆北部地区取 0.15t/m3；华北及西北地区取 0.13t/m3，其中青海取 0.12t/m3；

9、淮河、秦 岭以南地区一般取 0.15t/m3，其中江西、浙江取 0.2t/m3。 表 2-1 为全国主要大城市的 50 年一遇雪压值。 为了满足实际工程中某些情况下需要的不是重现期为 50 年的雪压数据要求，在建筑 结构荷载规范(GB 500092001)附录 D 中对部分城市给出重现期为 10 年、50 年和 100 年的雪压数据。 已知重现期为 10 年及 100 年的雪压时， 求当重现期为 R 年时的相应雪压值 时可按下式确定： 1010010 ()(ln/ln101) R XXXXR=+ (2-7) 式中， R X重现期为 R 年的雪压值(kN/m2)； 10 X重现期 10 年的雪压

10、值(kN/m2)； 100 X重现期为 100 年的雪压值(kN/m2)。 2. 基本雪压的确定 当城市或建设地点的基本雪压在全国基本雪压分布图中或建筑结构荷载规范 (GB 500092001)附录 D 中没有明确数值时，可通过资料的统计分析确定其基本雪压。 当地有 10 年或 10 年以上的年最大雪压资料时， 可通过资料统计分析确定其基本雪压。 表 2-1 全国主要大城市的 50 年一遇雪压和风压值 风压/(kN/m2) 雪压/(kN/m2) 省 市 名 城 市 名 n=10 n=50 n=100 n=10 n=50 n=100 雪荷载准永久 值系数分区 北京 0.30 0.45 0.50

11、0.25 0.40 0.45 天津 0.30 0.50 0.60 0.25 0.40 0.45 上海 0.40 0.55 0.60 0.10 0.20 0.25 重庆 0.25 0.40 0.45 石家庄 0.25 0.35 0.40 0.20 0.30 0.35 张家口市 0.35 0.55 0.60 0.15 0.25 0.30 承德市 0.30 0.40 0.45 0.20 0.30 0.35 秦皇岛市 0.35 0.45 0.50 0.15 0.25 0.30 河北 唐山市 0.30 0.40 0.45 0.20 0.35 0.40 太原市 0.30 0.40 0.45 0.25 0.

12、35 0.40 大同市 0.35 0.55 0.65 0.15 0.25 0.30 临汾市 0.25 0.40 0.45 0.15 0.25 0.30 山西 运城市 0.30 0.40 0.45 0.15 0.25 0.30 呼和浩特市 0.35 0.55 0.60 0.25 0.40 0.45 包头市 0.35 0.55 0.60 0.15 0.25 0.30 内蒙古 赤峰市 0.30 0.55 0.65 0.20 0.30 0.35 沈阳市 0.40 0.55 0.60 0.30 0.50 0.55 锦州市 0.40 0.60 0.70 0.30 0.40 0.45 鞍山市 0.30 0.

13、50 0.60 0.30 0.40 0.45 辽宁 大连市 0.40 0.65 0.75 0.25 0.40 0.45 荷载与结构设计方法 10 10 续表 风压/(kN/m2) 雪压/(kN/m2) 省 市 名 城 市 名 n=10 n=50 n=100 n=10 n=50 n=100 雪荷载准永久 值系数分区 长春市 0.45 0.65 0.75 0.25 0.35 0.40 四平市 0.40 0.55 0.60 0.20 0.35 0.40 吉林 通化市 0.30 0.50 0.60 0.50 0.80 0.90 哈尔滨市 0.35 0.55 0.65 0.30 0.45 0.50 齐齐

14、哈尔市 0.35 0.45 0.50 0.25 0.40 0.45 黑龙江 佳木斯市 0.40 0.65 0.75 0.45 0.65 0.70 济南市 0.30 0.45 0.50 0.20 0.30 0.35 烟台市 0.40 0.55 0.60 0.30 0.40 0.45 威海市 0.45 0.65 0.75 0.30 0.45 0.50 山东 青岛市 0.45 0.60 0.70 0.15 0.20 0.25 南京市 0.25 0.40 0.45 0.40 0.65 0.75 徐州市 0.25 0.35 0.40 0.25 0.35 0.40 连云港市 0.35 0.55 0.65

15、0.25 0.40 0.45 江苏 吴县东山市 0.30 0.45 0.50 0.25 0.40 0.45 杭州市 0.30 0.45 0.50 0.30 0.45 0.50 宁波市 0.30 0.50 0.60 0.20 0.30 0.35 浙江 温州市 0.35 0.60 0.70 0.25 0.35 0.40 合肥市 0.25 0.35 0.40 0.40 0.60 0.70 蚌埠市 0.25 0.35 0.40 0.30 0.45 0.55 安徽 黄山市 0.25 0.35 0.40 0.30 0.45 0.50 南昌市 0.30 0.45 0.55 0.30 0.45 0.50 赣州

16、市 0.20 0.30 0.35 0.20 0.35 0.40 江西 九江市 0.25 0.35 0.40 0.30 0.40 0.45 福州市 0.40 0.70 0.85 福建 厦门市 0.50 0.80 0.95 西安市 0.25 0.35 0.40 0.20 0.25 0.30 榆林市 0.25 0.40 0.45 0.20 0.25 0.30 延安市 0.25 0.35 0.40 0.15 0.25 0.30 陕西 宝鸡市 0.20 0.35 0.40 0.15 0.20 0.25 兰州市 0.20 0.30 0.35 0.10 0.15 0.20 酒泉市 0.40 0.55 0.6

17、0 0.20 0.30 0.35 甘肃 天水市 0.20 0.35 0.40 0.15 0.20 0.25 银川市 0.40 0.65 0.75 0.15 0.20 0.25 宁夏 中卫 0.30 0.45 0.50 0.05 0.10 0.15 西宁市 0.25 0.35 0.40 0.15 0.20 0.25 青海 格尔木市 0.30 0.40 0.45 0.10 0.20 0.25 第 2 章 重力荷载 11 11 续表 风压/(kN/m2) 雪压/(kN/m2) 省 市 名 城 市 名 n=10 n=50 n=100 n=10 n=50 n=100 雪荷载准永久 值系数分区 乌鲁木齐市

18、 0.40 0.60 0.70 0.60 0.80 0.90 克拉玛依市 0.65 0.90 1.00 0.20 0.30 0.35 吐鲁番市 0.50 0.85 1.00 0.15 0.20 0.25 新疆 库尔勒市 0.30 0.45 0.50 0.15 0.25 0.30 郑州市 0.30 0.45 0.50 0.25 0.40 0.45 洛阳市 0.25 0.40 0.45 0.25 0.35 0.40 开封市 0.30 0.45 0.50 0.20 0.30 0.35 河南 信阳市 0.25 0.35 0.40 0.35 0.55 0.65 武汉市 0.25 0.35 0.40 0.

19、30 0.50 0.60 宜昌市 0.20 0.30 0.35 0.20 0.30 0.35 荆州市 0.20 0.30 0.35 0.25 0.40 0.45 湖北 黄石市 0.25 0.35 0.40 0.25 0.35 0.40 长沙市 0.25 0.35 0.40 0.30 0.45 0.50 衡阳市 0.25 0.40 0.45 0.20 0.35 0.40 湖南 郴州市 0.20 0.30 0.35 0.20 0.30 0.35 广州市 0.30 0.50 0.60 汕头市 0.50 0.80 0.95 广东 深圳市 0.45 0.75 0.90 南宁市 0.25 0.35 0.4

20、0 桂林市 0.20 0.30 0.35 柳州市 0.20 0.30 0.35 广西 北海市 0.45 0.75 0.90 海口市 0.45 0.75 0.90 海南 三亚市 0.50 0.85 1.05 成都市 0.20 0.30 0.35 0.10 0.10 0.15 绵阳市 0.20 0.30 0.35 宜宾市 0.20 0.30 0.35 四川 西昌市 0.20 0.30 0.35 0.20 0.30 0.35 贵阳市 0.20 0.30 0.35 0.10 0.20 0.25 贵州 遵义市 0.20 0.30 0.35 0.10 0.15 0.20 昆明市 0.20 0.30 0.3

21、5 0.20 0.30 0.35 丽江 0.25 0.30 0.35 0.20 0.30 0.35 云南 大理市 0.45 0.65 0.75 拉萨市 0.20 0.30 0.35 0.10 0.15 0.20 西藏 日喀则市 0.20 0.30 0.35 0.10 0.15 0.15 荷载与结构设计方法 12 12 续表 风压/(kN/m2) 雪压/(kN/m2) 省 市 名 城 市 名 n=10 n=50 n=100 n=10 n=50 n=100 雪荷载准永久 值系数分区 台北市 0.40 0.70 0.85 新竹市 0.50 0.80 0.95 台湾 台中市 0.50 0.80 0.9

22、0 香港 0.80 0.90 0.95 香港 横澜岛 0.95 1.25 1.40 澳门 0.75 0.85 0.90 当地的年最大雪压资料不足 10 年， 可通过与有长期资料或有规定基本雪压的附近地区 进行比较分析，确定其基本雪压。 当地没有雪压资料时，可通过对气象和地形条件的分析，并参照全国基本雪压分布图 (附图 1)上的等压线用插入法确定其基本雪压。 山区的基本雪压应通过实际调查后确定，无实测资料时，可按当地空旷平坦地面的基 本雪压值乘以系数 1.2 采用。但对于积雪局部变异特别大的地区，以及高原地形的山区，应 予以专门调查和特殊处理。 对雪荷载敏感的结构，基本雪压适当提高的，并应由有关

23、结构设计规范具体规定。 3. 我国基本雪压的分布特点 (1) 新疆北部是我国突出的雪压高值区。该地区由于冬季受到北冰洋南侵冷湿气流影 响，雪量丰富，且阿尔泰山、天山等山脉对气流有阻滞作用，更有利于降雪。加上温度低， 积雪可以保持整个冬季不融化，新雪覆盖老雪，形成了特大雪压。在阿尔泰山区域雪压值 可达 lkN/m2。 (2) 东北地区由于气旋活动频繁，并有山脉对气流起抬升作用，冬季多降雪天气，同 时气温低，更有利于积雪。因此大兴安岭及长白山区是我国另一个雪压高值区。黑龙江北 部和吉林东部地区，雪压值可达 0.7kN/m2以上。而吉林西部和辽宁北部地区，地处大兴安 岭的东南背风坡，气流有下沉作用，

24、不易降雪，雪压值仅为 0.2kN/m2左右。 (3) 长江中下游及淮河流域是我国稍南地区的一个雪压高值区。该地区冬季积雪情况 很不稳定，有些年份一冬无积雪，而有些年份遇到寒潮南下，冷暖气流僵持，即降大雪， 积雪很深，还带来雪灾。1955 年元旦，江淮一带普降大雪，合肥雪深达 40cm，南京雪深 达 51cm。1961 年元旦，浙江中部遭遇大雪，东阳雪深达 55cm，金华雪深达 45cm。江西 北部以及湖南一些地区也曾出现过 4050cm 以上的雪深。因此，这些地区不少地点的雪 压为 0.400.50kN/m2。但积雪期较短，短则一两天，长则十来天。 (4) 川西、滇北山区的雪压也较高。该地区海

25、拔高，气温低，湿度大，降雪较多而不 易融化。但该地区的河谷内，由于落差大，高度相对较低，气温相对较高，积雪不多。 (5) 华北及西北大部地区，冬季温度虽低，但空气干燥。水汽不足，降雪量较少，雪 压一般为 0.20.3kN/m2。西北干旱地区，雪压在 0.2kN/m2以下。该区内的燕山、太行山、 祁连山等山脉，因有地形影响，降雪稍多，雪压可达 0.3kN/m2以上。 (6) 南岭、武夷山脉以南，冬季气温高，很少降雪，基本无积雪。 第 2 章 重力荷载 13 13 2.3.2 雪荷载标准值、组合值系数、频遇值系数及准永久值系数 1. 雪荷载标准值 屋面水平投影面上的雪荷载标准值应按下式计算： 0k

26、r ss= (2-8) 式中， k s雪荷载标准值(kN/m2)； r 屋面积雪分布系数； 0 s基本雪压(kN/m2)。 2. 雪荷载的组合值系数、频遇值系数及准永久值系数 雪荷载的组合值系数可取 0.7；雪荷载的频遇值系数可取 0.6；雪荷载的准永久值系数 应按分区图(附图 2)中的、和的分区，分别取 0.5、0.2、0；对部分城市的准永久系 数分区也可按建筑结构荷载规范(GB 500092001)附录 D 的规定查出。 2.3.3 屋面积雪分布系数 基本雪压是针对平坦的地面上积雪荷载定义的，屋面的雪荷载由于多种因素的影响， 往往与地面雪荷载不同。造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因有：屋

27、面形式、朝向、 屋面散热及风力等。 1. 风对屋面积雪的影响 下雪过程中，风会把部分将要飘落或者已经飘积在屋面上的雪吹积到附近地面或邻近 较低的物体上，这种影响称为风对雪的飘积作用。当风速较大或房屋处于暴风位置时，部 分已经积在屋面上的雪会被风吹走， 从而导致平屋面或小坡度(坡度小于 10 )屋面上的雪压 一般比邻近地面上的雪压小。如果用平屋面上的雪压值与地面上的雪压值之比 e 来衡量风 的飘积作用大小，则 e 值的大小与房屋的暴风情况及风速的大小有关，风速越大， e 越小 (小于 1)。加拿大的研究表明，对避风较好的房屋 e 取 0.9；对周围无挡风障碍物的房屋 e 取 0.6；对完全暴风的

28、房屋 e 取 0.3。 对于高低跨屋面或带天窗屋面，由于风对雪的飘积作用，会将较高屋面上的雪吹落在 较低屋面上，在低屋面处形成局部较大飘积雪荷载。有时这种积雪非常严重，最大可出现 3 倍于地面积雪的情况。低屋面上这种飘积雪大小及其分布情况与高低屋面上的高差有关。 由于高低跨屋面交接处存在风涡作用，积雪多按曲线分布堆积(图 2.3)。 对于多跨屋面，屋谷附近区域的积雪比屋脊区大，其原因之一是风作用下的雪飘积， 屋脊处的部分积雪被风吹落到屋谷附近，飘积雪在天沟处堆积较厚(图 2.4)。 图 2.3 高低跨屋面飘积雪分布 图 2.4 多跨屋面积雪分布 荷载与结构设计方法 14 14 2. 屋面坡度对

29、积雪的影响 屋面雪荷载分布与屋面坡度密切相关，一般随坡度的增加而减小，主要原因是风的作 用和雪滑移所致。 当屋面坡度大到某一角度时，积雪就会在屋面上产生滑移或滑落，坡度越大，滑移的 雪越多。屋面表面的光滑程度对雪滑移的影响也较大，对于类似铁皮、石板屋面这样的滑 移表明，滑移更易发生，往往是屋面积雪全部滑落。双坡屋面向阳一侧受太阳照射，加之 屋内散发的热量，易于使紧贴屋面的积雪融化形成润滑层，导致摩擦力减小，该侧积雪可 能滑落，可能出现一坡有雪而另一坡无雪的不平衡雪荷载情况。 雪滑移若发生在高低跨屋面或带天窗屋面， 滑落的雪堆积在与高屋面邻接的低屋面上， 这种堆积可能出现很大的局部堆积雪荷载，结

30、构设计时应加以考虑。 当风吹过双坡屋面时，迎风面因“爬坡风”效应风速增大，吹走部分积雪。坡度越陡 这种效应越明显。而背风面风速降低，迎风面吹来的雪往往在背风一侧屋面上飘积，引起 屋面不平衡雪荷载，结构设计时均应加以考虑。 因此， 建筑结构荷载规范(GB 500092001)规定对不同类别的屋面，其屋面积雪分 布系数 r (屋面荷载与地面荷载之比)按表 2-2 采用。 表 2-2 屋面积雪分布系数 项 次 类 别 屋面形式及积雪分布系数 项 次 类 别 屋面形式及积雪分布系数 1 单跨 单坡 屋面 4 带天窗 的屋面 均匀分布的情况 不均匀分布的情况 2 单跨 双坡 屋面 均匀分布的情况 不均匀

31、分布的情 况 0.76 e r 按第 1 项规定采用 5 带窗有 挡风板 的屋面 均匀分布的情况 不均匀分布的情况 3 拱形 屋面 6 多跨单 坡屋面 (锯齿形 屋面) 均匀分布的情况 不均匀分布的 情况 第 2 章 重力荷载 15 15 续表 项 次 类 别 屋面形式及积雪分布系数 项 次 类 别 屋面形式及积雪分布系数 7 双跨 双坡 或拱 形屋 面 均匀分布的情况 不均匀分布的情况 r 按第 1 或第 3 项规定采用 8 高低 屋面 a=2h，但不小于4m，不大于8m 注： 第 2 项单跨双坡屋面仅当 2030时，可采用不均匀分布情况。 第 4、5 项只适用于坡度25的一般工业厂房屋面。

32、 第 7 项双跨双坡或拱形屋面，当25或 f/l0.1 时，只采用均匀分布情况。 多跨屋面的积雪分布系数，可参照第 7 项的规定采用。 建筑结构设计考虑积雪分布的原则：屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采 用；屋架或拱、壳可分别按积雪全跨均匀分布情况、不均匀分布情况和半跨的均匀分布的 情况采用；框架和柱可按积雪全跨均匀分布情况采用。 2.4 车 辆 荷 载 2.4.1 公路桥梁车辆荷载 桥梁上行驶的车辆荷载种类繁多，有汽车、平板挂车、履带车等，同一类车辆又有许 多不同的型号和载重等级。设计时不可能对每种情况都进行计算，而是在设计中采用统一 的荷载标准。通过对实际车辆的轮轴数目、前后轴间距

33、、轴重力等情况的统计分析，又考 虑到随着交通运输事业的发展，车辆的载重量还将不断增大，交通部在其颁布的公路桥 涵设计通用规范(JTJ 0211989)中规定了桥涵设计车辆重力标准化荷载，标准中把经常、 大量出现的汽车荷载排列成车队形式，作为设计荷载；把偶然、个别出现的平板挂车或履 带车作为验算荷载。 汽车车队分为汽车-10 级、汽车-15 级、汽车-20 级和汽车-超 20 级 4 个等级，汽车车 队的纵向排列如图 2.5 所示。每级车队中有一辆是重车，其前后都是主车，主车数量不限， 图中所示荷载为轴重。在设计 3 车道或 4 车道桥涵时，考虑到 3 行车队和 4 行车队单向并 行通过的概率较

34、小，计算荷载时可分别折减 20%和 30%，但折减后不得小于两行车队布载 的计算结果。 平板挂车和履带车荷载分为挂车-80，挂车-100、挂车-120 和履带-50 四种。用验算荷 载进行验算时，对于履带车，沿桥纵向可考虑多辆行驶，但两车净距不得小于 50m；对于 平板挂车，全桥均以通过一辆计算。 车辆标准荷载的等级，应根据桥梁所在公路的等级、使用任务、性质和将来的发展等 具体情况确定，一般可参照表 2-3 选用。 荷载与结构设计方法 16 16 图 2.5 各级汽车车队的纵向排列(轴重力单位：kN；距离单位：m) 表 2-3 车辆荷载等级选用表 汽车专用公路 一般公路 公路等级 高速公路 一

35、 二 二 三 四 计算荷载 汽车-超 20 级 汽车-超 20 级 汽车-20 级 汽车-20 级 汽车-20 级 汽车-20 级 汽车-10 级 验算荷载 挂车-120 挂车-120 挂车-100 挂车-100 挂车-100 挂车-100 履带-50 注： 一条公路上的桥涵，一般采用同一设计荷载和验算荷载。 当改建三级干线公路时，对原有桥涵达到汽车-15 级、挂车-80 荷载标准的可适当利用。 在有集装箱运输的一级公路，应采用汽车-超 20 级、挂车-120 的车辆荷载。 桥面行车道净宽 4.5m 的桥涵，其平板挂车不作具体规定，设计时可按实际情况自行确定。 临时性桥涵的车辆荷载可自行确定。

36、 2.4.2 城市桥梁汽车荷载 我国城市桥梁的荷载设计，长期以来都是按照现行公路桥梁荷载标准进行设计的，由 于公路桥梁的汽车荷载布载方式是沿用原苏联的桥梁荷载模式，计重点工程程序繁琐，而 且与我国现代城市机动车辆的动态分布规律也不尽相符，为使桥梁荷载标准更符合我国城 市市政建设的实际情况，达到与国际桥梁荷载标准设计水平相接轨的目的，我国建设部 1998 年制定了城市桥梁设计荷载标准(CJJ 771998)，该标准适用于城市内新建、改 建的永久性桥梁与涵洞、高架道路及承受机动车的结构物的荷载设计。标准中采用两级荷 载标准，即城-A 级、城-B 级。城-A 级汽车荷载适用于快速路及主干路，城-B

37、级汽车荷 第 2 章 重力荷载 17 17 载适用于次干路及支路。 在城市桥梁设计中汽车荷载可分为车辆荷载和车道荷载两种形式。 城-A 级车辆采用五 轴式货车加载，总轴重 700kN，前后轴距为 18.0m，行车限界横向宽度为 3.0m(图 2.6)；城 -B 级车辆采用三轴式货车加载，总轴重 300kN，前后轴距为 4.8m，行车限界横向宽度 为 3.0m(图 2.7)。城-A 级与城-B 级标准载重汽车的横断面尺寸相同，其横桥向布置应符合 图 2.8 的规定。 城-A 级和城-B 级车道荷载应按均布荷载加一个集中荷载计算(图 2.9(a)，在求弯矩和 剪力时，分别施加不同的均布荷载 M q

38、和 Q q。均布荷载和集中荷载的标准值随荷载等级和 桥梁跨径而异，可按表 2-4 取值。车道荷载单向布载宽度为 3.0m(图 2.9(b)，为了简化桥梁 横向影响线计算， 车道荷载可按图 2.9(c)所示的等效荷载车轮集中力形式布置。 当设计车道 数目大于 2 时，应计入车道的横向折减系数，车道数目为 3 时，折减系数为 0.80；车道数 目为 4 时，折减系数为 0.67；车道数目为 5 时，折减系数为 0.60；车道数目大于等于 6 时， 折减系数为 0.55。加载车道位置应选在结构能产生最不利荷载效应处。 图 2.6 城-A 级标准车辆纵、平面布置 图 2.7 城-B 级标准车队纵、平面

39、布置 图 2.8 车辆荷载横桥向布置 图 2.9 车道荷载布置图 荷载与结构设计方法 18 18 表 2-4 车道荷载的均布荷载和集中荷载标准值 荷载等级 城-A 级 城-B 级 荷载标准值 (kN/m) M q (kN/m) Q q kN Qm P (kN/m) M q (kN/m) Q q kNP 跨径 2l20/m 22.5 37.5 140 19.0 25.0 130 跨径 20l150/m 10.0 15.0 300 9.5 11.0 160 注：在计算剪力时，当跨径大于 20m 小于等于 150m，且车道数等于或大于 4 条时，城-A 级、城-B 级车道荷载应分别乘以 1.25、1

40、.30 的增长系数。 2.5 人 群 荷 载 2.5.1 公路桥梁人群荷载 设有人行道的公路桥梁，采用汽车荷载进行计算时，应同时计入人行道上的人群荷载； 而在采用验算荷载进行计算时，则不计入人群荷载。人群荷载一般取值为 3kN/m2；城市郊 区行人密集地区取值为 3.5kN/m2，也可根据实际情况或参照所在地区城市桥梁设计的规定 确定。当公路桥梁上的人行道板为钢筋混凝土板时，还应以 1.2kN 的竖向集中力作用在一 块板上进行计算。计算栏杆时，作用在栏杆立柱顶上的水平推力一般取值为 0.75kN/m；作 用在栏杆扶手上的竖向力一般取值为 l.0kN/m。 2.5.2 城市桥梁人群荷载 我国城市

41、人口密集，人行交通繁忙，城市桥梁人群荷载的取值较公路桥梁规定的要大。 对于人行道板的人群荷载应按 5kN/m2的均布荷载或 1.5kN 的竖向集中荷载分别计算， 并作 用在一块构件上，取其受力不利者。对于梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷载，需根 据加载长度及人行道宽来确定，可按下列公式计算，且人群荷载在任何情况下不得小于 2.4kN/m2。 当加载长度l2.2 l0，bcxl0时： b= bcy (2-22) 式中，l0板的跨度； bcx局部荷载作用面平行于板跨的计算宽度，bcx= btx+2s+h； bcy局部荷载作用面垂直于板跨的计算宽度，bcy= bty+2s+h； btx局部荷载作用

42、面平行于板跨的宽度； bty局部荷载作用面垂直于板跨的宽度； s垫层厚度； h板的厚度。 图 2.11 简支板上局部荷载的有效分布宽度 对于不同用途的工业厂房，板、次梁和主梁的等效均布荷载的比值没有共同的规律， 难以给出统一的折减系数。因此， 建筑结构荷载规范(GB 500092001)对板、次梁和主 梁分别列出了等效均布荷载的标准值，对于多层厂房的柱、墙和基础不考虑按楼层数的折 减。不同用途的工业建筑，其工艺设备的动力性质不尽相同，一般情况下， 建筑结构荷载 规范 (GB 500092001)所给的各类车间楼面活荷载取值中已考虑动力系数 1.051.10， 对 特殊的专用设备和机器可提高到

43、1.201.30。 【例 2.2】 某工业建筑的楼面板，在使用过程中最不利情况的设备位置如图 2.12 所示，设 备重 8kN，设备平面尺寸为 0.5m1m，设备下有混凝土垫层厚 0.1m，使用过程中设备产 生的动力系数为 1.1，楼面板为现浇钢筋混凝土单向连续板，其厚度为 0.1m，无设备区域 的操作荷载为 2.0kN/m2，求此情况下等效楼面均布活荷载标准值。 解：(1) 局部荷载的有效分布宽度。 板的计算跨度 0 3 c ll=m。 设备荷载作用面平行于板跨的计算宽度为： 20.520.10.10.8m cxtx bbsh=+=+= 设备荷载作用面垂直于板跨的计算宽度为： 2120.10

44、.11.3m cyty bbsh=+= += 符合 cxcy bb(即0.8m1.3m)； 0 2.2 cy bl(即1.3m2.236.6m=)； 荷载与结构设计方法 30 30 0cx bl(即0.8m3m)条件。 故设备荷载在板上的有效分布宽度为： 0 22 0.731.30.73 33.06m 33 cy bbl=+=+= (2) 等效楼面均布活荷载标准值。 按简支单跨板计算作用在板上的荷载。 无设备区域的操作荷载在板的有效分布宽度内产生的沿板跨均布线荷载为： 1 23.066.12kN/mq = 设备荷载乘以动力系数扣除设备在板跨内所占面积上的操作荷载后产生的沿板跨均布 线荷载为：

45、2 (8 1.120.5 1)/0.89.75kN/mq = 板的最大弯矩为： 2 max 110.8 6.1239.750.83(2)11.96kN m 883 M=+ = 等效楼面均布活荷载标准值为： 2max 22 0 88 11.96 3.47kN/m 3.063 e M q bl = 图 2.12 例 2.2 最不利情况设备位置 2.7.4 屋面活荷载和屋面积灰荷载 1. 屋面均布活荷载 房屋建筑的屋面可分为上人屋面和不上人屋面，当屋面为平屋面，并有楼梯直达屋面 时，有可能出现人群的聚集，按上人屋面考虑屋面均布活荷载；当屋面为斜屋面或设有上 人孔的平屋面时，仅考虑施工或维修荷载，按不

46、上人屋面考虑屋面均布活荷载。屋面由于 环境的需要有时还设有屋顶花园，屋顶花园除承重构件、防水构造等材料外，尚应考虑花 池砌筑、卵石滤水层、花圃土壤等重量。 工业及民用房屋的屋面，其水平投影面上屋面均布活荷载标准值、组合值系数、频遇 值系数及准永久值系数按表 2-11 采用。 第 2 章 重力荷载 31 31 表 2-11 屋面均布活荷载 项 次 类 别 标准值/(kN/m2) 组合值系数 c 频遇值系数 f 准永久值系数q l 不上人的屋面 0.5 0.7 0.5 0.0 2 上人的屋面 2.0 0.7 0.5 0.4 3 屋顶花园 3.0 0.7 0.6 0.5 注： 不上人的屋面，当施工或

47、维修荷载较大时，应按实际情况采用；对不同结构应按有关设计规 范的规定，将标准值作 0.2kN/m2的增减。 上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用。 对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加以防止；必要时，应按积 水的可能深度确定屋面活荷载。 屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。 设计时注意屋面活荷载不应与雪荷载同时考虑，此外该活荷载是屋面的水平投影面上 的荷载。由于我国大多数地区的雪荷载标准值小于屋面均布活荷载标准值，因此在屋面结 构和构件计算时，往往是屋面均布活荷载对设计起控制作用。 高档宾馆、大型医院等建筑的屋面有时还设有直升机停机坪，直升机总重引起的局部 荷载可按直升机的实际最大起飞重量并考虑动力系数确定， 同时其等效均布荷载不低于 5.0kN/m2。当没有机型技术资料时，一般可依据轻、中、重 3 种类型的不同要求，按 表 2-12 规定选用局部荷载标准值及作用面积。 表 2-12 直升机的局部荷载及作用面积 类 型 最大起飞重量/t 局部荷载标准值/kN 作用面积/m2 轻型 2 20 0.200.20 中型 4 40 0.250.25 重型 6 60 0.300.30 注：荷载的组合值系数应取 0.7，频遇值系数应取 0.6，准永久值系数应取 0。 2. 屋面积灰荷载 (1) 机械、冶金、水泥等行业在生产过程中有大量排灰产生