载荷的分类与组合

发布时间:2024-02-04 20:02:30浏览次数:26
载荷的分类与组合一、荷载的分类实际的工程结构由于其作用和工作条件的不同,作用在它们上面的力是多种多样的。广义地讲,作用在结构上的荷载和其他外来作用,都可以称为结构的荷载。如图所示为房屋结构的屋架,屋架所受到的力有:屋面的自重传给屋架的力、屋架本身的自重、风及雪的压力,以及两端柱或砖墙的支承力等。我们把作用在物体上的力分为两种:一种是使物体运动或使物体有运动趋势的主动力,例如重力、风压力等;另一种是阻碍物体运动的约束力,这里所谓约束,就是指能够限制某构件运动(包括移动、转动)的其他物体(如支承屋架的柱)。而约束作用于被约束构件上的力就称为约束力(例如柱对屋架的支承力)。通常把作用在结构上的主动力称为荷载,而把约束力称为反力。荷载与反力是互相对立又互相依存的一个矛盾的两个方面。它们都是其他物体作用在结构上的力,所以又统称为外力。在外力作用下,结构内(如屋架内)各部分之间将产生相互作用的力称为内力。1. 荷载按其作用在结构上的时间久暂分为恒载和活载 (1)恒载 恒载是指作用在结构上的不变荷载,即在结构建成以后,其大小和位置都不再发生变化的荷载,例如,构件的自重和土压力等。构件的自重可根据构件尺寸和材料的密度进行计算。例如,截面为 20cm×50cm 的钢筋混凝土梁,总长为 6m,已知钢筋混凝土的密度 ρ=2450kg/ m3 , 则梁的重力为式中 ρ—密度,即构件材料单位体积的质量,kg / m3;V—构件的体积,m3;g—重力加速度(g = 9 .8m / s2)。总重力除以长度就得该梁每米长度的重力,单位为 N/m,称线荷载,以 q 表示:楼板每平方米的重力称面荷载,用 p 表示,单位为 N/m2 。例如 8cm 厚的钢筋混凝土楼板,其面荷载为重力的单位也可用“kN”来表示(1kN=1000N)。 (2)活载 活荷载是指在施工和建成后使用期间可能作用在结构上的可变荷载。 就是这种荷载有时存在、有时不存在,它们的作用位置及范围可能是固定的(如风荷载、雪荷载、仓库中堆放的货物等),也可能是移动的(如吊车荷载、桥梁上行驶的车辆、会议室的人群等)。各种常用的活荷载,在《工业与民用建筑结构荷载规范》中都有详细规定,并以每平方米面积的荷载来表示。例如,住宅、办公楼、托儿所、医院病房、会议室等民用建筑的楼面活荷载,目前规范定为 2000N/m2。2.荷载按其作用在结构上的分布情况分为分布荷载和集中荷载 (1)分布荷载 分布荷载是指满布在结构某一表面上的荷载,又可分为均布荷载和非均布荷载两种。图 a 所示为梁的自重,荷载连续作用,大小各处相同,这种荷载称为均布荷载。梁的自重是以每米长度重力来表示,单位是 N/m 或 kN/m,又称为线均布荷载。图 b 所示为板的自重也是均布荷载,它是以每平方米面积重力来表示的,单位是 N/m2 或 kN/m2,故又称为面均布荷载。图 c 所示为一水池,壁板受到水压力的作用,水压力的大小是与水的深度成正比的,这种荷载形成一个三角形的分布规律,即荷载连续作用,但大小各处不相同,称为非均布荷载。(2)集中荷载 集中荷载是指作用在结构上的荷载一般总是分布在一定的面积上,当分布面积远小于结构的尺寸时,则可认为此荷载是作用在结构的一点上,称为集中荷载。例如,汽车通过轮胎作用在桥面上的力、吊车的轮子对吊车梁的压力、屋架传给柱子或砖墙的压力等,都可认为是集中荷载。其单位一般用 N 或 kN 来表示。3.荷载按其作用在结构上的性质分为静荷载和动荷载 (1)静荷载 静荷载是指荷载从零慢慢增加至最后的确定数值后,其大小、位置和方向就不再随时间而变化,这样的荷载称为静荷载。如结构的自重、一般的活荷载等。(2)动荷载 动荷载是指荷载的大小、位置、方向随时间的变化而迅速变化,称为动荷载。在这种荷载作用下,结构产生显著的加速度,因此,必须考虑惯性力的影响。如动力机械产生的荷载、、波浪压力、地震力等。以上是从三种不同角度将荷载分为三类,但它们不是孤立无关的,例如,结构的自重,它既是恒载,又是分布荷载,也是静荷载。二、荷载的组合通常在工程结构设计中,又把荷载分为主要荷载、附加荷载和特殊荷载三种。主要荷载是结构在正常使用条件下经常作用的荷载,如自重、土压力、水压力等。附加荷载是不经常出现的临时荷载,如施工中吊车的移动荷载等。特殊荷载是在特殊情况下出现的荷载,如地震、爆炸冲击波等。在结构设计中,需要按各种荷载出现的实际可能性加以组合。一般情况下采用如下组合:(1)主要荷载。(2)主要荷载+附加荷载。(3)主要荷载+附加荷载+特殊荷载。设计结构时对上面三种荷载组合应分别考虑不同的安全储备。对第(1)种组合,安全储备应高一些;第(2)种组合,安全储备可低一些;第(3)种组合,安全储备可更低一些。
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