dA荷载与结构设计方法.ppt
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1、第2章 重 力 荷 载,返回总目录,结 构 自 重工程结构设计理论演变简况土的自重应力雪荷载车 辆 荷 载人 群 荷 载吊 车 荷 载 楼面和屋面活荷载思考题,本章内容,结 构 自 重,结构的自重是由地球引力产生的组合结构的材料重力,一般而言,可以根据结构的材料种类、材料体积和材料容重计算结构自重(式2-1)。结构自重一般按照均匀分布的原则计算,在施工阶段,构件在吊装运输或悬臂施工时引起的结构内力,有可能大于正常设计荷载产生的内力,因此,在施工阶段演算构件的强度和稳定时,构件重力应乘以适当的动力系数。(2-1)式中,构件的自重(kN);构件材料的容重(kN/m3);构件的体积,一般按照设计尺寸
2、确定(m3)。式(2-1)适用于一般建筑结构、桥梁结构及地下结构等各构件自重的计算,但要注意土木工程中结构各构件的材料容重可能不同,计算结构自重时可将结构人为地划分为许多基本构件,然后叠加即得到结构总自重(式2-2)。(2-2)式中,G结构总自重(kN);n组成结构的基本构件数;第i个基本构件的重度(kN/m3);Vi第i个基本构件的体积(m3)。,土的自重应力,土是由土颗粒、水和气所组成的三相非连续介质。若把土体简化为连续体,则应用连续介质力学(例如弹性力学)来研究土中应力的分布。在计算土中应力时,通常将土体视为均匀连续的弹性介质。若土层天然重度为,在深度z处a-a水平面(图2.1(a),土
3、体因自身重量产生的竖向应力可取该截面上单位面积的土柱体的重力,即:可见自重应力 沿水平面均匀分布,且与z成正比,即随深度按直线规律增加,如图2.1(b)所示。,图2.1 均质土中竖向自重应力,一般情况下,地基土由不同重度的土层所组成。如图2.2所示,天然地面下深度z范围内各层土的厚度自上而下分别为h1,h2,hi,hn,则多层土深度z处的竖直有效自重应力的计算公式为:(2-4)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);第i层土的天然重度(kN/m3);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,即:(2-5
4、)为水的重度,一般取值为10kN/m3,这时计算土的自重应力应取土的有效重度 代替天然重度。,图2.1 均质土中竖向自重应力,一、基本雪压 1.基本雪压的取值原则 根据当地气象台(站)观察并收集的每年最大雪压,经统计得出的50年一遇的最大雪压(重现期为50年的最大雪压),即为当地的基本雪压。在确定雪压时,观察并收集雪压的场地应符合下列要求。(1)观察场地周围的地形为空旷平坦。(2)积雪的分布保持均匀。(3)设计项目地点应在观察场地的范围内,或它们具有相同的地形。雪压是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,因此年最大雪压S(kN/m2)可按下式确定:(2-6)式中,h年最
5、大积雪深度,指从积雪表面到地面的垂直深度(m)。以每年 7 月份 至次年6月份间的最大积雪深度确定;积雪密度(t/m3);重力加速度(9.81m/s2)。,雪 荷 载,为了满足实际工程中某些情况下需要的不是重现期为50年的雪压数据要求,在建筑结构荷载规范(GB 500092001)附录D中对部分城市给出重现期为10年、50年和100年的雪压数据。已知重现期为10年及100年的雪压时,求当重现期为R年时的相应雪压值时可按下式确定:(2-7)式中,重现期为R年的雪压值(kN/m2);重现期10年的雪压值(kN/m2);重现期为100年的雪压值(kN/m2)。,雪 荷 载,2.我国基本雪压的分布特点
6、(1)新疆北部是我国突出的雪压高值区。(2)东北地区由于气旋活动频繁,并有山脉对气流起抬升作用,冬季多降雪天气,同时气温低,更有利于积雪。(3)长江中下游及淮河流域是我国稍南地区的一个雪压高值区。(4)川西、滇北山区的雪压也较高。该地区海拔高,气温低,湿度大,降雪较多而不易融化。但该地区的河谷内,由于落差大,高度相对较低,气温相对较高,积雪不多。(5)华北及西北大部地区,冬季温度虽低,但空气干燥。水汽不足,降雪量较少,雪压一般为0.20.3kN/m2。西北干旱地区,雪压在0.2kN/m2以下。(6)南岭、武夷山脉以南,冬季气温高,很少降雪,基本无积雪。,雪 荷 载,二、雪荷载标准值、组合值系数
7、、频遇值系数及准永久值系数 1.雪荷载标准值 屋面水平投影面上的雪荷载标准值应按下式计算:(2-8)式中,雪荷载标准值(kN/m2);屋面积雪分布系数;基本雪压(kN/m2)。,雪 荷 载,2.雪荷载的组合值系数、频遇值系数及准永久值系数 雪荷载的组合值系数可取0.7;雪荷载的频遇值系数可取0.6;雪荷载的准永久值系数应按分区图(附图2)中的、和的分区,分别取0.5、0.2、0;对部分城市的准永久系数分区也可按建筑结构荷载规范(GB 500092001)附录D的规定查出。,雪 荷 载,三、屋面积雪分布系数 1.风对屋面积雪的影响 下雪过程中,风会把部分将要飘落或者已经飘积在屋面上的雪吹积到附近
8、地面或邻近较低的物体上,这种影响称为风对雪的飘积作用。对于高低跨屋面或带天窗屋面,由于风对雪的飘积作用,会将较高屋面上的雪吹落在较低屋面上,在低屋面处形成局部较大飘积雪荷载。有时这种积雪非常严重,最大可出现3倍于地面积雪的情况。低屋面上这种飘积雪大小及其分布情况与高低屋面上的高差有关。由于高低跨屋面交接处存在风涡作用,积雪多按曲线分布堆积(图2.3)。对于多跨屋面,屋谷附近区域的积雪比屋脊区大,其原因之一是风作用下的雪飘积,屋脊处的部分积雪被风吹落到屋谷附近,飘积雪在天沟处堆积较厚(图2.4)。,雪 荷 载,2.屋面坡度对积雪的影响 屋面雪荷载分布与屋面坡度密切相关,一般随坡度的增加而减小,主
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