01 荷载与作用
荷载作用形状与面积轮胎-路面接触压力分布
荷载作用面积定义
轮胎与路面接触部分的面积，即 轮胎接地面积。
影响因素
胎压、轮胎尺寸、轮胎花纹、路 面粗糙度等都会影响荷载作用面 积的大小和形状。
轮胎-路面接触压力分布基本概念
接触压力分布
轮胎与路面接触区域内，压力 分布的情况。通常表现为中间 高、两侧低的压力分布形态。
均匀性
理想情况下，轮胎接地面积内 的压力应均匀分布，以确保轮 胎磨损均匀和车辆行驶稳定性 。
非均匀性
实际情况下，由于轮胎变形、 路面不平等因素，接触压力分 布往往是非均匀的，这可能导 致轮胎局部磨损、降低行驶安 全性等问题。
03
荷载作用形状对轮胎-路面接触压力分布影响
不同荷载作用形状下轮胎-路面接触压力分布特点
80%
均匀分布
当荷载作用形状为均匀分布时， 轮胎与路面的接触压力分布也相 对均匀，有利于提高轮胎的耐磨 性和行驶稳定性。
荷载作用形状与面积对接触压力分布的影响
荷载作用形状和面积是影响轮胎-路面接触压力分布的重要因素， 研究它们之间的关系对于优化轮胎设计和提高车辆性能具有重要 意义。
研究目的和内容
研究目的
揭示荷载作用形状与面积对轮胎-路面接触压力分布的影响规律，为轮胎设计 和车辆性能优化提供理论支持。
研究内容
通过理论分析和实验研究，探讨不同荷载作用形状和面积下轮胎-路面接触压力 分布的变化规律，分析其对车辆行驶性能的影响。同时，结合轮胎材料和结构 特性，提出优化轮胎设计和提高车辆性能的建议。
保持正确的轮胎气压
轮胎气压过高或过低都会影响轮胎的刚度和稳定性，进而影响接触压力分布。因此，应定期检查并调整轮胎气压 至标准值。
06
结论与展望
研究成果总结
荷载标准组合
荷载标准组合荷载标准组合是指在工程设计中，根据实际情况将各种荷载按照一定的组合方式进行计算，以确保结构在使用过程中能够安全可靠地承受各种荷载的作用。
荷载标准组合是工程设计中非常重要的一环，它直接关系到结构的安全性和稳定性，因此在进行荷载标准组合时，需要严谨认真，不能马虎处理。
首先，我们需要了解各种荷载的性质和作用。
荷载是指施加在结构上的外力或外部作用，主要包括恒载、活载、风载、地震作用等。
恒载是指结构自身的重量和常设的荷载，如墙体、楼板、梁柱等构件的自重；活载是指人、车、设备等在结构上活动时施加的荷载；风载是指风对建筑物或结构物产生的作用；地震作用是指地震对结构物产生的作用。
各种荷载的性质和作用不同，因此在进行荷载标准组合时，需要根据实际情况进行合理的组合。
其次，我们需要了解荷载标准组合的基本原则。
在进行荷载标准组合时，需要遵循“安全性优先、合理性和可行性”的原则。
首先，要确保结构在承受各种荷载作用时能够保持安全可靠，不发生破坏或失稳；其次，要根据结构的实际情况和使用要求，合理确定荷载标准组合的方式和参数；最后，要考虑到荷载标准组合的可行性，即在实际工程中能够方便、经济地进行计算和施工。
在进行荷载标准组合时，需要注意以下几点。
首先，要根据结构的用途和功能确定荷载标准组合的设计要求，包括结构的安全性、稳定性、使用性能等；其次，要合理确定各种荷载的作用系数和组合系数，以确保计算结果符合实际情况；最后，要进行荷载标准组合的计算和分析，得出合理的设计结果，并在设计图纸和说明中进行详细记录和说明。
总之，荷载标准组合是工程设计中非常重要的一环，它关系到结构的安全性和稳定性。
在进行荷载标准组合时，需要严谨认真，遵循安全性优先、合理性和可行性的原则，合理确定荷载标准组合的设计要求和计算参数，以确保结构在使用过程中能够安全可靠地承受各种荷载的作用。
荷载及结构设计
风荷载
建筑物受到的风力作用，与建筑物 的形状、高度和地理位置有关。
雪荷载
积雪对建筑物屋顶和墙面的压力， 取决于降雪量和建筑物的形状。
偶然荷载对结构设计的影响
01
02
03
地震作用
地震产生的水平力和垂直 力对建筑物的影响，需根 据地震烈度进行抗震设计。
爆炸荷载
建筑物内部或外部爆炸产 生的冲击波和碎片对结构 的影响。
03
专门针对建筑结构设计的有限元分析软件，具有高效的计算速
度和丰富的后处理功能。
05 结构优化与创新设计
结构优化方法
拓扑优化
通过改变结构的拓扑构型，实现材料的高效利用和性能提升。
形状优化
调整结构的几何形状，以改善应力分布、提高刚度等性能。
尺寸优化
在给定结构形式下，通过调整构件截面尺寸，实现结构性能的优 化。
案例二
某高层酒店设计。建筑高度200米，地上40层，地下2层。设计荷载包括恒载、活载、雪 载、风载和地震作用。结构设计采用剪力墙结构体系，注重提高结构的抗震性能和舒适度 。
案例三
某高层住宅楼设计。建筑高度150米，地上30层，地下2层。设计荷载主要考虑恒载、活 载、风载和地震作用。结构设计采用框架-剪力墙结构体系，重点优化结构的受力性能和 经济效益。
撞击荷载
如车辆撞击、飞机坠毁等 极端事件对建筑物结构的 冲击。
04 结构分析方法与工具
结构力学分析方法
弹性力学分析
基于弹性力学理论，对结 构进行应力、应变和位移 分析，适用于小变形和线 性材料行为的情况。
塑性力学分析
考虑材料的塑性变形行为， 对结构进行极限分析和设 计，适用于大变形和非线 性材料行为的情况。
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。
重力坝的荷载及荷载组合
PH1
W3
PskH
W1
7000 3000 36680
U1
U2
U3
U4
316.35 PV1
PH 2 302.5
αγH
溢流坝段荷载计算示意图
图3-2-1溢流重力坝上基本作用和偶然作用
表3-2-1 承载能力极限状态作用的基本组合和偶然组合
作业
试根据教材P79【例1－1】已知条件计算 各项作用的标准值。
3、动水压力
溢流坝面动水压力计算图
（１）坝顶曲线段的动水压力 常忽略不计。
（２）斜坡直线段上的动水压力 动水压强：p=γ0hcos (kpa) 可忽略不计。
（３）反弧段水流离心力（见P36式3-3） PX、PY作用点：近似认为作用在反弧中点
４、扬压力 由挡水建筑物上下游静水头作用下的渗
▽
▽
主排水孔 防渗帷幕
▽ 副排水孔
(2)坝体防渗排水 在上游坝面部分浇筑抗渗标号高的混凝土 紧靠防渗层的下游侧设排水管
C20砼
坝体排水管
C15砼
坝底扬压力 (1)未设防渗帷幕和排水孔
▽
H1
E U1
γ0H2 γ0H1 γ0H
U2
H=H1-H2 ▽ H2
F
γ0H2 浮托力
渗透压力 U=U1+U2
Lm／2
H
单位长度上浪压力标准值Pwk(kN／m) ： 作用点位置呢？
7、冰压力 1.静冰压力 2.动冰压力 8、地震作用
1.几个术语 ▲抗震设计：一般包括抗震计算和抗震措施。
▲基本烈度：50年期限内，一般场地条件下，可
能遭遇超越概率P50为0.10的地震烈度。一般为《中国地 震烈度区划图(1990)》上所标示的地震烈度值，对重大 工程应通过专门的场地地震危险性分析工作确定。
2001年厂房 荷载标准
2001年厂房荷载标准一、楼面荷载标准楼面荷载标准是指建筑物楼面在单位面积上所能承受的荷载。
根据《建筑结构荷载规范》，楼面荷载标准分为恒荷载和活荷载。
1.恒荷载：恒荷载是指在长期作用下，结构产生的稳定压力，包括楼面的结构自重、面层自重、装饰材料自重等。
2.活荷载：活荷载是指在楼面上由于使用活动或人行等产生的可变荷载。
二、屋面荷载标准屋面荷载标准是指建筑物屋面在单位面积上所能承受的荷载。
根据《建筑结构荷载规范》，屋面荷载标准分为屋面恒荷载和屋面活荷载。
1.屋面恒荷载：屋面恒荷载是指在长期作用下，结构产生的稳定压力，包括屋面板的自重、防水材料等。
2.屋面活荷载：屋面活荷载是指在屋面上由于使用活动或人行等产生的可变荷载。
三、墙体荷载标准墙体荷载标准是指建筑物墙体在单位面积上所能承受的荷载。
根据《建筑结构荷载规范》，墙体荷载标准分为墙体的恒荷载和墙体的活荷载。
1.墙体的恒荷载：墙体的恒荷载是指在长期作用下，结构产生的稳定压力，包括墙体的结构自重、装饰材料自重等。
2.墙体的活荷载：墙体的活荷载是指在墙体上由于使用活动或人行等产生的可变荷载。
四、基础荷载标准基础荷载标准是指建筑物基础在单位面积上所能承受的荷载。
根据《建筑结构荷载规范》，基础荷载标准分为基础恒载和基础活载。
1.基础恒载：基础恒载是指在长期作用下，基础产生的稳定压力，包括基础的自重、土压力等。
2.基础活载：基础活载是指在基础上由于使用活动或人行等产生的可变荷载。
五、吊车荷载标准吊车荷载标准是指安装在厂房内的吊车在运行时对结构产生的竖向力和水平力。
根据《建筑结构荷载规范》，吊车荷载标准如下：1.竖向力：根据吊车的不同类型和吨位，竖向力标准也有所不同。
一般情况下的竖向力标准为1.5千牛/米（150公斤/米）。
2.水平力：根据吊车的不同类型和吨位，水平力标准也有所不同。
一般情况下的水平力标准为0.5千牛/米（50公斤/米）。
建筑结构
砌体结构是由块体(如砖、石和混凝土砌块)及砂浆经砌筑而成的结构，大量用于居住建筑和多层民用房屋 (如办公楼、教学楼、商店、旅馆等)中，并以砖砌体的应用最为广泛。
砖、石、砂等材料具有就地取材、成本低等优点，结构的耐久性和耐腐蚀性也很好。缺点是材料强度较低、 结构自重大、施工砌筑速度慢、现场作业量大等，且烧砖要占用大量土地。
建筑结构
建筑学名称
01 组成
03 特点 05 极限状态
目录
02 作用 04 分类
建筑结构是指在房屋建筑中，由各种构件（屋架、梁、板、柱等）组成的能够承受各种作用的体系。所谓作 用是指能够引起体系产生内力和变形的各种因素，如荷载、地震、温度变化以及基础沉降等因素。
组成
建筑结构是由板、梁、柱、墙、基础等建筑构件形成的具有一定空间功能，并能安全承受建筑物各种正常荷 载作用的骨架结构。
(二)抵御自然界或人为荷载作用
建筑物要承受自然界或人为施加的各种荷载或作用，建筑结构就是这些荷载或作用的支承者，它要确保建筑 物在这些作用力的施加下不破坏、不倒塌，并且要使建筑物持久地保持良好的使用状态。可见，建筑结构作为荷 载或作用的支承者，是其存在的根本原因，也是其最核心的任务。
(三)充分发挥建筑材料的作用
板是建筑结构中直接承受荷载的平面型构件，具有较大平面尺寸，但厚度却相对较小，属于受弯构件，通过 板将荷载传递到梁或墙上。梁一般指承受垂直于其纵轴方向荷载的线型构件，是板与柱之间的支撑构件，属于受 弯构件，承受板传来的荷载并传递到柱上。柱和墙都是建筑结构中的承受轴向压力的承重构件，柱是承受平行于 其纵轴方向荷载的线型构件，截面尺寸小于高度，墙主要承受平行于墙体方向荷载的竖向构件，它们都属于受压 构件，并将荷载传到基础上，有时也承受弯矩和剪力。基础是地面以下部分的结构构件，将柱及墙等传来的上部 结构荷载传递给地基。
科学中载荷的定义
科学中载荷的定义载荷是指施加在物体上的外力或外部负荷。
在科学中，载荷是一个非常重要的概念，它涉及到物体的稳定性、结构的强度以及材料的耐久性等方面。
本文将从不同角度解释和探讨载荷的定义及其在科学中的应用。
载荷可以分为静载荷和动载荷。
静载荷是指物体所承受的恒定力或压力，不随时间的变化而变化。
例如，建筑物所承受的自重就是一种静载荷。
而动载荷则是指随时间变化的力或压力，如风力、震动、交通载荷等。
动载荷对物体的影响更加复杂，需要考虑频率、振幅等因素。
在工程领域中，载荷是设计和构建结构的重要考虑因素之一。
例如，建筑物需要承受自身重量、人员活动、气候变化等静态和动态载荷。
工程师需要对这些载荷进行合理估计和计算，以确保结构的安全性和稳定性。
此外，载荷还影响材料的选择和使用。
不同材料对不同载荷的承受能力不同，因此需要根据实际情况选择合适的材料。
在航空航天领域，载荷的概念也非常重要。
飞机和宇宙飞船需要承受飞行过程中的各种动态载荷，如重力、气动载荷、推力等。
这些载荷对飞行器的结构和材料都提出了严格的要求，需要进行精确的计算和测试，以确保飞行器的安全性和可靠性。
载荷还在材料科学和力学研究中起着重要作用。
通过施加不同的载荷，科学家可以研究材料的力学性能，如强度、硬度、韧性等。
这些研究对于改进材料的性能和开发新的材料具有重要意义。
载荷是科学中一个重要而广泛的概念。
它涉及到物体的稳定性、结构的强度以及材料的性能等方面。
在工程、航空航天、材料科学等领域中，载荷的准确估计和计算对于设计、建造和研究都至关重要。
通过对载荷的认识和理解，我们可以更好地应对各种力学挑战，推动科学技术的发展。
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《荷载与结构设计方法》
1.2 作用分类
有无限值
土木工程学院
有界作用 无界作用
2
2016年3月15日
《荷载与结构设计方法》
土木工程学院
时间变异
1.2 作用分类
位置变异 结构反应
有无限值
永久作用（变化与平均值相 固定作 静态作 有界作
比可忽略）
用
用
用
自重、土压力、水位不变的水
（的考总虑时荷间载为短规期定• 效的设 需应较计 进）小。比使 行率对用 大或可年 修超变限 即越荷： 可频载设 按率，计 其为在规 预规设定 定定计频基的 目率准结 的的期构 使荷内或 用载，结 的值其构 时。超构 期越件 。不
《荷载与结构设计方法》
土木工程学院
交流与互动——sakai平台
《荷载与结构设计方法》
《荷载与结构设计方法》
1 荷载与作用
土木工程学院
基本概念 BASIC CONCEPT
•是什么？
WHAT ？
恒载 DEAD LOAD 楼面活荷载 LIVE LOAD 积灰荷载 ASH LOAD
•特点（属性）？ CHARACTERISTIC？
•受什么影响？ INFLUNCED BY？
吊车荷载 CRANE LOAD
等
车荷载、温度变化、动水压力、 车辆、场压力
风荷载？
偶然作用
地震、爆炸、撞击、龙卷风、
火灾、极严重的侵蚀、洪水作 用
《荷载与结构设计方法》
土木工程学院
1.3 荷载代表值
作用如 何取值？
在设计时考虑荷载的统计特征赋予一个规定的量值，称为荷载代表值。 （长期观察、实际调查、统计分析）
• 荷载标准值：荷载在结构使用期内可能出现的最大值，为统
1
2016年3月15日
《荷载与结构设计方法》
第1章 荷载与作用
1.1 概念
土木工程学院
工程结构（房屋、道路、桥梁、隧道、堤坝、塔架等）要满足功能要 求，要能承受使用过程中的各种作用。
工程结构设计的目的是要保证结构具有足够的承载能力以抵抗各种作 用，并使结构变形控制在满足正常使用的范围内。
工程结构设计的第一步是确定结构上的作用。
自重、固
自重、楼
压力、预应力、地基变形（基 础沉降）、混凝土收缩、钢材 焊接变形、引起结构外加变形
定设备荷
载
面活荷载、 动态作
无界作 用
自由作
用
或约束变形的各种施工因素。 可变作用（持久性、临时性）
用 吊车、人
地震、吊 车荷载、
人员、物件荷载、安装荷载、
员、车辆
设备振动
楼面活荷载、风、雪、冰、吊
表 值
应概率趋于一致的荷载值;或使组合后的结构具有统一规定的可靠 指标的荷载值。
• 荷载准永久值：可变荷载在结构使用期内经常和超过的值
（考虑荷载持久性的影响）。对可变荷载，在设计基准期内，其
• 荷超越载的频总遇时间值约•：为设 时设可计 间计变基荷基 参准载准 数期在值 。一结：半构为的上确荷频定载繁可值出变。现且荷量载值代较表大值的而值选用的
荷载与作用（1学时） 重力作用 （3学时） （恒载、活载、吊车、汽车、人群、雪） 水作用 （2学时） （静水、流水、波浪、冰压力、撞击力、浮力） 风荷载（顺风向、横风向）（4学时） 地震作用（《结构抗震设计》讲） 其他作用 （2学时） （温度、变形、冻胀力、裹冰、爆炸、行车、预加力） 工程结构荷载的统计分析（3学时） 结构构件抗力的统计分析（3学时） 结构概率可靠度设计法（6学时）
偶然作用 地震、爆炸、撞击、龙卷风、火灾、极严重的侵蚀、洪水作用
《荷载与结构设计方法》
1.2 作用分类
位置变异
土木工程学院
固定作用 自重、固定设备荷载
自由作用 吊车、人员、车辆等
《荷载与结构设计方法》
1.2 作用分类
结构反应
土木工程学院
静态作用 自重、楼面活荷载
动态作用 地震、吊车荷载、设备振动
《荷载与结构设计方法》
1.2 作用分类
时间变异
土木工程学院
永久作用（变化与平均值相比可忽略）
自重、土压力、水位不变的水压力、预应力、地基变形（基础沉降）、混凝土收 缩、钢材焊接变形、引起结构外加变形或约束变形的各种施工因素。
可变作用（持久性、临时性） 人员、物件荷载、安装荷载、楼面活荷载、风、雪、冰、吊车荷载、温度变化、 动水压力、车辆、场压力
计值。基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值 （如均值、众值、中值或某个分位值）。
荷 载
• 荷载组合值：两种或以上的可变荷载同时作用于结构上时，
同时达到最大的概率极小，将产生最大效应的荷载取标准值，其 它伴随荷载取小于其标准值的组合值。组合值是指使组合后的荷
代
载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相
李国强/中国建筑工业出版社
GB50068-2001
建筑结构荷载规范 GB50009-2012
建筑抗震设计规范 GB50011-2010
公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004
城市桥梁设计荷载标准 CJJ 77-98
《荷载与结构设计方法》
目 录（24学时）
土木工程学院
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 第9章
结构上的作用：能使结构产生效应的各种原因的总称。
作用 效应
• 直接作用(荷载)：施加在结构上的力(集中、分布) • 间接作用：施加于结构上的外加变形或约束
• 内力：拉、压、弯、剪、扭
• 变形：轴向拉伸压缩、位移、裂缝、转角
直接作用：自重、家具、设备、 人群、车辆、风压力、水压力、土压力等； 间接作用：地震惯性力、温度变化、基础不均匀沉降、材料收缩和徐变、焊接等
•有哪些荷载？ •荷载有什么特点？ •怎么求？ •对结构的影响? •多种荷载该如何考虑？— —组合？设计？
开设目的 学习进程：衔接前后 知识结构：缺少两个重要环节（荷载、方法）
土木工程学院
《荷载与结构设计方法》
引言
土木工程学院
¾ 本门课程的特点：内容繁杂、对教与学都是考验；
¾ 课程沿革：2000年被国家高等土木工程专业指导委员会列 为土木工程专业必修基础课程。
2016年3月15日
《荷载与结构设计方法》
土木工程学院
荷载与结构设计方法
Loads and Design Method of Structure
郑妮娜
503748755@
《荷载与结构设计方法》
引言
问题的引出——回顾所学课程 力学类：已知荷载求内力 ——内力分析 结构类：已知内力校核截面——截面设计 问题在于
•对结构有什么影响？INDUCE
雪荷载 SNOW LOAD 裹冰荷载 ICE LOAD
WHAT？
•怎么计算？ HOW TO CALCULATE？
施工、安装荷载 CONSTRUCTION LOAD
特种结构荷载 SPECIAL STRUCTURE LOAD
风荷载 WIND LOAD
地震作用 SEISMIC ACTION
思考题
土木工程学院
1.1 什么是结构上的作用？荷载与作用有什么 区别？
1.2 工程结构设计中，如何对结构上掌握（或了解）结构设计时需考虑的各种荷载；
9 掌握结构设计的主要概念；
9 了解荷载及抗力的统计分析方法；
9 掌握可靠指标的计算方法；
9 熟悉实用设计表达式及其分项系数的确定原则。
《荷载与结构设计方法》
引言
土木工程学院
¾ 学习方法：课堂与自学相结合；
¾ 已修课程：概率与统计 （是本课程第2部分基于概率的结 构设计方法的理论基础）；
¾ 考核方式：期末闭卷考试；
¾ 最终成绩：平时考勤10%+ 作业10%+期中测试10%+期末 考试70% 。
《荷载与结构设计方法》
参考资料
土木工程学院
《荷载与结构设计方法》（第2版）《荷载与结构设计方法》（第2版） 工程结构荷载与可靠度设计原理 建筑结构可靠度设计统一标准
柳炳康/武汉理工大学出版社
白国良/高等教育出版社