第02章重力.ppt

1,第二章 重力,结构自重 土的自重应力 雪荷载 车辆重力 楼面和屋面活荷载 人群荷载 其它重力荷载,2,2.1 结构自重,式中 Gb：构件的自重(kN) g ：构件材料的重度(kN/m3)按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）确定 V：构件的体积，一般按设计尺寸确定(m3),结构的自重：,结构包含多种材料时：,结构设计时，将结构自重转化为平均楼面恒载,木结构1.98  2.48kN/m2; 钢筋砼结构4.95  7.43kN/m2 钢结构2.48  3.96kN/m2; 预应力砼结构3.46  5.94kN/m2,3,2.2 土的自重应力,土的自重应力是指土的自身有效重力在土体中引起的应力常用来验算地基承载力 土是有固（土颗粒）、液（孔隙水）、气三相非连续介质组成，为了计算简便，一般假设土为均匀连续介质计算得到的应力为单位面积上的平均应力 由于土的特殊成分和结构，土粒间传递的粒间应力是引起土体变形和影响土体强度的重要因素，故有称为有效应力 计算土的自重应力时，一般假设天然地基是一个无限大的层状半空间，并且任意水平面与竖直面上均无剪应力存在4,假设任意水平面与竖直面上均无剪应力存在，则土的自重应力cz,沿深度：直线分布 沿水平：均匀分布,均质土的自重应力,5,成层土的自重应力,成层土z处的竖直有效自重应力：,式中 n：从天然地面起到深度z处的土层数; hi：第i层土的厚度（m）; gi：第i层土的天然重度，若土层位于地下水位以下，取扣除水浮力后的有效重度g‘i：,沿深度：折线分布 沿水平：均匀分布,6,土的有效重度,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g‘i,式中 gi ：第i层土的饱和重度 g‘i：第i层土的有效重度 gw ：为水的重度，一般取10 kN/m3,,广东某建筑 由于干旱以及地下水的过量开采，地下水位急剧下降，土的自重应力增加，造成地面下陷,7,2.3 雪荷载,一、基本雪压,定义：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。

式中： S - 雪压(N／m2) γ - 雪重度（N/m3） d - 雪深(m),日本2012雪灾,8,雪的重度,雪的重度是随积雪深度和积雪时间变化的 方便工程应用  取定值 不同国家、同一国家不同地区取值不同，我国按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001)全国基本雪压分布图的规定采用,9,二 、屋面的雪压,屋面雪荷载标准值：,式中： Sk -雪荷载标准值(N/m2) mr – 屋面积雪分布系数 S0 – 基本雪压(N/m2),影响屋面雪压的因素： ①风； ②屋面形式； ③屋面散热10,风对屋面积雪的影响,漂积作用：在下雪过程中，风会把部分本将飘落在屋面上的雪吹积到附近的地面上或其他较低的物体上，这种影响称为风的漂积作用 如：2012日本雪灾，青森市酸汤地区最大积雪厚达4.4米,漂积作用的影响：,① 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； ② 在高低跨屋面的情况下，在低屋面形成局部较大的漂积荷载；,高低屋面上漂积雪的分布,11,③ 在多跨坡屋面情况下，屋谷附近区域的积雪比屋顶深,某实验（多跨屋面上的积雪分布）,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。

12,屋面对积雪的影响,屋面对积雪的影响—滑落，当屋面坡度大到某一角度时，积雪就会在屋面上产生滑移或滑落，坡度越大滑落的雪越多，使屋面雪载越小单坡屋顶积雪分布系数,13,屋面散热的影响,屋面散发的热量使部分积雪融化，同时也使雪滑移更易发生，故采暖房屋的积雪一般比非采暖房屋小 在檐口处通常不加热，因此融化的雪水常常会在檐口处冻结，堵塞屋面排水，并对结构产生不利的荷载效应 对于不连续加热的屋面，加热时融化的雪在不加热期间可能重新冻结，重新冻结的冰可能堵塞屋面排水，并在屋面较低处结成较厚的冰层，产生附加荷载14,2.4 车辆重力,根据公路等级与城市道路等级把汽车荷载分成公路-I级与公路-I级两个等级 为了满足不同结构位置的荷载效应组合和计算，将汽车重力分别考虑为车列荷载和车道荷载两种形式 汽车荷载的折减 多车道：横向折减 大跨度：纵向折减,15,汽车荷载等级,公路等级与汽车荷载等级的关系,城市道路等级与汽车荷载等级的关系,16,车道荷载与车辆荷载,为了满足不同结构位置的荷载效应组合和计算，将汽车重力分别考虑为车列荷载和车道荷载两种形式,车道荷载不考虑车的尺寸及车的排列方式，将车辆荷载等效为均布荷载和一个可以作用在任何位置的集中荷载形式。

桥梁结构的整体计算，主梁、主拱和主桁架等的计算采用车道荷载； 车辆荷载考虑车的尺寸及车的排列方式，以集中荷载的形式作用于车轴位置局部加载、涵洞、桥台和挡土墙压力等的计算采用车辆荷载 两种荷载的作用不得叠加17,车道荷载,18,车辆荷载,车辆荷载横向布置,19,多车道汽车荷载的横向折减,20,大跨度桥梁上汽车荷载的纵向折减,21,2.5 楼面和屋面活荷载,民用建筑楼面活荷载 工业建筑楼面活荷载 屋面均布活荷载 设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值的折减 屋面积灰荷载 施工和检修荷载,22,1、民用建筑楼面活荷载,民用建筑楼面活荷载： 持久性活荷载： 设计基准期内经常出现，如家具等设备产生的荷载 临时性活荷载：设计基准期内短暂出现，如人员的聚汇荷载,民用建筑楼面均布活荷载的标准值及组合系数 《荷载规范》（GB50009-2001）表4.1.1取用 【例如】住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园的建筑楼面均布活荷载的标准值为 2.0kN/m223,24,25,2、工业建筑楼面活荷载,工业建筑楼面在生产使用或安装检修时，由设备、管道、运输工具及可能拆除的隔墙产生的局部荷载，均应按实际情况考虑，可用等效均布活荷载代替。

 工业建筑楼面（包括工作平台）上无设备区域的操作荷载，包括操作人员、一般工具、零星原料和成品的自重，可按均布活荷载考虑，采用2.0kN/m2 生产车间的楼面活荷载，可按实际情况采用，但不宜小于3.5kN/m2  楼面的等效均布活荷载，应在其设计控制部位上，根据需要按内力（如弯矩、剪力等）、变形及裂缝的等值要求来确定一般情况，可按内力的等效来确定26,3、屋面均布活荷载, 屋面均布活荷载包括施工检修人员、工具等自重，上人屋面还包括人员临时聚汇的荷载 《荷载规范》（GB50009-2001）规定了工业与民用建筑房屋的屋面其水平投影面上的均布活荷载的标准值： 上人屋面的均布活荷载的标准值： 2.0 kN/m2 不上人的屋面均布活荷载标准值： 0.5 kN/m2 屋顶花园均布活荷载标准值： 3.0 kN/m2  屋面直升机停机坪荷载应根据直升机总重按局部荷载考虑，同时其等效均布荷载不低于5.0 kN/m2 局部荷载应按直升机实际最大起飞重量确定，当没有机型技术资料时，一般可依据轻、中、重三种类型的不同要求，按《规范》规定选用局部荷载标准值及作用面积27,28,4、楼面活荷载标准值的折减,考虑到作用于楼面上的活荷载不可能以标准值的大小同时布满所有的楼面，在设计梁、墙、柱及基础时，还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况。

应按楼面活荷载标准值乘以折减系数参照国际标准ISO2103 ，《荷载规范》（GB50009-2001） 进行了规定29, 计算梁时：,A—所计算梁的从属面积，取梁两侧各延伸1/2梁间距范围内的实际楼面面积 计算多层房屋的柱、墙和基础时：,n—所计算截面以上的楼层数, 国际标准ISO2103：,30,《荷载规范》（GB50009-2001）：,31,32,5、屋面积灰荷载, 设计生产中有大量排灰的机械、冶金、水泥等的厂房及其附近建筑时考虑  影响主要因素：除尘设施的使用维修情况、清灰制度执行情况、风向和风速、烟囱高度、屋面坡度和屋面挡风板等 对于具有除尘设施和保证清灰制度（一般厂房36个月清灰一次）的厂房屋面水平投影面上的积灰荷载为0.3kN/m2  1.0kN/m2  对于屋面上易形成灰堆处，可考虑乘以增大系数 积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑33,34,35,6、施工和检修荷载,1.设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，施工或检修集中荷载(人和小工具的自重)应取1.0kN，并应在最不利位置处进行验算 注：①对于轻型构件或较宽构件，当施工荷载超过上述荷载时，应按实际情况验算，或采用加垫板、支撑等临时设施承受。

②当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔1.0m取一个集中荷载;在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔2.5～3.0m取一个集中荷载 2，楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶部水平荷载，应按下列规定采用： (1)住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所，幼儿园，应取0.5kN/m; (2)学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取1.0kNn/m 3.当采用荷载准永久组合时，可不考虑施工和检修荷载及栏杆水平荷载36,2.6 桥梁人群荷载, 当桥梁计算跨径50m时，人群荷载标准值取 3.0 kN/m2 当桥梁计算跨径 150m时，人群荷载标准值取 2.5 kN/m2 当 50m桥梁计算跨径 150m时，由线性内插法得到人群荷载标准值  城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述规定值的1.15倍  专用人行桥梁，人群荷载标准值取3.5 kN/m2  人群荷载在横向应布置在人行道的净宽内； 在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内  人行道板（局部构件）可以一块板为单元，按标准值4.0 kN/m2的均布荷载计算  计算人行道栏杆时， 作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值0.75kN/m 作用在栏杆扶手上的竖向力标准值1.0kN/m,37,裹冰荷载,设计电视塔、无线电塔桅等类似结构时，应考虑结构构件、架空线、拉绳表面裹冰后所引起的荷载及挡风面积增大的影响。

2008年湖南电网冰灾事故,基本裹冰厚度应根据当地离地10m高度处的观测资料，取统计50年一遇的最大裹冰厚度为标准当无观测资料时,应通过实地调查确定，或按下列经验数值分析采用： 一、重裹冰区：川东北、川滇、秦岭、湘黔、闽赣等地区，基本裹冰厚度可取10～20mm； 二、轻裹冰区：东北(部分)、华北(部分)、淮河流域等地区，基本裹冰厚度可取5～10mm。