第一章

绪论

内容提要 一、荷载与作用 1、“结构上的作用”的定义 结构上的作用” 2、“结构上的作用”的分类 结构上的作用” 二、作用分类、作用效应S 作用分类、作用效应S 三、结构设计方法

一、荷载与作用1、“结构上的作用”的定义 结构上的作用”

将能使结构产生效应的各种因素总称为作用 施加在结构上的集中或分布荷载， 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、基础沉降、温度变化、焊接等)的原因的总称 地震、基础沉降、温度变化、焊接等)的原因的总称 直接作用在结构上的各种荷载 直接作用

能够引起结构内力、 能够引起结构内力、变形等效应的非直接作用因素 匀沉降等) 匀沉降等) 间接作用(地震、温度变化、 间接作用(地震、温度变化、基础不均

荷载——由各种环境因素产生的直接作用在结构上的 各种力，例如重力、土压力、水压力、风压力；

效应—— 结构的内力、位移、变形、应力、应变、裂缝、 速度、加速度等；

工程结构的功能： 一是提供满足人们需要的结构空间和实体；一是抵御可能出 现的各种环境作用

间接作用和直接作用(狭义意义上的荷载)也可统称广义荷载。

二、“结构上的作用”的分类 结构上的作用” 按随时间的变异分类 永久作用 在结构使用期间，其值不随时间而变化 不随时间而变化， 在结构使用期间 ， 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 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 例如】结构自重，土压力、预加力、基础沉降、焊接、 【例如】结构自重，土压力、预加力、基础沉降、焊接、水 的浮力、 的浮力、混凝土收缩及徐变作用等 可变作用 在结构使用期间，其值随时间而变化 随时间而变化， 在结构使用期间 ， 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 值相比不可以忽略不计的作用 例如】 安装荷载、楼面活荷载 吊车荷载、风荷载、 活荷载、 【 例如】 安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪 荷载、汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流水压力、 荷载、汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流水压力、冰 压力、 压力、温度作用等

偶然作用

在结构使用期间，不一定出现，但一旦出现， 在结构使用期间，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、 【 例如 】 地震作用 ( 地震力和地震加速

度等 ) 、 爆炸 、 船舶或漂流物的撞击作用、 船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等

按随空间位置的变异分类 固定作用 在结构空间位置上具有固定的分布 例如】 工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载、 【 例如 】 工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载 、 结构 构件自重等 可动作用

在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布

【例如】工业与民用建筑楼面上的人员荷载、吊车荷载等 例如】工业与民用建筑楼面上的人员荷载、

按结构的反应分类 静态作用 不使结构或结构构件产生加速度， 不使结构或结构构件产生加速度，或产生的加速度可以忽 略不计 【例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等 例如】结构自重、 动态作用 使结构或结构构件产生不可忽略的加速度 例如】地震、吊车荷载、设备振动、 【例如】 地震、吊车荷载、 设备振动、作用于高耸结构上 的风荷载等

荷载分类按作用时间的长短和性质 永久荷载 其值不随时间而变化，或虽有变化， 在结构使用期间 ，其值不随时间而变化，或虽有变化，但变 化不大， 且其变化值与平均值相比可以忽略不计， 化不大 ， 且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荷载。 恒载) 是单调的并能趋于限值的荷载。(恒载)

可变荷载

其值随时间而变化， 在结构使用期间 ，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荷载。 活载) 相比不可以忽略不计的荷载。(活载)

偶然荷载

在结构使用期间不一定出现，但一旦出现，其值很大， 在结构使用期间不一定出现，但一旦出现， 其值很大， 作用 时间则较短的荷载。

永久荷载(恒载) 永久荷载(恒载) 【例如】 例如】 结构自重，土压力、 结构自重，土压力、预应力等 可变荷载(活载) 可变荷载(活载) 【例如】 例如】 楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、 楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、

风荷载、 风荷载、雪荷载等 偶然荷载 【例如】 爆炸力、撞击力等 例如】 爆炸力、

作用效应S( ) 作用效应 (p2)

直接或间接作用于结构构件上， 直接或间接作用于结构构件上，在结构内产生的内力 轴力、剪力、弯矩)和变形(挠度、转角、 (轴力、剪力、弯矩)和变形(挠度、转角、裂缝 称为“作用效应” 等)称为“作用效应”S.

三、 结构设计方法The Design Approach

◆ 工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理 工程结构的设计需要保证安全可靠 安全可靠、 ◆ 由于实际工程结构中存在多种不确定

性 ◆ 结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定 性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡 性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡

结构的功能 Functions of Structure◆ 安全性 Safety 构件最终破坏时的承载力) ◎ 如(M≤Mu,构件最终破坏时的承载力) 结构在预定的使用期间内(一般为50年 ◎ 结构在预定的使用期间内(一般为 年),应能承受在 正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、 正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形 如超静定结构的支座不均匀沉降) 约束变形( (如超静定结构的支座不均匀沉降)、约束变形(如温度和 收缩变形受到约束时)等的作用。 收缩变形受到约束时)等的作用。 在偶然事件(如地震、爆炸)发生时和发生后， ◎ 在偶然事件(如地震、爆炸)发生时和发生后，结构应 能保持整体稳定性， 能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财 产的严重损失。 产的严重损失。

◆ 适用性 Serviceability ◎ 如(f ≤[ f ]) ) 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。 ◎ 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影 响正常使用的过大的变形(挠度、侧移) 振动(频率、 响正常使用的过大的变形 ( 挠度 、 侧移 ) 、 振动 ( 频率 、 振 或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。 幅),或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。 ◆ 耐久性 Durability ◎ 如(wmax≤[ wmax]) ) 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。 ◎ 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。 即在各种因素的影响下(混凝土碳化、钢筋锈蚀),结构的 即在各种因素的影响下(混凝土碳化、钢筋锈蚀),结构的 ), 承载力和刚度不应随时间有过大的降低 不应随时间有过大的降低， 承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预 定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。 定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。

◆ 结构的可靠性 reliability■

可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称 安全性、 可靠性

■ 就是指结构在规定的使用期限内(设计工作寿命 就是指结构在规定的使用期限内(设计工作寿命=50年), 年

在规定的条件下(正常设计、正常施工、正常使用和维护) 在规定的条件下(正常设计、正常施工、正常使用和维护), 完成预定结构功能的能力。 完成预定结构功能的能力。■ 结构可靠性越高，建设造价投资越大。 结构可靠性越高，建设造价投资越大。 ■

如何在结构可靠与经济之间取得均

衡，就是设计方

法要解决的问题。 法要解决的问题。

极限状态 Limit State◆ 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠” 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”

的或“有效” 的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。 反之，则结构为“不可靠” 失效”◆ 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限 区分结构“可靠” 失效”的临界工作状态称为“

状态” 状态”钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念 结构的功能 安全性 适用性 耐久性 受弯承载力 挠度变形 裂缝宽度 可靠 极限状态 失效

M < Mu f < [f]

M = Mu f = [f]

M > Mu f > [f]

wmax< [wmax] wmax= [wmax] wmax> [wmax]