02第二章荷载与结构设计方法课程重力-课件
重力荷载
（二）屋面活荷载
1、 屋面均布活荷载：《规范》（GB50009-2012）规定：
上人屋面的均布活荷载的标准值： 不上人的屋面均布活荷载标准值： 屋顶花园均布活荷载标准值：
2.0 kN/m2 0.5 kN/m2 3.0 kN/m2
[解]20mm厚水泥砂浆面层
0.02m20kN/m3=0.4kN/m2 80mm厚现浇钢筋混凝土板
0.08m25kN/m3=2.0kN/m2 12mm厚纸筋石灰泥粉底 0.012m16kN/m3=0.192kN/m2 gk=∑gki=2.592 kN/m2
二、土的自重
土的自重应力cz 均匀单一土层： cz= . z
30
35
40
45
50
r
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
Байду номын сангаас
0
[例2]高低屋面
考虑到高低屋面处易积雪，应在高低 屋 面 处 a 范 围 内 r
2.0 。 这 里
4 m a 2 h 8m
（一）楼面活荷载： 房屋中生活或工作的人群、家具、用品、设备等产生的
荷载。
1 h1 + 2 h2 +/3 h3 +/4 h4
1 2 3
4
→
折线分布
当存在地下水时，地下水位看作土层的分界线 饱和土的重度采用土的有效重度=土的天然重度-水的重度 （或者按照土的相关指标计算）
三、雪荷载
雪荷载
莫斯科市中心的鲍曼市场发生屋顶坍塌事件
1、基本雪压S0
基本雪压系指某地区 空旷平坦地面上 统计所得某一重现期内
最大积雪的自重（kN/m2） ↓ 积雪密度（t/m3）
“荷载与结构设计方法”课程思政教学探究
“荷载与结构设计方法”课程思政教学探究
郅伦海;周康
【期刊名称】《科教文汇》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】该文针对“荷载与结构设计方法”这一典型土木工程专业课程开展课程思政教学探究。
先介绍了该课程的基本情况,并分析了其课程思政教学的现状及目标。
然后以“工程伦理教育、大国工匠精神、科技报国情怀”等为主题,深入探讨了课程思政的融合路径及其在第一、第二课堂的实施方法。
【总页数】4页(P99-102)
【作者】郅伦海;周康
【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】G642.0
【相关文献】
1."课程思政"理念下《混凝土结构设计》课程教学改革探究
2."荷载与结构设计方法"课程思政元素挖掘与融合
3.基于BOPPPS模型和思政融入的专业课程教学方法研究——以“荷载与结构设计方法”课程为例
4.基于BOPPPS模型和思政融入的专业课程教学方法研究——以“荷载与结构设计方法”课程为例
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课件-第2章 试验荷载与加载方法
10000kN大型多功能试验机系统（同济大学建筑结构试验室）
第2章 试验荷载与加载方法
思考：液压加载系统的不足 荷载不能循环，不可动
第2章 试验荷载与加载方法
2.5.3 电液伺服液压系统
电液伺服加载设备是目前最先进的加载设备。 电液伺服技术可较为精确控制试件变形和作用外力，产 生真实的试验状态。可用以模拟各种振动荷载，特别是地 震、海浪等荷载对结构物的影响。 适用于进行结构抗震研究的伪静力试验、拟动力试验和 地震模拟振动台试验。
水管
标尺 防水胶布 侧向挡板 试件
用水作均布荷载的试验 优点 缺点
从标尺的水深就可知道荷载值的大小，卸载也方便 全部承载面被水掩盖，不利于布置仪表和观测。结构较大变 形时，水存在不均匀性。
第2章 试验荷载与加载方法
2.2.2 杠杆加载方法
重物作集中荷载试验时，常采用杠杆原理将荷载值放大，如 下图所示。
液压加载器：
液压千斤顶
电动泵
27
第2章 试验荷载与加载方法
2.5.1 液压加载系统
液压加载系统组成： 油泵 油管系统 千斤顶加载控制台 加载架 试验台
液压系统加载装置
1-油泵；2-油管；3-横梁；4-立柱；5-台座； 6-千斤顶；7-试件；8-支墩；9-测力计
第2章 试验荷载与加载方法
杠杆加法
1-试件；2-重物；3-支座；4-支墩；5-荷载盘；6-分配梁支座； 7-分配梁；8-加载支点；9-杠杆；10-荷载支架；11-杠杆平衡重
第2章 试验荷载与加载方法
2.2.2 杠杆加载方法
现场试验，杠杆反力支点可用重物、桩基础、墙洞或反弯梁 等支承。
墙洞支承
重物支承
反弯梁支承
桩支承
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
建筑结构设计原理(李章政)02章 结构荷载
组合值系数、频遇值系数、 组合值系数、频遇值系数、准永久值 系数见表2-6 系数见表
2012-4-6 24
《建筑结构设计原理》 建筑结构设计原理》
吊车荷载
吊车竖向荷载
• 标准值：采用最大轮压和最小轮压 标准值： • 以出厂规格为准
吊车水平荷载
• 制动惯性力 • 取重量乘系数 • 横向有左右之分 • 纵向有前后之别 组合值、 组合值、频遇值和准 永久值系数见表2-7 永久值系数见表
2012-4-6
单位面积自重见表2-3 单位体积自重 和 单位面积自重见表
15
《建筑结构设计原理》 建筑结构设计原理》
例题2-1 例题
楼面做法为：硬木地板，20mm厚水泥砂 楼面做法为：硬木地板，20mm厚水泥砂 浆找平层，80mm厚钢筋混凝土现浇楼板 厚钢筋混凝土现浇楼板， 浆找平层，80mm厚钢筋混凝土现浇楼板， 钢丝网抹灰吊顶。 钢丝网抹灰吊顶。试求板的恒载标准值 面积荷载）。 （面积荷载）。
结构设计规定的一个时期。 结构设计规定的一个时期。 在规定时期内只要进行正常的维护而不 需要进行大修就能按预期目的使用
• 1类 5年 • 2类 25年 25年 • 3类 50年 50年 • 4类 100年 100年 临时性结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物 纪念性建筑和特别重要的建 筑结构
6
2012-4-6
可变荷载 代表值
可变荷载 标准值 可变荷载 组合值
18
《建筑结构设计原理》 建筑结构设计原理》
可变荷载标准值q 或 可变荷载标准值 k(或Qk)
可变荷载的基本代表值
其他代表值均由标准值计算得到
设计基准期内最大荷载统计分布的特 征值
• 对于有足够资料的可变荷载，取最大荷载 对于有足够资料的可变荷载， 统计分布特征值 • 风、雪荷载，习惯上以平均重现期来定义 雪荷载， 标准值（50年一遇 100年一遇 年一遇、 年一遇） 标准值（50年一遇、100年一遇） • 对于资料不充分的可变荷载，根据工程经 对于资料不充分的可变荷载， 验确定。 验确定。
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。
《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。
《高层结构设计》 02高层建筑结构的荷载计算
高层建筑结构的荷载计算高层建筑结构的竖向荷载包括自重等恒载及使用荷载等活载，其计算方法与一般建筑结构类似，在此不再重复。
本章主要介绍在高层建筑结构设计中起主导作用的水平荷载—风荷载和地震荷载作用的计算方法。
第一节 风荷载空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的压力或吸力即建筑物的风荷载。
风荷载的大小主要和近地风的性质、风速、风向有关；和该建筑物所在地的地貌及周围环境有关；同时和建筑物本身的高度、形状以及表面状况有关。
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值可按下式计算：0ωµµβωz s z k =式中：k ω为风荷载标准值（kN/m 2）；z β为z 高度处的风振系数；s µ为风荷载体型系数；z µ为风压高度变化系数； 0ω为基本风压（kN/m 2）。
1. 基本风压0ω我国《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），《全国基本风压分布图》中给出的基本风压值0ω，是用各地区空旷地面上离地10m 高、重现期为30年的10min 平均最大风速0υ（m/s ）计算得到的，基本风压值1600/200υω=（kN/m 2）。
荷载规范给出的0ω值适用于多层建筑；对于一般高层建筑和特别重要的或有特殊要求的高层建筑可按《全国基本风压分布图》中的数值分别乘以1.1和1.2采用。
2. 风压高度变化系数z µ表1 风压高度变化系数风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上风速逐渐加大，但风速的变化与地貌及周围环境有关。
在近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，地面空旷，空气流动几乎无阻挡物（A 类粗糙度），风速随高度的增加最快；在中小城镇和大城市的郊区（B 类粗糙度），风速随高度的增加减慢；在有密集建筑物的大城市市区（C 类粗糙度），和有密集建筑群，且房屋较高的城市市区（D 类粗糙度），风的流动受到阻挡，风速减小，因此风速随高度增加更缓慢一些。
表1列出了各种情况下的风压高度变化系数。
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规定采用
请同学们查全国基本雪压分布图沈阳地区基本雪压S0 ？
2、屋面雪压 屋面雪压---（不同）----地面雪压 主要原因：风、屋面形式、屋面散热等
⑴ 风对屋面积雪的影响 风的漂积作用 对高低跨屋面、多跨坡屋面及曲线型屋面的屋角附近区域 ⑵ 屋面坡度对积雪的影响 屋面的雪荷载随其坡度的增加而减小 风的作用 使迎风面的部分积雪漂积到背风面一侧的屋面上，引起屋面的不平衡积雪
17 kN/m3
粘土砖空斗砌体（全斗）
13 kN/m3
⑤ 墙面
贴瓷砖墙面（25mm厚（包括水泥砂浆打底）） 0.5 kN/m2
水泥粉饰墙面（20mm厚，水泥粗砂）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0.36 kN/m2
石灰粗砂粉饰墙面（20mm厚）
0.34 kN/m2
⑥ 屋顶
小青瓦屋面
（0.9 1.1） kN/m2
粘土平瓦屋面
0.55 kN/m2
油毡防水层 一层油毡刷油两层
0.05 kN/m2
一毡二油上铺小石子 （0.25 0.30） kN/m2
二毡三油上铺 （0.30 0.35） kN/m2
三毡四油上铺
（0.35 0.40） kN/m2
返回
5、例题 [例1] 双面水泥粉刷厚220墙的自重（20mm厚水泥砂浆面)
[解] gk=0.22m19kN/m3+20.36kN/m2=4.90kN/m2 [例2] 计算某现浇楼面结构自重的标准值gk
面较低处结成较厚的冰层 产生附加荷载 采暖的坡屋面 融化的雪在檐口处冻结为冰棱及冰坝，堵塞屋面排水，
出现渗漏；对结构产生不利荷载效应
3、屋面雪荷载标准值（GB50009-2001） 屋面水平投影面上雪荷载标准值应按下式计算：
↓屋面积雪分布系数
雪荷载标准值（kN/m2） sk=r s0
↑基本雪压（ kN/m2 ）
[解]20mm厚水泥砂浆面层 0.02m20kN/m3=0.4kN/m2
80mm厚现浇钢筋混凝土板 0.08m25kN/m3=2.0kN/m2
12mm厚纸筋石灰泥粉底
0.012m16kN/m3=0.192kN/m2 gk=∑gki=2.592 kN/m2
二、土的自重
1、土的自重标准值Gk
根据土层的厚度和土的容重标准值确定
三、雪荷载
1、基本雪压S0 单位水平面积上积雪的自重(kN/m2)
系指以当地一般空旷平坦地面上统计所得重现期为50年的最大积雪的自 重确定。 ↓ 积雪密度（t/m3）
S0= . h .g → 重力加速度(9.8m/s2)
积雪深度（m）
积雪密度 积雪深度、积雪时间、当地的地理气候条件等因素有关
1.98 2.48kN/m2 木结构; 4.95 7.43kN/m2 钢筋砼结构 2.48 3.96kN/m2 钢结构; 3.46 5.94kN/m2 预应力砼结构
连接
常用材料和构件的自重(GB50009-2001附录A表A.1)
① 砖 普通砖（240mm115mm 53mm）
18 kN/m3
普通砖（机制）
19 kN/m3
② 灰浆 水泥砂浆
20 kN/m3
石灰砂浆、混合砂浆
17 kN/m3
③ 混凝土（砼）
素混凝土
（22 24） kN/m3
泡沫混凝土
（4 6） kN/m3
钢筋混凝土（R.C.）
（24 25） kN/m3
④ 砌体
浆砌普通砖（机制）
18（19） kN/m3
空斗砌体（一眠一斗，中填碎瓦）
2、天然状态下土的容重变化范围较大
粘性土 (18 20) kN/m3
砂 土 (16 20) kN/m3
腐填土 (15 17) kN/m3
设计时，土的天然容重取 18 kN/m3
cz 3、土的自重应力cz 均质土中： cz= . z
cz沿深度 →直线分布
cz沿水平面 →均匀分布
cz=.z
天然地面
z
.z
1
z
z
❖ 不同重度土层中，土的自重应力cz
cz
h1
1 h1
h2
1 h1 + 2 h2
天然地面
1 地下水位置 2
h3
1 h1 + 2 h2 +/3 h3
3 /3
h4
1 h1 + 2 h2 +/3 h3 +/4 h4 4 /4
不透水层面
z
cz沿深度 → 折线分布
n
cz i hi
i1
地下水位以下土的重度采用土的有效重度=土的天然重度-水的重度
荷载 雪的滑移作用（坡度＞100的屋面） 可能形成一坡有雪另一坡完全滑落的不平衡雪荷载；使滑落的雪堆积在与
坡屋面临接的较低屋面上
我国《规范》采用屋面积雪分布系数（r）对双坡屋面考虑均匀雪载和不均匀 雪载两种情况。
屋面积雪分布系数应根据不同类型的屋面形式，按《规范》（GB50009-2001
）采用。
[例1] 单跨双坡屋面
当 2030时 的 单 跨 双 坡 屋 面 可 按 不 均 匀 情 况 考 虑 。
25 30 35 40 45 50
r
1.0
0.8 0.6
0.4
0.2
0
[例2]高低屋面
考虑到高低屋面处易积雪，应在高低
屋面处 a 范围内r 2.0。这里
4ma2h8m
⑶ 屋面温度对积雪的影响 冬季采暖房屋 使部分雪融化产生滑移 不连续加热屋面 融化的雪重新冻结 冰渣可能堵塞屋面排水 屋
02第二章荷载与结构设计方法课程重 力
精品
一、结构自重
1、结构的自重 — 永久荷载 2、结构自重标准值Gk 应根据结构的设计尺寸和材料的容重标准值确定 一般相当于结构自重实际概率分布的平均值(G) 3、材料容重标准值 按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）确定
常用材料与构件自重(1) 4、结构设计时，将结构自重转化为平均楼面恒载
四、汽车荷载
1、一辆汽车的总重力=汽车自重+载重量。一辆100kN的汽车 30 70
前轴 后轴 2、汽车荷载 车道荷载
桥梁结构整体计算 车辆荷载
桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算 3、汽车荷载等级 公路-I 公路-II
4、各级公路桥涵设计的汽车荷载等级
边 公 路 等 级 高 速 公 路 一 级 公 路 二 级 公 路三 级 公 路 四 级 公 路
汽 车 荷 载 等 级 公 路 - I 公 路 - I 公 路 - I I 公 路 - I I 公 路 - I I