1、的基本設計原則的基本設計原則荷載分類及荷載代表值荷載分類及荷載代表值1.1.永久永久荷載荷載永久荷載亦稱恒荷載，是指在結構使用期間，其值永久荷載亦稱恒荷載，是指在結構使用期間，其值不隨時間變化，或者其變化與平均值相比可忽略不計的荷不隨時間變化，或者其變化與平均值相比可忽略不計的荷載，如結構自重、土壓力、預應力等。載，如結構自重、土壓力、預應力等。2.2.可變可變荷載荷載可變荷載也稱為活荷載，是指在結構使用期間，其可變荷載也稱為活荷載，是指在結構使用期間，其值隨時間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的荷載，值隨時間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的荷載，如樓面活荷載、屋面活荷載、風荷載、雪

2、荷載、吊車荷載如樓面活荷載、屋面活荷載、風荷載、雪荷載、吊車荷載等。等。3.3.偶然偶然荷載荷載在結構使用期間不一定出現，而一旦出現，其量值在結構使用期間不一定出現，而一旦出現，其量值很大且持續時間很短的荷載稱為偶然荷載，如爆炸力、撞很大且持續時間很短的荷載稱為偶然荷載，如爆炸力、撞擊力等。擊力等。按時間的變異分按時間的變異分結構的設計使用年限結構的設計使用年限 定義：定義：房屋建筑在正常設計、正常施工、正常使用和維房屋建筑在正常設計、正常施工、正常使用和維 護下所應達到的持久年限。結構的設計使用年限護下所應達到的持久年限。結構的設計使用年限 應按下表采用。應按下表采用。類別類別 設設 計計

3、使使 用用 年限（年）年限（年） 示示 例例 15臨時性結構225易于替換的結構構件350普通房屋和構筑物4100紀念性建筑和特別重要的建筑結構荷載代表值荷載代表值 指根據不同的工作狀態，取用以統計學方法得出具有一定保證率的統計特征值。荷載標準值荷載標準值（基本代表值） 指設計基準期內最大荷載統計分布的特征值（例如均值、眾值、中值或某個位值）。 645. 1KQ 結構自重的標準值可按設計尺寸與材料重力密度標準值計算?？勺兒奢d組合值可變荷載組合值 對可變作用，使組合后的作用效應在設計基準期內的超越概率與該作用單獨出現時的相應概率趨于一致的作用值；或組合后使結構具有統一規定的可靠指標的作用值。 k

4、ccQQ可變荷載頻遇值可變荷載頻遇值 對可變荷載，在設計基準期內，其超越的總時間為規定的較小比率或超越頻率為規定頻率的荷載值。 kffQQ可變荷載準永久值可變荷載準永久值 指可變荷載在結構設計基準期內，其超越的總時間約為設計基準期一半的荷載值。 kqqQQ荷載分類及荷載代表值荷載分類及荷載代表值常用材料單位體積的自重（單位常用材料單位體積的自重（單位kN/m3kN/m3）混凝土混凝土22242224，鋼筋混凝土鋼筋混凝土24252425，水泥砂漿水泥砂漿2020，石灰砂漿、混合砂漿石灰砂漿、混合砂漿1717，普通磚普通磚1818，普通磚（機器制）普通磚（機器制）1919，漿砌普通磚砌體漿砌普通

5、磚砌體1818，漿砌機磚砌體漿砌機磚砌體1919。 荷載標準值計算荷載標準值計算 （1 1）永久荷載標準值）永久荷載標準值 按構件尺寸和構件單位體積自重按構件尺寸和構件單位體積自重的標準值來確定。的標準值來確定。 荷載分類及荷載代表值荷載分類及荷載代表值（2 2）可變荷載標準值）可變荷載標準值（民用（民用樓面均布活荷載標準值按下表采用）樓面均布活荷載標準值按下表采用）民用建筑樓面均布活荷載標準值及其組合值、頻偶值和永久值系數民用建筑樓面均布活荷載標準值及其組合值、頻偶值和永久值系數項項次次類類 別別標準值標準值(kN/m(kN/m2 2) )組合組合值系值系 c c頻偶頻偶值系值系 f f準永

6、久準永久值系數值系數 q q1 1（1 1）住宅、宿舍、旅館、辦公樓、醫院）住宅、宿舍、旅館、辦公樓、醫院病房、托兒所、幼兒園病房、托兒所、幼兒園（2 2）教室、實驗室、閱覽室、會議室、）教室、實驗室、閱覽室、會議室、醫院門診室醫院門診室2.02.00.70.70.50.50.60.60.40.40.50.52 2食堂、辦公樓中的一般資料檔案室食堂、辦公樓中的一般資料檔案室2.52.50.70.70.60.60.50.53 3（1 1）禮堂、劇場、影院、有固定座位的）禮堂、劇場、影院、有固定座位的看臺看臺（2 2）公共洗衣房）公共洗衣房3.03.03.03.00.70.70.70.70.50.

7、50.60.60.30.30.50.54 4（1 1）商店、展覽廳、車站、港口、機場）商店、展覽廳、車站、港口、機場大廳及其旅客等候室大廳及其旅客等候室（2 2）無固定座位的看臺）無固定座位的看臺3.53.53.53.50.70.70.70.70.60.60.50.50.50.50.30.3荷載分類及荷載代表值荷載分類及荷載代表值5 5（1 1）健身房、演出舞臺）健身房、演出舞臺（2 2）舞廳）舞廳4.04.04.04.00.70.70.70.70.60.60.60.60.50.50.30.36 6（1 1）書庫、檔案室、儲藏室）書庫、檔案室、儲藏室（2 2）密集柜書庫）密集柜書庫5.05.0

8、12.012.00.90.90.90.90.80.87 7通風機房、電梯機房通風機房、電梯機房7.07.00.90.90.90.90.80.88 8汽車通道及停車庫汽車通道及停車庫（1 1）單向板樓蓋（板跨不小于）單向板樓蓋（板跨不小于2m2m）客車客車消防車消防車（2 2）雙向板樓蓋和無梁樓蓋（柱網尺寸）雙向板樓蓋和無梁樓蓋（柱網尺寸不小于不小于6m6m6m6m）客車客車消防車消防車 4.04.035.035.02.52.520.020.00.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.60.60.60.60.60.60.60.6（2 2）

9、可變荷載標準值）可變荷載標準值（民用（民用樓面均布活荷載標準值按下表采用）樓面均布活荷載標準值按下表采用）荷載分類及荷載代表值荷載分類及荷載代表值9 9廚房（廚房（1 1）一般的）一般的（2 2）餐廳）餐廳2.02.04.04.00.70.70.70.70.60.60.70.70.50.50.70.71010浴室、廁所、盥洗室：浴室、廁所、盥洗室：（1 1）第）第1 1項中的民用建筑項中的民用建筑（2 2）其他民用建筑）其他民用建筑2.02.02.52.50.70.70.70.70.50.50.60.60.40.40.50.51111走廊、門廳、樓梯：走廊、門廳、樓梯：（1 1）宿舍、旅館、醫

10、院病房、托兒所、幼）宿舍、旅館、醫院病房、托兒所、幼兒園、住宅兒園、住宅（2 2）辦公樓、教室、餐廳、醫院門診部）辦公樓、教室、餐廳、醫院門診部（3 3）消防疏散樓梯、其他民用建筑）消防疏散樓梯、其他民用建筑2.02.02.52.53.53.50.70.70.70.70.70.70.50.50.60.60.50.50.40.40.50.50.30.31212陽臺：陽臺：（1 1）一般情況）一般情況（2 2）當人群有可能密集時）當人群有可能密集時2.52.53.53.50.70.70.60.60.50.5注：注：本表所列各項活荷載適用于一般使用條件，當使用荷載大時，應按實際情況采用。本表所列各項

11、活荷載適用于一般使用條件，當使用荷載大時，應按實際情況采用。本表各項荷載不包括隔墻自重和二次裝修荷載。本表各項荷載不包括隔墻自重和二次裝修荷載。（2 2）可變荷載標準值）可變荷載標準值（民用（民用樓面均布活荷載標準值按下表采用）樓面均布活荷載標準值按下表采用）風荷載風荷載風的形成與危害風的形成與危害風是由于大氣層的溫度差、氣壓差等大氣現象導致的空氣流動現象。風是由于大氣層的溫度差、氣壓差等大氣現象導致的空氣流動現象。建筑物會對風形成阻擋，因此風會對于建筑物形成反作用。建筑物會對風形成阻擋，因此風會對于建筑物形成反作用。風是極其復雜的氣流現象，是隨機性的動荷載，巨大的風力作用會風是極其復雜的氣流

12、現象，是隨機性的動荷載，巨大的風力作用會致使建筑物水平側移、振動甚至垮塌。致使建筑物水平側移、振動甚至垮塌。在風的作用下，建筑物會發生以下破壞：在風的作用下，建筑物會發生以下破壞： 1 1）主體結構變形導致內墻裂縫；）主體結構變形導致內墻裂縫； 2 2）長時間的風振效應使結構受到往復應力作用而發生局部疲勞破壞；）長時間的風振效應使結構受到往復應力作用而發生局部疲勞破壞； 3 3）外裝飾，受風力作用而脫落；）外裝飾，受風力作用而脫落； 4 4）輕屋面，受風的作用會像上浮起甚至破壞。）輕屋面，受風的作用會像上浮起甚至破壞。風荷載的基本理論風荷載的基本理論氣體的流動速度與壓力成反比，迎風面受到壓力作

13、用，其他面由于風的流動而受到吸力?；撅L壓基本風壓基本風壓是指某一地區，風力在迎風表面產生作用的標準值。平坦空曠的地面，距地面10米高處，年最大風速發生時10分鐘內的風速平均值所形成的，并考慮該風速的歷史重現期（30年為標準期限）而確定的迎風面風力作用。風玫瑰圖風玫瑰圖如圖所表示的某一地區的冬季、夏季主導風向的圖形。建筑形體與風的作用建筑形體與風的作用迎風面風力為壓力，側風面隨著與風的夾角的變化，風力逐漸有壓力轉變為吸力；矩形、圓形、三角形等不同的平面形狀的建筑物，各個側面所受的風力作用差異很大。建筑物表面粗糙會加大風力的作用。建筑形體風作用系數舉例建筑形體風作用系數舉例0.8-0.6-0.6

14、-(0.48+0.03H/B)1.0-0.71.0-0.5-0.5-0.5-0.5-0.5-0.70.8-0.6-0.60.60.6-0.5-0.5-0.50.8-0.5-0.5高度與風的作用高度與風的作用隨著風力測試點的高度增加，所受風力作用也隨之加大。風的振動效應風的振動效應陣風會產生強烈的風陣效應，并且具有極大的不穩定性。陣風會產生順風的振動效應與側風的振動效應。北東西南城市中心區高層建筑的綜合效應城市中心區高層建筑的綜合效應常規理解，地面粗糙度大，風速減緩。這個概念僅在城市多為多層建筑或高層建筑不多、分布不密集時是正確的。隨著城市中心區高層建筑大量增加、高度加大（多數在百米以上）、密度

15、也隨之加大，在局部會由于過風面積狹小，形成風力急劇增加，而且這種風力增加是不確定的。西方國家已經開始對于城市中心商務高層建筑區域進行特征風的研究，并采用航空技術，以風洞試驗的方式對于區域模擬規劃進行調整。風荷載計算公式：風荷載計算公式：k k=z zs sz z0 0 k k : :風荷載標準值風荷載標準值 z z ：高度：高度Z Z處的風振系數處的風振系數 s s ：建筑物對于風荷載的形體系數：建筑物對于風荷載的形體系數 z z ：風荷載的高度變化系數：風荷載的高度變化系數 0 0 ：建筑物所在地區的基本風壓：建筑物所在地區的基本風壓混凝土強度設計值=混凝土強度標準值砼材料分項系數c鋼 筋強

16、度設計值=鋼 筋 強度標準值鋼筋材料分項系數s永久荷載設計值= 永久荷載標準值永久荷載分項系數 g可變荷載設計值= 可變荷載標準值可變荷載分項系數 q設計值與標準值的關系設計值與標準值的關系結構的功能要求結構的功能要求 能承受正常施工和使用時的各種作用，以及能承受正常施工和使用時的各種作用，以及偶然事件發生時，仍能保持整體穩定性。偶然事件發生時，仍能保持整體穩定性。在正常使用時，能保證具有良好的工作性能，在正常使用時，能保證具有良好的工作性能，不出現過大的變形和裂縫。不出現過大的變形和裂縫。在正常使用及維護下，具有足夠的耐久性能，在正常使用及維護下，具有足夠的耐久性能，不發生銹蝕和風化現象。不

17、發生銹蝕和風化現象。安全性安全性適用性適用性耐久性耐久性例如，不會出現影響正常使用的過大變形或振動；不會產生使使用者感到例如，不會出現影響正常使用的過大變形或振動；不會產生使使用者感到不安的裂縫寬度等。不安的裂縫寬度等。 例如，結構材料不致出現影響功能的損壞，鋼筋混凝土構件的鋼筋不致因保例如，結構材料不致出現影響功能的損壞，鋼筋混凝土構件的鋼筋不致因保護層過薄或裂縫過寬而銹蝕等。護層過薄或裂縫過寬而銹蝕等。 即結構僅產生局部的損壞而不致發生連續倒塌。即結構僅產生局部的損壞而不致發生連續倒塌。 建筑結構的安全等級建筑結構的安全等級安全等級安全等級破壞后果破壞后果建筑物類型建筑物類型一級一級很嚴重

18、很嚴重重要的房屋重要的房屋二級二級嚴重嚴重一般的房屋一般的房屋三級三級不嚴重不嚴重次要的房屋次要的房屋建筑結構可靠度設計統一標準建筑結構可靠度設計統一標準GB50068-2001GB50068-2001（以下簡稱（以下簡稱統一標統一標準準）規定，建筑結構設計時，應根據結構破壞可能產生的后果（危及人）規定，建筑結構設計時，應根據結構破壞可能產生的后果（危及人的生命、造成經濟損失、產生社會影響等）的嚴重性，采用不同的的生命、造成經濟損失、產生社會影響等）的嚴重性，采用不同的安全等安全等級級。 設計使用年限設計使用年限，是指設計規定的結構或結構構件不需進行大修即可按，是指設計規定的結構或結構構件不需

19、進行大修即可按其預定目的使用的時期。其預定目的使用的時期。 結構的設計使用年限分類結構的設計使用年限分類設計設計使使 用用 年年 限限 示示 例例5 5臨時性結構臨時性結構2525易于替換的結構構件易于替換的結構構件5050普通房屋和構筑物普通房屋和構筑物100100紀念性建筑和紀念性建筑和特別重要的建筑結構特別重要的建筑結構結構的結構的安全性安全性、適用性適用性和和耐久性耐久性是結構可靠的標志，總稱是結構可靠的標志，總稱為結構的為結構的可靠性可靠性。 結構的結構的可靠度可靠度是結構可靠性的是結構可靠性的概率度量概率度量，即對結構可靠性，即對結構可靠性的的定量描述定量描述。 結構結構可靠性可靠

20、性的定義是，結構在規定時間內，規定條件下，的定義是，結構在規定時間內，規定條件下，完成預定功能的能力。完成預定功能的能力。 當結構的使用年限當結構的使用年限超過設計使用年限超過設計使用年限后，并不意味著結構后，并不意味著結構就要報廢，但其就要報廢，但其可靠度可靠度將將逐漸降低逐漸降低。 結構極限狀態結構極限狀態結構功能的結構功能的極限狀態極限狀態 （1 1）承載能力承載能力極限狀態極限狀態（2 2）正常使用正常使用極限狀態極限狀態針對針對安全性安全性如：整個結構或結構的一部分作為剛體失去穩定；如：整個結構或結構的一部分作為剛體失去穩定； 結構構件或連接因材料強度不夠而破壞；結構構件或連接因材料

21、強度不夠而破壞； 結構轉變為機動體系；結構轉變為機動體系； 結構或結構構件喪失穩定等。結構或結構構件喪失穩定等。針對針對適用性適用性和和耐久性耐久性如：出現影響正常使用或外觀的變形；如：出現影響正常使用或外觀的變形； 影響正常使用或耐久性的局部損壞；影響正常使用或耐久性的局部損壞； 影響正常使用的振動。影響正常使用的振動。持久狀況持久狀況-進行進行承載能力承載能力極限狀態和極限狀態和正常使用正常使用極限狀態設計極限狀態設計。 結構的設計狀況結構的設計狀況短暫狀況短暫狀況-進行進行承載能力承載能力極限狀態設計和根據需要進行極限狀態設計和根據需要進行正常使正常使用用極限狀態設計極限狀態設計。 偶然

22、狀況偶然狀況-進行進行承載能力承載能力極限狀態和極限狀態和。 結構的設計原則和方法結構的設計原則和方法（1 1）作用效應）作用效應 S S作用（荷載）對結構產生的各種效應，作用（荷載）對結構產生的各種效應，如如彎矩、剪力、軸力、變形、裂縫彎矩、剪力、軸力、變形、裂縫等等 M V N f w結構構件抵抗各種作用效應的能力。結構構件抵抗各種作用效應的能力。如如抗彎、抗剪、抗壓、抗拉、抗扭抗彎、抗剪、抗壓、抗拉、抗扭承載力承載力以及以及抗變形、抗裂縫抗變形、抗裂縫的能力。的能力。（2 2）結構抗力）結構抗力 R R有一農夫，能肩挑有一農夫，能肩挑300斤斤當給他當給他300斤的擔子時，斤的擔子時，效

23、應剛好等于抗力；效應剛好等于抗力；當給他當給他100斤的擔子時，斤的擔子時，效應小于抗力；效應小于抗力；當給他當給他400斤的擔子時，斤的擔子時，效應大于抗力。效應大于抗力。挑擔子與結構功能函數挑擔子與結構功能函數結構荷載的確定結構荷載的確定 結構上的荷載作用可以按照工程設計的標準分為：永久作用、可變作用于偶然作用三類。荷載效應荷載效應 荷載在結構上產生的內力與變形，如彎矩、剪力、軸力、扭矩、撓度、轉角、裂縫等，以S來表示； 由于荷載位置與方向差異，不同荷載對于結構產生的效果不同； S= CQ，C：荷載效應系數； 特定結構或構件對于特定荷載的荷載效應系數確定的。 常見的荷載效應系數舉例：o 簡

24、支梁在均布荷載作用下，最大彎矩的荷載效應系數為：C=L2/8；o 簡支梁在集中荷載作用下，最大彎矩的荷載效應系數為：C=L/4。影響結構抗力大小的主要因素：影響結構抗力大小的主要因素：結構的構成形態構件的幾何尺寸材料性能 由材料的變異性、構件幾何特征和計算模式等的不定一些，決定結構抗力也應是隨機變量。結構的功能函數結構的功能函數 SRRSgZ),(當當0 0 即即 R RS S 時，結構處于時，結構處于可靠狀態可靠狀態；當當0 0 即即 R RS S 時，結構處于時，結構處于失效狀態失效狀態；當當= = 0 0 即即 R R = =S S 時，結構處于時，結構處于極限狀態極限狀態。 關系式關系

25、式(S(S，R)R)R RS S0 0 稱為極限狀態方程。稱為極限狀態方程。結構構件重要性系數結構構件重要性系數一級一級=1.1=1.1、二級、二級=1.0=1.0、三級、三級=0.9=0.90按承載能力極限狀態設計的實用表達式按承載能力極限狀態設計的實用表達式 RS 0功能函數功能函數極限狀態安全失效000SRZ可靠度定義 結構在規定的時間內、在規定的條件下，完成預定功能的概率。結構不能完成預定功能的概率？問題可靠度指標與失效概率的關系可靠度失效概率22SRZSRZSRZfSRSRSRZP顯然22可靠度指標 由定義的代替失效概率Pf的指標。與Pf關系2.73.23.74.2Pf3.510-3

26、6.910-41.110-41.310-5延性破壞延性破壞 指結構構件在破切前有明顯的變形或其他預兆。脆性破壞脆性破壞 指結構構件在破切前無明顯的變形或其他預兆。實用設計表達式實用設計表達式k2k11kiQciniiQQQGGSSSS按永久荷載標準值計算的荷載效應值按可變荷載標準值計算的荷載效應值 可變荷載效應中的最大值 永久荷載分項系數永久荷載分項系數第第i i個可變荷載個可變荷載的分項系數的分項系數 第第1 1個可變荷載個可變荷載的分項系數的分項系數 可變荷載的可變荷載的組合值系數組合值系數 1）由可變荷載效應控制的組合承載能力極限狀態RS 02）由永久荷載效應控制的組合)(10Qikci

27、niQiGkGSSS恒荷載效應設計值活荷載效應設計值荷載分項系數的取值荷載分項系數的取值荷載特性荷載特性分項系數分項系數永久永久荷載荷載永久荷載效應永久荷載效應對結構不利對結構不利由可變荷載效應控制的組合由可變荷載效應控制的組合1.21.2由永久荷載效應控制的組合由永久荷載效應控制的組合1.351.35永久荷載效應對結構有利永久荷載效應對結構有利1.01.0傾覆、滑移或飄浮驗算傾覆、滑移或飄浮驗算0.90.9可變可變荷載荷載一般情況一般情況1.41.4對標準值大于對標準值大于4kN/m4kN/m2 2的工業房屋樓面結構的活荷載取的工業房屋樓面結構的活荷載取1.31.3一般框、排架結構一般框、排

28、架結構 QiKniQiGKGKQQGKGSSSSS1119 . 0max 正常使用極限狀態的荷載組合進行正常使用極限狀態驗算時采用荷載的標準值；不考慮結構的重要性系數；需要考慮荷載作用時間的長短對變形和裂縫寬度的影響。1.標準組合：主要用于當一個極限狀態被超越時將產生嚴重的永久性損害的情況2.頻遇組合：主要用于當一個極限狀態被超越時將產生局部損害、較大變形或瞬間振動的情況3.準永久組合：主要用于當長期效應是決定性因素時的一些場合 按正常使用極限狀態設計的實用表達式按正常使用極限狀態設計的實用表達式 （1 1）實用表達式）實用表達式 對于正常使用極限狀態，應根據不同的設計要對于正常使用極限狀態，應根據不同的設計要求，按下列設計表達式進行設計：求，按下列設計表達式進行設計： SC式中式中S變形、裂縫等荷載效應的設計值；變形、裂縫等荷載效應的設計值； C結構構件達到正常使用要求所規定的限值，結構構件達到正常使用要求所規定的限值，如變形、裂縫寬度等。如變形、