工程荷载与结构设计方法知识点汇总

工程荷载与结构设计方法知识点汇总 第零章 1. 工程结构：由若干构件组成的能够承受各种作用的体系。 2. 建筑结构：1）混凝土结构：a. 素混凝土结构 b. 钢筋混凝土结构 c. 预应力混凝土结构 d. 劲性混凝土结构 2）砌体结构 3）钢结构 4）组合结构 第一章荷载与作用 1. 能够使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝、速度、加速度等）的各种因素的总称，称为结构上的作用。 2. 直接作用（荷载）：施加在结构上的集中力或分布力/作用在结构上的力的因素。 （自重、风） 间接作用：引起结构外加变形或约束变形的原因/不是作用力，但同样引起结构效应。 （地震、地基不均匀沉降、温度变化） 第二章工程荷载的分类及代表值 1. 作用的分类 1）按随时间的变异分类： a. 永久作用（恒荷载）：在结构设计基准期内其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计。 b. 可变荷载（活荷载）：在结构设计基准期内其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略。 c. 偶然作用：在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间较短。 2）按空间位置变异分类： a. 固定作用：在结构上出现的空间位置不变，但其量值可能具有随机性。 b. 自由作用：可以在结构上的一定空间任意分布，出现的位置和量值都可能是随机的。 3）按结构的动力反应分类： a. 静态作用：对结构或结构构件不产生加速度或其加速度可以忽略不计。 b. 动态作用：对结构或结构构件产生不可忽略的加速度。 4）按荷载作用方向分类： a. 竖向作用 b. 横向作用 2. 设计基准期，是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数，它不等同于设计使用年限。 建筑结构设计所考虑的荷载统计参数，都是按设计基准期为50年确定的，如设计时所采用其他设计基准期，则必须另行确定在该基准期内最大荷载的概率分布及相应的统计参数。 1 3. 设计使用年限，又称为服役期、服务期等。设计使用年限是设计时选定的一个时期，在这一给定的时期内，房屋建筑只需进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能。 4. 我国的建筑结构、结构构件及地基基础的设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 、规程所采用的设计基准期为50年。同时，根据建筑物的使用要求和重要性，设计使用年限分别采用5年、25年、50年和100年。 5. 荷载代表值 设计中用以验证极限状态所采用的荷载值，包括 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值、频遇值和准永久值。 永久荷载：Gk只有标准值。（常用材料和构件的自重：P8 表2-1） 可变荷载：Qk有标准值、频遇值和准永久值。（楼面、屋面活荷载：P43 表4-1） （风载、吊车荷载、雪载） 6. 荷载标准值 结构在设计基准期内可能出现的最大荷载值。 7. 活荷载频遇值 设计基准期内结构上较频繁出现的较大荷载值，主要用于正常使用极限状态的频遇组合。 8. 活荷载准永久值 设计基准期内结构上经常作用的可变荷载值，即总作用期限较长的可变荷载，用于正常使用极限状态的准永久组合和频遇组合中 9. 组合值 可变荷载有两种或两种以上时，不可能同时达到各自的最大值。 活荷载标准值乘以活荷载组合值系数φc：上人屋面0.7；风荷载0.6。 第三章地震基本知识 地震：地面运动引起的振动。突发自然灾害。 1.地震相关 1）类型： 构造地震：地壳构造运动使岩层断裂、错动而引起的地震 火山地震：火山爆发引起的地面振动 陷落地震：地下石灰岩溶洞或古旧矿井等突然发生大规模塌落而引起的地震 诱发地震：由于水库蓄水或深井注水等引起的地震 2）与位置相关的： 震源：地壳中发生岩层断裂、错动而产生地震波的部位。（震源深度，≤60km浅源地震， 60～300km中源地震，≥300km深源地震） 震中：震源在地面上的垂直投影点。 震中区：邻近震中的地区。 震中距：在地震影响范围内，地表某处与震中的距离。 3）地震波 当震源岩层发生断裂、错动时，岩层所积累的变形能突然释放，它以波的形式从震源向四周传播。 按其在地壳传播的位置不同：分为体波和面波。 体波：在地球内部传播的波。分纵波（竖向）和横波（剪切波、底面水平方向）。 4）震级：是衡量一次地震所释放能量大小的尺度，用M表示。 2 5）烈度 （1）地震烈度（earthquake intensity) （地震烈度表P15） 指地震对某一地区的地表及建筑物影响的强弱程度，按照地震造成的后果来分类。 （2）基本烈度 指该地区在今后一段时间内（50年），在一般场地条件下，超越概率约为10%的地震烈度。 （3）抗震设防烈度（seismic precautionary intensity) 指某地区进行建筑抗震设防时所依据的地震烈度。 一般情况下，基本烈度作为抗震设防烈度。 6）地震灾害 直接灾害：一次灾害，地面运动引起的地表破坏，建筑物倒塌等。 次生灾害：二次灾害，由直接灾害继发的地震后火灾、水灾、海啸、毒气逸散等。诱发灾害：三次灾害，由前两种灾害引起的工厂停产、城市瘫痪、瘟疫蔓延等。 7）地震的破坏作用 建筑物的破坏： 结构丧失整体性 承重结构强度不足引起破坏 地基失效 2. 抗震设防的目标（基本思想） 目标：小震不坏、中震可修、大震不倒。 为此提出三水准的抗震设防要求： 小震不坏：当遭遇低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需 修理。 中震可修：当遭遇相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，但经一般 修理可继续使用。 大震不倒：当遭遇高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危 及生命的严重破坏。 3. 二阶段设计方法 第一阶段：取小震烈度的地震参数进行弹性地震作用计算，然后进行截面承载力计算，以满足“小震不坏，中震可修”。 第二阶段：通过概念设计和抗震构造措施满足“大震不倒”。 上述为现抗震规范所述的“三水准二阶段”的抗震设计法。 4. 建筑抗震设防类别划分依据 1）建筑破坏造成的人员伤亡、直接和间接经济损失及社会影响的大小； 2）城镇的大小、行业的特点、工矿企业的规模； 3）建筑使用功能失效后，对全局的影响范围大小、抗震救灾影响及恢复的难易程度； 4）建筑各区段的重要性有显著不同时，可按区段划分抗震设防类别。下部区段的类别不应低于上部区段； 5）不同行业的相同建筑，当所处地位及地震破坏所产生的后果和影响不同时，其抗震设防类别可不相同。 5. 建筑抗震设防类别 1）特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑，简称甲类； 3 2）重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑，简称乙类； 3）标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑，简称丙类； 4）适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致发生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑，简称丁类。 各类别设防标准： 甲类建筑：属于重大建筑。地震时可能发生严重次生灾害。 地震作用计算高于本地区设防烈度，按国家专门规定。 抗震构造措施按本地区防烈度提高一度。 乙类建筑：国家重点抗震城市的生命线工程的建筑。 （如供水、供电、医疗等建筑） 地震作用计算按本地区设防烈度。 抗震构造措施按本地区设防烈度提高一度。 丙类建筑：甲、乙、丁类除外的一般建筑。 地震作用计算和抗震构造措施均按本地区设防烈度的要求。 丁类建筑：次要建筑。（仓库，辅助建筑） 地震作用计算按本地区设防烈度。 抗震构造措施按本地区防烈度降低一度。 6. 地震作用：与结构本身的重量、动力特性等因素有关的一种作用，在计算地震作用效应 时，把地震作用视为静荷载加在结构上计算。P25 –29 （P29 例题；P41 习题） 第四章建筑结构的荷载 1. 种类：a.永久荷载 b.楼面和屋面活荷载 c.屋面积灰荷载 d. 雪荷载 e.施工、检修荷载和栏杆荷载 f.风荷载 g.地震荷载 2. 永久荷载计算（板、梁、墙、柱等构件）P46 例题4-1 容重（kN/m3）×构件尺寸面载、线载、集中力 板自重容重×板厚(h)面荷载kN/m2 梁、墙容重×截面面积(b×h)线荷载kN/m 柱容重×体积(b×h×l)集中力kN 3. 楼面活荷载（P43 表4-1；P46 例题；P66习题1、2） 民用建筑楼面活荷载是指建筑物中的人群、家具、设施等产生的重力作用，这些荷载的量值随时间发生变化，位置也是可移动的，亦称可变荷载。 1）楼面均布活荷载 楼面活荷载的量值与房屋使用功能有关，根据楼面上人员活动状态和设施分布情况，其取值大致可分为七个档次。 （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2.5kN/m2； 4 （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； （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； （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； （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7.0kN/m2。 2）活荷载折减 当楼面面积较大时，楼面上的活载不可能同时满布，当楼面活载面积超过一定数值，可对楼面活荷载予以折减。 （1）设计楼面梁时的折减系数 a. 表中第1（1）项当楼面从属面积超过25m2时，应取0.9； b. 表中第1（2）～7项当楼面梁从属面积超过50m2时应取0.9； c. 表中第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0. 8；对单向板楼盖的主梁应取0 .6；对双向板楼盖的梁应取0 .8； d. 表中第9～13项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。 （2）设计墙、柱和基础时的折减系数 a. 表1中第1（1）项应按表2规定采用； b. 表1中第1（2）～7项应采用与其楼面梁相同的折减系数； c. 表1中第8项单向板楼盖取0.5；双向板楼盖和无梁楼盖取0.8； d. 表1中第9～13项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。 3）工业建筑楼面活荷载 （1）工业建筑楼面在生产使用或安装检修时，由设备、管道、运输工具及可能拆移的隔墙产生的局部荷载，均应按实际情况考虑，可采用等效均布活荷载代替。对设备位置固定的情况，可直接按固定位置对结构进行计算，但应考虑因设备安装和维修过程中的位置变化可能出现的最不利效应。工业建筑楼面堆放原料或成品较多、较重的区域，应按实际情况考虑；一般的堆放情况可按均布活荷载或等效均布活荷载考虑。 （2）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2.0kN/m2考虑。在设备所占区域内可不考虑操作荷载和堆料荷载。生产车间的楼梯活荷载，可按实际情况采用，但不宜小于3.5kN/m2。生产车间的参观走廊活荷载，可采用3.5kN/m2。 （3）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。 4. 屋面积灰荷载 设计生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑时，对于具有一定除尘设施和保证清灰 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 的机械、冶金、水泥等的厂房屋面，其水平投影面上的屋面积灰荷载。 影响积灰厚度的主要因素： （1）除尘装置的使用；（2）清灰制度的执行； 5 （3）风向和风速；（4）烟囱高度； （5）屋面坡度；（6）屋面挡风板等。 5. 雪荷载 基本雪压：当地空旷平坦地面上根据气象 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 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。 （雪的深度、温度、风速、海拔高度都会对基本雪压大小产生影响。） Sk= μrS0 2S0——基本雪压（kN/m）；μr——屋面积雪分布系数。 （1）影响因素：风、屋面实行、屋面散热 风对屋面积雪的影响——漂积作用； 屋面形式对积雪的影响——滑落； 屋面散热对积雪的影响——滑落。 6. 风荷载 1）两大性质大风：台风、季风。 台风是发生在热带海洋上空的一种气旋。在暖热带洋面上空，在合适的环境下，气流产生上升和对流运动。季风是由于大陆和海洋在一年之中增热和冷却程度不同，在大陆和海洋之间大范围的、风向随季节有规律改变的风。 2 ）风压：风在以一定速度向前运动时，对阻碍物产生的压力 ——风压；——空气密度；v——风速。 3）结构风效应 由风力产生的结构位移、速度、加速度； 由风扭矩产生的结构扭转。 4）风荷载标准值（P52 -P59）（P59例题）（P66习题3） 第五章桥梁工程的荷载（本章具体计算见书本） 2. 城市桥梁 （活）汽车荷载、人群荷载、其他同《公路桥涵设计通用规范》。 6 3. 铁路桥涵 （恒）混凝土收缩和徐变的影响 （活）列车竖向静活载、横向摇摆力 （特殊荷载）列车脱轨荷载」长钢轨断轨力 4. 公路桥涵 1）恒荷载： （1）结构自重及铺装材料等重量：一般根据材料的重力密度和构件尺寸，就可以确定构件的重力。 （2）预加应力： 按正常使用极限状态设计时：预加应力属永久荷载； 按承载能力极限状态设计时：预加应力不作为荷载，而将预应力筋作为结构抗力的一部分。 （3）水的浮力：对于存在静水压力的透水性土，均应计算水浮力。 （4）变形作用的影响力： 外界因素：支座移动或地基不均匀沉降等； 内在因素：混凝土的徐变和收缩，按相应规范条文。 2）活荷载： （1）汽车荷载（一种便于在设计中应用的简明统一的标准荷载）： a. 车道荷载（均布荷载+集中荷载） 基于现场测定及作用效应对比分析确定的虚拟荷载，用于桥梁结构的整体计算。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。 一座桥梁的车道荷载的加载倍数由设计车道数决定。 b. 车辆荷载 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。 （2）汽车冲击力 汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应。 冲击作用有车体的振动和桥跨结构自身的变形和振动。 钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击作用；填料厚度（包括路面厚度）等于或大0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。 （3）汽车离心力 一种伴随着车辆在弯道行驶时所产生的惯性力，其以水平力的形式作用于桥梁结构，是弯桥横向受力与抗扭设计计算所考虑的主要因素。 （4）人群荷载 （5）制动力与牵引力 制动力：车辆减速或制动时的惯性力，方向与行车方向一致。 牵引力：车辆起动或加速时车辆与路面之间的摩擦力，方向与行车方向相反。 （6）风力 对于大跨径桥梁，特别是斜拉桥和悬索桥，风荷载是非常重要的设计荷载，对结构的强度，刚度和稳定性起控制作用。 作用在桥梁上的风荷载分为横桥向风荷载和顺桥向风荷载。 7 （7）温度 桥梁结构是暴露在大气中的结构物，大气中的气温对桥梁结构的影响包括两部分： 年温差影响和日照温差影响（局部温差） 年温差影响：对静定结构不产生内力；对超静定结构存在多余约束，热胀冷缩将产生内力或支座反力。 日照温差影响：对静定和超静定结构，由于结构不同部位温度不同，内部将产生温差力。 第八章结构可靠度的基本概念 第九章结构概率可靠度设计方法 改为结构抗力的统计分析、结构可靠度分析、结构概率可靠度设计法三部分。一结构抗力的统计分析 1. 结构抗力的不定性 材料性能的不定性、几何参数的不定性、计算模式的不定性。 2. 材料性能的不定性（例：P122 表8-4、图8-3） 材料强度在一个较大的范围内变化，而且大多数试块的强度接近平均值，少数试块的强度偏离平均值。可近似用正态分布曲线代替。 1）特征值 a. 平均值μ b. 标准差σ c. 变异系数δ 2）概率密度 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 ：表示随机变量在各个取值范围内的概率分布情况。 3. 结构构件几何参数的不定性 由于制作安装后实际结构与设计中预期的几何特征会有差异，构成了构件的几何参数的不定性。 4. 构件计算模式的不定性 理想的弹性、理想的塑性、均值、各向同性、平截面变形、小变形等假定，采用铰支、固定端支撑等理想边界条件，采用线性化方法来简化分析计算等。 二工程结构可靠度设计原理（P137计算例题；P141习题） 1. 结构的功能要求P119 1）安全性 a. 能承受在施工和使用期间可能出现的各种作用； b. 当发生火灾时，在规定的时间内可保持足够的承载力； c. 当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时，结构能保持必需的整体稳固性，不出现与起因不相称的破坏后果，防止出现结构的连续倒塌。 8 2）适用性 保持良好的使用性能。 3）耐久性 具有足够的耐久性能。 2. 结构可靠性：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。 规定时间：设计使用年限。 规定条件：正常设计、正常施工、正常使用条件，不考虑人为的过失。 3. 结构的功能函数 作用效应S：作用引起的结构内力，位移等。 结构抗力R：结构承受荷载效应的能力，如承载能力、刚度、抗裂度等。 结构的功能函数Z = R -S Z > 0 结构可靠 Z < 0 结构失效 Z = 0 极限状态 当结构的一部分或整个结构超过某一特定状态（如构件截面即将破坏或开裂）就不能满足设计指定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。 4. 极限状态 1）承载能力极限状态（安全性）（P121图8-2） 结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形的状态。 a. 结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；b. 整个结构或其一部分作为刚体失去平衡(如倾覆、滑移等）； c. 结构转变为机动体系； d. 结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)； e. 结构因局部破坏而发生连续倒塌； f. 地基丧失承载力而破坏（如失稳等）； g. 结构或结构构件的疲劳破坏。 2）正常使用极限状态（适用性、耐久性） 结构和结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。 a．影响正常使用或外观的变形； b．影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝)； c．影响正常使用的振动； d．影响正常使用的其他特定状态。 （1）不可逆正常使用极限状态（irreversible serviceability limit states）： 当产生超越正常使用极限状态作用卸除后，该作用产生的超越状态不可恢复的正常使用极限状态。 （2）可逆正常使用极限状态（reversible serviceability limit states）： 当产生超越正常使用极限状态作用卸除后，该作用产生的超越状态可以恢复的正常使用极限状态。 9 三工程结构可靠度设计原理 目标可靠指标的确定； 结构概率可靠度设计的实用表达式； 结构概率可靠度设计的规范设计表达式； 材料强度取值。 1. 设计要求 R≥S P f≤P f 0 β≥ β0 2. 结构概率可靠度设计的规范设计表达式 建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并应取各自的最不利的组合进行设计。复习课 第一章荷载与作用的概念 1. 作用的概念 第二章工程荷载的分类及代表值 1. 作用的分类 2. 荷载的代表值 第三章地震作用 1. 有关地震的概念和名词术语 2. 抗震设防 3. 地震作用的计算（例题、习题） 第四章建筑结构的荷载 1. 建筑结构荷载的种类 2. 永久荷载、活荷载的知识及计算（例题、习题） 3. 风荷载的知识及计算（例题、习题） 4. 其他各类荷载的相关知识 第五章桥梁工程的荷载 1. 公路桥梁的荷载 第八章结构可靠度的基本概念 1. 结构的功能及其极限状态 2. 荷载和结构抗力的统计分析 3. 结构的可靠度和可靠指标 4. 结构可靠指标的计算方法（例题、习题） 第九章结构概率可靠度设计方法 1. 极限状态基本设计原则 2. 目标可靠指标的确定 3. 结构概率可靠度设计的规范设计（例题、习题） 4. 材料强度的取值 10 ———————————————————————————————————————————————