建筑结构与受力分析1

1、建筑结构与受力分析建筑结构与受力分析 S127S127曾金海、欧阳书臣、邓晓宁曾金海、欧阳书臣、邓晓宁 力学的分支学：力学的分支学：理论力学、材料力学、结构理论力学、材料力学、结构力学、板壳力学、弹性力学、弹塑性力学、塑性力学、板壳力学、弹性力学、弹塑性力学、塑性力学、断裂力学、流体力学、复合材料力学、实力学、断裂力学、流体力学、复合材料力学、实验力学、计算力学、量子力学等。作为高等职业验力学、计算力学、量子力学等。作为高等职业教育的一门课程，教育的一门课程， “ “建筑力学建筑力学”的内容只是力学中最基本的应的内容只是力学中最基本的应用广泛的部分。它将用广泛的部分。它将静力学、材料力学、结构

2、力静力学、材料力学、结构力学学三门课程的主要内容贯通融合成为一体。三门课程的主要内容贯通融合成为一体。 建筑中由若干构件连接而成的能承受作用的平面建筑中由若干构件连接而成的能承受作用的平面或空间体系称为或空间体系称为建筑结构建筑结构，在不致混淆时可简称，在不致混淆时可简称结构结构。 注：注：“作用作用”能使结构或构件产生效应（内力、能使结构或构件产生效应（内力、变形、裂缝等）的各种原因的总称。作用可分为直接变形、裂缝等）的各种原因的总称。作用可分为直接作用和间接作用。作用和间接作用。 直接作用直接作用即习惯上所说的荷载，指施加在结即习惯上所说的荷载，指施加在结构上的集中力或分布力系，如结构自重

3、、家具及人群构上的集中力或分布力系，如结构自重、家具及人群荷载、风荷载等。荷载、风荷载等。 间接作用间接作用引起结构外加变形或约束变形的原引起结构外加变形或约束变形的原因，如地震、基础沉降、温度变化等。因，如地震、基础沉降、温度变化等。结构结构建筑物中承受荷载并起骨架作用的部分。建筑物中承受荷载并起骨架作用的部分。构件构件结构中的单个部分。结构中的单个部分。 结构的组成结构的组成 单层工业厂房荷载作用图单层工业厂房荷载作用图外荷外荷载载吊车吊车荷载荷载风（雪）风（雪）压压单层工业厂房荷载作用图单层工业厂房荷载作用图平衡平衡 物体相对于地面处于静止或作匀速直线运动物体相对于地面处于静止或作匀速直

4、线运动的状态称为的状态称为。一、建筑力学的任务一、建筑力学的任务研究构件的承载能力研究构件的承载能力强度、刚度和稳定性问题强度、刚度和稳定性问题结构必须具备结构必须具备可靠可靠、适用适用、耐久耐久的功能。的功能。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。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结构或构件抵抗变形的能力称为刚度。称为刚度。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

5、是结构或构件保持原有平衡形态的能力。建筑力学研究平面杆件结构。建筑力学研究平面杆件结构。2.2.结构按空间观点分为：平面结构、空间结构。结构按空间观点分为：平面结构、空间结构。实体实体板（壳）板（壳） 杆件杆件1.1.结构按几何观点分为：结构按几何观点分为： 杆件结构、薄壁结构、实体结构。杆件结构、薄壁结构、实体结构。二、建筑力学的研究对象二、建筑力学的研究对象建筑力学的建筑力学的研究对象研究对象是结构结构。 构件构件平面杆系结构平面杆系结构杆件的截面尺杆件的截面尺寸远小长度寸远小长度特点特点板壳板壳块体块体杆杆结构结构分类分类薄壁杆薄壁杆1.建筑结构的概念建筑结构的概念 建筑结构是建筑物的基

6、本组成部分，建筑结建筑结构是建筑物的基本组成部分，建筑结构是指建筑物中用来承受各种作用的受力体系。构是指建筑物中用来承受各种作用的受力体系。通常，它又被称为建筑物的骨架。组成结构的各通常，它又被称为建筑物的骨架。组成结构的各个部件称为构件。在房屋建筑中，组成结构的构个部件称为构件。在房屋建筑中，组成结构的构件有板、梁、屋架、柱、墙、基础等。件有板、梁、屋架、柱、墙、基础等。 2.建筑结构的类型建筑结构的类型 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 钢结构钢结构 (1)按建筑材料划分按建筑材料划分 砌体（包括砖砌块、石等）结构砌体（包括砖砌块、石等）结构 木结构木结构 塑料结构塑料结构 充气结构充气结构

7、墙体结构墙体结构 框架结构框架结构 深梁结构深梁结构 筒体结构筒体结构 (2) 按结构型式划分按结构型式划分 拱结构拱结构 网架结构网架结构 空间薄壁空间薄壁(包括折板包括折板)结构结构 钢索结构钢索结构 舱体结构舱体结构 单层结构单层结构(多用于单层工业厂房、食堂等多用于单层工业厂房、食堂等) (3)按体型划分按体型划分 多层结构多层结构(一般一般27层层) 高层结构高层结构(一般一般8层以上层以上) 大跨结构大跨结构(跨度大约在跨度大约在4050m以上以上) 图1-1 建筑结构的各种形式 （a）墙体结构；(b) 框架结构；(c) 深梁结构；(d) 筒体结构；(e) 拱结构； (f) 网架结

8、构；(g) 空间薄壁结构；(h) 钢索结构；(i) 折板结构杆件结构杆件结构巴黎的埃菲尔铁塔杆件结构杆件结构杆件、板壳、实体复合结构杆件、板壳、实体复合结构_伦敦桥伦敦桥杆件结构杆件结构_海洋石油钻井平台海洋石油钻井平台杆件结构杆件结构_北京北京 、中国体育场、中国体育场板壳结构_悉尼歌剧院(澳大利亚)3.3.结构所要解决的问题结构所要解决的问题(1)(1)使骨架形成的空间能良好地服务于人类生活、生使骨架形成的空间能良好地服务于人类生活、生产的要求和人类对美观的需要。前者是物质的，产的要求和人类对美观的需要。前者是物质的，后者是精神的。这是结构之所以存在的根本目的。后者是精神的。这是结构之所以

9、存在的根本目的。(2)(2)结构要抵御自然界各种作用力结构要抵御自然界各种作用力( (地心吸力、风力、地心吸力、风力、地震力等地震力等) )，因而需要有抵抗力的功能。这是结构，因而需要有抵抗力的功能。这是结构之所以存在的根本原因。之所以存在的根本原因。(3)(3)怎样充分发挥所采用材料的作用。这是结构的另怎样充分发挥所采用材料的作用。这是结构的另一重要功能。材料是结构之所以存在的根本条件一重要功能。材料是结构之所以存在的根本条件 (4)(4)结构所要解决的问题还有其它表现，如连接构造结构所要解决的问题还有其它表现，如连接构造 问题、经济问题等。问题、经济问题等。建筑结构的特点建筑结构的特点1.

10、混凝土结构混凝土结构 优点：优点： 1）强度高；）强度高；2）耐久性好；）耐久性好；3）耐火性好；）耐火性好； 4）可模性好；）可模性好；5）整体性好；）整体性好；6）易于就地取材。）易于就地取材。 缺点：缺点： 结构自重大、抗裂性较差、一旦损坏修复比较困结构自重大、抗裂性较差、一旦损坏修复比较困 难、施工受季节环境影响较大等。难、施工受季节环境影响较大等。2.2.砌体结构砌体结构 优点：优点： 1)1)可就地取材。可就地取材。 2)2)具有很好的耐火性，较好的化学稳定性和大具有很好的耐火性，较好的化学稳定性和大气稳定。气稳定。 3)3)一般较钢筋混凝土结构可以节约水泥和钢材，一般较钢筋混凝土

11、结构可以节约水泥和钢材，可以节可以节 约木材，可连续施工。约木材，可连续施工。 4)4)采用砌块或大型板材作墙体时，可以减轻结采用砌块或大型板材作墙体时，可以减轻结构自重，构自重， 加快施工进度，进行工业化生产和施工加快施工进度，进行工业化生产和施工 2.砌体结构砌体结构 缺点：缺点： 1)自重大。自重大。 2)砌筑工作相当繁重。砌筑工作相当繁重。 3)砂浆和砖石间的粘结力较弱。砂浆和砖石间的粘结力较弱。 4)粘土砖用量很大，往往占用农田，影响农业生粘土砖用量很大，往往占用农田，影响农业生产。产。 5)砌块结构造价略高于砖石结构。砌块结构造价略高于砖石结构。 3.钢结构钢结构 优点优点: 1)

12、钢结构自重轻而承载力高钢结构自重轻而承载力高 。 2)钢材最接近于匀质等向体钢材最接近于匀质等向体 。 3)钢材的塑性和韧性好钢材的塑性和韧性好 。 4）钢材具有可焊性）钢材具有可焊性 。 5)钢结构具有不渗漏的特性钢结构具有不渗漏的特性 。 6)钢结构制造工厂化、施工装配化钢结构制造工厂化、施工装配化 。 缺点缺点: 1)钢材耐腐蚀性差，应采取防护措施钢材耐腐蚀性差，应采取防护措施 。 2)钢结构耐热性能好，但防火性能差钢结构耐热性能好，但防火性能差 。结构的应用结构的应用1.1.混凝土结构的工程应用混凝土结构的工程应用 (1)(1)房屋建筑工程房屋建筑工程 (2)(2)桥梁工程桥梁工程 (

13、3)(3)特种结构与高耸结构特种结构与高耸结构 (4)(4)水利及其他工程水利及其他工程 2.砌体结构砌体结构(1)(1)一般民用建筑中的基础、内外墙、柱、过梁、屋一般民用建筑中的基础、内外墙、柱、过梁、屋盖和地沟等构件盖和地沟等构件。(2)(2)在工业厂房中，用来砌筑围护墙、烟囱、料斗、在工业厂房中，用来砌筑围护墙、烟囱、料斗、地沟、管道支架、对渗水性要求不高的水池等特地沟、管道支架、对渗水性要求不高的水池等特殊结构。殊结构。(3)农村建筑如猪圈、粮仓等。农村建筑如猪圈、粮仓等。(4)在交通运输方面，砌体结构除可用于桥梁，隧道在交通运输方面，砌体结构除可用于桥梁，隧道外，各式地下渠道，涵洞，

14、挡土墙也常用砌筑。外，各式地下渠道，涵洞，挡土墙也常用砌筑。(5)在水利建设方面，可以用石料砌筑坝、堰和渡槽在水利建设方面，可以用石料砌筑坝、堰和渡槽等。等。3.3.钢结构钢结构 (1)(1)重型工业厂房重型工业厂房 (2)(2)大跨度结构大跨度结构 (3)(3)高耸结构和高层建筑高耸结构和高层建筑 (4)(4)受动力荷载作用的结构受动力荷载作用的结构 (5)(5)可拆卸和移动的结构可拆卸和移动的结构 (6)(6)容器和管道容器和管道 (7)(7)轻型钢结构轻型钢结构 (8)(8)其他建筑物其他建筑物 1.1 1.1 荷载分类及荷载代表值荷载分类及荷载代表值建筑结构计算基本原则建筑结构计算基本

15、原则1.1.永久永久荷载荷载永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、预应力等。载，如结构自重、土压力、预应力等。2.2.可变可变荷载荷载可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载如楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载

16、等。等。3.3.偶然偶然荷载荷载在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载，如爆炸力、撞很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载，如爆炸力、撞击力等。击力等。1.1 1.1 荷载分类及荷载代表值荷载分类及荷载代表值建筑结构计算基本原则建筑结构计算基本原则常用材料单位体积的自重（单位常用材料单位体积的自重（单位kN/m3kN/m3）混凝土混凝土22242224，钢筋混凝土钢筋混凝土24252425，水泥砂浆水泥砂浆2020，石灰砂浆、混合砂浆石灰砂浆、混合砂浆1717，普通砖普通砖1818，普通砖（机器制）普通砖（机器

17、制）1919，浆砌普通砖砌体浆砌普通砖砌体1818，浆砌机砖砌体浆砌机砖砌体1919。 荷载标准值荷载标准值 （1 1）永久荷载标准值）永久荷载标准值 按构件尺寸和构件单位体积自重按构件尺寸和构件单位体积自重的标准值来确定。的标准值来确定。 1.2 1.2 建筑结构概率极限状态设计法建筑结构概率极限状态设计法建筑结构计算基本原则建筑结构计算基本原则结构的功能要求结构的功能要求 能承受正常施工和使用时的各种作用，以及能承受正常施工和使用时的各种作用，以及偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性。偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性。在正常使用时，能保证具有良好的工作性能，在正常使用时，能保证具有良好的工作性能，不出现过大的变形和裂缝。不出现过大的变形和裂缝。在正常使用及维护下，具有足够的耐久性能，在正常使用及维护下