建筑力学的基本知识.ppt

建建 筑筑 力力 学学 与与 结结 构构 子情境一子情境一 建筑力学的研究对象和任务建筑力学的研究对象和任务学习情境一学习情境一 建筑力学的基本知识建筑力学的基本知识 一、建筑力学的研究对象1、荷载2、结构3、强度、刚度和稳定性 1、荷载荷载：任何建筑物在施工过程中和建成后的使用过程中，都要受到各种各样力的作用，我们把这种力在工程上称为荷载（又称主动力） （1）按荷载作用时间的长短分类：恒荷载（永久荷载）、活荷载（可变荷载和偶然荷载）。 （2）按荷载的分布范围分类：集中荷载、分布荷载。 （3）按荷载位置的变化情况分类：固定荷载、移动荷载。 （4）按荷载的作用性质分类：固定荷载、动力荷载。 2、结构结构：在建筑物中承受和传递荷载而起着骨架作用的部分称为结构。构件：是组成结构的基本部件。 建筑结构的类型 建筑结构常用的材料有混凝土、钢材、砖、石、木材等。 按所用材料不同，建筑结构分为：钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、砖木结构和木结构。 建筑构件的类型杆件结构杆件结构： 结构由杆件组结构由杆件组成，杆件的几何特征是成，杆件的几何特征是横截横截面尺寸要比长度小得多面尺寸要比长度小得多。板壳结构：板壳结构： 也称也称薄壁结薄壁结构，构，厚度比长度和宽度厚度比长度和宽度小得多小得多。块体结构：块体结构： 结构的结构的长、宽、厚长、宽、厚三个尺三个尺度大小相仿度大小相仿。薄壁杆结构：薄壁杆结构： 结构结构的长、宽、厚的长、宽、厚三个三个尺度大小都相差很尺度大小都相差很悬殊相仿悬殊相仿。典型为。典型为槽型钢材。槽型钢材。结构及构件在正常工作必须满足以下三个要求的功能。结构及构件在正常工作必须满足以下三个要求的功能。（1）强度）强度：在使用期内，务必使结构和构件安全可靠，不发生破坏，具有足够的承载能力。结构和构件抵抗破坏的能力称为强度。结构和构件抵抗破坏的能力称为强度。（2）刚度）刚度：在使用期内，务必使结构和构件不发生影响正常使用的变形。结构或构件抵抗变形的能力称为刚度。结构或构件抵抗变形的能力称为刚度。（3）稳定性）稳定性：在使用期内，务必使结构和构件平衡形态保持稳定。稳定性是结构或构件保持原有平衡形态的能力。稳定性是结构或构件保持原有平衡形态的能力。 3、强度、刚度和稳定性上海莲花上海莲花13层倒楼层倒楼 强度问题强度问题刚度问题刚度问题桥面变形桥面变形稳定问题稳定问题输线塔整体失稳输线塔整体失稳 二、建筑力学的任务 构件的强度、刚度和稳定性的高低与构件的材料性质、截面的几何图形及尺寸、受力性质、工作条件及构造情况等因素有关。 通过研究结构的强度、刚度、稳定性、材料的力学性能和结构的几何组成规则，在保证结构安全可靠又经济节约的前提下，为构件选择合适的材料，确定合理的截面形状和尺寸，并提供计算理论和方法。 子情境二子情境二 结构计算简图结构计算简图 一、常见约束和支座1、约束和约束反力约束：限制非自由物体运动的物体称为约束物体，简称约束。约束反力：由于约束限制了被约束物体的运动，在被约束物体沿着约束所限制的方向有运动或者运动趋势时，约束必然对被约束物体有力的作用，以阻碍被约束物体的运动或运动趋势。这种力称为约束反力，简称反力。几种常见的约束及其反力几种常见的约束及其反力1）柔体约束 用柔软的皮带、绳索、链条阻碍物体运动而构成的约束叫柔体约束。柔体约束只能受拉力，不能受压力，所以约束反力一定通过接触点，沿着柔体中心线背离被约束物体的方向，且恒为拉力。PPTS1S1S2S2 2）光滑接触面约束 当两物体在接触处的摩擦力很小而略去不计时，其中一个物体就是另一个物体的光滑接触面约束。光滑接触面的约束反力过接触点，沿着接触面的公法线指向被约束的物体，只能是压力。3）圆柱铰链约束 简称铰链，圆柱铰链约束的约束性质是限制物体平面移动（不限制转动），其约束反力是互相垂直的两个力（本质上是一个力），指向任意假设。XYR4）链杆约束 链杆就是两端铰接而中间不受力的刚性直杆，由此所形成的约束称为链杆约束。这种约束只能限制物体沿链杆轴线方向上的运动而不能限制其他方向的运动，所以，链杆约束的约束反力沿着链杆的轴线，指向未定。A AB BN NA AN NB BA AC CB B2、工程上常见的几种支座和支座反力 工程上将结构或构件连接在支承物上的装置，称为支座。在工程上常常通过支座将构件支承在基础或地面或另一静止的构件上。支座对构件就是一种约束。支座对它所支承的构件的约束反力也叫支座反力。支座的构造是多种多样的，其具体情况也是比较复杂的，只有加以简化，归纳成几个类型，才便于分析计算。 建筑结构的支座通常分为建筑结构的支座通常分为固定铰支座固定铰支座，活动铰支活动铰支座座，和，和固定固定( (端端) )支座支座三类。三类。 图图1.18(a)1.18(a)是是固定铰支座的示意图固定铰支座的示意图。构件与支座用光滑的圆柱。构件与支座用光滑的圆柱铰链联接，构件不能产生沿任何方向的移动，但可以绕销钉转铰链联接，构件不能产生沿任何方向的移动，但可以绕销钉转动，可见固定铰支座的约束反力与圆柱铰链约束相同，即约束动，可见固定铰支座的约束反力与圆柱铰链约束相同，即约束反力一定作用于接触点，通过销钉中心，方向未定。反力一定作用于接触点，通过销钉中心，方向未定。固定铰支固定铰支座的简图座的简图如图如图1.18(b)1.18(b)所示。所示。约束反力约束反力如图如图1.18(c)1.18(c)所示，可以用所示，可以用F FRARA和一未知方向角和一未知方向角 表示，也可以用一个水平力表示，也可以用一个水平力F FXAXA和垂直力和垂直力F FYAYA表示。表示。 1 1固定铰支座固定铰支座 图图l.20(a)l.20(a)是是可动铰支座的示意图可动铰支座的示意图。构件与支座用。构件与支座用销钉连接，而支座可沿支承面移动，这种约束，只销钉连接，而支座可沿支承面移动，这种约束，只能约束构件沿垂直于支承面方向的移动，而不能阻能约束构件沿垂直于支承面方向的移动，而不能阻止构件绕销钉的转动和沿支承面方向的移动。所以，止构件绕销钉的转动和沿支承面方向的移动。所以，它的约束反力的作用点就是约束与被约束物体的接它的约束反力的作用点就是约束与被约束物体的接触点、约束反力通过销钉的中心，垂直于支承面，触点、约束反力通过销钉的中心，垂直于支承面，方向可能指向构件，也可能背离构件，视主动力情方向可能指向构件，也可能背离构件，视主动力情况而定。这种况而定。这种支座的简图支座的简图如如1.20(b)1.20(b)所示，所示，约束反力约束反力如图如图1.20(c)1.20(c)所示。所示。 2 2可动铰支座可动铰支座斜坡斜坡 梁梁 VAAA 整浇钢筋混凝土的雨篷，它的一端完全嵌固在墙整浇钢筋混凝土的雨篷，它的一端完全嵌固在墙中，一端悬空如图中，一端悬空如图1.22(a)1.22(a)，这样的支座叫，这样的支座叫固定端支固定端支座座。在嵌固端，既不能沿任何方向移动，也不能转。在嵌固端，既不能沿任何方向移动，也不能转动，所以固定端支座除产生水平和竖直方向的约束动，所以固定端支座除产生水平和竖直方向的约束反力外，还有一个约束反力偶反力外，还有一个约束反力偶( (力偶将在第三节讨力偶将在第三节讨论论) )。这种。这种支座简图支座简图如图如图1. 22(b)1. 22(b)所示，其所示，其支座反力支座反力表示如图表示如图1.22(c)1.22(c)所示。所示。 3 3固定端支座固定端支座ARAxRAyMA平面固定支座平面固定支座AHAVAMAAVHM 二、结构计算简图1、结构计算简图的简化原则（1 1）反映结构的实际情况，使工作尽量简化、使计）反映结构的实际情况，使工作尽量简化、使计算结构精确可靠；算结构精确可靠；（2 2）分清主次，略去次要因素，尽可能地反映结构）分清主次，略去次要因素，尽可能地反映结构的主要受力情况，以便于分析和计算。的主要受力情况，以便于分析和计算。计算简图计算简图2、平面杆系结构的计算简图 结构选取的平面杆系结构的计算简图，需要做三个方面的简化：构件及结点的简化、支座的简化、荷载的简化。1）构件及结点的简化 结构的计算简图中，截面以它的形心来替代，整个杆件以其轴线来代表。 结构的计算简图中，把结点只能简化成两种极端理想化的基本形式：铰接点和刚节点。（1） 铰结点铰结点(Hinge joint)： 被连接的杆件在连接处被连接的杆件在连接处不能相对移动不能相对移动， 但但可相对转动可相对转动。（2） 刚结点刚结点(Rigid joint) 被连接的杆件在连接处既被连接的杆件在连接处既不能相对移动不能相对移动，又又不能相对转动不能相对转动。2）支座的简化根据实际构造和约束情况，参照上述介绍的支座内容进行恰当的简化。3）荷载的简化将实际结构构件上所受到的各种荷载简化为作业在构件纵轴上的线荷载、集中荷载或力偶。在简化时注意力的大小、方向、作用点。