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1、1.2 建筑结构的作用1.2.1作用的种类间接作用间接作用直接作用直接作用(荷载荷载)永久荷载永久荷载可变荷载可变荷载偶然荷载偶然荷载(爆炸、撞击、火灾等爆炸、撞击、火灾等) 温度变化温度变化材料收缩材料收缩地震作用地震作用地基沉降地基沉降屋面可变荷载屋面可变荷载风荷载风荷载吊车荷载吊车荷载楼面均布可变荷载楼面均布可变荷载荷载需了解其形式、大小、作用位置和作用方向 能引起结构效应能引起结构效应的各种原因的各种原因以力的形式施加以力的形式施加在结构上的作用在结构上的作用建筑结构设计建筑结构设计课件课件20102010版版东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作
2、用作用1.2.2荷载代表值1.2.2荷载代表值荷载代表值一、标准值（特征值）一、标准值（特征值）定义：在结构设计基准期内可能出现的最大荷载值。定义：在结构设计基准期内可能出现的最大荷载值。 由于荷载本身的随机性，因而设计基准内的最大荷载也是随机由于荷载本身的随机性，因而设计基准内的最大荷载也是随机变量。变量。统一标准统一标准以设计基准期最大荷载概率分布的某个分位以设计基准期最大荷载概率分布的某个分位值作为该荷载的代表值。值作为该荷载的代表值。永久荷载永久荷载一般取设计基准期内最大荷载概率分布的一般取设计基准期内最大荷载概率分布的0.5分位值，即正态分分位值，即正态分布的平均值。布的平均值。 可
3、变荷载可变荷载设计基准期内最大荷载的概率模型设计基准期内最大荷载的概率模型设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值荷载代表值设计基准期内最大荷载的概率模型设计基准期内最大荷载的概率模型平稳二项随机过程平稳二项随机过程 平稳二项随机过程平稳二项随机过程荷载一次持续施加于结构上的时段长度为荷载一次持续施加于结构上的时段长度为，而在设而在设计基准期计基准期T内可分为内可分为r个个相等的时段相等的时段，=T/r；在每个时段上荷载出现的概率为在每个时段上荷载出现的概率为p，不出现的概率为不出现的概率为q=1-p；不同时段上其概率分布函数相同，这种概率分布称不同时段上其概
4、率分布函数相同，这种概率分布称为任意时点荷载概率分布；为任意时点荷载概率分布；不同时段上的幅值随机变量是相互独立的，且在时不同时段上的幅值随机变量是相互独立的，且在时段上荷载是否出现也相互独立。段上荷载是否出现也相互独立。设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值荷载代表值设计基准期内最大荷载的概率模型设计基准期内最大荷载的概率模型平稳二项随机过程平稳二项随机过程 任意时点概率分布函数任意时点概率分布函数对楼面均布可变荷载、风荷载和雪荷载等均采用对楼面均布可变荷载、风荷载和雪荷载等均采用极值极值型型作为任意作为任意时点随机变量的概率分布模型，时点随机变量的概率分
5、布模型， FQ(x)=exp-exp-(x-) 其中=1.28255/，称为尺度参数；=-0.57722/，称为众值 (1.2.1)极值型分布=1 =2 设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值荷载代表值设计基准期内最大荷载的概率模型设计基准期内最大荷载的概率模型平稳二项随机过程 设计基准期内最大荷载的概率分布函数设计基准期内最大荷载的概率分布函数任意时点概率分布函数 对楼面均布可变荷载、风荷载和雪荷载等均采用极值型作为任意时点随机变量的概率分布模型， FQ(x)=exp-exp-(x-) 其中=1.28255/，称为尺度参数；=-0.57722/，称为众值
6、(1.2.1)两个事件的交两个事件的交最大荷载QT的概率分布任一时段任一时段，Q(t)的概率分布为：的概率分布为：最大荷载最大荷载QT定义为：定义为：荷载荷载值不值不超过超过x荷载出现荷载出现(Q(t)0)且荷载值不超过且荷载值不超过x荷载不出现荷载不出现(Q(t)=0)且荷载值不超过且荷载值不超过x由两个不相容事件组成荷载出现荷载出现荷载值不超过荷载值不超过x 荷载不出现荷载不出现荷载值不超过荷载值不超过x 互不相容事件和的概率等于概率之和事件交的概率等于一个事件的概率与另一个事件条件概率的乘积。p1-p1PQ(t)x=FQi(x)设计基准期内最大荷载设计基准期内最大荷载概率分布：概率分布：
7、它是r个“时段内最大荷载”事件的交；因各时段相互独立，事件交的概率等于各事件概率的乘积；又因假定各时段荷载幅值随机变量的分布函数、荷载出现的概率相同，所以如果p=1，幅值随机变量与荷载是否出现相互独立当当p1时时，如果，如果p1-FQ(x)非常小，根据非常小，根据级级数展开的近似数展开的近似关系：关系：(e-x)r(1-x)r其中m=pr为设计基准期内平均出现次数 有xx设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值荷载代表值设计基准期内最大荷载的概率模型设计基准期内最大荷载的概率模型平稳二项随机过程 设计基准期内最大荷载的概率分布函数设计基准期内最大荷载的概率分布
8、函数（1.2.3)任意时点概率分布函数对楼面均布可变荷载、风荷载和雪荷载等均采用极值型作为任意时点随机变量的概率分布模型， FQ(x)=exp-exp-(x-) 其中=1.28255/，称为尺度参数；=-0.57722/，称为众值 (1.2.1)（1.2.4）两边取对数：两边取对数：两边取指数：两边取指数：设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值荷载代表值设计基准期内最大荷载的概率模型设计基准期内最大荷载的概率模型平稳二项随机过程 设计基准期内最大荷载的概率分布函数（1.2.3)任意时点概率分布函数对楼面均布可变荷载、风荷载和雪荷载等均采用极值型作为任意时点随
9、机变量的概率分布模型， FQ(x)=exp-exp-(x-) 其中=1.28255/，称为尺度参数；=-0.57722/，称为众值 (1.2.1)（1.2.4）设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值荷载代表值二、可变荷载的组合值二、可变荷载的组合值三、可变荷载的频遇值和准永久值三、可变荷载的频遇值和准永久值 定义：使多项可变荷载组合后的荷载效应在设计基准期内的定义：使多项可变荷载组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率与该荷载单独出现时相应的概率一致的荷载值。超越概率与该荷载单独出现时相应的概率一致的荷载值。可变荷载的组合值取标准值乘以组合值系数可变荷载的组
10、合值取标准值乘以组合值系数TQtx1inxt1titn可变荷载超过某一水平可变荷载超过某一水平x有两种衡量方法：有两种衡量方法：当考虑结构的局部损坏或疲劳破坏时，通过当考虑结构的局部损坏或疲劳破坏时，通过vx来确定其频遇值；来确定其频遇值；当考虑结构在使用中引起不舒适感时，通过当考虑结构在使用中引起不舒适感时，通过x来确定其频遇值。来确定其频遇值。nx或vxTx=ti或x=Tx/T设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值荷载代表值二、可变荷载的组合值二、可变荷载的组合值三、可变荷载的频遇值和准永久值三、可变荷载的频遇值和准永久值 定义：使多项可变荷载组合后的荷
11、载效应在设计基准期内的超越概率与该荷载单独出现时相应的概率一致的荷载值。可变荷载的组合值取标准值乘以组合值系数在设计基准期内被超越的总时间达到一半基准期的荷载值定义在设计基准期内被超越的总时间达到一半基准期的荷载值定义为准永久值，相当于经常作用的荷载值；频遇值在设计基准期内为准永久值，相当于经常作用的荷载值；频遇值在设计基准期内被超越的总时间仅占基准期的一小部分，一般取被超越的总时间仅占基准期的一小部分，一般取0.1，相当于时而，相当于时而出现的较大荷载值。出现的较大荷载值。可变荷载的频遇值取标准值乘以频遇值系数可变荷载的频遇值取标准值乘以频遇值系数可变荷载的准永久值取标准值乘以准永久值系数可
12、变荷载的准永久值取标准值乘以准永久值系数设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载楼面可变荷载1.2.3楼面可变荷载可分为持久性可变荷载可分为持久性可变荷载Li和临时性可变荷载和临时性可变荷载Lrs。前者前者p=1，取，取r=5；后者取后者取m=5。对于住宅，调查、对于住宅，调查、统计得到：统计得到：Li=1.28255/Li=0.007205，Lrs=1.28255/Lrs=0.005256；Li=Li-0.57722/Li=305.9，Lrs=Lrs-0.57722/Lrs=245.2 (1.2.5)任意时点任意时点概率分布函数概率分布
13、函数设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载楼面可变荷载LiT=Li+lnr/Li=305.9+ln5138.8=529.3设计基准期内最大持续性可变荷载的概率分布函数设计基准期内最大持续性可变荷载的概率分布函数 临时性可变荷载近似取设计基准期内平均出现次数临时性可变荷载近似取设计基准期内平均出现次数m=5 LrsT=Lrs+lnm/Lrs=245.2+ln5190.3=551.5设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载楼面可变荷载 基准期基准期T T年内最大可变荷载是持久性可变荷载
14、和临时性可变荷载年内最大可变荷载是持久性可变荷载和临时性可变荷载的组合，取其中一个的组合，取其中一个T T年最大值和另一个瞬时值之和年最大值和另一个瞬时值之和，即，即或或可求得两组住宅楼面可变荷载最大值的均值、均方差：可求得两组住宅楼面可变荷载最大值的均值、均方差： LT=LiT+Lrs=609.4+355=964.4 N/m2LT=(2LiT+2Lrs)1/2=(1782+2442)1/2=302.0 N/m2LT=LrsT+Li=661.3+386=1047.3 N/m2LT=(2LrsT+2Li)1/2=(2442+1782)1/2=302.0 N/m2设计通论1.1 绪论1.2.1作用
15、种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载楼面可变荷载不同用途楼面的荷载标准值见附录表。不同用途楼面的荷载标准值见附录表。 原原荷载规范荷载规范住宅楼面可变荷载标准值取住宅楼面可变荷载标准值取Lk=1.5kN/mm2，由上，由上式可求得保证率为式可求得保证率为92.1%；现行现行荷载规范荷载规范取标准值取标准值Lk=2.0kN/mm2，保证率为。保证率为。 取较为不利的一组。假定组合后的住宅楼面可变荷载最大值仍服取较为不利的一组。假定组合后的住宅楼面可变荷载最大值仍服从极值从极值I型分布，则其分布函数型分布，则其分布函数设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用
16、1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载1.2.4风荷载风荷载1.2.4风荷载一、风荷载标准值计算公式一、风荷载标准值计算公式w0基本风压，根据当地空旷平坦地面离地高基本风压，根据当地空旷平坦地面离地高10米米10分钟平分钟平均风速均风速 ，50年一遇最大值年一遇最大值v0 （基本风速）换算而来；（基本风速）换算而来；z风压高度系数；风压高度系数；s风载体形系数；风载体形系数；z风振系数；风振系数；r重现期调整系数。重现期调整系数。(1.2.8)设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载1.2.4风荷载风荷载二、基本风压二、基本风压w0
17、风压由风速换算而成。风速的年极值分布不拒绝极值风压由风速换算而成。风速的年极值分布不拒绝极值I I型分布。型分布。基准期基准期T T年的极值分布为年的极值分布为 基本风速可在基本风速可在T T年的极值分布上取某一分位值。但年的极值分布上取某一分位值。但荷载规范荷载规范是以平均重现期为是以平均重现期为5050年来规定风速的基准值的。年来规定风速的基准值的。 重现期重现期T TT T(x)(x)是指连续两次超过是指连续两次超过x x的时间间隔。若的时间间隔。若T TT T(x)(x)= =n n，则表则表示在连续示在连续n n年中有一年的年中有一年的X Xx x，其它其它n-1n-1年中的年中的X
18、 Xx x。因此因此(1.2.9)平均重现期是随机变量平均重现期是随机变量T TT T(x)(x)的的数学期望，即数学期望，即 根据基本风速可换算成基本风压根据基本风速可换算成基本风压w0 0。当重现期不等于。当重现期不等于T T时乘以修时乘以修正系数正系数u ur r。即每年小于基本风速的保证率为；设计基准期即每年小于基本风速的保证率为；设计基准期50年内小于该年内小于该风速的保证率风速的保证率(0.98)50=36.4% 。风荷载的组合值系数为风荷载的组合值系数为0.6、频遇值系数、频遇值系数.4、准永久值系数、准永久值系数三、风压高度系数三、风压高度系数z z设计通论1.1 绪论1.2.
19、1作用种类1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载1.2.4风荷载风荷载在自由大气中，空气质点作圆周运动时，称为梯度风；在在自由大气中，空气质点作圆周运动时，称为梯度风；在近地面，平均风速随离地面高度的增加而增加，但当到达近地面，平均风速随离地面高度的增加而增加，但当到达一定高度后，风速达到梯度风速，不再受地面粗糙度的影一定高度后，风速达到梯度风速，不再受地面粗糙度的影响。达到梯度风速的高度称为梯度风高度。响。达到梯度风速的高度称为梯度风高度。 1.2 作用作用 在在梯度风高度梯度风高度范围内，范围内，三、风压高度系数三、风压高度系数z 在梯度风高度范围内，任意高度任意高度z z的风速的风速
20、与与H H高度风速的关系为高度风速的关系为为地面粗糙指数，对于为地面粗糙指数，对于A A、B B、C C、D D类，分类，分别为别为0.120.12、0.160.16、0.220.22、0.30.3。(1.2.12) 基本风速是基本风速是B B类地面上空类地面上空10m10m高度处的风速，因而高度处的风速，因而B B类地面任意高类地面任意高度处的风速为度处的风速为(1.2.13)设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载1.2.4风荷载风荷载设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载1.
21、2.4风荷载风荷载同一地区不同粗糙程度地面上空的梯度风速同一地区不同粗糙程度地面上空的梯度风速相同。相同。(1.2.13a)风压与风速的风压与风速的平方成正比平方成正比建筑物表面的实际压力与其形状有关，与建筑物表面的实际压力与其形状有关，与来流风压的比值用来流风压的比值用s表示，见附表表示，见附表A.。四、四、 风载体型系数风载体型系数s由风速换算得到的风压是所谓来流风压。由风速换算得到的风压是所谓来流风压。房屋将对气流形成某种干挠。房屋将对气流形成某种干挠。s为正时代表风压，即靠近表面；为负时代表风吸，即离开表面。为正时代表风压，即靠近表面；为负时代表风吸，即离开表面。风向风向风压垂直于建筑
22、物表面。风压垂直于建筑物表面。设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载1.2.4风荷载风荷载五、五、 顺风向风振系数顺风向风振系数z时间时间风速风速风振系数定义为考虑脉动效应的总风压与静风压风振系数定义为考虑脉动效应的总风压与静风压(平均风压平均风压)之比。之比。近地风速可以分解为长周期分近地风速可以分解为长周期分量和脉动分量。长周期分量的周量和脉动分量。长周期分量的周期长度从几十分钟到几小时，远期长度从几十分钟到几小时，远大于结构自振周期，对结构的作大于结构自振周期，对结构的作用基本上是静力的；脉动分量的用基本上是静力的；脉动分量的周期
23、长度为周期长度为12分钟，对于刚度较分钟，对于刚度较小的高耸结构和高层建筑，脉动小的高耸结构和高层建筑，脉动周期和结构的自振周期在同一个周期和结构的自振周期在同一个量级，不可忽略。量级，不可忽略。所以，规范规定：对于高度大于所以，规范规定：对于高度大于30m且高宽比且高宽比H/B大于大于1.5的房屋的房屋结构，以及自振周期结构，以及自振周期T1大于大于0.25s高耸结构必须考虑脉动效应。高耸结构必须考虑脉动效应。长周期长周期设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载1.2.4风荷载风荷载（1.2.15）脉动增大系数，按附表脉动增大系数，按附
24、表A.A.取用；取用；脉动影响系数，对于均匀结构可按附表脉动影响系数，对于均匀结构可按附表A.A.取用；取用；结构振型系数结构振型系数, ,对于规则结构可取对于规则结构可取z/Hz/H。zH 对于多高层房屋，通常将分布风荷载转对于多高层房屋，通常将分布风荷载转换成作用在每层楼面处的集中风荷载。换成作用在每层楼面处的集中风荷载。设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载1.2.4风荷载1.2.吊车荷载吊车荷载1.2.5吊车荷载工业厂房中常用的吊车有悬挂工业厂房中常用的吊车有悬挂吊车、手动吊车、电动葫芦和桥吊车、手动吊车、电动葫芦和桥式吊车。式
25、吊车。 桥式吊车由大车（称为桥桥式吊车由大车（称为桥架）和小车组成。架）和小车组成。 吊车按在使用期间内总的工作循环次数分成吊车按在使用期间内总的工作循环次数分成10个利用等级；又根据个利用等级；又根据起吊物品达到额定值的频繁程度分为起吊物品达到额定值的频繁程度分为4个载荷状态个载荷状态，分别称为轻级、，分别称为轻级、中级、重级和超重级。根据利用等级和载荷状态，将吊车划分为中级、重级和超重级。根据利用等级和载荷状态，将吊车划分为8个工作级别个工作级别，分别用，分别用A1A8表示，作为吊车的设计依据。表示，作为吊车的设计依据。吊车荷载包括竖向荷载、横向水平荷载和纵向水平荷载。吊车荷载包括竖向荷载
26、、横向水平荷载和纵向水平荷载。 大车行驶方向小车行驶方向一、吊车竖向荷载标准值吊车竖向荷载是由大车轮子、吊车竖向荷载是由大车轮子、以轮压的形式作用在吊车梁上。以轮压的形式作用在吊车梁上。当小车吊有额定起重质量当小车吊有额定起重质量Q开到一侧的极限位置时，该一侧大车开到一侧的极限位置时，该一侧大车的轮压达到最大，称为吊车的最大轮压标准值，用的轮压达到最大，称为吊车的最大轮压标准值，用Pmax,k表示，而另表示，而另一侧的大车轮压用一侧的大车轮压用Pmin,k表示。表示。Pmax,k可直接从吊车的产品目录中查可直接从吊车的产品目录中查得。对于四轮吊车，得。对于四轮吊车，Pmin,k可按下式确定：可
27、按下式确定：形式：移动集中载；位置：吊车梁顶面；方向：铅直向下。形式：移动集中载；位置：吊车梁顶面；方向：铅直向下。(1.2.16)二、吊车横向水平荷载标准值吊车横向水平荷载是当小车吊吊车横向水平荷载是当小车吊有重物刹车时所产生的横向水平有重物刹车时所产生的横向水平惯性力；它是通过小车刹车轮与惯性力；它是通过小车刹车轮与桥架轨道之间的摩擦力传给大车，桥架轨道之间的摩擦力传给大车，再通过大车车轮传给吊车梁再通过大车车轮传给吊车梁每个大车轮子传递的吊车横向水平荷载标准值为每个大车轮子传递的吊车横向水平荷载标准值为横向制动系数横向制动系数;硬钩：0.2形式：移动集中载；位置：吊车梁顶面；方向：水平、
28、垂直轨道形式：移动集中载；位置：吊车梁顶面；方向：水平、垂直轨道设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载1.2.4风荷载1.2.吊车荷载吊车荷载三、吊车纵向水平荷载标准值吊车纵向水平荷载是当大吊车纵向水平荷载是当大车刹车时所产生的纵向水平车刹车时所产生的纵向水平惯性力；它是通过大车刹车惯性力；它是通过大车刹车轮与吊车梁上的轨道之间的轮与吊车梁上的轨道之间的摩擦力传给吊车梁的。摩擦力传给吊车梁的。 按一侧所有制动轮最大轮压之和的按一侧所有制动轮最大轮压之和的10%10%确定：确定：形式：集中载；位置：吊车梁顶面；方向：沿轨道方向。形式：集中载；位置：吊车梁顶面；方向：沿轨道方向。设计通论1.1 绪论1.2.1作用种类1.2 作用作用1.2.2荷载代表值1.2.3楼面可变荷载1.2.4风荷载1.2.吊车荷载吊车荷载四、吊车荷载的其它代表值吊车荷载的组合值、频遇值和准永久值见表吊车荷载的组合值、频遇值和准永久值见表15；与吊车的工；与吊车的工作级别有关。作级别有关。五、吊车荷载的动力系数对悬挂吊车（包括电动葫芦）及工作级别对悬挂吊车（包括电动葫芦）及工作级别A1A5的软钩吊车，的软钩吊车，取取1.05；对工作级别为；对工作级别为A6A8的软钩吊车、硬钩吊车和其它特种的软钩吊车、硬钩吊车和其它特种吊车，吊车，取取1.1。