1、工程结构荷载与可靠度设计原理,1.1 工程结构荷载与作用 工程结构：房屋、道路、桥梁、隧道、堤坝、塔架 结构功能的基本要求：安全 适用 耐久 经济 美观 结构坚实的骨架承受各种荷载作用,1 荷载与作用,建于公元595-605年，李春，国际土木工程历史古迹（International Historic Civil Engineering Landmark） 赵州桥,山西应县木塔，辽代建筑， 1056年落成，67.31米高，底层直径30.27米，呈平面八角形。五层六檐，实为九层，共用红松木料3000立方，约2600多吨重。历经950年风霜雨雪和地震仍巍然屹立。,1889年建成，塔高320米，总重7
2、000吨，晴天可观赏70公里的景色。,38岁的丹麦建筑师D.J. 乌茨设计，1957年方案中选，19591973，中间两次停工，历时14年才建成。预算造价350万英镑，实际造价5000万英镑。设计方案由10片薄壳组成，但结构不合理，后改为三铰拱结构。,广州国际金融中心 （广州西塔）,西塔外形像“通透水晶”，结构采用创新的菱形斜交网格筒体结构体系，钢管混凝土巨形斜交网格外筒，钢筋混凝土剪力墙内筒，钢-砼组合楼盖连接内外筒。这种独特创新的筒中筒结构体系，具有足够的抗侧刚度和优异的抗震性能，遭遇撞击和爆炸等突发事件，只会局部损坏，不致引起连锁反应而倒塌，结构整体安全度高。,阿拉伯塔酒店，又称迪拜帆船
3、酒店，一共有56层、321米高，位于中东地区阿拉伯联合酋长国迪拜酋长国的迪拜市，为全世界最豪华的酒店。,“结构上的作用”的定义（Action on Structure） 施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变形（地震、温度变化、基础不均匀沉降、焊接等）的原因的总称。 施加在结构上的集中力或分布力 直接作用（荷载） 引起结构外加变形或约束变形的原因 间接作用 间接作用不仅与外界因素有关，还与结构本身的特性有关。如地震对结构物的作用不仅与地震加速度有关，还与结构自身的动力特性有关，故不能把“地震作用”称为“地震荷载”,1.1 工程结构荷载与作用,“荷载”的定义（Load） 由各
4、种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力 【例如】结构自重、土压力、水压力、雪荷载、风荷载、屋面积灰荷载、吊车荷载、车辆荷载等 【例如】爆炸、冲击、制动力、离心力等,1.1 工程结构荷载与作用,An overview of the many different forces acting on a building,作用,直接作用,间接作用,（狭义）荷载,（广义）荷载,“作用效应”的定义（Effects of Actions） 作用引起的结构或构件的内力和变形 荷载引起的效应相应的称为“荷载效应”【包括】内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）应力（正应力、剪应力等）位移（线位移、角位移等）挠度变形（
5、弹性变形、塑性变形等）应变（线应变、剪应变等）裂缝,1.1 工程结构荷载与作用,1.2.1 按随时间的变异分类 永久作用 在结构设计基准期内，其值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的作用 这种作用可按与时间无关的随机变量考虑 【例如】结构自重、土压力、基础沉降、焊接、水的浮力、混凝土收缩及徐变作用等,1.2 作用的分类, 可变作用 在结构设计基准期内，其值随时间而变化，且其变化值与平均值相比不可以忽略不计的作用 这种作用可按与时间有关的随机过程考虑 【例如】人员设备荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、车辆荷载、车辆离心力、车辆制动力、流水压力、冰压力、
6、温度变化等 偶然作用 在结构设计基准期内，不一定出现，但一旦出现，其量值很大且持续时间较短的作用 【例如】地震作用（地震力和地震加速度等）、爆炸、船舶或漂流物的冲击、汽车冲击等, “荷载”按随时间的变异分类 永久荷载 恒荷载 恒载 【例如】结构自重、土压力等 可变荷载 活荷载 活载 【例如】楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等 偶然荷载 【例如】爆炸、冲击等,梁体积 10.00.60.3 = 1.8 m3 钢筋混凝土容重 = 25 kN/m3 梁的自重 = 1.8 m325 kN/m3 = 45 kN 均布线荷载：0.60.3 25=4.5kN/m,恒载 Dead Lo
7、ad,楼层面积 = 6.0 m4.0 m = 24 m2 住宅楼面均布活荷载 = 2.0 kN/m2 楼层的活荷载 = 24 m22.0 kN/m2 = 36 kN 单位宽度（1m）楼面均布线荷载：2.0 kN/m,活载 Live Load,风荷载 Wind Load,1.2.2 按随空间位置的变异分类 固定作用（固定荷载） 在结构空间位置上具有固定的分布 【例如】结构自重、结构上的固定设备荷载等 可动作用（可动荷载） 在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布 【例如】房屋中的人员家具荷载、桥梁上的车辆荷载、厂房里的吊车荷载等,1.2.3 按结构的反应分类 静态作用（静力荷载） 不使结构或结构
8、构件产生加速度，或产生的加速度可以忽略不计 例如：结构自重、房屋中的人员荷载、土压力、温度变化等 动态作用（动力荷载） 使结构或结构构件产生不可忽略的加速度 例如：地震、爆炸、冲击、吊车荷载、设备振动、车辆荷载、波浪荷载、作用于高耸结构或柔性桥梁上的风荷载等。,1.3 荷载代表值 荷载标准值 荷载在结构使用期间可能出现的最大值（具有一定保证率） 由荷载规范给出或根据工程经验协议后给出（表2.2） 荷载组合值 考虑到两种或两种以上的可变荷载作用于结构上，所有可变荷载同时达到其最大值的概率极小，除主导荷载外，其他伴随荷载的取值 由组合值系数乘以标准值得到 荷载准永久值 可变荷载在结构使用期间经常达到和超过的值 由准永久值系数乘以标准值得到,
