工程结构荷载与作用
《工程荷载与可靠度设计原理》课后思考题及复习详解
《工程荷载与可靠度设计原理》---课后思考题解答1 荷载与作用1.1 什么是施加于工程结构上的作用？荷载与作用有什么区别？结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称，包括直接作用和间接作用。
引起结构产生作用效应的原因有两种，一种是施加于结构上的集中力和分布力，例如结构自重，楼面的人群、家具、设备，作用于桥面的车辆、人群，施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等，它们都是直接施加于结构，称为直接作用。
另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形，例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应，温度变化引起结构约束变形产生的内力效应，由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。
它们都是间接作用于结构，称为间接作用。
“荷载”仅指施加于结构上的直接作用；而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。
1.2 结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类？结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用；按空间位置变异可分为固定作用和自由作用；按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。
1.3 什么是荷载的代表值？它们是如何确定的？荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值，工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值：标准值，组合值，频遇值和准永久值。
荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值，其中荷载标准值是荷载的基本代表值，其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。
2 重力2.1 成层土的自重应力如何确定？地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力，对于均匀土自重应力与深度成正比，对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。
2.2 土压力有哪几种类别？土压力的大小及分布与哪些因素有关？根据挡土墙的移动情况和墙后土体所处应力状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类别。
土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关。
2.1_结构上的荷载
准永久值 系数 ψq
0.5
0.7
0.5
0
2.0
0.7
0.5
0.4
3.0
0.7
0.6
0.5
注：1 不上人的屋面,当施工或维修荷载较大时,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。
2 上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用。 3 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。
4 屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。
屋面活荷载
一般 上人屋面的活载标准值2.0kN/m2 不上人屋面的活载标准值0.5kN/m2 屋顶花园3.0kN/m2 （不包括池墙）
屋面活荷载不应于雪荷载同时考虑，取其较大者 屋面活荷载标准值与是否上人、屋面的结构形式有关；与面
风速 物体的形状
风流动模式的改变
力或风荷载
（二）可变荷载（活载）
2. 风荷载
作用在建筑物表面单位面积上的风荷载标准值wk：
wk z s z w0 (kN / m2 )
式中： w0——基本风压值，单位kN/m2 μz ——风压高度变化系数 μs ——风载体型系数 βz ——高度处的风震系数
使用荷载——直接、可变荷载
施工安装——直接、可变荷载
施工荷载——直接、可变荷载
钢材焊接——间接、永久荷载
气象
动力
雪荷载——直接、可变荷载
振动荷载——直接、可变荷载
风荷载——直接、可变荷载
冲击荷载——直接、可变荷载
冰荷载——直接、可变荷载
车辆荷载——直接、可变荷载
建筑结构的荷载和强度分析
建筑结构的荷载和强度分析对于建筑结构设计而言，荷载和强度分析是至关重要的步骤。
荷载是指作用在建筑物上的力或重量，而强度是指结构材料抵御这些荷载的能力。
准确的荷载和强度分析可以确保建筑结构的安全性和可靠性。
本文将介绍建筑结构荷载和强度分析的基本概念以及常用的分析方法。
一、荷载分析荷载分析是建筑结构设计的重要环节。
在荷载分析中，设计师需要考虑到建筑物所承受的各种荷载类型，包括恒载、可变载和临时荷载等。
恒载是指建筑物自身的重量，如屋面、墙体以及楼板的荷载。
可变载包括使用荷载和雪载等，这些荷载会根据建筑物的用途和地理环境而变化。
临时荷载则是一些短期内作用在建筑物上的荷载，如装修材料的重量等。
荷载分析中的一个重要概念是设计荷载。
设计荷载是根据建筑物的用途和所处地区的规范要求确定的，其目的是确保建筑物的安全性。
设计师需要根据规范要求确定设计荷载，并结合具体的建筑结构形式进行分析计算。
在荷载分析中，设计师可以使用各种工程软件进行模拟计算。
这些软件可以提供荷载分析结果，并根据计算结果进行结构设计的优化。
二、强度分析强度分析是建筑结构设计中的另一个重要环节。
在强度分析中，设计师需要考虑结构材料的强度参数以及荷载对结构的影响。
结构材料的强度参数包括抗弯强度、抗拉强度、抗压强度等。
这些参数需要根据实验或理论计算得出，并在强度分析中使用。
设计师可以根据荷载大小和结构形式，计算结构材料的强度是否满足荷载的要求。
强度分析中的一个重要方法是有限元分析。
有限元分析是一种数值计算方法，可以将结构分割成有限个小元素，从而快速计算结构的应力和变形状态。
有限元分析可以帮助设计师判断结构的强度是否满足要求，并进行结构设计的调整和改进。
除了强度分析，设计师还需要考虑结构的稳定性。
结构的稳定性指的是在荷载作用下结构是否发生失稳或破坏。
设计师可以通过分析结构的稳定性来确保结构在不同荷载作用下保持稳定。
三、分析方法在建筑结构的荷载和强度分析中，设计师可采用不同的分析方法进行计算和评估。
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记第一章：荷载类型1.1 荷载与作用荷载是指作用在结构上的各种力，它们可以导致结构的变形、位移或破坏。
荷载通常分为两类：直接作用和间接作用。
1. 直接作用：指直接施加在结构上的力，如人的重量、家具、车辆等。
这些力可以直接作用在结构的某个部分，导致该部分产生应力、应变和变形。
2. 间接作用：指不是直接施加在结构上的力，但会通过结构的一部分传递到另一部分，如温度变化、地震等。
这些力不会直接导致结构产生应力，但会通过结构的变形和位移产生影响。
1.2 作用的分类荷载作用可以分为以下几类：1. 恒载：指在结构使用过程中始终存在的荷载，如结构自重、固定设备等。
恒载的大小和作用点一般不会发生变化。
2. 活载：指在结构使用过程中可能变化的荷载，如人的活动、车辆的行驶等。
活载的大小和作用点可能会随着时间发生变化。
3.偶然荷载：指在结构使用过程中可能发生，但发生概率较小的荷载，如意外事故、爆炸等。
偶然荷载的大小和作用点通常难以预测。
4.地震作用：指地震时地面的震动对结构产生的影响。
地震作用是一种特殊的偶然荷载，其大小和作用点取决于地震的强度和震中距离。
5.风荷载：指风对结构产生的影响。
风荷载的大小和作用点取决于风速、风向和地形等因素。
6.温度作用：指温度变化对结构产生的影响。
温度作用可能导致结构产生膨胀或收缩，从而产生应力、应变和变形。
7.变形作用：指由于地基沉降、结构老化等原因导致结构产生的变形。
变形作用可能会导致结构的应力、应变和位移发生变化。
8.爆炸作用：指由于爆炸事故对结构产生的影响。
爆炸作用通常会导致结构产生局部破坏或整体破坏。
9.浮力作用：指由于水的浮力对结构产生的影响。
浮力作用通常发生在水下结构或浮体结构中。
10.制动力、牵引力与冲击力：指由于车辆行驶、机械运动等原因对结构产生的影响。
这些力可能会导致结构产生振动、噪声和疲劳损伤。
11.预加力：指在施工过程中预先施加在结构上的力，如预应力混凝土结构中的预应力钢筋。
荷载值的定义及应用
荷载值的定义及应用荷载值是指结构物或工程设备所承受的外部荷载的大小或数量。
在工程设计中，荷载值是根据实际工况和设计要求确定的，对于不同类型的结构体，荷载值的定义和应用也有所不同。
以下将从结构工程和机械工程的角度分别介绍荷载值的定义和应用。
一、结构工程中的荷载值1.定义：在结构工程中，荷载值是指建筑物、桥梁、隧道等结构承受的各种外部力的大小或数量。
这些外部力包括静力荷载和动力荷载。
静力荷载主要有永久荷载、变动荷载和零散荷载，如自重、人员、家具、设备等。
动力荷载主要有风荷载、地震荷载和水荷载等。
2.应用：荷载值的应用是为了确保工程结构的安全性和稳定性。
在设计结构物时，根据结构的特点和使用要求，计算各种荷载的作用大小，并在结构的各个部分合理分配荷载，以保证结构物的正常运行和使用。
具体应用包括：（1）设计建筑物的主体结构时，需要考虑永久荷载，如自重、固定设备等。
（2）在设计桥梁时，需要考虑交通荷载、风荷载、雪荷载等。
（3）在设计隧道时，需要考虑土压力、地震荷载等。
（4）在设计钢结构时，需要考虑活荷载、零散荷载等。
（5）在设计混凝土结构时，需要考虑水平荷载、温度荷载等。
二、机械工程中的荷载值1.定义：在机械工程中，荷载值是指机械设备所承受的力或力矩的大小或数量。
机械设备的荷载主要包括静荷载和动荷载。
静荷载包括固定荷载和移动荷载，如设备本身的重量、支撑件的重量等。
动荷载包括振动荷载、冲击荷载和转矩荷载等。
2.应用：荷载值的应用是为了确保机械设备的正常运行和使用寿命。
在机械设计中，根据设备的类型和使用要求，计算各种荷载的作用大小，并在机械设备的结构中合理分配荷载，以保证设备的正常运行和使用寿命的延长。
具体应用包括：（1）在设计机械传动系统时，需要考虑传递功率所需的转矩荷载。
（2）在设计轴承时，需要考虑设备的重量和旋转时的离心力等。
（3）在设计机械支撑结构时，需要考虑设备的重量和振动荷载等。
（4）在设计机械运动轨迹时，需要考虑设备的移动荷载和冲击荷载等。
工程荷载与可靠度设计原理习题解答(终审稿)
工程荷载与可靠度设计原理习题解答公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]《工程荷载与可靠度设计原理》习题解答1 荷载与作用什么是施加于工程结构上的作用荷载与作用有什么区别结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称，包括直接作用和间接作用。
引起结构产生作用效应的原因有两种，一种是施加于结构上的集中力和分布力，例如结构自重，楼面的人群、家具、设备，作用于桥面的车辆、人群，施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等，它们都是直接施加于结构，称为直接作用。
另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形，例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应，温度变化引起结构约束变形产生的内力效应，由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。
它们都是间接作用于结构，称为间接作用。
“荷载”仅指施加于结构上的直接作用；而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。
结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用；按空间位置变异可分为固定作用和自由作用；按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。
什么是荷载的代表值它们是如何确定的荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值，工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值：标准值，组合值，频遇值和准永久值。
荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值，其中荷载标准值是荷载的基本代表值，其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。
2 重力作用成层土的自重应力如何确定地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力，对于均匀土自重应力与深度成正比，对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。
土压力有哪几种类别土压力的大小及分布与哪些因素有关根据挡土墙的移动情况和墙后土体所处应力状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类别。
土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关。
建筑结构上的荷载与作用
高湿度环境会加速建筑材料的腐蚀，如木材腐朽、金属锈蚀等。
腐蚀环境对结构影响
化学腐蚀
01
建筑物处于腐蚀性环境中，如酸雨、盐碱地等，会导致建筑材
料的化学腐蚀。
电化学腐蚀
02
不同金属间存在电位差，会导致电化学腐蚀的发生，如钢筋在
混凝土中的锈蚀。
生物腐蚀
03
微生物、昆虫等生物活动会对建筑材料造成破坏，如木材被白
智能化技术是当前科技发展的热点之 一，其在建筑结构工程领域的应用前 景广阔。通过引入智能化技术，可以 实现建筑结构的自适应、自修复和智 能化管理，提高结构的安全性和可靠 性。
随着环保意识的不断提高，绿色环保 理念将在建筑结构工程中得到更广泛 的推广和应用。在未来的发展中，应 注重环保材料的选择、节能减排措施 的实施以及建筑废弃物的回收利用等 方面，推动建筑结构工程向更加环保 、可持续的方向发展。
荷载分类
根据荷载的性质和变化规律，可分为 静力荷载和动力荷载；根据荷载的作 用时间和变化特点，可分为永久荷载 、可变荷载和偶然荷载。
作用在建筑结构上的力
风力
风对建筑结构产生的压力或吸 力，是可变荷载的一种。
雪荷载
积雪对建筑结构产生的压力， 是可变荷载的一种。
重力
建筑结构自身重量产生的重力 ，是永久荷载的主要来源。
影响
风荷载会对建筑物的稳定性和安全性 产生影响，特别是在高层建筑、大跨 度桥梁等结构中，风荷载的作用更加 显著。
雪荷载
定义
雪荷载是指降雪在建筑物顶部或屋面上堆积 产生的荷载。
影响
雪荷载会对建筑物的屋顶结构和承重墙等产生压力 ，可能导致结构变形或破坏。
计算方法
雪荷载的计算需要考虑降雪量、雪的密度、 建筑物的形状和坡度等因素，通常采用规范 规定的公式进行计算。
工程结构荷载与可靠度设计原理知识点
工程结构荷载与可靠度设计原理知识点荷载：由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力，如重力、土压力、水压力、风压力。
效应：结构的内力、位移、变形、应力、应变、裂缝、速度、加速度等。
作用：将能使结构产生效应的各种因素称为作用。
直接作用：直接作用在各种结构上的各种荷载。
间接作用：能够引起结构内力，变形效应的非直接作用因素，如地震、温度变化、基础不均匀沉降。
作用的分类：随时间的变异分：永久作用、可变作用、偶然作用。
随空间位置的变异：固定作用、可变作用。
结构的反应分类：静态作用、动态作用。
注：1.严格意义上讲，只有直接作用才能称为荷载。
2.土压力、风压力和水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力也是荷载。
3.按照间接作用的定义，温度变化、基础不均匀沉降为间接作用。
4.直接作用和间接作用都能引起结构效应。
雪荷载：单位面积地面上积雪的自重。
基本雪压：指当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。
（基本雪压是针对地面上的积雪荷载定义的）雪重度是一个随时间和空间变化的量。
最大雪深和最大雪重度不同时出现。
屋面血压影响因素:风、屋面形式、屋面散热。
汽车荷载：包括车辆荷载和车道荷载。
汽车荷载：考虑车的排列方式，以集中荷载形式作用于车轴位置。
车道荷载：不考虑车的排列方式，等效为均布荷载。
公路桥涵上的车辆荷载有车列荷载和车道荷载两种形式。
风压：当以一定速度向前运动遇到阻碍时，对阻碍物产生的压力。
基本风压：按规定的高度、地貌、时距、等量测的风速所确定的风压称为基本风压。
基本风压规定：1.标准高度：10m2.地貌:空旷平坦3.公称风速时距：10min4.最大风速的样本时间：1年5.基本风速的重现期：一般为几十年横向风风力系数：注：1.我国现行《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012规定基本风压的标准高度为10m。
2.地面越粗糙，风速变化越慢，梯度风高度越高；反之，风速变化越快，梯度风高度越小。
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第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
（3）荷载准永久值 ——可变荷载在结构使用期间经常达到和超过的值。
可变荷载准永久值通过标准值乘以准永久值系数得到。
（4）荷载频遇值 ——可变荷载在结构上频繁出现且量值较大的值。可变
荷载频遇值可通过标准值乘以频遇值系数得到。
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
（2）间接作用：
不是直接以力出现（外加变形和约束变 形），但对结构产生内力，例如：基础 沉降、温度变化等。
“作用”泛指结构产生内力、变形的所有原因，包括直 接作用和间接作用，而“荷载”仅指结构上的直接作用。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
为便于考虑不同的作用所产生的效应，可将结构上的作用按 随时间或空间位置的变异分类，或按结构的反应性质分类。
（1）工程结构应满足自身功能要求，例如建造房屋遮风蔽 雨形成人类活动空间，架桥铺路为人群和车辆提供通道。
（2）工程结构需要形成一个坚实的骨架承受使用过程中可 能出现的各种外力和环境作用。
房屋结构：承受自身重量、人群和家具重量、风压力和 雪重等作用；
道路桥梁：承受车辆重量、车辆制动力和冲击力、水压 力和土压力等作用；
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
二、按随空间位置的变异分类
（1）固定作用
——在结构上出现的空间位置固定不变，但其量值可 能具有随机性。
例如：结构自重、固定设备自重、屋顶水箱重量等。
（2）自由作用
——在结构上的一定空间任意分布，出现的位置和量 值都可能是随机的。
例如：车辆荷载、吊车荷载等，需要考虑其位置变化引 起的最不利效应。
（1）结构可靠度不足，影响正常使用，使用寿命缩短，危及 结构安全；
（2）结构可靠度过高，浪费材料，工程造价提高。
准确合理地确定结构上的作用是结构物具有足够 的可靠度并且造价经济合理的保证。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
二、结构上的作用 （1）直接作用：
直接以力的不同集结形式（集中力和分 布力）作用于结构，例如：结构自重、 风荷载等；
在地震区的工程结构：承受地震作用。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
工程结构设计的过程和目的：
确定外界作用对结构产生的效应（应力、位移、应变等） 确定结构本身的抵抗能力（承载能力、刚度、延性等）
> 结构的抗力
外力
保证结构具有足够的承载能力，将结构变形控制 在满足正常使用的范围内。
第一章 荷载与作用 第二节 作用分类
三、按结构的动力反应分类
（1）静态作用
——逐渐地、缓慢地施加在结构上，作用过程中不产生 加速度或加速度甚微可以忽略不计。
例如：楼面上人员荷载、雪荷载、土压力等。
（2）动态作用
——使结构产生显著的加速度。 例如：地震作用、设备振动、阵风脉动、打桩冲击等。
动态作用应当考虑其动力效应，一般采用乘以动力系 数，将动态作用等效为静态作用的简化设计方法。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
荷载确定不当或结构抗力不 足就会导致结构倒塌破坏
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
结构设计的第一步就是要确定结构上的作用。
结构上的作用——指能使结构产生效应（内力、应力、位移、 应变、裂缝等）的各种原因的总称。
一、确定作用的重要性 作用确定不准确的后果：
一、按随时间的变异分类 （1）永久作用
其中的直接作 用为恒荷载
——在结构设计基准期内，其值不随时间变化，或者变 化的量值相对平均值而言可以忽略不计。
例如：结构自重、土的侧压力、静水压力、预加应力、 混凝土收缩和徐变、基础不均匀沉降等（后两者随时间单调 变化而趋于限值）第二节 作用分类
四、按作用方向分类 竖向作用（例如结构自重、楼面荷载等） 水平作用（例如风荷载、水平地震作用等）
作用按时间的变异分类
最主要的分类 （应用最多）
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
在设计时为了便于取值，考虑荷载变异的统计特征赋予 一个规定的量值，称为荷载代表值。
荷载与结构设计方法
第一章 荷载与作用
第一章 荷载与作用
本章内容 第一节 工程结构荷载与作用 第二节 作用分类 第三节 荷载代表值
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
工程结构：指用建筑材料建造的房屋、道路、桥梁、隧道、 堤坝、塔架等工程设施。
第一章 荷载与作用 第一节 工程结构荷载与作用
荷载代表值
标准值 组合值 频遇值 准永久值
第一章 荷载与作用 第三节 荷载代表值
（1）荷载标准值 ——荷载在结构使用期间可能出现的最大值，通过对某
类荷载长期观察和实际调查，经统计分析给出。
（2）荷载组合值 ——两种或两种以上可变荷载同时作用于结构，主导荷
载取标准值，伴随荷载取小于标准值的组合值。可变荷载组 合值通过标准值乘以组合值系数得到。
在进行工程结构设计时：
永久荷载采用标准值作为代表值； 可变荷载可采用标准值、组合值、准永久值或频遇值作为
代表值； 偶然荷载可依据观察资料、试验数据以及工程经验来确定
其代表值。
（2）可变作用
其中的直接作 用为活荷载
——在结构设计基准期内，其值随时间发生变化，变化 的量值相对平均值而言不可忽略不计。
例如：楼面活荷载、车辆荷载、风荷载、雪荷载、流水 压力、温度变化等。
（3）偶然作用
——在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现其持续 时间较短，量值可能很大。
例如：地震作用、爆炸力、船只或漂流物撞击力等。