第2章 荷载结构设计方法
荷载与结构设计方法
， 材料的容许应力。
M Mu k ,
Mu 构件最终破坏时的承载能力； k 安全系数。
在容许应力设计法中，假定某一截面的
最大应力达到容许应力时即告失效；而在破 坏阶段设计法中是以整个截面的内力达到某 极限内力时才引起失效。
3.2 荷载效应组合
土木工程结构设计应根据在使用过程中结构上可能 出现的各种荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限 状态分别对荷载进行相应的荷载效应组合，并取其各自 的最不利组合进行建筑结构设计。
对于承载力极限状态，应采用荷载效应的基本组合 和偶然组合进行设计，采用下列设计表达式：
0S R 0 结构重要性系数，对安全等级为一级、二级和三级的结构
表1.0.8 安全等级 一级 二级 三级
建筑结构的安全等级 破坏后果 很严重 严重 不严重
建筑物类型 重要的房屋 一般的房屋 次要的房屋
10.1 结构设计的目标
结构设计的目标： 是要科学的解决建筑物的可靠性与经济性这一矛盾
，力求以最经济的途径，使所建造的房屋以一定的可靠 度来满足各项预定功能的要求。
化，或其变化与平均值相比可以忽落不计，或其变化是 单调的并能趋于限值的荷载。应采用其标准值作为其代 表值。 (2)可变荷载：
在结构使用期间，其值会时间变化，且其变化值与 平均值相比不可忽落的荷载，主要包括各种活荷载。应 根据工程设计要求采用其标准值、组合值、频遇值和准 永久值作为其代表值。
(3)偶然荷载： 偶然荷载指那些在结构使用期间不一定出现，作
3.1.3 可变荷载代表值Q
对可变荷载，除标准值外，有时还采用组合值和准 永久值作为荷载代表值。
当结构承受两种或两种以上可变荷载作用时，荷载 不可能同时以其最大值（即标准值）出现，应取荷载组 合值 cQk 作为可变荷载代表值；当结构设计中需要考 虑荷载持久性对结构的影响时，应取荷载准永久值 qQk 作为可变荷载代表值。
荷载与结构设计方法-风荷载
A类是指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，取地面粗糙度指数αA =0.12，梯度风高度 H=T3A 00m。
B类是指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，
取地面粗糙度指数 αB =0.16，梯度风高度 HTB 350m。 C类是指有密集建筑群的城市市区，取地面粗糙度指数 αC =0.22，梯度风 高度 HTC 400m。
6～11
3
微风
0.6
1.0
渔船渐觉簸动，随风移行每小时 5～6km
树叶及微枝摇动不息，旌旗展开
12～19
4
和风
1.0
1.5 渔船满帆时船身倾于一侧
能吹起地面的灰尘和纸张，树的小枝摇动
20～28
5
清劲风
2.0
2.5 渔船缩帆(即收去帆的一部分)
有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波
29～38
6
强风
3.0
4.0 渔船加倍缩帆，捕鱼须注意风险 大树枝摇动，电线呼呼有声，举伞困难
75～88 89～102
11
暴风
11.5
16.0 汽船遇之极危险
陆上很少，有时必有重大损毁
103～117
12
飓风
14
- 海浪滔天
陆上绝少，其捣毁力极大
118～133
<10
1～3 4～6 7～10 11～16 17～21 22～27 28～33 30～40 41～47 48～55 56～63 64～71
0～0.2
0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8.0～10.7 10.8～13.8 13.9～17.1 17.2～20.7 20.8～24.4 24.5～28.4 28.5～32.6 32.7～36.9
混凝土结构第2章
材料性能等取值而选用的时间参数，与结构的设计使
用年限是两个概念，不能混淆。
作用按随空间位置的变异可分为: 固定作用与自
由作用。
作用按结构的反应特点可分为：
(1)静态作用，使结构产生的加速度可以忽略不计的作 用，如自重、一般风荷载、雪荷载等，其作用效应 与结构的动力特性无关；
(2)动态作用，使结构产生的加速度不可忽略不计的作 用，如地震，其作用效应不仅与作用的大小有关， 而且与结构的动力特性（如刚度、质量分布、自振 周期等）有关。
2.2 两类极限状态 2.2.1 建筑结构的功能
结构的可靠性指的是结构在设计使用年限内，在 规定的条件下，完成预定功能的能力。
所谓的预定功能是指建筑结构必须满足安全性、 适用性、耐久性。 安全性：指结构在预定的使用期限内，应能承受正常 施工、正常使用时可能出现的各种荷载、外加变形、 约束变形等的作用。在设计规定的偶然事件发生时及 发生后，仍能保持整体稳定性，不发生倒塌或连续破 坏，应避免个别构件或局部破坏而导致整体破坏。
例题2-1
已知：板宽0.6m，板的计算跨度 l0 3.3m ， 板自重：1.62kN / m2 板面25mm水泥砂浆抹面： 0.025 20 0.5kN / m2
板底15mm纸筋石灰粉刷：0.01516 0.24kN / m2
合计：2.36kN / m2
在板宽0.6米内的均布线恒载的标准值为：
gk Gkb 2.36 0.6 1.42kN / m
在板宽0.6米内的均布线活载的标准值为：
qk Qkb 2.0 0.6 1.2kN / m
跨中弯矩设计值：
M
0S
0 ( G
1 8
4.61kN m
第二章：混凝土结构设计方法
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max
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max
My I
max
K
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式中：K 为安全系数。容许应力法以一个点的安全决 定结构构件的安全，而且，当时的安全系数主要根据 经验确定。
4
混凝土结构设计原理
第2章
2.、五、六十年代：三系数极限状态设计法 。 三系数：工作条件系数； 荷载系数； 材料匀质系数。 3、七十年代：单系数极限状态设计法。
（2-2）
式中： R、 R ––– 结构抗力的平均值和标准差； s、 s ––– 作用效应的平均值和标准差。
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混凝土结构设计原理
第2章
按承载能力极限状态设计时要求的可靠指标值 破坏类型 塑性破坏 脆性破坏 一级 3.7 4.2 安全等级 二级 3.2 3.7 三级 2.7 3.2
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s
s
式中： c ––– 混凝土的材料分项系数，取1.40； s ––– 钢筋的材料分项系数，对延性较好的热轧
钢筋取1.10，对500MPa级钢筋取1.15，对 预应力钢筋取1.20。
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混凝土结构设计原理
第2章
§2.3
结构的极限状态及分类
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结构极限状态的分类:
承载能力极限状态：超过这一极限状态时结构将发 生破坏、倒塌或失稳等现象。
正常使用极限状态：超过这一极限状态时结构将出 现过大的变形，开裂或过宽的裂缝，钢筋严重锈蚀 ，混凝土腐蚀、风化、剥落等现象。
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混凝土结构设计原理
第2章
第二章行车荷载
2.汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原因。要做好路
基路面结构设计，必须对行车荷载进行分析。面的服务对 象。路基路面的主要功能是保证车辆快速、安全、舒适、 经济通行。
一、车辆的种类
道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类。
客车：小客车、中客车、大客车；
货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。见课本图2-1 P28
• 3.沥青混合料 • 混合料中的沥青具有依赖于温度和加荷时间的粘一弹性性 状——沥青混合料在荷载作用之下的应变具有随温度和荷 载作用时间而变化的特性。 • 当沥青混合料受力较小，且力的作用时间十分短暂时，处 于弹性状态并兼有弹粘性性质。 • 当沥青混合料受力较大，且力的作用时间较长时，应力— 应变关系呈现出弹性，弹—粘性和弹—粘—塑性等不同性 状。见图2-31 • 应力—应变特性关系：劲度模量St,T表征。见图2-32 • 沥青混合料的劲度模量实质上就是在特定温度与特定加荷 时间条件下的常量参数。
• 汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构设计主要以 轴重作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，重型货车和大客车 起决定作用。对于小客车，则主要对路面的表面特性如：平整性、抗 滑性等，提出较高的要求。
二、汽车的轴型
• 轴重的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度， 各个国家均对轴重的最大限度有明确的规定。我国公路与 城市道路设计规范中均以100kN作为标准轴重。目前我国 公路是行使的车辆，后轴轴载一般在60~130kN范围内。 • 对超载的定义：2000年2月，交通部《超限运输车辆行驶 公路管理条例》规定：“单轴（每侧单轮胎）载质量 6000kg，单轴（每侧双轮胎）载质量10000kg，双联轴 （每侧双轮胎）载质量18000kg。”附则第二十九条规定， 单轴轴载最大不得超过13000kg。
《荷载与结构设计方法》试题+参考答案1公开课教案课件
《荷载与结构设计方法》试题+参考答案11．一、填空题（每空1分, 共20分）2．作用按时间的变异分为:永久作用,可变作用,偶然作用_3．影响结构抗力的因素有: 材料性能的不定性,几何参数的不定性,计算模式的不定性..4．冻土的四种基本成分是_固态的土颗粒,冰,液态水,气体和水汽.5．正常使用极限状态对应于结构或者构件达到_正常使用或耐久性能_的某项规定限值.6．结构的可靠性是_安全性,适用性,耐久性__的总称.7．结构极限状态分为_承载能力极限状态,正常使用极限状态_.8．结构可靠度的确定应考虑的因素,除了公众心理外,还有结构重要性,社会经济承受力,结构破坏性质二.名词解释(10分)1.作用: 能使结构产生效应(内力,应力,位移,应变等)的各种因素总称为作用（3分）2.地震烈度: 某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度.（3分）承载能力极限状态: 结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形,这种状态称为承载能力极限状态.（4分）1.三.简答题.(共20分)2.结构抗力的不定性的影响有哪些?3.答: ①结构材料性能的不定性、②结构几何参数的不定性、③结构计算模式的不定性。
（每点1分）4.基本风压的5个规定.5.答: 基本风压通常应符合以下五个规定。
①标准高度的规定。
我国《建筑结构荷载规范》规定以10m高为标准高度。
②地貌的规定。
我国及世界上大多数国家规定, 基本风速或基本风压按空旷平坦地貌而定。
③公称风速的时距。
规定的基本风速的时距为10min。
④最大风速的样本时间。
我国取1年作为统计最大风速的样本时间。
⑤基本风速的重现期。
我国规定的基本风速的重现期为30年。
（每点1分）(5)6.简要回答地震震级和烈度的差别与联系(6)7.答: ①地震震级是衡量一次地震规模大小的数量等级。
②地震烈度是某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。
③一次地震发生, 震级只有一个, 然而在不同地点却会有不同的地震烈度, 但确定地点上的烈度是一定的, 且定性上震级越大, 确定地点上的烈度也越大。
(整理)《荷载与结构设计方法》试题+参考答案4.
《荷载与结构设计方法》试题+参考答案4一、填空题（每空1分，共计20分）1. 当功能函数服从 正态分布 时，可靠指标与失效概率具有一一对应关系。
2结构构件可靠度计算的一次二阶矩法包括 中心点法 和 验算点法 。
3. 结构可靠指标β的几何意义是 随机变量空间坐标原点到极限状态曲面的最短距离。
随机变量标准空间坐标原点到极限状态曲面的最短距离。
4. 荷载简单组合是 恒荷载 与 可变荷载 的组合。
5. 确定结构目标可靠度水准的方法有 事故对比法 、 校准法 和 优化法 。
6. 荷载的代表值一般包括 标准值 、 组合值 、 频遇值 和 准永久值 。
7. 荷载效应组合规则一般有 、 、和 。
8. 我国“建筑结构可靠度设计统一标准”（GB50068—2001）将设计状况分为 、 和 。
9. 荷载效应组合问题的实质是 综合荷载效应最大值的概率分布问题 。
二、判断对错（在括号内：对的画“√”，错的画“×”） （每空2分，共计16分）1. 可靠指标β越大，结构可靠程度越高。
（ 对 ）2. 结构可靠度设计的基准期就是结构的使用期。
（ 错 ）3. 结构的失效概率f P 等于结构抗力R 和荷载效应S 的概率密度干涉面积。
（ 错 ）4. 极限状态方程表达了结构荷载效应与抗力之间的平衡关系。
（ 对 ）5. 结构重要性系数是用来调整不同安全等级结构的目标可靠指标的。
（ 对 ）6. 延性破坏构件的目标可靠指标要大于脆性破坏构件的相应值。
（ 错 ）7. 荷载标准值是设计基准期内在结构上时而出现的较大可变荷载值。
（ 错 ）（最大荷载）8. 对于结构不同的设计状况，均应进行正常使用极限状态设计。
（ 错 ）三、简述题（每小题8分，共计24分）1. 简述结构设计方法经历了哪几个发展阶段，并说明每个阶段结构设计方法的主要特点。
2. 简述影响结构构件抗力随机性的几类因素，并说明每一类因素主要包括哪些内容。
3. 简述结构构件可靠度设计的实用表达式包括哪些内容，并列出具体表达式。
《荷载与结构设计方法》试题参考答案
《荷载与结构设计方法》试题+参考答案5一、简答题（每小题6分，共计36分）1. 试绘图说明结构可靠指标β的几何意义。
可靠指标β是标准空间R S ''-坐标系中坐标原点到极限状态曲面0Z =的最短距离。
2. 试绘图说明非正态随机变量当量正态化的两个基本条件，并列出当量正态化随机变量的均值和标准差的计算公式。
非正态随机变量当量正态化的两个基本条件：在设计点*i x 处， （1）当量正态分布变量与原非正态分布变量的概率分布值（尾部面积）相等，即**()()i i X i X i F x F x '=（2）当量正态分布变量与原非正态分布变量的概率密度函数值（纵坐标）相等，即**()()i i X i X i f x f x '=当量正态化随机变量的均值和标准差的计算公式分别为：OR 'R*1*()iiiX i X i X x F x μσ-''⎡⎤=-Φ⎣⎦{}1**()()iii X i X X i F x f x ϕσ-'⎡⎤Φ⎣⎦=3. 简述结构构件可靠度设计的实用表达式包括哪些内容，并列出具体表达式。
(1) 承载能力极限状态设计表达式1102()(,,,)i i inG Gk Q Q k Q C Q k R k k i S S S R f a γγγγψγ=++≤∑01()(,,,)iiinG Gk Q C Q k R k k i S S R f a γγγψγ=+≤∑(2) 正常使用极限状态设计表达式1) 标准组合设计表达式112[]i i nGk Q k C Q k i S S S f ψ=++≤∑2) 频遇组合设计表达式122[]i i i nGk f Q k q Q k i S S S f ψψ=++≤∑ii i X i X i '3) 准永久组合设计表达式31[]i i nGk q Q k i S S f ψ=+≤∑4. 简述荷载代表值有哪些类型，并说明每种代表值的确定方法。
框架结构毕业设计荷载计算
框架结构毕业设计荷载计算【概述】荷载计算是指在结构设计中对结构所承受的荷载进行计算和分析的过程。
在框架结构的毕业设计中，荷载计算是非常重要的一部分，它关系着设计的安全性、稳定性和经济性。
本文将从荷载的定义、荷载计算的步骤和方法等几个方面进行详细的介绍。
【荷载的定义】荷载是指作用于结构上的各种力、力矩和位移，包括静力荷载和动力荷载。
静力荷载包括自重、活载、风荷载、地震荷载、温度荷载等；动力荷载包括地铁、列车、飞机等行驶时所产生的动力效应。
【荷载计算的步骤】荷载计算的步骤主要包括荷载识别、荷载分析、荷载效应计算和安全性校核等几个阶段。
1.荷载识别：识别每种荷载的作用方式、作用方向和作用位置，包括静荷载和动荷载。
2.荷载分析：对荷载进行分类和分析，确定每种荷载的工作状态、作用点、作用方向、作用方法和作用时间。
3.荷载效应计算：计算每种荷载的效应值，包括受力状态、变形状态和应力状态等。
4.安全性校核：根据各项设计标准和规范，对结构的安全性进行校核，包括强度校核、稳定性校核和刚度校核等。
【荷载计算的方法】荷载计算的方法主要包括静力法和动力法。
1.静力法：静力法是指通过静力平衡方程建立结构的力学模型，根据荷载的大小和作用位置来计算结构所受的荷载。
2.动力法：动力法是指通过结构的动力响应来计算结构的荷载，主要包括求解结构的固有振动频率和由外界激励引起的共振现象。
【设计中的注意事项】在进行荷载计算时，需要注意以下几个方面。
1.合理选择荷载组合：根据不同的设计标准和规范，选择适当的荷载组合进行计算。
2.考虑边界条件：结构的边界条件对荷载计算结果有很大的影响，需要合理考虑。
3.考虑结构的非线性特性：在计算荷载时，对于存在非线性特性的结构，需要进行相应的修正计算。
4.精确的荷载计算：荷载计算是设计中最基本也是最重要的环节，需要进行严谨的计算，尽量减小误差。
【总结】荷载计算是框架结构毕业设计中重要的一部分，直接关系着结构的安全性和可靠性。
工程结构荷载与可靠度设计原理-完整版
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§2.3 雪荷载
漂积作用的影响： • 使敞风较好的平屋面或小坡度屋面上的雪压小于
邻近地面上的雪压； • 在高低跨屋面的情况下，在低屋面形成局部较大
其他几种水压力在结构物上的分布模式
§3.2 水压力及流水压力
二、动水压力
➢ 当水流过结构物表面时，会对结构物产生切应力 和正应力。
➢ 切应力只有在水高速流动时，才表现出来。
➢ 正应力=静水压力+动水压力。
即：
p p静 p动
p p静 p动 p'
p动 时段平均动压力（Pa）;
p'
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大汽车荷载的概率大小，对荷载效应进行折减。 车道数越多，折减率越大。
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§2.4 车辆荷载 车辆荷载布置图
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单位（m）
§2.4 车辆荷载 ➢ 列车荷载 • 列车荷载应采用中华人民共和国铁路标准活载， 及“中-活载”。
我国城市桥梁设计荷载标准规定的城-A级车道荷载
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hi
i
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第i层土的厚度（m）
第i层土的天然重度，若土层位
于地下水位以下，计算土的自
重应力时应取土的有效重度
' i
§2.1 结构自重
土的有效重度
' i
若土层位于地下水位以下，由于受到水的 浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重 力扣除浮力后的重度称为土的有效重度， 是土的有效密度与重力加速度的乘积
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