建筑力学第三章习题课与作业.ppt

建筑力学建筑力学 第三章第三章 建筑结构的类型建筑结构的类型 和结构计算简图和结构计算简图 n n 了解常见建筑结构类型，了解常见建筑结构类型， 掌握结构计算简图绘制掌握结构计算简图绘制和和 结构受力分析结构受力分析。 本章回顾本章回顾 n n 建筑结构和结构计算简图建筑结构和结构计算简图 n n 建筑荷载的分类与计算建筑荷载的分类与计算 n n 约束的简化和约束力约束的简化和约束力 n n 结构受力分析图结构受力分析图 什么是结构计算简图什么是结构计算简图? ? n n 结构计算简图对建筑物力学本质的描述结构计算简图对建筑物力学本质的描述 ，是从力学的角度对建筑物的抽象和简，是从力学的角度对建筑物的抽象和简 化，这一抽象和简化过程包括三个环节化，这一抽象和简化过程包括三个环节 ： n n 建筑物所受建筑物所受荷载荷载的抽象和简化；的抽象和简化； n n 约束约束的抽象和简化； 的抽象和简化； n n 结构结构构件构件的简化和抽象。的简化和抽象。 结构的简化必须符合结构的结构的简化必须符合结构的 实际情况，不是随意的简化实际情况，不是随意的简化 。 建筑荷载的分类（一）建筑荷载的分类（一） n n 按照建筑荷载的性质分为：永久荷载、按照建筑荷载的性质分为：永久荷载、 可变荷载、偶然荷载可变荷载、偶然荷载 n n 永久荷载永久荷载( (恒载恒载) ) n n 长期作用在结构上的不变的荷载。如屋面板、屋架、楼板、长期作用在结构上的不变的荷载。如屋面板、屋架、楼板、 墙体、梁、柱等建筑物各部分的自重。墙体、梁、柱等建筑物各部分的自重。 n n 可变荷载可变荷载 n n 结构上可变动的荷载。如楼面活荷载（如民用建筑楼面活荷结构上可变动的荷载。如楼面活荷载（如民用建筑楼面活荷 载是指民用建筑在使用期间，由人群、载是指民用建筑在使用期间，由人群、 物件、家具、设备物件、家具、设备 等产生的荷载）、吊车荷载、风荷载、雪荷载、积灰荷载等等产生的荷载）、吊车荷载、风荷载、雪荷载、积灰荷载等 。 n n 可变荷载的确定相对比较复杂，有较大的随机性。为了简化可变荷载的确定相对比较复杂，有较大的随机性。为了简化 设计流程，设计流程，荷载规范荷载规范给出了各类建筑活荷载标准值。给出了各类建筑活荷载标准值。 n n 偶然荷载偶然荷载 n n 一般指爆炸力、撞击力等比较意外的荷载。一般指爆炸力、撞击力等比较意外的荷载。 建筑荷载的分类（二）建筑荷载的分类（二） n n 按照建筑荷载的分布方式分为：按照建筑荷载的分布方式分为：集中荷集中荷 载、均布荷载、非均布荷载载、均布荷载、非均布荷载 n n 把次梁传到主梁的荷载作为集中力处理把次梁传到主梁的荷载作为集中力处理 建筑荷载的分类（二）建筑荷载的分类（二） n n 楼板的荷载楼板的荷载直接传到框架梁上，这时框直接传到框架梁上，这时框 架梁承受均布荷载。架梁承受均布荷载。 建筑荷载的分类（二）建筑荷载的分类（二） 水坝压力 非均布荷载 建筑荷载的计算建筑荷载的计算 n n 当建筑物给定后，其尺寸和各种建筑材当建筑物给定后，其尺寸和各种建筑材 料的用量就已经确定了，所以，只要根料的用量就已经确定了，所以，只要根 据据材料用量和材料密度材料用量和材料密度，就容易计算出，就容易计算出 作用在该结构上的作用在该结构上的永久荷载永久荷载。 n n 同时，根据建筑物的同时，根据建筑物的使用环境和情况使用环境和情况， 依据依据规范规范还可以计算出建筑物上的还可以计算出建筑物上的可变可变 荷载、偶然荷载荷载、偶然荷载。 n n 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB 50009-2001GB 50009-2001 约束的简化和约束力约束的简化和约束力 n n 众多杆件通过杆件和杆件之间的约束众多杆件通过杆件和杆件之间的约束 节点节点；杆件和地基之间的约束；杆件和地基之间的约束支座支座； 节点、支座联系成为一个非自由的，可节点、支座联系成为一个非自由的，可 抵御外荷载的杆系抵御外荷载的杆系结构结构。 杆件、支座、节点杆件、支座、节点 杆件和地基之间的约束杆件和地基之间的约束 杆件和杆件之间的约束杆件和杆件之间的约束 杆系结构 支座的简化汇总 反力 数目 反力性质位移性质计算简图支座名称 1 可有竖向反力 水平反力为0 约束力矩为0 竖向位移为0 可有水平位移 可有角/转动位移 辊轴支座 2 可有竖向反力 可有水平反力 约束力矩为0 竖向位移为0 水平位移为0 可有角/转动位移 铰支座 2 竖向反力为0 可有水平反力 可有约束力矩 可有竖向位移 水平位移为0 角/转动位移为0 滑移支座 3 可有竖向反力 可有水平反力 可有约束力矩 竖向位移为0 水平位移为0 角/转动位移为0 固定支座 3.2.3 3.2.3 约束的简化和约束力约束的简化和约束力 杆件、支座、节点杆件、支座、节点 杆件和地基之间的约束杆件和地基之间的约束 杆件和杆件之间的约束杆件和杆件之间的约束 杆系结构 众多杆件通过杆件和杆件之间的约束 节点；杆件和地基之间的约束支座 ；节点、支座联系成为一个非自由的，可 抵御外荷载的杆系结构。 约束的简化和约束力约束的简化和约束力节点节点 结构中，把各个杆件结构中，把各个杆件连接连接在一起的在一起的区域区域称为称为节点节点。 根据实际构造和受力特点，节点分为：根据实际构造和受力特点，节点分为： 刚结点、铰结点、组合结点刚结点、铰结点、组合结点 1 2 3 3.2.3 3.2.3 约束的简化和约束力约束的简化和约束力 杆件、支座、节点杆件、支座、节点 杆件和地基之间的约束杆件和地基之间的约束 杆件和杆件之间的约束杆件和杆件之间的约束 杆系结构 众多杆件通过杆件和杆件之间的约束 节点；杆件和地基之间的约束支座 ；节点、支座联系成为一个非自由的，可 抵御外荷载的杆系结构。 杆件的简化杆件的简化 n n 主要研究对象是平面杆系结构：主要研究对象是平面杆系结构： n n 梁、拱、刚架、桁架梁、拱、刚架、桁架 结构受力分析图结构受力分析图 n n 实际建筑物抽象成结构计算简图后，问实际建筑物抽象成结构计算简图后，问 题就转变成了一个纯粹的力学问题。题就转变成了一个纯粹的力学问题。 n n 结构的受力分析图，实际上是以结构某结构的受力分析图，实际上是以结构某 特定部分为对象的示力图特定部分为对象的示力图 结构受力分析图结构受力分析图 n n 受力分析解题的基本要求受力分析解题的基本要求 n n 结构整体分析结构整体分析 n n 取隔离体取隔离体，确定研究对象，建立坐标系，确定研究对象，建立坐标系 n n 进行受力分析进行受力分析：外力，约束反力：外力，约束反力 n n 分析平衡条件，选择合适的平衡方程求解未分析平衡条件，选择合适的平衡方程求解未 知力知力 n n 结果表述，须说明力的三要素：大小，方向结果表述，须说明力的三要素：大小，方向 ，作用点，作用点 例题与作业解答 解： 1、取梁AB为研究对象。 2、受力分析如图，其中Q=q.AB=1003=300N；作 用在AB的中点C 。 B A D Q NAy NAx ND C M y x B A D 1m q 2m M 例： 梁AB上受到一个均布载荷和一个力偶作用，已 知载荷集度q = 100N/m，力偶矩大小M = 500 Nm。 长度AB = 3m，DB=1m。求活动铰支D 和固定铰支A 的反力。 3、列平衡方程： 4、联立求解： ND= 475 N NAx= 0 NAy= -175 N B A D Q NAy NAx ND C M y x 例 求图示结构的支座反力。 解：取AB 杆为研究对象画 受力图。 由 FX = 0 ： 由 Fy = 0 ： 由 MA = 0 ： 一个研究对象最多有三 个平衡条件，因此研究对象 上最多只能有三个未知力。 注意到BC杆有三个未知力， 而AB 杆未知力超过三个，所 以应先取BC 杆为计算对象， 然后再取AB 杆为计算对象。 例 求图示结构的支座反力 。 解： 由 FX = 0 ： 由 Fy = 0 ： 由 MB = 0 ： BC杆： 由 FX = 0 ： 由 Fy = 0 ： 由 MA = 0 ： AB杆： 注意作用与反作用关系， 所以： 3-4 作图示结构杆件AB的示力图。 (a) 解：受力分析，作示力图 建立坐标系，列平衡方程 FVD A B FP ll/2 A B FP D FVAFHA 说明受力方向 FP l/2l/2 A B FP A B FVB FVAFHA MA （b）解：受力分析 3-5 作图示结构ABCD的示力图。 (a) 解：受力分析，作示力图 FP l/2l/2 A B D C l FP A B D C FP l/2l/2 A B D C l FVAFHA FVAFHA MA FVD FP A B D C FVD MD 说明受力方向 （b）解： 受力分析 3-6 求支座A的反力 (a)解：首先进行取隔离体，受力分析 建立坐标系，列平衡方程 2m3m A B 10kN 5kNm A B 10kN 5kNm FVAFHA FVB 说明受力方向 3-6 求支座A的反力 (b)解：首先进行取隔离体，受力分析 建立坐标系，列平衡方程 FVAFHA FVB 2m3m A B 10kN 2m A B 10kN 说明： 解题时需要注意规范性，列方程时 应写清楚具体是对整体或某一局部（或一点） 进行的受力分析，而且须有必要的文字说明。 应该注意所求力实际方向与原