張麗麗安徽徽工工業業大大學學工程程結結構構荷荷載載與與設設計計方方法法（荷荷載載與與作作用用））Chapter0of1結構構上上的的作作用用術語語符符號號作用用：：使結結構構產產生生內內力力和和變變形形的的原原因因，，分分為為直直接接作作用用和和間間接接作作用用兩兩種種。。荷載載是是直直接接作作用用，，混混凝凝土土的的收收縮縮、、徐徐變變、、溫溫度度變變化化、、地地基基不不均均勻勻沉沉降降、、地地震震是是間間接接作作用用。。作用用效效應應(S)：結構構上上的的作作用用使使結結構構產產生生的的內內力力（（彎彎矩矩、、剪剪力力、、扭扭矩矩））和和變變形形、、裂裂縫縫的的統統稱稱。。荷載載標標準準值值：：是指指其其在在結結構構的的使使用用期期間間可可能能出出現現的的最最大大荷荷載載值值。。根根據據統統計計分分析析可可以以確確定定一一個個具具有有一一定定保保證證率率（（如如95%）的的上上限限荷荷載載分分位位值值，，該該特特征征值值稱稱為為荷荷載載標標準準值值（（符符號號Gk，Qk）。。術語語符符號號組合合值值：按極極限限狀狀態態設設計計時時為為保保證證結結構構的的可可靠靠性性而而對對同同時時出出現現的的各各種種荷荷載載進進行行組組合合，，使使組組合合后后的的荷荷載載效效應應在在設設計計基基準準期期內內的的超超越越概概率率，，能能與與該該荷荷載載單單獨獨出出現現時時的的相相應應概概率率趨趨于于一一致致的的荷荷載載值值。。荷載載準準永永久久值值：對可可變變荷荷載載，，在在設設計計基基準準期期內內，，其其超超過過的的總總時時間間約約為為設設計計基基準準期期的的一一半半的的荷荷載載值值。。結構構抗抗力力：結結構構抵抵抗抗外外界界作作用用效效應應的的能能力力。。◆結構構能能夠夠滿滿足足功功能能要要求求而而良良好好地地工工作作，，則則稱稱結結構構是是““可可靠靠””的的或或““有有效效””的的。。反反之之，，則則結結構構為為““不不可可靠靠””或或““失失效效””。。◆區分分結結構構““可靠靠”與與““失效效”的的臨臨界界工工作作狀狀態態稱稱為為“極限限狀狀態態”何謂謂結結構構的的極極限限狀狀態態？？安全性

承載力能力極限狀態

不安全適用性耐久性正常使用極限狀態不適用性不耐久性Z=R-S=0極限狀態Z=R-S<0

失效Z=R-S>0

可靠Z：結構構的的功能能函函數數何謂謂結結構構的的極極限限狀狀態態？？3.2極限限狀狀態態S———作用用效效應應ActionEffect結構構上上的的作作用用（（使結結構構產產生生內內力力和和變變形形的的原原因因，如如荷荷載載、、不不均均勻勻沉沉降降、、溫溫度度變變形形、、收收縮縮變變形形、、地地震震等等））引引起起的的效效應應如彎彎矩矩M、軸力力N、剪力力V、扭矩矩T、撓度度f、裂縫縫寬寬度度w等S=S(Q)=C*QR———結構構抗抗力力Resistance結構構抵抵抗抗作作用用效效應應的的能能力力，，如如受受彎彎承承載載力力Mu、受剪剪承承載載力力Vu、容許許撓撓度度[f]、容許許裂裂縫縫寬寬度度[w]R=R(fc,fy,A,h0,As,……)結構構力力學學的的主主要要內內容容為何何開開設設本本課課程程？？3.2極限限狀狀態態★恒載載g與構構件件尺尺寸寸、、材材料料容容重重等等有有關關★活載載q（樓面面活活載載、、雪雪荷荷載載））的的數數值值是是隨隨時時在在變變化化的的★計算跨度度l的不準確確★材料強度度fy和fc的離散★截面尺寸寸h0和b的施工誤誤差★應力-應變關系系參數k1和k2不一定安安全（可可靠）緒論3.2極限狀態態典型工程程圖示典型工程程圖示3.2極限狀態態典型工程程圖示3.2極限狀態態若干建筑筑工程及及荷載示示例3.2極限狀態態風荷載：塔科馬大大橋風毀毀錄像若干建筑筑工程事事故及荷荷載示例例3.2極限狀態態海浪作用用：印尼海嘯嘯錄像若干建筑筑工程事事故及荷荷載示例例3.2極限狀態態地震作用用：汶川地震震地震科普普若干建筑筑工程事事故及荷荷載示例例3.2極限狀態態撞擊作用用：911恐怖襲擊擊若干建筑筑工程事事故及荷荷載示例例3.2極限狀態態撞擊作用用：911恐怖襲擊擊若干建筑筑工程事事故及荷荷載示例例3.2極限狀態態土側壓力力：上海蓮花花河畔景景苑建筑筑事故2009年6月月27日日若干建筑筑工程事事故及荷荷載示例例3.2極限狀態態上海蓮花花河畔景景苑建筑筑事故本課程主主要內容容3.2極限狀態態建筑工程程結構體體系各種種作用的的確定及及計算方方法結構體系系設計值值中作用用和荷載載的組合合方法，，抗力值值的確定定要考慮慮的隨機機因素本課程具具體章節節3.2極限狀態態第一章荷載與作作用第二章重重力第三章側壓力第四章風荷載第五章地震作用用第六章其其他作作用第七章荷荷載的的統計分分析第八章結結構構構件抗力力的統計計分析第九章結結構可可靠度設計方法法第十章綜合例題題附錄一、結構構上的作作用及其其分類1、“結構上上的作用用”的定義施加在結結構上的的集中力力或分布布力，以及引起結構構外加變變形或約約束變形形的原因因（地震、、基礎沉沉降、溫溫度變化化、焊接接等）的總稱施加在結結構上的的集中力力或分布布力直接作用用（荷載載）引起結構構外加變變形或約約束變形形的原因因間接作用用2、“結構上上的作用用”的分類按隨時間間的變異異分類永久作用用在結構使使用期間間，其值值不隨時時間而變變化，或或其變化化值與平平均值相相比可以以忽略不不計，或或其變化化是單調調的并能能趨于限限值的作作用【例如】結構自重重，土壓壓力、預預加力、、基礎沉沉降、焊焊接、水水的浮力力、混凝凝土收縮縮及徐變變作用等等可變作用用在結構使使用期間間，其值值隨時間間而變化化，且其其變化值值與平均均值相比比不可以以忽略不不計的作作用【例如】安裝荷載載、樓面面活荷載載、吊車車荷載、、風荷載載、雪荷荷載、汽汽車荷載載、汽車車離心力力、汽車車制動力力、流水水壓力、、冰壓力力、溫度度作用等等偶然作用用在結構使使用期間間，不一一定出現現，但一一旦出現現，其量量值很大大且持續續時間較較短的作作用【例如】爆炸、船船舶或漂漂流物的的撞擊作作用、汽汽車撞擊擊作用等等【思考題】水壓力屬屬于何種種作用？？地震作用用屬于何何種作用用？按隨空間間位置的的變異分分類固定作用用在結構空空間位置置上具有有固定的的分布【例如】工業與民民用建筑筑樓面上上的固定定設備荷荷載、結結構構件件自重等等可動作用用在結構空空間位置置上的一一定范圍圍內可以以任意分分布【例如】工業與民民用建筑筑樓面上上的人員員荷載、、吊車荷荷載等按結構的的反應分分類靜態作用用不使結構構或結構構構件產產生加速速度，或或產生的的加速度度可以忽忽略不計計【例如】結構自重重、住宅宅與辦公公樓的樓樓面活荷荷載等動態作用用使結構或或結構構構件產生生不可忽忽略的加加速度【例如】地震、吊吊車荷載載、設備備振動、、作用于于高聳結結構上的的風荷載載等二、荷載載分類按作用時間間的長短和和性質永久荷載（（恒載）在結構使用用期間，，其值不隨隨時間而變變化，或雖雖有變化，，但變化不不大，且其其變化值與與平均值相相比可以忽忽略不計，，或其變化化是單調的的并能趨于于限值的荷荷載。可變荷載（（活載）在結構使用用期間，，其值隨時時間而變化化，且其變變化值與平平均值相比比不可以忽忽略不計的的荷載。偶然荷載在結構使用用期間不一一定出現，，但一旦出出現，其值值很大，作作用時間則則較短的荷荷載。永久荷載（（恒載）【例如】結構自重，，土壓力、、預應力等等可變荷載（（活載）【例如】樓面活荷載載、屋面活活荷載和積積灰荷載、、吊車荷載載、風荷載載、雪荷載載等偶然荷載【例如】爆炸力、撞撞擊力等三、荷載代代表值荷載代表值值是指設計計中用以計計算極限狀狀態所采用用的荷載量量值，如標標準值、組組合值、頻頻遇值和準準永久值。。建筑結構設設計中，對對不同荷載載應采用不不同的代表表值。永久久荷載采用用標準值作作為代表值值；可變荷荷載應根據據設計要求求采用標準準值、組合合值、頻遇遇值或準永永久值作為為代表值；；偶然荷載載應按建筑筑結構使用用的特點確確定其代表表值。1.荷載標準值值荷載標準值值是GB50009-2012規定的荷載載基本代表表值，為設設計基準期期內最大荷荷載統計分分布的特征征值。由于于最大荷載載值是隨機機變量，因因此，原則上應由由設計基準準期荷載最最大值概率率分布的某某一分位數數來確定。。但是，有些些荷載并不不具備充分分的統計參參數，只能能根據已有有的工程經驗確定。2.荷載組合值值荷載組合值值是對可變變荷載而言言的。當兩兩種或兩種種以上可變變荷載在結結構上同時時作用時，，由于所有有荷載同時時達到其單單獨出現時時可能達到到的最大值值的概率極極小，因此此，除主導導荷載(產生最大荷荷載效應的的荷載)仍可以用其其標準值為為代表值外外，其他伴伴隨荷載均均取小于其其標準值的的組合值為為荷載代表表值。3.荷載準永久久值：荷載準永久久值也是對對可變荷載載而言的，，是指可變變荷載中活動相對較較小的部分分，在規定的的時間內具具有較長的的總持續期期，對結構構的影響猶猶如永久荷荷載。荷載載準永久值值主要用于于正常使用用極限狀態態的長期效效應組合，，其值與可可變荷載出出現的頻繁繁程度和持持續時一間間長短有關關。4.荷載頻遇值值：荷載準永久久值同樣是是對可變荷荷載而言的的，是指可可變荷載在在結構上頻頻繁出現且且量值較大的的值，主要用于于荷載短期期效應組合合中。可變變荷載頻遇遇值可以通通過乘以頻頻遇值系數數得到，頻頻遇值系數數通過調查查統計結果果并結合工工程經驗綜綜合分析后后確定。工程結構設設計理論演演變簡況容許應力設設計法容許應力設設計法是建建立在彈性性理論基礎礎上的設計計方法。其其表達式為為：式中，－－構件在在使用階段段(使用荷載作作用下)截面上的最最大應力；；－材料的容容許應力。。容許應力設設計法計算算簡單，但但其有許多多問題：①沒有考慮慮材料塑性性性質。②沒有對作作用階段給給出明確的的定義，也也就是使用用期間荷載載的取值原原則規定得得不明確。。③把影響結結構可靠的的各種因素素(荷載的變異異、施工的的缺陷、計計算公式的的誤差等)統統歸結在在反映材料料性質的容容許應力上上，顯然然不夠合理理。④容許應應力的取值值無科學根根據，純屬屬經驗的，，歷史上曾曾多次提高高過材料的的容許應力力值。⑤按容許應應力法設計計的構件是是否安全可可靠，無法法用實驗來來驗證。工程結構設設計理論演演變簡況破損階段設設計法針對容許應應力設計法法存在的缺缺陷，之后后出現了假假定材料均均已達到塑塑性狀態，，依據截面面所能抵抗抗的破損內內力建立的的計算公式式。其設計計表達式為為：式中，——構件最終破破壞時的承承載能力；；——安全系數，，用來考慮慮影響結構構安全的所所有因素。。優點為：①它可以反反映材料的的塑性性質質，結束了了長期以來來假定混凝凝土為彈性性體的局面面。②采用一個個安全系數數，使構件件有了總的的安全度的的概念。③它以承載載能力值(如)為依據，其其計算值是是否正確可可由實驗檢檢驗。工程結構設設計理論演演變簡況蘇聯曾把該該理論用下下式來表達達：式中，M——正常使用時時，由各種種荷載所所產生的截截面內力；；a——反映截面尺尺寸等的尺尺寸函數；；，——材料強度的的平均值。。破損階段理理論仍存在在一些重大大缺點：①破損階段段計算，構構件的承載載力是得以以保證，但但卻無法了了解構件在在正常使用用時能否滿滿足正常使使用要求。。②安全系數K的取值仍須經經驗確定，并并無嚴格的科科學依據。③采用籠統的的單一安全系系數，無法就就不同荷載、、不同材料結結構件安全的的影響加以區區別對待，不不能正確地度度量結構的安安全度。④荷載的取取值仍然也是是經驗值；⑤表達式中采采用的材料強強度是平均值值，它不能正正確反映材料料強度的變異異程度，顯然然也是不夠合合理的。工程結構設計計理論演變簡簡況概率極限狀態態設計法概率極限狀態態設計法是以以概率理論為基礎，將作用效應和影影響結構抗力力的主要因素作為為隨機變量，根據統計分分析確定可靠靠概率來度量量結構可靠性性的結構設計計方法。其特特點是有明確確的、用概率率尺度表達的的結構可靠度度的定義，通通過預先規