单元2建筑结构荷载计算.doc

单元2    建筑结构荷载计算

【学习目标】1、具有判别荷载类别的能力
2、能利用《建筑结构荷载规范》求荷载代表值
3、能进行简支梁、单向板楼盖、框架结构的荷载标准值计算
【知识点】荷载的分类及荷载代表值、永久荷载标准值、楼面和屋面活荷载、雪荷载、风荷载、建筑结构荷载标准值计算
【工作任务】任务1  简支梁的荷载标准值计算
任务2  单向板楼盖荷载标准值计算
任务3  框架结构荷载标准值计算
【教学设计】  荷载计算是结构计算的第一步。首先通过荷载计算才能计算出结构构件上的内、力，再逐步进行强度、刚度，稳定性等计算。本单元先对荷载的分类及荷载代表值作一了解，熟悉常见的永久荷载、楼面和屋面活荷载、雪荷载、风荷载的计算、能进行简支梁、单向板楼盖、框架结构的荷载标准值计算
2.1荷载的分类
    建筑结构在使用期间和施工过程中要承受各种“作用”。我们把施加在结构上的集中力或分布力称为直接作用，也称为荷载；把引起结构外加变形或约束变形的原因称为间接作用。
    结构上的荷载，可分为下列三类：
2.1.1永久荷载（恒载）
    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，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。例如，结构自重、土压力、预应力等。
    永久荷载不随时间变化，长期作用在结构上，在结构上的作用位置也不变。
    注:自重是材料自身所受重力产生的荷载（重力）。
2.1.2可变荷载（活载）
    在结构使用期间，其值随时间变化，且变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。例如，楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。
    可变荷载的大小随时间而变，作用位置可变，且像风荷载、吊车荷载等能引起结构振动，使结构产生加速度。
2.1.3偶然荷载
    在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如，爆炸力、撞击力、地震等。
2.2荷载代表值
    《荷载规范》规定：
    对永久荷载应采用标准值作为代表值。
    对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。
    对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。
2.2.1荷载标准值
    它是荷载的基本代表值，指结构在使用期间，在正常情况下可能出现的最大荷载值。
2.2.2可变荷载组合值
    当结构同时承受两种或两种以上的可变荷载时，考虑到所有荷载同时达到其单独出现时可能达到的最大值的概率较小，因此，除主导荷载(产生最大荷载效应的荷载)仍以其标准值为代表值外，对其它伴随荷载可以将它们的标准值乘以一个小于或等于1的荷载组合系数作为代表值，称为可变荷载组合值，即

2.2.3可变荷载频遇值
    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。它相当于在结构上时而或多次出现的较大荷载，但总是小于荷载的标准值。其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载频遇值系数：

2.2.4可变荷载准永久值
    在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准值一半(可以理解为总持续时间不低于25年)的荷载值，可变荷载准永久值是可变荷载中比较呆滞的部分值（例如住宅中较为固定的家具、办公室的设备），它在规定的时间内具有较长的总持续期，也就是经常作用于结构上的可变荷载。它对结构的影响犹如永久荷载。其值等于可变荷载标准值乘以可变荷载准永久值系数：

2.3永久荷载标准值
    永久荷载标准值，对于结构或非承重构件的自重，由于变异性不大，故其标准值可根据结构构件的设计尺寸和材料或结构构件的单位体积（或面积）的自重计算确定。

     例如某矩形截面钢筋混凝土梁，计算跨度为l0=4.5m,截面尺寸b×h=200mm×500mm,求该梁自重标准值。
    梁的自重是沿梁长方向连续、均匀分布的，则梁的自重标准值为gk=0.2×0.5×25=2.5(KN/m)
2.4   楼面和屋面活荷载
2.4.1 民用建筑楼面活荷载
2.4.2 屋面均布活荷载
    屋面上的活荷载因“上人”和“不上人”而不同。上人的屋面承受人群和施工检修等荷载；
不上人的屋面只承受施工检修时施工、检修人员以及堆料等重力。
2.4.3 施工和检修荷载及栏杆水平荷载

     设计屋面板、檩条，钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，施工或检修集中荷载(人和小工具的自重)应取1．0kN，并应在最不利位置处进行验算。
    (1)对于轻型构件或较宽构件，当施工荷载超过上述值时，应按实际情况验算，或采用加垫板、支撑等临时设施承受。
    (2)当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔1．0m取一个集中荷载；在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔2．5～3．0m取一个集中荷载。
    (3)楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶部水平荷载，应按下列规定采用：
      ①住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，应取0．5kN／m；
      ②学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取1．0kN／m。
    当采用荷载准永久组合时，可不考虑施工和检修荷载及栏杆水平荷载。
2.4.4荷载动力系数

     由物理知识可知，当物体作加速运动时，物体除受重力外，还作用着与加速度方向相反的惯性力ma，如以加速度a提升一重物(质量为m)时，重物受到的力为m(g+a)，这就是物体在动力作用下的特征。由于动力作用引起的结构内力和变形比相应静力荷载引起的内力和变 形要大。因此，结构受动力作用时，应将荷载增大，这个增大系数就叫荷载动力系数。
2.5雪荷载

2.6风荷载

2.7建筑结构荷载标准值计算
    荷载计算是结构计算的第一步。首先通过荷载计算才能计算出结构构件上的内力，再逐步进行强度、刚度，稳定性等计算。显然，若第一步算错了，以后各步就无法取得确结果，所以必须慎重，细致地进行荷载计算。
【例2-1】

     某办公楼走廊平板计算跨度=2160mm，现浇混凝土板板厚90mm，水磨石楼面，板底20mm厚混合砂浆抹灰。计算该走廊板恒载标准值和活载标准值。

    【解】（1）永久荷载标准值。
    取走廊长方向lm宽板带为计算单元，根据规范的常用材料自重表，得沿板跨度每延米的均布荷载标准值：
    现浇板的自重：O.09×25×1.0=2.25(kN／m)
    水磨石面层重：O.65×1.0=0.65(kN／m)
    板底20mm厚抹灰重：0.02×17×1.0=0.34(kN／m)
    gk=2.25+0.65+O.34=3.24(kN／m)
    （2）可变荷载标准值。
    查《荷载规范》得办公楼走廊的楼面均布活荷标准值为2．5kN／m2，lm宽板带上沿板跨度方向均匀分布的可变荷载标准值为qk=2.5×1.0=2．5(kN／m)。
【例题2-2】

     某房屋的不上人屋盖，如图2-1所示的钢筋混凝土屋盖。层面从上至下的做法为：两毡三油一砂防水层、20mm厚水泥砂浆找平层、100mm厚加气混凝土块保温层、20～100mm厚水泥石灰焦渣找坡、120mm厚空心板(自重为2．05kN／m2)、，L1梁截面为200×550mm的钢筋混凝土梁。试求屋面粱L1上的恒荷载标准值(包括屋面粱自重) 和活载标准值。
【解】：
1． 永久荷载标准值Gk
(1)作用在板上各层材料的荷载G1
两毡三油一砂防水层         0.35kN／m2
20mm厚水泥砂浆找平层         20×0.02=0.40kN／m2
100mm厚加氧混凝土保温层         6.5×0.1=0.65kN／m2
20～100mm厚水泥石灰焦碴找坡         14×O.06=0.84kN／m2
G1         =2.24kN／m2
（2)屋面板自重G2=2.05kN／m2
(3)屋面梁L1单位长度自重
G3=25×0.2×0.55=2.75kN／m (均布线荷载)
屋面梁负荷宽度为3m故
永久荷载标准值Gk= (G1+G2)×3+G3=(2.24+2.05)×3+2.75=15.62kN／m(均布线荷载)
2．可变荷载标准值Qk
按《荷载规范》不上人屋面均布活荷载为0.7kN／m2，该地区雪荷载为0.4kN／m2，据《荷载规范》规定取两者中较大者，因此屋面梁上均布活载标准为
Qk=O.7×3=2.1kN／m

【实训练习】
1、简支梁的荷载标准值计算
【工学结合】在本校校园房屋内，选取一楼面梁，由学生分成小组，自己观察楼面的构造做法，估测梁的截面尺寸、跨度、梁的间距、板的厚度，计算楼面梁的恒载标准值和活载标准值。
如：计算黄冈职院教学楼某一教室楼面梁（梁支座暂按简支梁考虑）的恒载标准值和活载标准值。现场估测或查施工图纸梁截面尺寸250×500mm、板厚100mm、梁跨度6.9m、梁间距3m，梁板现浇在一起，楼面做法是水磨石楼面、现浇混凝土板，板底20mm厚混合砂浆抹灰。
2、单向板肋梁楼盖荷载标准值计算
对1.1.2.3实训练习2—单向板肋梁楼盖，根据已确定的计算简图。楼面均布活荷载标准值取8kN／m2，分别计算板、次梁、主梁的恒载标准值和活载标准值。

3、框架结构荷载标准值计算
题1、根据1.2.2.3[实训练习]3题1某六层办公楼现浇框架结构，计算其恒载标准值、楼面活荷载标准值、风荷载标准值。

题2、根据1.2.2.3[实训练习]3题2某中学教学楼工程框架结构，计算其恒载标准值、楼面活荷载标准值、风荷载标准值。