《重力作用》PPT课件.ppt

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1、荷载与结构设计方法,第二章 重力作用,第二章 重力作用,本章内容第一节 土重及土的侧压力第二节 结构自重第三节 楼面及屋面活荷载第四节 厂房吊车荷载第五节 车辆荷载第六节 人群荷载第七节 雪荷载,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,(a)任意水平截面土自重应力,一、土的自重压力,（一）均匀土自重应力,假定：（1）为弹性介质，只产生竖向变形；（2）无侧向和剪切变形，竖直和水平面均无剪应力。,深度z处的竖向应力为：,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,(b)自重应力呈线性增加,（1）处于地下水位以上土层的土自重应力为有效自重应力；（2）处于地下水位以下土层应扣除浮力影响，取土的有效重力

2、。,分布特点：自重应力随深度按 直线规律增加。,注意：,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,图2.2 成层土中竖向自重应力分布,（二）成层土自重应力,各土层的厚度为hi，重度为gi，则深度z处土的自重应力为：,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,挡土墙是防止土体坍塌的构筑物，常用砖石、素混凝土、钢筋混凝土等材料建成，挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生侧向压力。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生侧向压力。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,扶壁式挡土墙,地锚背拉格梁挡土墙,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,抗

3、滑桩排（兰青公路享堂滑坡）,预应力锚索框架治理滑坡（太原古交公路K13+800）,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,深基坑支护,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,广州市华南快速干线广园站东辅道挡土墙发生塌方事故，塌方缺口长30米、宽2米、高20米。导致这次事件的原因是挡土墙建造不合格加上连日暴雨所致。,徐州弘济桥西侧的桥头堡坍塌河里，挡土墙坍塌的直接原因是施工单位拆除上游施工围堰，水流流速过大，冲刷挡土墙底部引起坍塌。设计存在缺陷，基础埋深未达要求。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,二、土的侧向压力,（一）土的侧向压力分类,墙背侧压力,因填土自重或外荷载引起，其大小和

4、分布与墙身位移、填土性质、墙体材料、墙体刚度、地基土质以及墙和地基之间的摩擦特性等因素有关。,根据墙的位移情况和土体的应力状态，土压力分为三类。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,1.静止土压力(E0),挡土墙在土压力作用下不发生任何变形和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用于挡土墙背的土压力,Eo,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,地下室外侧墙因受到内侧楼面结构支撑而没有位移发生，外侧回填土的土压力可按静止土压力计算。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,2.主动土压力(Ea),在土压力作用下，背离墙背方向移动或转动，墙背土压力逐渐减少，直至出现滑动面并且土体滑动瞬间

5、，土应力处于主动极限平衡状态，作用于墙背的土压力,Ea,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,基础围护结构的内侧失去支承，墙体向基坑内产生一定位移，外侧土压力可按主动土压力计算。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,3.被动土压力(Ep),Ep,在外力作用下向土体方向移动或转动，墙背上的土压力逐渐增大，墙后土体会出现滑动面并且土体滑动瞬间，土体应力处于被动极限平衡状态，作用于墙背的土压力,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,桥梁的拱桥桥台，在拱体传递的水平推力作用下，将挤压背后土体产生一定量位移，桥台背后的侧向土压力可按被动土压力计算。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力

6、,4.三种土压力之间的关系,-,+,同一挡土墙在填土的物理力学性质相同的条件下有以下规律：,1.Ea E0 Ep,2.p a,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,（二）土压力基本原理,侧压力计算理论,朗金土压力理论,库仑土压力理论,1.朗金土压力理论（应用较为普遍）,假设：（1）墙体为刚性体；（2）墙背竖直、光滑；（3）填土面水平。,墙背为主应力面,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,在材料力学中，两个主应力1、3，较大的记为1，称为大主应力，较小的记为3，称为小主应力。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,（1）静止土压力状态,墙后土体处于弹性平衡状态,z(1),0(3),

7、朗肯主动土压力强度,竖向应力：,水平应力：,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,（2）主动土压力状态,挡土墙在土压力作用下，产生离开土体的位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐减小，位移增大到a，墙后土体处于朗肯主动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与大主应力面夹角45o/2，水平应力降低到最低极限值,z(1),a(3),竖向应力：,水平应力：,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,（3）被动土压力状态,z(3),p(1),挡土墙在外力作用下，挤压墙背后土体，产生位移，竖向应力保持不变，水平应力逐渐增大，位移增大到p，墙后土体处于朗肯被动状态时，墙后土体出现一组滑裂面，它与小主应力面夹

8、角45o/2，水平应力增大到最大极限值,竖向应力：,水平应力：,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,2.土体极限平衡应力状态,极限平衡状态下大、小主应力之间的关系：,粘性土：,无粘性土：,据此，可求出主动和被动土压力下水平应力大小,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,K0H,z,K0z,H/3,静止土压力强度,静止土压力系数：,1.通过侧限条件下的试验测定 2.采用经验公式K0=1-sin 计算 3.按相关表格提供的经验值确定,静止土压力分布,土压力作用点,三角形分布,作用点距墙底H/3,（三）土的侧压力计算,1.静止土压力,第二章 重力作

9、用第一节 土重及土的侧压力,主动土压力强度,Ka：主动土压力系数Ka=tan2(45o-j/2),当c=0,无粘性土,1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底H/3处,3.主动土压力,竖向应力sz为大主应力s1（已知），水平应力sx为小主应力s3（未知），由平衡条件关系式：,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,Ea,无粘性土的主动土压力强度分布图,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,Ea,粘性土的主动土压力强度分布图,当c0,粘性土,临界深度,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力

10、,当c=0,无粘性土,被动土压力强度,1.无粘性土被动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底H/3处,Kp：被动土压力系数Kp=tan2(45o+j/2),2.被动土压力,竖向应力sz为小主应力s3（已知），水平应力sx为大主应力s1（未知），由平衡条件关系式：,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,当c0,粘性土,粘性土被动土压力强度包括两部分,1.土的自重引起的土压力zKp2.粘聚力c引起的侧压力2cKp,说明：侧压力是一种正压力，在计算中应考虑,1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区2.合力大小为

11、分布图形的面积，即梯形分布图形面积3.合力作用点在梯形形心,土压力合力,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,（四）填土表面有荷载时的土压力计算,1.填土表面有连续均布荷载（以无粘性土为例）,将均布荷载 q 换算成当量土重，用假想土重代替均布荷载。当量的土层厚度 h 为：,以(H+h)为墙高，按填土面无荷载情况计算土压力。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,Ea,填土面有均布荷载的土压力计算,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,当填土面有均布荷载时，其土压力强度比无均布荷载时增加一项qKa即可。,填土面a点的主动土压力强度：,墙底b点的主动土压力强度：,土压力分布为梯形abc

12、d部分；土压力作用点在梯形的重心。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,2.填土表面受局部均布荷载,1）均布荷载自墙背后某距离开始,自点O作辅助线OD和OE，与水平面的夹角分别为j和q，q=45o+j/2（垂直光滑的墙背）；,D点以上土压力不受地表荷载影响，E点以下完全受均布荷载影响，D和E点间的土压力用直线连接，墙背AB上的土压力为图中阴影部分。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,2）均布荷载在一定宽度范围内,O点及O点作辅助线OD和OE，与水平面成q角，q=45o+j/2；,D点以上和E点以下的土压力都不受地面荷载影响，D、E点间的土压力按均布荷载对待，对墙背产生的附加土压力

13、强度为qKa，AB墙面上的土压力为图中阴影部分。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,1，1,2，2,3，3,saA,saB上,saB下,saC下,saC上,saD,挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然后乘以该土层的主动土压力系数，得到相应的主动土压力强度,A点,B点上界面,B点下界面,C点上界面,C点下界面,D点,说明：合力大小为分布图形的面积，作用点位于分布图形的形心处,3.成层填土（以无粘性土为例）,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有土压力和水压力两部分，可分作两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标相同，地下

14、水位以下土层用浮重度计算,A点,B点,C点,土压力强度,水压力强度,B点,C点,4.墙后填土有地下水（以无粘性土为例）,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,（1）土的侧压力与挡土墙高度呈平方关系，挡土墙弯矩与挡土墙高度呈三次方关系，从受力角度挡土墙不可太高。挡土墙过高可分段设置，水平向保持一段距离。,第二章 重力作用第一节 土重及土的侧压力,（2）车辆荷载对挡土墙的作用相当于填土表面受局部均布荷载。,第二章 重力作用第二节 结构自重,结构自重是由于地球引力作用而产生的重力，可根据结构的材料种类、构件尺寸和材料重度经计算确定。,在计算工程结构的自重时，常将结构人为地划分为许多基本构件或材料

15、重度不同的若干单元，先分别计算各部分的重量，然后叠加得到结构的总自重。,结构的体积可按图纸设计尺寸计算，材料的重度可按附录一中的规定采用。,第二章 重力作用第二节 结构自重,由基本构件自重叠加得到结构总自重，计算公式为：,第二章 重力作用第二节 结构自重,1990年2月16日16时20分，大连重型机器厂四楼会议室屋盖突然塌落，当时共有305人正在开会，造成42人死亡、46人重伤，133人轻伤，直接经济损失300万元。该办公楼1960年建成。1987年该厂在原建的计量办公楼三层楼上接层，扩建成四层。会议室位于接层部分的东部，长21.85m，宽14.9m，面积325.6m2，整体建筑为混合结构，加

16、层屋顶共设五榀梭形轻型钢屋架，钢筋混凝土预制板屋面。屋盖原设计为槽形板，后改为多孔板；原屋面无保温层，后加了100mm厚炉渣保温层；原设计水泥砂浆找平层20mm厚，实际最厚处50mm厚；原屋面两毡三油防水层，后改为三毡四油防水层。设计屋面荷载2.37kN/m2，实际为4.64kN/m2，超载近一倍。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,楼面活荷载,一、民用建筑楼面活荷载,楼面上的人群、家具、物品及一般设施等产生的重力作用，其量值随时间发生变化，位置也是可移动的，亦称可变荷载。,楼面活荷载可分为：,持久性部分：指楼面上在某个时段内基本保持不变的荷载，例如家具、物品、常住人员等；,临时性部分

17、：指楼面上偶尔出现的短期荷载，例如聚会人群、装修材料等。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,（一）楼面活荷载的取值,考虑到楼面活荷载在楼面位置上的任意性，为工程设计方便，一般将楼面活荷载等效为均布荷载，其量值与房屋使用功能有关。,我国建筑结构荷载规范（GB5009-2001），在调查统计的基础上给出了楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数，其取值大致可分为七个档次。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,（1）活动的人较少，如住宅、旅馆、医院、教室等，活荷载的标准值可取2.0kN/m2;（2）活动的人较多且有设备，如食堂有较多人聚集，资料室堆积资料，活荷载标准值可取2

18、.5kN/m2;（3）活动的人很多且有较重的设备，如剧场、影院人员可能十分拥挤，活荷载标准值可取3.0kN/m2;,资料室、档案室,剧场、影院,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,（4）活动的人很集中，有时很拥挤或有较重的设备，如商店、展览厅，活荷载标准值可取3.5kN/m2;（5）人员活动的性质比较剧烈，如健身房、舞厅，活荷载标准值可取4.0kN/m2;,商店卖场,健身房,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,韩国首尔三丰百货大楼1989年建成，于1990年7月7日开门营业，日均接待顾客约4万人次。1995年6月29日（周末）傍晚倒塌，当时正值营业高峰，造成501人死亡，937人受

19、伤，财产损失高达2700亿韩元（约合2.16亿美元）。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,三丰百货大楼最初的设计，原为一栋四层的办公楼，在建设工程中，将其改建成一栋百货大楼。这一改动，导致了很多承重柱被取消以腾出空间，安装自动扶梯。原先的建筑承包商，拒绝按照新的设计继续施工。业主解雇了他们，并让自己的建筑公司进行施工。不久，第五层楼面又被添加到了这栋建筑物上，成了一家传统的朝鲜餐馆。由于韩国人有吃饭时席地而坐的习惯，这家餐馆的混凝土地面下添加了一层加热设备，这极大的增加了承重结构的负担。此外，整幢大楼的空调设备现在都被安装在了楼顶之上，其承重负荷达设计标准的四倍之多。,第二章 重力作用

20、第三节 楼面及屋面活荷载,巴西大圣保罗地区瓜鲁柳斯市一家夜总会在2004年8月29日凌晨时左右发生楼层倒塌事故，事故发生时，夜总会里共有1000多人。事故造成6人死亡，100多人受伤。夜总会由办公楼改建而成。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,（6）储存物品的仓库，如藏书库、档案库、贮藏室等，堆满图书、档案和物品，活荷载标准值可取5.0kN/m2;密集无走廊藏书库活荷载标准值可取12.0kN/m2;,藏书库、档案库,密集藏书库,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,（7）有大型的机械设备，如建筑物内的通风机房、电梯机房，活荷载标准值可取6.07.5kN/m2;,电梯机房,通风机房,

21、第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,红色部分为06版所做修改,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,（A18m2）,（二）楼面活荷载折减,楼面活荷载不可能以标准值同时布满全部楼面，在确定梁、墙、柱和基础的荷载标准值时，应对其标准值折减（乘以折减系数）。,1.国际通行做法,根据荷载从属面积大小和层数来考虑折减系数。,（1）计算梁的楼面活荷载效应时：,1）住宅、办公楼等房屋或其房间,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,（A36m2）,梁从属面积示意,2）公共建筑或其房间,式中 A

22、所计算梁从属面积，指向梁两侧各延伸1/2梁间距范围内实际楼面面积。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,（2）计算多层房屋的柱、墙或基础的楼面活荷载效应时：,1）对住宅、办公楼等房屋,2）对公共建筑,式中 n所计算截面以上楼层数，n2。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,2.我国荷载规范规定,按构件从属楼面面积、楼层数确定活载标准值折减系数。,（1）设计楼面梁时的折减系数,1）表2.1第1（1）项当楼面从属面积超过25m2 时，应取0.9；2）表2.1第1（2）7项当楼面梁从属面积超过50m2时应取0.9；3）表2.1第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8；对单向板楼盖

23、的主梁应取0.6；对双向板楼盖的梁应取0.8；4）表2.1第912项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,注：当楼面梁的从属面积超过25m2时，应采用括号内的系数。,（2）设计墙、柱和基础时的折减系数,1）表2.1第1（1）项应按下表规定采用；,2）表2.1第1（2）7项应采用与其楼面梁相同的折减系数；3）表2.1第8项对单向板楼盖应取0.5；对双向板楼盖和无梁楼盖应取0.8；4）表2.1第912项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,二、工业建筑楼面活荷载,（一）楼面活荷载取值,工业建筑楼面荷载取值取决于厂房

24、加工性质和使用用途，不同用途厂房楼面活荷载的取值有较大差异。,荷载规范对全国有代表性的70多个工厂进行实际调查和统计，给出了七类不同性质和用途工业建筑楼面活荷载的标准值。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,与民用建筑楼面活载相比，工业建筑活载两个特点：生产设备以局部荷载形式作用；设备开动对楼面产生动力效应。,为方便起见：将局部荷载折算成等效均布荷载；乘动力系数将静力荷载适当放大。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,实际局部荷载,等效均布荷载,简支板,绝对最大弯矩,绝对最大弯矩,（二）楼面等效均布活荷载确定方法,楼面（板、次梁及主梁）的等效均布活载，应在其设计控制部位上，按照内力

25、、变形及裂缝的等效要求来确定。,（1）连续梁、板的等效均布荷载，可按单跨简支计算内力使之等效，但在计算实际内力时仍按连续考虑；,（2）板面等效均布荷载按弯矩等效原则确定；,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,实际局部荷载,简支次梁,等效均布荷载1,绝对最大弯矩和剪力,等效均布荷载2,绝对最大弯矩,绝对最大剪力,取荷载1和2的最大值作为等效均布荷载,（3）次梁等效均布荷载按弯矩和剪力等效的原则联合确定；,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,（4）考虑到设备荷载运转引起的振动对楼面结构的不利影响，设备荷载应乘以动力系数。,一般车间楼面活载考虑动力系数1.051.10特殊的专用设备和机器

26、可提高到1.201.30,轻工车间,机加工车间,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,（三）局部荷载的有效分布宽度,设备局部荷载作用面一般按矩形考虑，并假定荷载按45扩散线传递，以确定局部荷载的有效分布宽度。相关内容可结合教材了解。,荷载规范对不同厂房的板、次梁和主梁分别列出了等效均布荷载的标准值。,多层厂房的柱、墙和基础不考虑按楼层数的折减。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,三、屋面活荷载,（1）平屋面，并有楼梯直达屋面时，有可能出现人群聚集，按上人屋面考虑；,（2）斜屋面或设有上人孔的平屋面，仅考虑施工或维修荷载，按不上人屋面考虑；,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,

27、（3）设有屋顶花园的屋面，屋顶花园除承重构件等外，尚应考虑花池砌筑、花圃土壤等重量。,设计时屋面活荷载不应与雪荷载同时考虑。取雪荷载标准值和屋面均布活荷载标准值的最大值。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,屋面均布活荷载,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0.2 kN/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。,第二章 重力作用第三

28、节 楼面及屋面活荷载,屋面设有直升机停机坪（高档宾馆、大型医院等）,直升机引起的局部荷载可按实际最大起飞重量并考虑动力系数确定，同时其等效均布荷载不低于5.0kN/m2。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,注：荷载的组合值系数应取0.7，频遇值系数应取0.6，准永久值系数应取0。,直升机的局部荷载及作用面积,没有机型技术资料时，可依据轻、中、重三种类型的不同要求，按下表选用局部荷载标准值及作用面积。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,四、屋面积灰荷载,机械、冶金、水泥等行业生产过程中有大量排灰产生，易于在厂房及其邻近建筑屋面堆积，形成积灰荷载。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋

29、面活荷载,具有一定除尘设施和保证清灰制度的厂房屋面，其屋面积灰荷载应按表2.7采用。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,表2.7 屋面积灰荷载,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,对于屋面上易形成灰堆处，当设计屋面板、檩条时，积灰荷载标准值可乘以规定的增大系数：,（1）在高低跨处两倍于屋面高差但不大于6.0m的分布宽度内取2.0（左图）；,（2）在天沟处不大于3.0m的分布宽度内取1.4（右图）。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,注意：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。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,五、施工、检修荷载及拦杆水

30、平荷载,（一）施工和检修荷载标准值,设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨蓬和预制小梁时，除了考虑屋面均布活荷载外，还应验算在施工、检修时可能出现在最不利位置上，由人和工具自重形成的集中荷载。,（1）屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐和预制小梁，施工或检修集中荷载应取1.0kN，并应作用在最不利位置处进行验算；,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,（2）计算挑檐、雨蓬承载力时，应沿板宽每隔1.0m取一个集中荷载；在验算挑檐、雨蓬倾覆时，应沿板宽每隔的取一个集中荷载，集中荷载的位置作用于挑檐、雨蓬端部（下图）。,（3）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

31、、支撑等临时设计承受。,第二章 重力作用第三节 楼面及屋面活荷载,（二）栏杆水平荷载标准值,设计楼梯、看台、阳台和上人屋面等的拦杆时，考虑到人群拥挤可能会对拦杆产生侧向推力，应在拦杆顶部作用一水平荷载进行验算（右图）。水平荷载的取值按下列规定采用：,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1.0kN/m。,第二章 重力作用第四节 厂房吊车荷载,一、吊车工作制等级与工作级别,工业厂房因工艺上的要求常设有桥式吊车，厂房结构设计应考虑吊车荷载的作用,其为厂房设计主导荷载。,第二章 重力作用第四节 厂房吊车荷

32、载,吊车工作等级与工作级别的对应关系,以往根据吊车工作频繁程度将吊车划分为四种工作制：轻级、中级、重级和超重级；,现行荷载规范按吊车工作的繁重程度来分级，在考虑吊车繁重程度时，按其在使用期内要求的总工作循环次数和吊车荷载达到其额定值的频繁程度确定吊车工作级别（8个级别）。,第二章 重力作用第四节 厂房吊车荷载,二、吊车竖向荷载和水平荷载,桥式吊车大车小车,大车：在轨道上沿纵向行驶小车：在大车的轨道上沿横向运行，带有吊钩的起重卷扬机安装在小车上,吊车竖向荷载由吊车自重和吊重构成；吊车水平荷载是指大车和小车的水平刹车力。,第二章 重力作用第四节 厂房吊车荷载,小车吊有额定的最大起重量开到大车某一极

33、限位置时，该侧大车轮压即为最大轮压标准值pmax,k，而另一侧大车轮压即为最小轮压标准值pmin,k，吊车最大和最小轮压由工艺提供。,最大、最小轮压标准值,（一）吊车竖向荷载,第二章 重力作用第四节 厂房吊车荷载,纵向水平荷载标准值,（二）吊车纵向水平荷载,原因：大车启动或制动时引起的水平惯性力，通过车轮与钢轨间的摩擦传给厂房结构。,按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用；作用点位于轮与轨道的接触点，方向与轨道方向一致，由纵向排架承受。,第二章 重力作用第四节 厂房吊车荷载,横向水平荷载标准值,（三）吊车横向水平荷载,原因：小车吊有额定最大起重量时因启动或刹车引起的水平惯性力，

34、它通过小车轮与桥架轨道之间的摩擦力传给大车，等分于大车两侧的车轮传至吊车梁上的轨道，再由吊车梁与柱的联接钢板传给排架。,第二章 重力作用第四节 厂房吊车荷载,横向水平荷载系数 a 软钩吊车：Q 10t 0.12 Q 1650t 0.10 Q 75t 0.08 硬钩吊车：0.20,式中 Q吊车的额定起重量；Q1横行小车的重量；g重力加速度；a横向水平荷载系数（或称小车制动力系数，按软钩、硬钩吊车及起重量取值）。,第二章 重力作用第四节 厂房吊车荷载,软钩吊车,硬钩吊车,软钩吊车通过柔性钢索传至小车的制动力得到衰减；硬钩吊车刚臂起吊重物，小车制动时产生较大惯性力。,第二章 重力作用第四节 厂房吊车

35、荷载,三、多台吊车组合,厂房设有多台吊车时，参与组合的吊车主要取决于柱距大小和厂房跨间数量，其次是各吊车同时聚集在同一柱距范围内的可能性。,第二章 重力作用第四节 厂房吊车荷载,计算吊车竖向荷载时：单跨厂房，同一跨度内最多考虑2台吊车；多跨厂房，同一柱距内最多考虑4台吊车。,计算吊车水平荷载时，最多只考虑2台吊车。,厂房多台吊车组合不论是2台还是4台吊车，都是按各台同处最不利位置，且同时满载的情况考虑的，这种情况出现概率极小。,第二章 重力作用第四节 厂房吊车荷载,可将多台吊车共同作用时的吊车荷载效应组合予以折减。多台吊车的荷载折减系数见下表。,多台吊车荷载折减系数,第二章 重力作用第四节 厂

36、房吊车荷载,吊车起吊重物处于工作状态时，吊车荷载作用的时间是短暂的，厂房排架设计时，在荷载准永久组合中不考虑吊车荷载。但在吊车梁按正常使用极限状态设计时，可采用吊车荷载的准永久值计算吊车梁的长期荷载效应。,四、吊车荷载的组合值、频遇值及准永久值,组合值、频遇值及准永久值系数可按下表规定采用。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,一、公路桥梁车辆荷载,桥梁上行驶的车辆荷载种类繁多，有汽车、平板挂车、履带车等，同一类车辆又有不同的型号和载重等级。设计时不可能对每种情况都进行计算，应采用统一的荷载标准。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,2007年8月15日，一辆总重达183.2吨的货车经过208国道

37、太原市小店区段东柳林桥。重压之下，东柳林桥西半幅桥面整体垮塌。这辆压塌208国道公路桥的六轴货车，实际载货量接近三个火车皮。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,公路桥涵设计通用规范（JTJ021-89）中：把经常地、大量地出现的汽车荷载排成车队作为设计荷载；把偶然地、个别地出现的平板挂车或履带车作为验算荷载。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,汽车沿纵向排成车队，根据载重量不同分四个等级，每级车队中有一辆是重车，其前后都是主车，主车数量不限。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,图2.22 各级汽车车队的平面尺寸和横向布置（单位：m）,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,各级汽车车队的横向布置如图

38、2.22所示。（1）当桥面行车道宽度小于等于9m时，按两行车队布载时，汽车荷载不予折减；（2）当桥面行车道宽度大于9m且小于12m时，按3行车队布载，车荷载可折减20%；（3）当桥面行车道宽度大于12m时，按四行车队布载，汽车荷载可折减30%。折减后不得小于两行车队布载的计算结果。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,验算荷载为挂车-80、挂车-100、挂车-120和履带-50四种。履带车沿桥纵向可考虑多辆行驶，两车净距不小于50m；对于平板挂车全桥考虑一辆计算。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,不同等级公路的车辆荷载等级可参照表2.11选用。,表2.11 车辆荷载等级选用表,注：1.一条公路

39、上的桥涵，一般应采用同一设计荷载和验算荷载；2.当改建三级干线公路时，对原有桥涵达到汽车-15级、挂车-80荷载标准的可适当利用；3.在有集装箱运输的一级公路，应采用汽车-超20级、挂车-120的车辆荷载；4.桥面行车道净宽4.5m的桥涵，其平板挂车不作具体规定，设计时可按实际情况，自行确定；5.临时性桥涵的车辆荷载可自行确定。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,现行规范：,公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004),同89版规范比较：,（1）取消了原标准汽车荷载等级，改为采用公路级和公路级标准汽车荷载（前者相当于原规范的汽车超20级，后者相当于原规范的汽车20级，原规范规定的汽车15级

40、和汽车10级汽车荷载已较少使用，考虑精简汽车荷载等级，不再列入）；,（2）取消了挂车和履带车验算荷载，将验算荷载的影响间接反映在汽车荷载中。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,1汽车荷载分为公路级和公路级两个等级。2汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。3各级公路桥涵设计的汽车荷载等级应符合下表的规定。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可采用公路级汽车荷载。,四级公路上重型车辆少时，其桥

41、涵设计所采用的公路级车道荷载的效应可乘以0.8的折减系数，车辆荷载的效应可乘以0.7的折减系数。,4车道荷载的计算简图见下图。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,（1）公路级车道荷载,均布荷载标准值为qK=10.5kN/m；集中荷载标准值取值：桥梁计算跨径L5m时，PK=180kN；L50m时，PK=360kN；5mL50m时，PK值采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值PK应乘以1.2的系数。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,（2）公路级车道荷载的均布荷载标准值qK和集中荷载标准值PK按公路级车道荷载的0.75倍采用。,（3）车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效

42、应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,5车辆荷载的立面、平面尺寸见下图，主要技术指标规定于下表。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,公路级和公路级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,7横桥向设计车道布置及多车道横向折减系数。桥涵设计车道数应符合下表a的规定。多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道折减。当桥涵设计车道数等于或大于2时，由汽车荷载产生的效应应按下表b规定的多车道折减系数进行折减，但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,表b 横向折减系数,表a

43、 桥涵设计车道数,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,8大跨径桥梁上的汽车荷载纵向折减系数。当桥梁计算跨径L150m时，应按下表的规定的纵向折减系数进行折减。当为多跨连续结构时，整个结构应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,二、城市桥梁汽车荷载,适用于城市内新建、改建的永久性桥梁与涵洞、高架道路及承受机动车的结构物的荷载设计。,采用城-A级、城-B级两级荷载标准，城-A级适用于快速路及主干路，城-B级适用于次干路及支路。,1汽车荷载分为车辆荷载和车道荷载。,2车辆荷载：,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,城-A级车辆采用五轴式货车加载，总轴重700kN

44、，前后轴距为18.0m，行车限界横向宽度为 3.0m（下图）；,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,城-B级车辆采用三轴式货车加载，总轴重300kN,前后轴距为4.8m，行车限界横向宽度为3.0m（右图）。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,城-A级和城-B级标准载重汽车的横断面尺寸相同，其横桥向布置应符合下图的规定。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,3车道荷载：两级车道荷载按均布荷载加一个集中荷载计算，为简化计算，可按图c所示的等效荷载车轮集中力形式布置。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,注：在计算剪力时，当跨径大于20小于等于150，且车道数等于或大于4条，城-A级、城-B级车道荷载应分

45、别乘以1.25、1.30增长系数。,在求弯矩和剪力时，分别施加不同的均布荷载qM和qQ。荷载标准值随荷载等级和桥梁跨径而异，按下表取值。,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,跨径2m l 20m,城级车道荷载,城B级车道荷载,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,跨径20m l 150m,城级车道荷载,城B级车道荷载,第二章 重力作用第五节 车辆荷载,4车道的横向折减系数：当设计车道数目大于2时，应计入车道的横向折减系数车道数目为3时，折减系数0.80；车道数目为4时，折减系数0.67；车道数目为5时，折减系数0.60；车道数目大于等于6时，折减系数0.55。加载车道位置应选在结构能产生最不利荷载效

46、应处。,第二章 重力作用第六节 人群荷载,采用汽车荷载进行计算时，应计入人行道上的人群荷载；采用验算荷载进行计算时，则不计入人行道上人群荷载。,一、公路桥梁人群荷载,1人群荷载标准值：桥梁计算跨径L50m时，为3.0kN/m2；L150m时，为2.5kN/m2；50m L 150m时，可由线性内插得到人群荷载标准值。,第二章 重力作用第六节 人群荷载,4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取0.75kN/m；作用在栏杆扶手上的竖向标准值取1.0kN/m。,第二章 重力作用第六节 人群荷载,二、城市桥梁人群荷载,其取值较公路桥梁规定的要大,人行道板：按5kN/m2的均布荷载或1.

47、5kN的竖向集中荷载分别计算，并作用在一块构件上，取其受力不利者。,梁、桁架、拱及其他大跨结构：根据加载长度及人行道宽来计算确定，且人群荷载在任何情况下不得小于2.4kN/m2。,第二章 重力作用第六节 人群荷载,当加载长度L20m时：,当加载长度L20m时：,式中 w单位面积上的人群荷载（kN/m2）；L加载长度（m）；wP单边人行道宽度（m）。,第二章 重力作用第六节 人群荷载,人行道栏杆：（1）扶手上的竖向荷载采用1.2kN/m；水平向外荷载采用1.0kN/m；两者不得同时作用。（2）栏杆立柱柱顶的水平推力应取为1.0kN/m；（3）防撞栏杆应采用80kN横向集中力进行验算，作用点放在栏

48、杆板的中心。,第二章 重力作用第七节 雪荷载,第二章 重力作用第七节 雪荷载,某轻钢厂房在大雪后倒塌,第二章 重力作用第七节 雪荷载,一、基本雪压,雪压指单位水平面积上的雪重，决定雪压值大小的是积雪深度与积雪密度，可按下式计算雪压（kN/m2）,式中 h积雪深度，指从积雪表面到地面的垂直深度（m）；r积雪密度（t/m3）；g重力加速度，（9.8m/s2）。,第二章 重力作用第七节 雪荷载,基本雪压,指空旷平坦的地面上，积雪分布保持均匀的情况下，经统计得出的50年一遇的最大雪压。附录二给出了我国城市50年一遇的基本雪压值。,第二章 重力作用第七节 雪荷载,二、屋面积雪分布系数,屋面雪载受到屋面形

49、式、朝向及风向的影响，与地面雪载不同。,（一）风对屋面积雪的影响,1平屋面和小坡度屋面上的雪压一般比邻近地面上的雪压要小。,第二章 重力作用第七节 雪荷载,2对于高低跨屋面或带天窗屋面，较高屋面上的雪被风吹落在较低屋面上，从而形成局部较大漂积雪荷载。,高低跨积雪严重，达到两米厚,第二章 重力作用第七节 雪荷载,3对于多跨屋面，屋脊处的积雪被风吹落到屋谷附近，漂积雪在天沟处堆积较厚。,第二章 重力作用第七节 雪荷载,（二）屋面坡度对积雪的影响,屋面雪荷载分布与屋面坡度相关，随坡度的增加而减小，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。,双坡屋面一侧向阳，加之屋内散发热量，该侧积雪

50、先融化，背阳面雪厚于向阳面。,双坡屋面时，迎风面爬坡风吹走部分积雪，在背面漂积，背风面雪厚于迎风面。,以上引起屋面不平衡雪荷载，结构设计时均应加以考虑。,第二章 重力作用第七节 雪荷载,屋面积雪分布系数,（三）屋面积雪分布系数,反映不同形式的屋面所造成的不同积雪分布状态，它是屋面水平投影面积上的雪压标准值与当地基本雪压的比值。,屋面水平投影面上雪荷载标准值按下式计算：,式中 sk雪荷载标准值（kN/m2）；mr屋面积雪分布系数，见附录三；s0基本雪压（kN/m2）。,第二章 重力作用第七节 雪荷载,屋面型式决定积雪分布系数,单跨双坡屋面,第二章 重力作用第七节 雪荷载,按积雪全跨均匀分布,按积