第一章-绪论-建筑力学

建筑力学,建筑力学,教材建筑力学（第三版）魏德敏主编，中国建筑工业出版社参考书建筑力学刘成云，机械工业出版社建筑力学孙俊，重庆大学出版社结构力学包世华，武汉工业大学出版社工程力学范钦珊，高等教育出版社,建筑力学,目的：具有初步对建筑工程力学问题的简化能力；具有一定的力学分析与计算能力；掌握建筑结构和构件在荷载或其它作用下的工作状况，为后继有关课程和从事专业技术工作打下基础。,C、按时独立完成作业鼓励讨论，严禁抄袭！,A、多思考多提问,B、适当做笔记，多动笔练习,一定要自己做！,关于学习方法,关于本课程的成绩评定,考核方式：期末闭卷考试结构评分制：平时成绩占30卷面成绩占70,平时成绩=出勤+作业+课堂表现,建筑力学是工程管理、工程造价、建筑学等专业学生重要的技术基础课。,工程静力学（理论力学静力学部分）,材料力学,建筑力学,结构力学,理论力学研究刚体，研究力与运动的关系。,材料力学研究变形体，研究力与变形的关系。主要研究对象-杆件。,结构力学：研究变形体，研究力与变形的关系。主要研究对象-杆系杆状结构体系。,材料力学和结构力学研究的变形体是弹性变形体。,第一章绪论,内容以及要求：第一节建筑力学研究的对象（了解）第二节建筑力学的任务(了解）第三节刚体、变形体及其基本假设（重点掌握）第四节杆件变形的基本形式（掌握）第五节荷载的分类（了解）,结构：土木工程中，有建筑材料按照一定的方式组成，能承受和传递载荷并起骨架作用的部分称为结构。构件：结构的组成部分统称为构件。如图中的柱子、基础屋架等。,第一节建筑力学的研究对象,一、结构的类型1.杆系结构：它是由若干根长度远大于其它两个方向尺度（截面的宽度和高度）的杆件所组成的结构。,第一章绪论,2.薄壁结构：它是厚度远小于其他两个方向尺度的结构。其几何特征是宽而薄，即at，bt。当它为一平面板状物体时，称为薄板；当它具有曲面外形时，称为薄壳。由薄板或薄壳组成的系统。,第一章绪论,3.实体结构：它是三个方向的尺度大约为同量级的结构。例如挡土墙、块式基础、堤坝等均属实体结构。,第一章绪论,实体,二、杆系结构的类型结构分类，也就是指对结构计算简图的分类。按照空间观点，结构可分为平面结构和空间结构。平面结构：组成结构的所有杆件的轴线和作用在结构上的荷载都在同一平面内。空间结构：组成结构的所有杆件的轴线或荷载不在同一平面内的结构称为空间结构。,第一章绪论,二、平面杆系结构,1、梁梁是一种常见的结构，其轴线常为直线，是受弯杆件，有单跨的和多跨连续的形式，如图所示。,第一章绪论,二、平面杆系结构,1、梁按支承方式，可分为：,第一章绪论,简支梁,悬臂梁,外伸梁,2、拱拱的轴线是曲线，在竖向荷载作用下，不仅产生竖向反力，而且还产生水平反力。在一定条件下可以使拱以压缩变形为主，使拱的各截面主要产生轴力，如图所示。,第一章绪论,3、桁架桁架由直杆组成，各结点假设为理想铰结点，荷载作用在结点上，各杆只产生轴力。如图为常用的屋架，就是一种三角形桁架。,第一章绪论,4、刚架刚架是由直杆组成，各杆主要受弯曲变形，结点大多数是刚性结点，也可以有部分铰结点。,第一章绪论,5、组合结构这种结构中，一部分是桁架杆件只承受轴力，另一部分是梁或刚架杆件，即受弯杆件，由两者组合而成的结构，所以称为组合结构，如图所示。,第一章绪论,第一章绪论,第二节建筑力学的任务简言之，就是解决工程中必然会遇到的安全性与经济性之间的矛盾。建筑力学的任务是研究能使建筑结构安全、正常地工作且符合经济要求的理论和计算方法。具体任务是：,1、研究物体的受力分析、力系简化与平衡的理论建筑力学的静力学基础。刚体在外力作用下不发生变形的物体。2、研究结构和构件在荷载作用下内力的计算方法以保证结构有足够的强度。材料抵抗破坏的能力强度。强度失效：在外力作用下物体发生严重的塑性变形或断裂，从而丧失正常的使用。,强度、强度失效,强度-抵抗破坏的能力。,破坏：,明显的塑性变形,断裂,强度问题,2007年6月15日上午5时许，广东，325国道九江大桥被一艘运输船撞击桥墩，造成200多米桥面坍塌,3、研究结构和构件在荷载作用下内力的计算方法以保证结构有足够的强度。材料抵抗变形的能力强度。4、研究结构的稳定性，以保证结构不会发生失稳破坏。5、研究建筑结构的组成规律和合理形式。,刚度：抵抗变形的能力。,刚度失效：在外力作用下产生明显的弹性变形。,刚度问题结构刚度不够变形过大，超出规定范围，虽然不破坏但也会影响正常工作和使用。,刚度问题,刚度问题,稳定性问题、稳定性失效,稳定性：保持稳定的平衡状态的能力。,稳定性失效：构件在外力作用下平衡形式发生突然转变。,稳定性问题,5、研究几何组成规则保证结构各部分不发生相对运动。,高层建筑与大型桥梁,楼高420.5m共88层,金茂大厦,大型桥梁,江阴长江大桥,刚体：在外力作用下不发生形变的物体(理想假设)。变形固体：在外力作用下发生微小变形的物体。强度：构件抵抗破坏的能力。刚度：构件抵抗变形的能力。稳定性：构件保持其原有平衡状态的能力。,第一章绪论,第三节刚体、变形固体及其基本假设,在研究材料的强度、刚度、稳定性问题时，不能将物体视为刚体，而应视为变形体。在理论分析时，为了简化问题，对材料性质做作如下假设：1、连续性假设2、均匀性假设3、各向同性假设对材料变形作假设小变形。,第一章绪论,第四节杆件变形的基本形式,杆件的几何特性纵向：构件的长度方向称为纵向。横向：垂直长度的方向称为横向。横截面：指垂直杆件长度方向的截面。轴线：各横截面形心的连线。横截面与轴线两者具有互相垂直的关系。等直杆：轴线是直线且横截面形状、尺寸均不改变的杆件。,按杆件轴线的形状，分为直杆、曲杆与折杆。,第四节杆件变形的基本形式,第四节杆件变形的基本形式,杆件的基本变形形式有下列四种：1轴向拉伸或压缩在一对方向相反的外力沿轴线作用于杆件，杆件的变形主要表现为长度的伸长或缩短。这种变形形式称为轴向拉伸或轴向压缩。,屋架结构中的拉压杆,塔式结构中的拉压杆,桥梁结构中的拉杆,2剪切在一对相距很近、方向相反的平行力垂直于轴线作用于杆件，杆件的变形主要表现为两个截面沿力作用方向发生错动。这种变形形式称为剪切。,第一章绪论,螺栓,连接键,销钉,吊索,3扭转在一对方向相反的力偶作用于杆件的两个截面，杆件的相邻横截面绕轴线发生相对转动。这种变形形式称为扭转。,第一章绪论,对称扳手拧紧镙帽,桥体发生扭转变形,美国的Tacoma大桥，中央跨距853米。在中等风速（19m/s）作用下整体塌毁。,4弯曲一对方向相反的力偶作用于杆件轴线所在的平面内，杆件的轴线有直线变为曲线。这种变形形式称为弯曲。,第一章绪论,第五节荷载的分类,建筑力学中将作用在物体上的力分为：主动力（荷载）和约束力（约束反力）主动力（荷载）：使物体运动或有运动趋势的力。约束力：阻碍物体运动的力。,第一章绪论,荷载的概念,第一章绪论,一、按作用时间长短分为恒载和活载1、恒载：长期作用在结构上的不变荷载，如结构自重，土压力等。2、活载：暂时作用在结构上的可变荷载，如车辆荷载、风荷载等。,第一章绪论,荷载的分类,桥面板作用在钢梁的力,恒载,汽车通过轮胎作用在桥面上的力,活载,第一章绪论,二、按性质可分为静荷载和动荷载静荷载：指无加速度、非常缓慢地施加到结构上的荷载，其大小、位置和方向不随时间变化或变化极为缓慢。缓慢加载，就不会产生冲击；无加速度，则可略去惯性力的影响。动荷载：动荷载的大小、位置和方向都有可能随时间迅速地变化。在动荷载作用下必然产生冲击和显著的加速度，必须考虑冲击力和惯性力的影响。,第一章绪论,三、按荷载作用范围可分为分布荷载和集中荷载。,集中荷载：分布范围很小，可近似认为作用在一点的荷载；线分布荷载：沿直线或曲线分布的荷载（单位：KN/m）；面分布荷载：沿平面或曲面分布的荷载（单位：N/m2）；体分布荷载：沿物体内各点分布的荷载（单位：N/m3）。,工程中，荷载的分布情况往往比较复杂，在很多情况下，都可简化为沿直线和平面均匀分布的荷载进行分析计算。,分布荷载,桥面板作用在钢梁的力,集中荷载,汽车通过轮胎作用在桥面上的力,补充结构的计算简图,一、结构计算简图用一简化的理想模型代替实际结构。简化的理想模型称为结构的计算简图。这种简化的结构应能反映原结构的主要受力和变形特点。,二、在选取结构计算简图时应遵循原则(1)既要忽略次要因素，又要尽可能地反映结构的主要受力情况；(2)使计算工作尽量简化，而计算结果又要有足够的精确性。,三、简化方法对实际结构主要从三个方面进行简化：结构的简化、支座的简化及荷载的简化。1、结构的简化（1）杆件简化：杆件用其纵轴线来表示。直杆直线；曲杆曲线（2）结点简化：铰结点和刚结点结点：在结构中，杆件与杆件相连接处称为结点(或节点)。,铰结点：其特征是各杆可以绕结点中心自由转动。,第一章绪论,木屋