建筑结构荷载计算.
建筑结构的荷载计算与强度分析
建筑结构的荷载计算与强度分析建筑结构的荷载计算与强度分析是建筑工程设计中必不可少的一项内容，它涉及到建筑物在不同荷载作用下的受力情况和承载能力。
本文将从荷载计算和强度分析两个方面进行阐述，以帮助读者更深入地理解建筑结构的设计与分析过程。
一、荷载计算荷载计算是建筑结构设计的第一步，它是确定建筑物各个构件在使用过程中所承受的各种荷载的过程。
主要分为静态荷载和动态荷载两类。
1.1 静态荷载静态荷载指建筑物在使用过程中所承受的常态荷载，如自重、人员活动荷载、设备荷载等。
其中，自重是建筑物固有的重量，通常由材料的密度和几何形状决定；人员活动荷载则是指人员在建筑物内活动所产生的荷载；设备荷载是指建筑物内各种设备的重量。
1.2 动态荷载动态荷载指建筑物在特定情况下所承受的非常态荷载，如风荷载、地震荷载等。
风荷载是指建筑物受到风速和风压的作用所产生的荷载；地震荷载则是指建筑物在地震作用下所承受的力和位移。
二、强度分析强度分析是建筑结构设计的核心部分，它是通过计算和分析荷载作用下建筑物各个构件的应力和变形情况，以评估其承载能力和稳定性。
2.1 应力计算应力计算是强度分析的基本方法，它是根据力学原理和弹性力学理论，通过对建筑物各个构件进行受力分析，计算出其所受到的内应力大小。
对于不同材料和不同形状的构件，应力计算方法有所区别，如对于钢结构，可以采用弹性理论进行计算；对于混凝土结构，需要考虑材料的非线性特性，采用弹塑性和破坏理论进行计算。
2.2 变形分析变形分析是强度分析的另一重要内容，它是通过计算和分析建筑物在荷载作用下的变形情况，以评估其结构的稳定性和变形程度。
变形分析可以采用静力分析和动力分析两种方法，其中静力分析适用于计算小变形情况下的结构稳定性，动力分析适用于计算大变形情况下的结构稳定性。
三、荷载计算与强度分析的关系荷载计算和强度分析是相互补充的两个过程，荷载计算确定了建筑物在使用过程中所受到的各种荷载，而强度分析则评估了建筑物对这些荷载的承载能力和稳定性。
高层建筑结构荷载计算
结构周期的近似计算（规范建议）
结构
混凝土结构
T1 （0.05 ~ 0.1)N
钢结构
T1 (0.1 ~ 0.15)N
具体结构
混凝土框架、框剪
T1
0.25
0.53 10 3
H2 3B
混凝土剪力墙 H——房屋总高度（m） B——房屋宽度（m）
T1
0.03
0.03
H 3B
4.2.2 总风荷载
– 烈度：Im=I0-1.55, Is<=I0+1 – 加速度：PGAm=PGA0*1/3, PGAs=PGAm*(4-6) back
6. 抗震设防分类及抗震设防措施
建筑类别不同，抗震设防标准也不同。 抗震设防分类
《建筑抗震设防分类标准》GB50223。 该标准主要以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响 的程度大小，将建筑分成4个抗震设防类别。
（3）局部风压体型系数 在计算风荷载对建筑物某个局部表面的作用时，要采用局部风荷载 体型系数，用于验算表面围护结构及玻璃等强度和构件连接强度。 檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时，风 荷载体型系数不宜小于2.0。设计建筑幕墙时，应按有关的标准规定采用。
4. 风振系数 z
１）风速特点： 风速的变化可分为两部分：一种是长周期的成分，其值一般在10min以上；另一种 是短周期成分，一般只有几秒左右。因此，为便于分析，通常把实际风分解为平均风 （稳定风）和脉动风两部分。稳定风周期长，对结构影响小；脉动风周期短，对结构 影响大。
2、水灾。 由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；
3、毒气泄漏。 由建筑物或装置破坏等引起；
4、瘟疫。 由震后生存环境的严重破坏而引起.
三、工程结构破坏现象
各类结构荷载计算及组合
各类结构荷载计算及组合结构荷载计算及组合是结构设计中非常重要的一个环节，它是确定结构受力情况、决定结构尺寸和确定材料选型的基础。
对于不同的结构类型和耐力性能要求，荷载计算及组合的方法也有所不同。
下面将介绍一些常见的结构荷载计算及组合方法。
1.建筑结构荷载计算及组合：建筑结构荷载主要包括自重荷载、活载和风载。
自重荷载是指结构自身的重量，可以通过材料的密度和结构空间的体积计算得出。
活载是指建筑物使用过程中对结构的加荷，如人员、家具、设备等。
风载是指风对建筑物表面造成的压力或吸力，通常根据不同地区的风速标准进行计算。
荷载组合一般按照规范要求进行，常见的有最不利组合法和工作状态组合法。
2.桥梁结构荷载计算及组合：桥梁结构荷载主要包括自重荷载、轮载荷载、斜拉索荷载、温度变形荷载和地震荷载等。
自重荷载和轮载荷载可以根据桥梁材料的密度和设计载荷计算得出。
斜拉索荷载是指悬索桥中斜拉索的拉力对结构的加荷，可以通过斜拉索的拉力和夹角计算得出。
温度变形荷载是指桥梁受到温度变化引起的热胀冷缩的影响，可以通过温度变化和材料的线膨胀系数计算得出。
地震荷载可以根据地震区域的设计地震加速度和结构的地震反应系数计算得出。
对于桥梁结构，荷载组合通常按照规范要求进行，并考虑不同加载位置和不同方向的组合。
3.垂直结构荷载计算及组合：垂直结构主要指高层建筑的竖向承载结构。
除自重荷载外，垂直结构荷载还包括活载（人员、装修材料等）、风载、地震荷载、温度变形荷载和脱水荷载等。
脱水荷载是指建筑物在施工过程中使用的脱水设备引起的结构变形和加荷。
对于垂直结构，荷载组合通常也按照规范要求进行，并根据不同的荷载组合对结构进行强度、稳定性和振动的校核。
4.水平结构荷载计算及组合：水平结构主要指框架结构、剪力墙结构和桩-承台-墙结构等。
水平结构荷载主要包括地震荷载、风载和温度变形荷载。
地震荷载对于水平结构来说是最重要的荷载，通常根据地震区划和结构的设计地震加速度计算得出。
建筑结构荷载计算
建筑结构荷载计算建筑结构荷载计算是建筑设计的重要一环，是为了确定建筑物和结构所需要承受的负荷，并以此作为设计和施工的依据。
建筑结构的稳定性和安全性直接取决于负荷计算的准确性和合理性。
本文将介绍建筑结构荷载计算的基本原理和方法，以及常见的荷载类型和计算流程。
一、建筑结构荷载计算的基本原理静力学是研究物体在静止状态下的受力和平衡的学科，它主要涉及到力的平衡、受力分析和结构静力平衡方程的建立。
在荷载计算中，需要考虑到各种荷载的大小、方向和作用点的位置，根据力的平衡条件和结构静力平衡方程，计算出内力、剪力和弯矩等重要参数，以确定结构的受力性能。
动力学是研究物体在运动状态下的受力和平衡的学科，它主要涉及力的动态响应和结构的振动特性。
在荷载计算中，需要考虑到地震荷载、风荷载等动力荷载的大小、方向和作用频率，根据结构的动态特性和振动方程，计算出结构的振动参数，以确定结构的抗震性能和振动舒适度。
二、常见的荷载类型建筑结构所受的荷载可以分为静载和动载两种类型。
静载是指不随时间变化的荷载，包括自重荷载、活载、附加荷载和温度力等。
自重荷载是指建筑物本身的重量，可以通过结构的几何参数和物料的密度来计算。
活载是指人员活动、设备负荷和储存物体等外界作用于结构的荷载，可以通过规范和设计标准给出。
附加荷载是指建筑物在使用过程中可能产生的临时荷载，如吊装荷载、排水荷载等。
温度力是指由于温度变化引起的结构伸缩和热变形，可以通过材料的热膨胀系数和温度变化来计算。
动载是指随时间变化的荷载，包括地震荷载、风荷载和振动荷载等。
地震荷载是地震波引起的结构响应，需要根据地震参数和结构的地震反应谱来计算。
风荷载是大气风作用于结构的荷载，需要根据地理位置、建筑形式和风场参数等来计算。
振动荷载是指机械设备振动和交通车辆行驶引起的振动作用于结构的荷载，需要通过振动测量和结构动力分析来确定。
三、建筑结构荷载计算的流程1.确定建筑物的使用功能和结构特点，包括建筑形式、规模和地理位置等。
建筑结构荷载计算与分析
建筑结构荷载计算与分析1. 引言建筑结构荷载计算与分析是设计工程中的基础性问题，它的准确性直接关系到建筑物的安全性和可靠性。
在本文中，将介绍建筑结构荷载计算与分析的常见方法和步骤，以及土木工程师在实践中需要考虑的因素。
2. 荷载种类在进行结构荷载计算与分析时，需要考虑多种荷载，包括：2.1. 永久荷载：包括建筑物的自重、固定设备的重量等；2.2. 活荷载：包括人员、家具、设备等在建筑物上施加的临时荷载；2.3. 风荷载：建筑物在暴风天气中所受的风压力；2.4. 地震荷载：地震力对建筑物所施加的荷载。
3. 荷载计算方法根据荷载种类的不同，可以采用不同的计算方法：3.1. 永久荷载的计算可通过对建筑物各部分的材料重量进行计算得出；3.2. 活荷载可以通过建筑物用途、人员数量、设备重量等因素进行合理估计；3.3. 风荷载的计算可根据建筑物的高度、形状、风速等参数，采用规范中的公式计算得出；3.4. 地震荷载的计算涉及到土壤特性、建筑物底部的刚度等因素，并采用地震响应谱等方法进行分析。
4. 荷载分析步骤在进行荷载计算与分析时，以下是一般的步骤：4.1. 确定建筑物的几何形状和结构类型；4.2. 根据建筑物的功能和用途，确定适用的荷载标准和规范；4.3. 计算各种荷载及其组合，得到结构所受的总荷载；4.4. 进行结构分析，包括静力分析和动力分析；4.5. 对结构的强度、刚度等进行评估，确保结构的设计满足安全要求和使用要求。
5. 结构荷载计算中的考虑因素在进行结构荷载计算与分析时，需要考虑以下因素：5.1. 材料的强度和可靠性；5.2. 结构的初始状态和变形；5.3. 结构的界面效应和连接方式；5.4. 结构的荷载路径和响应特性。
6. 荷载计算与分析软件为了更高效地进行结构荷载计算与分析，土木工程师常常借助计算机软件，如：6.1. SAP2000：用于建筑结构的静力和动力分析；6.2. ETABS：用于建筑结构的模型建立和分析；6.3. STAAD.Pro：用于建筑结构的三维分析和设计。
多层框架建筑荷载标准值计算
§1、恒载标准值计算（1）屋面屋面表层30‰⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩防水层（刚性）：厚C20细石混凝土防水 防水层（柔性）：三毡四油铺小石子 找平层：15厚水泥砂浆找坡层：40厚水泥石灰焦值砂浆3找平保温层：80厚矿碴水泥 3.42 KN/m2 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.120m ×25 KN/m3=3 KN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m ×17 KN/m3=0.17KN/m2合计 ： 6.59 KN/m2 （2）各层走廊楼面水磨石地面⎪⎩⎪⎨⎧素水泥浆结合层一道水泥沙浆打底面层mm mm 2010 0.65 KN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.120m ×25 KN/m3=3.0KN/m2 抹灰层：10厚混合砂浆 0.10×17N/m3=0.17N/m2 合计： 3.82N/m2 （3）标准层楼面楼面1⎧⎪⎨⎪⎩大理石面层，水泥砂浆擦缝30厚：3干硬性水泥砂浆，面上撒20厚素水泥素水泥浆结合层一道 1.16KN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.120m ×25 KN/m3=3.0 KN/m2 抹灰层：10混合砂浆 0.01m ×17 KN/m3=0.17 KN/m2 合计 ： 4.33 KN/m2 （4）梁自重：b ×h=300mm ×600mm梁自重（两侧抹灰，底侧在天棚抹灰上已算过）：25kN/m3×0.3m ×（0.6m-0.120m ）=3.6KN/m 抹灰层:10厚混合砂浆： 0.01m ×(0.60m ×2＋0.3)×17KN/m 3=0.27KN/m 合计： 3.87KN/m 次梁 ：b ×h=250mm ×500mm梁自重： 25kN/m3×0.25m ×（0.50m-0.12m ）=2.38KN/m 抹灰层：10厚水泥砂浆 : 0.01m ×(0.5 m ×2＋0.25m)×17KN/m 3=0.21 KN/m 合计： 2.59KN/m （5）柱自重：b ×h=400mm ×600mm柱自重: 25kN/m3×0.4m ×0.6m=6.0KN/m 抹灰层：10厚混合砂浆抹灰层0.010m ×（0.6m ＋0.4m)×2×17 kN/m3＝0.34KN/m合计： 6.34KN/m （6）外纵墙自重纵墙：0.9m×0.2m×7.5 KN/m3 =1.35KN/m塑钢金窗：0.45KN/m2×2.1m=0.945 KN/m水刷石外墙面：（3.6m-2.1m）×0.5KN/m2＝0.75KN/m 水泥粉刷内墙面：（3.6m-2.1m）×0.36KN/m2＝0.54KN/m 合计： 3.585 KN/m （7）内纵墙自重内纵墙：（3.6m-0.6m）×0.2m×7,5kN/m3=4.5KN/m水泥粉刷内外墙面：（3.6m-0.6m）×2×0.36KN/m2＝2.16KN/m合计： 6.66KN/m （8）内隔墙自重内隔墙：（3.6m-1.0m）×0.2m×7.5kN/m3=4.5KN/m水泥粉刷内外墙面：（3.6m-0.6m）×2×0.36KN/m2＝2.16KN/m合计： 6.66 KN/m （9）地下一层纵墙自重纵墙自重25kN/m3×（4。
建筑结构中的荷载计算方法
建筑结构中的荷载计算方法建筑结构中的荷载计算是设计过程中极为重要的一部分，它确定了建筑物所要承受的负荷大小和作用方向，从而保证了结构的安全性和稳定性。
本文将介绍建筑结构中常用的荷载计算方法，包括静态荷载和动态荷载的计算。
一、静态荷载的计算方法静态荷载是指对结构稳定性和强度产生作用的常数荷载，可以分为恒载、活载和附加荷载。
以下是常见的静态荷载计算方法：1. 恒载的计算方法：恒载是指永久性荷载，它包括自重荷载和固定不变的装置、设备等荷载。
常见的恒载计算方法是根据建筑物的结构形式和布置，采用规范给出的参数进行计算，如建筑物的自重根据材料密度和构件尺寸来计算。
2. 活载的计算方法：活载是指变动性荷载，它包括人员、家具、设备等可移动的荷载。
活载的计算方法主要根据建筑物的用途来确定，比如住宅的活载可以根据规范给出的人员密度进行计算。
3. 附加荷载的计算方法：附加荷载是指在特定情况下产生的荷载，如风荷载、雪荷载等。
附加荷载的计算需要考虑建筑物的地理位置、气候条件等因素。
通常可以根据规范中给出的计算公式进行计算。
二、动态荷载的计算方法动态荷载是指对结构产生动力作用的荷载，主要包括地震荷载和风荷载。
以下是常见的动态荷载计算方法：1. 地震荷载的计算方法：地震荷载是指在地震作用下产生的荷载，它是设计建筑物时必须考虑的重要因素。
地震荷载的计算方法主要依据地震地区的设计地震烈度和建筑物的重要性等级来确定，通常可以根据规范中的计算公式进行计算。
2. 风荷载的计算方法：风荷载是指在风力作用下产生的荷载，它对建筑物的结构稳定性和抗风能力有重要影响。
风荷载的计算方法主要依据建筑物的高度、形状、风向等因素来确定，可以采用规范中给出的计算方法进行计算。
总之，建筑结构中的荷载计算是建筑设计中不可或缺的一环，它关系到建筑物的安全性和稳定性。
通过合理的荷载计算方法，可以确保建筑物在使用寿命内承受外部荷载的能力，从而为人们提供安全、舒适的使用环境。
建筑结构荷载计算
有地震作用效应组合时
SERE/RE
SE ：有地震作用效应组合时，构件 截面内力（效应）组合的设计值 RE ：有地震作用组合时，构件截面 承载力设计值
R E：承载力抗震调整系数
材料
结构构件
钢筋混凝土 梁
轴压比小于0.15的柱
轴压比大于0.15的柱
剪力墙
各类受剪、偏拉构件
钢（强度破 梁、柱
坏）；
支撑
＝
cu / Cu1 Cu2 cu / Cu2 Cu1
>1.0
相对受压区高度 与曲率延性比关系
轴压比大，相对受压区高度大，延性小
• 在高轴压比情况下，在水平荷载施加之 前，柱子己经产生了较大的预压应变， 预压应变降低截面的塑性转动能力，使 构件的延性变差，所以轴压比限值不能 定的过高
（4）纵向钢筋
σ/M P a
钢筋或钢材
80
60
Z12
Z13
40
Z11
20
Z8
Z9
Z10
0
ε
0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025
不同配箍特征值
不同强度等级混凝土 碳纤维约束混凝土
截面曲率延性 u /y
截面弯短—曲率关系 屈服时截面应变分布 极限状态时截面应变分布
构件位移延性 u /y
名义屈服时 y y' /0.85
y —钢筋屈服应变（小，有利）
h 0 —截面有效高度
x
' y
—混凝土受压区高度（小，有利）
截面的极限曲率 u
u cu / xu
c u —受压区边缘混凝土极限压应变
（大，有利）
x u —混凝土受压区高度（小，有利）
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安全等级为一级或设计使用年限 100年及以上，不小于1.1
r0S≦R S ：无地震作用效应组合时，构件截 面内力（效应）组合的设计值（与荷 载标准值和荷载效应分项系数的大小
有关） R：无地震作用组合时，构件截面 承载力设计值（与材料分项系数的 大小有关）
体结构不受破坏，非结构构件没有过重破坏 并导致人员伤亡，保证建筑的正常使用功能；
罕遇地震作用下，主体结构遭受破 坏或严重破坏但不倒塌。
4.2 侧移限制（弹性层间位移角限值）
多遇地震（及风荷载下），
目的：防止风、小震作用下非结 构构件破坏：
•防止主体结构开裂、损坏； •防止填充墙及装修开裂、破坏； •过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用； •过大的侧移会使结构产生附加内力（P-△效应）。
•框架结构应符合下式要求
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
钢结构构件的稳定性问题是钢结 构设计的重要内容，将在结构设 计中详细介绍。
此处的稳定主要是结构整体稳定， 即重力作用下的二阶效应——P －△效应。
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
《高钢规》下列条件下可不进行整体稳定性验收：
1）各层柱子平均长细比和平均轴压比满足一定要求；
框架
框架-抗震墙 板柱-抗震墙 框架-核心筒 抗震墙 筒中筒
1/550 1/800
1/1000
框支层
1/1000
钢结构
不 小 于 各种类型结构 250m
各种类型结构
1/500 1/250
罕遇地震（防止倒塌）
薄弱层（部位）弹塑性层间位 移角限值
4.3 舒适度要求
高度超过150m： 10年一遇的风荷载，顶点 最大加速度限值
有地震作用效应组合时
SE RE / RE
SE ：有地震作用效应组合时，构件 截面内力（效应）组合的设计值 RE ：有地震作用组合时，构件截面 承载力设计值
RE：承载力抗震调整系数
材料
结构构件
钢筋混凝土 梁
轴压比小于0.15的柱
轴压比大于0.15的柱
剪力墙
各类受剪、偏拉构件
钢（强度破 梁、柱
•采用弹性方法进行计算；
•也可采用对未考虑重力二阶效 应的计算结果乘以增大系数的方 法近似考虑
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
结构位移增大系数： 框架结构 剪力墙结构、框架-剪力墙结构、 筒体结构
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
高层建筑结构的稳定应符合下列规定： •剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结 构应符合下式要求：
住宅、公寓：0.15m/s2 办公、旅馆：0.25m/s2
4.4 稳定和抗倾覆要求
P-Δ效应： 侧移，重力荷载产生附加 弯矩，增大侧移和内力
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
实际上大部分钢筋混凝土结构 不需要计算P-△效应。
4.4.1 高层钢筋混凝土结构的稳定验算
如果需要计算，可按下述方法进 行计算：
2）按不考虑P－△效应的弹性计算所得的层间相对位移 小于某个值：
对于钢支撑、剪力墙或筒体的钢结构，且△u/h≤1/1000， 可不计算P－△效应，只按有效长度法计算柱的承载力；
对于无支撑的钢结构（纯钢框架）和△u/h>1/1000的有 支撑钢结构，应按考虑P－△效应的方法计算结构内力 及侧移，侧移应不大于1/300。
如何达到目的：结构有足够大的 刚度
参数：最大层间位移角
Δu/h≤ [Δu/h]
Δu：荷载效应标准值组合所得结构最 大层间位移； h：层高； Δu/h :最大层间位移角； [u/h]：弹性层间位移角限值。
[u/h]：弹性层间位移角限值（使用阶段）
材料 结构高度 结构类型
限值
钢筋 混凝材
80
60
Z12
Z13
40
Z11
20
Z8
Z9
Z10
0
ε
0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025
不同配箍特征值
高宽比不大于4的建筑，基底 零应力区面积不应超过基础底面 积的15％。
4.5 延性要求与抗震等级
设防烈度6度及6度以上的抗震结构
•构件和结构屈服后,具有承载能力不降低或基本不降低、 且有足够塑性变形能力的一种性能。 •当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量， 结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力） 不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结 构可降低对结构的承载力要求，也可以说，延性结构是 用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用； 反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力 抵抗地震。然而后者会多用材料，对于地震发生概率极 少的抗震结构，延性结构是一种经济的设计对策。
坏）；
支撑
柱，支撑屈 节点板件、连接螺栓 曲，为0.80 连接焊缝
RE
0.75 0.75 0.80 0.85 0.85 0.75（0.75） 0.80（0.75） 0.85（0.75） 0.90（0.75）
4.2 侧移限制（弹性层间位移角限值）
二阶段设计方法控制： 多遇地震（及风荷载下），要求主
实际上大部分钢结构需要计算P－△效应。
4.4.3 高层建筑抗倾覆问题
高层建筑侧移过大，其重力作用 合力点移至基底平面范围以外， 则建筑可能发生倾覆现象。
正常设计的高层建筑不会出现倾 覆问题。
4.4.3 高层建筑抗倾覆问题
控制高宽比；
高宽比大于4的建筑，在地震 作用下基础底面不允许出现零应 力区；
两种抗震设计方法
OA: 弹性设计，承载力抗震 OBC和ODE: (承载力＋延性)抗震 （构件屈服，局部破坏） 具有足够大延性和耗能能力
延性
材料、截面、构件或结构保持一定的强 度或承载力时的非弹性（塑性）变形能力
用延性系数度量：
＝u / y
Δy和Δu分别为屈服值和极限值 定义：没有规定
材料应变延性 u / y
第4章 设计要求及荷载效应组合
主要内容（目录）
4.1 承载力计算 4.2 侧移限制 4.3 舒适度要求 4.4 稳定和抗倾覆 4.5 抗震结构延性要求和抗震等级 4.6 荷载效应组合及最不利内力
4.1承载力验算
按承载力极限状态验算结构 构件截面： 足够大的承载能力
无地震作用效应组合时
r0S≦R r0 ：结构重要性系数