荷载与结构设计方法1学习教案.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,#,单击此处编辑母版标题样式,会计学,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,会计学,1,荷载(hzi)与结构设计方法1,第一页，共80页。,中国(zhn u)江阴长江大桥,主跨,1385,米,第1页/共79页,第二页，共80页。,东方明珠电视塔,468米，亚洲第一高塔。,于1991年3月开始建造，1994年11 月完工，总重量达12万吨，总投资8.3亿元人民币。,东方明珠塔由三根直径为九米的擎天(qn tin)立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。,第2页/共79页,第三页，共80页。,中央电视台新台址,建设规模：总建筑面积约495900平方米，主楼51层，234米，44层，194米。14层悬臂结构,总投资预算：50亿元人民币。,存在问题：,1.建筑物出现3维结构体不稳定问题和整体抗震问题；2.结构基础重力(zhngl)抗倾覆问题；3.45M悬挑竖向抗震问题；4.抗风力乱流问题；,5.抗击恐怖活动的结构安全度问题；,第3页/共79页,第四页，共80页。,第4页/共79页,第五页，共80页。,鸟巢(nio cho),国家体育场的“鸟巢”是由一系列辐射式门式钢桁架(hngji),围绕碗状坐席区旋转而成，结构科学简洁，,设计新颖独特，为国际上极富特色的巨型建筑。,第5页/共79页,第六页，共80页。,鸟巢(nio cho),第6页/共79页,第七页，共80页。,上海八万人体育场,第7页/共79页,第八页，共80页。,国家大剧院,National Grand Theater,Beijing,第8页/共79页,第九页，共80页。,世界最高建筑462m总投资逾750亿日元,1997年8月27日,上海环球金融中心正式(zhngsh)奠基。,上海环球(hunqi)金融中心,101,层,492.5,米,大楼在90楼（约395米）设置了两台风阻尼器，各重150公吨，,使用(shyng)感应器测出建筑物遇风时的摇晃程度及方向，自控式移动,减少大楼摇晃,第9页/共79页,第十页，共80页。,佩重纳斯大厦(dsh),俗称“国营石油双塔”马来西亚吉隆坡建成于1998年,第10页/共79页,第十一页，共80页。,西尔斯塔楼,美国(mi u)芝加哥建于1971-1974年成束筒结构体系，共110层，,总高443m，,建筑面积约40m2。,第11页/共79页,第十二页，共80页。,纽约(ni yu)世界贸易中心双塔楼,110层412米，用钢量186Kg/m2，1973年建成，,2001年9月11日被撞倒塌。,第12页/共79页,第十三页，共80页。,钢结构公寓(gngy)的整体歪倒,地面以下是,钢筋混凝土结构，,地面以上是,四层钢结构公寓，,一层、二层倒塌，,三层、四层倾倒，,主要原因(yunyn)，,H型钢柱,由于侧向支撑破坏,出平面失稳,第13页/共79页,第十四页，共80页。,此建筑物未倒塌(dot),但残留大水平变形,原因：,斜撑抗水平力,能力不够、,梁柱结合处,连接不牢固。,第14页/共79页,第十五页，共80页。,车间(chjin)墙体倒塌,第15页/共79页,第十六页，共80页。,胜利(shngl)桥,第16页/共79页,第十七页，共80页。,被震弯的铁路(til),第17页/共79页,第十八页，共80页。,26米高水塔(shut)倒塌,第18页/共79页,第十九页，共80页。,医院(yyun)七层大楼只剩一角,第19页/共79页,第二十页，共80页。,招待所,第20页/共79页,第二十一页，共80页。,震后的大桥(d qio),第21页/共79页,第二十二页，共80页。,幸存(xn cn)的客房,第22页/共79页,第二十三页，共80页。,北京(bi jn)白塔寺，塔顶和塔基部分砖被震落。,第23页/共79页,第二十四页，共80页。,为纪念唐山大地震(dzhn)，建立的遇难者纪念碑,第24页/共79页,第二十五页，共80页。,越南南部(nn b)位于芹苴与永隆两省之间正在建设的芹苴大桥2007年9月26日上午发生坍塌事故,越南(yu nn)桥断三截至少52人死亡,第25页/共79页,第二十六页，共80页。,据初步估计，事故发生的原因是一座建筑塔吊突然倒下(do xi)，砸落在一天前刚刚浇注了水泥的桥段上，引起了三段桥面的连锁坍塌,第26页/共79页,第二十七页，共80页。,在越南南部芹苴大桥坍塌现场，扭曲(ni q)的脚手架斜躺在地上,第27页/共79页,第二十八页，共80页。,2007年6月15日上午5时许,广东325国道九江大桥(d qio)被一艘运输船撞击桥墩,造成200多米桥面坍塌,九江大桥(d qio)坍塌事故,第28页/共79页,第二十九页，共80页。,第29页/共79页,第三十页，共80页。,湖南凤凰桥坍塌(tnt),2007年8月13日发生坍塌的凤凰堤溪沱江大桥从开工(ki gng)到坍塌，期间经过近4年时间，尚未正式命名，也没有投入使用。,第30页/共79页,第三十一页，共80页。,坍塌(tnt)的桥梁,第31页/共79页,第三十二页，共80页。,2007年8月1日，美国明尼苏达州密西西比河上一座桥梁傍晚交通(jiotng)高峰时段垮塌，约50辆汽车坠入河中，4人死亡，20人失踪。,第32页/共79页,第三十三页，共80页。,存在(cnzi)结构隐患和功能老化问题,第33页/共79页,第三十四页，共80页。,第34页/共79页,第三十五页，共80页。,第35页/共79页,第三十六页，共80页。,第36页/共79页,第三十七页，共80页。,第37页/共79页,第三十八页，共80页。,第38页/共79页,第三十九页，共80页。,第39页/共79页,第四十页，共80页。,第40页/共79页,第四十一页，共80页。,第41页/共79页,第四十二页，共80页。,第42页/共79页,第四十三页，共80页。,钢结构熔化导致世贸大厦倒塌,纽约世贸大厦的建筑情况：,由7幢建筑物组成(z chn)，其主楼呈,双塔形，大楼采用钢结构，,用钢7.8万吨，楼的外围有密,置的钢柱，墙面由铝板和玻璃,窗组成(z chn)，有“世界之窗”之称。,“波音757和波音767两架客机,前后撞上世贸大厦姊妹楼，由,于这两架客机起飞不久，客机,油箱分别携带着30吨和45吨,左右的燃油，,第43页/共79页,第四十四页，共80页。,客机与大厦相撞处，大火把钢柱烧得通红，铝板弯曲，玻璃爆裂，电脑、桌椅等办公设备在大火中噼噼啪啪作响；而后，燃油疯狂地从空隙处向下流(xili)蹿，高温如闪电般击向了整装大厦的钢柱,32分钟之后，即当地时间9月11日9：40许北京时间11日21：40，南楼倒塌；北楼经1个小时38分钟之后，即当地时间9月11日10：28北京时间22：28左右，北楼突然爆炸并倒塌。,也就是说，此次恐怖事件就像是一场巨大的“大炼钢铁”，7.8万吨钢材被“炼”成了一堆扭曲变形的废钢。,第44页/共79页,第四十五页，共80页。,美国当地时间9月11日17：20，纽约世贸大厦47层高的7号楼倒塌，这是世贸中心倒塌的第三座建筑。原因还在于它的钢结构。纽约世贸姊妹楼的高温辐射，本来就已使7号楼升温，再等姊妹楼倒塌后，高温集中在地基部分；要命的是，世贸中心的大楼地基也用钢铁相连，长时间的高温传导，以及大楼内部可能的爆炸(bozh)，致使7号楼也被熔化了。,就像是巧克力被溶化，纽约世贸大厦这三幢大楼就这么灰飞烟灭了。,第45页/共79页,第四十六页，共80页。,10吨TNT也不一定(ydng)炸得了世贸大厦,姊妹楼高达411米，如果要爆破，必须进行分段爆破。假如每隔5层左右安放炸药，每段安放4层左右，这样算来，约每10层为一段。世贸大厦有110层，如果要爆破，可能也要分11段，需半年时间。,一幢楼需要(xyo)炸药最起码要超出5吨，两幢就要超出10吨。一般爆破一幢普通的大楼，炸药用量是50公斤左右；10吨的炸药，就相当于爆破200幢普通的大楼。,而且10吨TNT也不一定炸得了世贸大厦,第46页/共79页,第四十七页，共80页。,1993年2月26日，纽约世贸中心姊妹楼地下停车场发生的恶性大爆炸事件，地下停车库里发生爆炸，世贸中心地下建筑层有4层被炸穿，大洞达30米宽，现场一片狼藉，地板有坍塌危险。然而大厦仍屹立不倒，根基没有受到致命的影响。经过短期的修复工作后，大厦重新开放。,当时，美国联邦调查局和纽约市警察局经调查认为，爆炸是由炸弹引起(ynq)的，而且不止一枚炸弹；有人估计，炸药约有450至1350公斤。,第47页/共79页,第四十八页，共80页。,第一章：绪论(xln),1.1 荷载(hzi)与作用,1.2 作用的分类,第48页/共79页,第四十九页，共80页。,1.1 荷载(hzi)与作用,一、工程结构基本功能,建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001规定：,在正常施工和使用时，能承受可能出现的各种作用；,在正常使用时具有良好的工作性能；,在正常维护下具有足够(zgu)的耐久性能；,在设计规定的偶然事件发生时即发生后，仍能保持必须的整体稳定性,第49页/共79页,第五十页，共80页。,建,筑,物,功,能,要,求,安全性,适用性,耐久性,经济性,与环境(hunjng)协调性,承载力极限(jxin)状态,正常(zhngchng)使用极限状态,防 火 安 全,平面、空间布置,通风采光、隔音隔热,使 用 者 要 求,使 用 寿 命,成本低、维修费用低,生态环境、社会环境,周围基础设施、建筑环境,第50页/共79页,第五十一页，共80页。,定义：使结构产生(chnshng)效应（结构或构件的内力、,应力、位移、应变和裂缝等）的原因。,分类：,第一类：直接作用,直接以力的不同集结形式作用于结构。,自重、风荷载、雪荷载、积灰荷载等。,第二类：间接作用,不是以力的形式直接出现，也能使结构,产生(chnshng)内力和变形。,温度变化、不均匀沉降、地震、焊接、收缩和徐变等,二、结构(jigu)上的作用,第51页/共79页,第五十二页，共80页。,定义：作用在结构产生的内力（拉、压、弯、剪,扭）和变形（拉伸、弯曲、压缩、裂缝、,挠 度）等，称为效应。,分类：,第一类：,直接作用引起的效应，称为荷载效应。,第二类：,间接荷载引起的效应，称为地震作用效应,温度变化(binhu)效应、地基变形效应等。,三、效 应,第52页/共79页,第五十三页，共80页。,1.2 作用(zuyng)的分类,一、按随时间的变异分类,永久(yngji)作用,在设计基准期内作用值不随时间变化，或其,变化与平均值相比可忽略不计的作用。,结构自重、土压力、预应力、混凝土收缩徐变等。,可变作用,在设计基准其内作用随时间变化，且其变化,与平均值相比不可忽略的作用。,风、雪、温度变化、水位变化等,第53页/共79页,第五十四页，共80页。,设计基准期：,为确定可变荷载代表值而选用(xunyng)的时间,参数（一般为50年）,第54页/共79页,第五十五页，共80页。,1.2 作用(zuyng)的分类,一、按随时间的变异分类,永久作用,在设计基准期内作用值不随时间变化，或其,变化与平均值相比(xin b)可忽略不计的作用。,结构自重、土压力、预应力、混凝土收缩徐变等。,可变作用,在设计基准期内作用随时间变化，且其变化,与平均值相比(xin b)不可忽略的作用。,风、雪、温度变化、水位变化等,第55页/共79页,第五十六页，共80页。,偶然作用,在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很短的作用。,地震、爆炸、撞击(zhungj)、火灾、龙卷风等,第56页/共79页,第五十七页，共80页。,二、按随空间位置的变异(biny)分类,固定作用,在结构空间位置上具有(jyu)固定的分布，但其量值可能具有(jyu)随机性,自重、固定设备荷载,自由作用,在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布，出现的位置及量值可能具有(jyu)随机性的作用。,人群、家具荷载、吊车荷载、车辆荷载,第57页/共79页,第五十八页，共80页。,三、按结构(jigu)的反映特点分类,静态作用,对结构或构件不产生动力效应，或其产生的动力效应与静态效应相比可以忽略不计的作用。,自重、雪荷载、土压力、楼面活荷、温度变化等,动态(dngti)作用,对结构或构件产生不可忽略的动力效应,设备振动、爆炸和冲击荷载,第58页/共79页,第五十九页，共80页。,荷载(hzi)：永久荷载(hzi)、风荷载(hzi)、雪荷载(hzi),作用：地震作用、温度作用、变形作用等,第59页/共79页,第六十页，共80页。,第二章：重力(zhngl),2.1 结构(jigu)重力,2.2 波浪(blng)荷载,永久荷载,雪荷载,楼、屋面活荷载,第60页/共79页,第六十一页，共80页。,永久(yngji)荷载,一般指结构自重,一、定义,在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调(dndio)的并能趋于限值的荷载。,第61页/共79页,第六十二页，共80页。,二、自重(zzhng)的计算,按结构设计(shj)规定的尺寸和材料或结构构件单位体积的自重（或单位体积的自重）计算：,Gi=rV,式中 Gi构件的自重（KN）；,r构件材料容重（kN/m3）；,V构件的体积，一般按设计(shj)尺寸确（cm3）,注：自重变异较大的材料构件自重的选取,有利抗倾覆、稳定性计算，取下限；,不利强度计算，取上限。,第62页/共79页,第六十三页，共80页。,三、结构总自重(zzhng)计算,计算结构总自重时，应根据结构各构件的材料重度不同(b tn)把结构划分成多种容易计算的基本构件，先计算基本构件重量，叠加即得结构的总自重。,第63页/共79页,第六十四页，共80页。,例：某教室采用现浇钢筋混凝土平板(pngbn)，板厚80mm，结构布置如图所示。已知水磨石地面及细石混凝土垫层共30mm厚（r=22kN/m3）板底白灰砂浆12mm厚（r=17kN/m3），求该构件自重。,2500,2500,2000,第64页/共79页,第六十五页，共80页。,：雪荷载(hzi),雪荷载(hzi),是房屋屋面的主要荷载(hzi)之一，属于结构,上的可变荷载(hzi)；,楼面活荷载(hzi)；,屋面活荷载(hzi)。,第65页/共79页,第六十六页，共80页。,一、雪荷载(hzi)标准值及基本雪压,1.屋面水平投影面上的雪荷载(hzi)标准值，应按下式计算：,式中,雪荷载(hzi)标准值；,屋面积雪分布系数；,基本雪压。,第66页/共79页,第六十七页，共80页。,2.基本(jbn)雪压,基本雪压：基本雪压的修订是根据(gnj)全国672个地点的气象台（气象站），从建站起到1995年的最大雪压和雪深资料，经统计得出50年一遇的最大雪压，即重现期为50年的最大雪压，以此规定当地的基本雪压。,第67页/共79页,第六十八页，共80页。,3、基本(jbn)雪压的确定,当有资料(zlio)时，查表确定。表2-2。,省市名,城市名,雪压,/,（,kN/m2,）,n=10,n=50,n=100,黑龙江,哈尔滨,0.3,0.45,0.50,齐齐哈尔,0.25,0.40,0.45,佳木斯,0.45,0.65,0.70,第68页/共79页,第六十九页，共80页。,基本(jbn)雪压的确定,无雪压数据时，可间接采用积雪(j xu)深度计算：,式中,S,雪压，,kN/,；,h积雪深度，只从积雪表面到地面(dmin)的,垂直深度，m；,积雪密度，,t/m,3,；,g,重力加速度，取,9.8m/s,2,。,第69页/共79页,第七十页，共80页。,雪深度受随积雪深度、积雪时间和当地地理气候条件(tiojin)影响。按地区平均雪密度计算；,东北及新疆北部地区平均密度取0.15t/m3；,华北及西北地区的平均密度取0.13t/m3；,江西、浙江的平均密度取0.20t/m3；,淮河、秦岭以南地区平均密度取0.15t/m3；,第70页/共79页,第七十一页，共80页。,二、屋面(wmin)雪压,基本雪压是针对地面上的积雪荷载(hzi)定义的，屋面雪荷载(hzi)由于风向、屋面形式及屋面散热等因素影响，与地面雪荷载(hzi)在不同。因此，,计算屋面雪荷载(hzi)时应对地面基本雪压乘以屋面积雪分布系数。,影响因素：风、屋面坡度、屋面温度。,第71页/共79页,第七十二页，共80页。,1.风对屋面(wmin)积雪的影响,漂积作用：下雪时，风会把本分本将飘落在屋面(wmin)上的雪吹积到附近的地面上或其他较低的物体上，称为风的漂积作用。,高低跨屋面：苏联屋面积雪(j xu)分布系数,式中,h,屋面高低差，,m,；,S,0,基本雪压，,kN/m,2,。,第72页/共79页,第七十三页，共80页。,2.屋面坡度(pd)对积雪的影响,屋面雪荷载由于风的作用和雪滑移作用，随屋面坡度的增加而减小；,屋面表面的光滑程度影响雪滑移；,双坡屋面可能形成(xngchng)一坡有雪另一坡完全滑落的不平衡状态；,雪滑移导致较低屋面处雪堆积，可能出现局部荷载。,第73页/共79页,第七十四页，共80页。,3.屋面温度(wnd)对积雪的影响,采暖房屋因屋面散发的热量使部分积雪融化，同时(tngsh)使雪滑移容易发生；,不连续加热的房屋，易结冰，产生附加荷载；,重新冻结的冰雪还可能降低雪滑移能力；,采暖房屋檐口处结冰，堵塞屋面排水，对结构产生不利的荷载相应。,第74页/共79页,第七十五页，共80页。,我国建筑结构荷载规范（GB50009-2001）根据设计经验及相关资料，对屋面积雪分布概括(giku)成8种类型，见表2-3。,第75页/共79页,第七十六页，共80页。,楼、屋面(wmin)活荷载,房屋(fngw)中生活或工作的人群、家具、用品、设施等产生的重力荷载；,分类：持久性：家具,临时性：聚会的人群,设计时，一般将楼面活荷载处理为楼面均布,荷载，面荷载。,查表2-5。,一、楼面(lu min)活荷载,第76页/共79页,第七十七页，共80页。,二、屋面(wmin)活荷载,1、屋面均布活荷载,建筑(jinzh)屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载，见表2-7。,类别,不上人屋面,上人屋面,屋顶花园,标准（,kN/m,2,）,0.5,2.0,3.0,第77页/共79页,第七十八页，共80页。,2、屋面积(min j)灰荷载,屋面积灰荷载是冶金、铸造、水泥等行业特有的问题；,积灰荷载应与雪荷载或不上人屋面均布荷载两者中较大值同时(tngsh)考虑,第78页/共79页,第七十九页，共80页。,感谢您的观看(gunkn)。,第79页/共79页,第八十页，共80页。,