建筑力学与结构(1章)课件

第1章建筑力学与结构基础知识1.1建筑结构的基础知识1.2建筑力学的基础知识第1章建筑力学与结构基础知识1.1建筑结构的基础知识11.1建筑结构的基础知识建筑物或构筑物中能够承受并传递各种外部作用的骨架称为结构，如图所示。1.1建筑结构的基础知识建筑物或构筑物中能够承受并传递各2马来西亚吉隆坡国营石油公司大厦马来西亚吉隆坡国营石油公司大厦3朝鲜平壤柳京饭店朝鲜平壤柳京饭店4英国亨伯钢索桥英国亨伯钢索桥5金茂大厦金茂大厦61．按材料分类根据材料不同，建筑结构可分为混凝土结构、钢结构、砌体结构、木结构和混合结构等。1.1.1建筑结构的分类1．按材料分类1.1.1建筑结构的分类72．按受力体系分类根据受力体系不同，建筑结构可分为框架结构、剪力墙结构、筒体结构、塔式结构、桅式结构、悬索结构、悬吊结构、壳体结构、网架结构等。1.1.1建筑结构的分类框架结构剪力墙结构筒体结构2．按受力体系分类1.1.1建筑结构的分类框架结构剪力墙83．按照建筑物外形分类根据建筑物外形不同，建筑结构可分为单层、多层、高层、大跨和高耸结构等。1.1.1建筑结构的分类3．按照建筑物外形分类1.1.1建筑结构的分类94．按照施工方法分类根据施工方法不同，建筑结构可分为现浇结构、装配结构和装配整体式结构。1.1.1建筑结构的分类4．按照施工方法分类1.1.1建筑结构的分类101.1.2结构设计的功能要求结构的安全等级结构的设计使用年限结构的功能要求1.1.2结构设计的功能要求结构的安全等级结构的设计使用111．结构功能的极限状态结构能满足功能要求称结构“可靠”或“有效”，否则称结构“不可靠”或“失效”。区分结构工作状态“有效”与“失效”的界限是“极限状态”。因此，若整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，则该特定状态称为该功能的极限状态。结构极限状态分为以下两类。1.1.3极限状态设计1）承载能力极限状态整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度变形而不适于继续承载；结构转变为机动体系；结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）；地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。1．结构功能的极限状态1.1.3极限状态设计1）承载能力121．结构功能的极限状态结构能满足功能要求称结构“可靠”或“有效”，否则称结构“不可靠”或“失效”。区分结构工作状态“有效”与“失效”的界限是“极限状态”。因此，若整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，则该特定状态称为该功能的极限状态。结构极限状态分为以下两类。1.1.3极限状态设计2）正常使用极限状态影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；影响正常使用的振动；影响正常使用的其他特定状态。1．结构功能的极限状态1.1.3极限状态设计2）正常使用132．作用效应和结构抗力结构设计时主要考虑的两个基本变量是作用效应和结构抗力。1）作用效应作用效应是指结构上的各种作用在结构内产生的内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和变形（如挠度、转角、裂缝等）的总称，用S表示。由直接作用产生的效应通常称为荷载效应。2）结构抗力结构抗力是结构或构件承受作用效应的能力，如构件的承载力、刚度、抗裂度等，用R表示。结构抗力是结构内部固有的，其大小主要取决于材料性能。1.1.3极限状态设计2．作用效应和结构抗力1.1.3极限状态设计141.2建筑力学的基础知识1．荷载的概念荷载是主动作用于结构上的外力，常见的有结构自重、楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、车辆荷载、吊车荷载、设备动力荷载以及风、雪、波浪等自然荷载。2．荷载的分类在实际工程中，结构受到的荷载是多种多样的。为了便于分析计算，对荷载进行如下分类。1）按作用时间分类根据作用时间不同，荷载可分为恒荷载和活荷载。2）按作用在结构上的范围分类根据作用在结构上的范围不同，荷载可分为分布荷载和集中荷载。3）按作用在结构上的性质分类根据作用在结构上的性质不同，荷载可分为静荷载和动荷载。1.2.1荷载1.2建筑力学的基础知识1．荷载的概念1.2.1荷载15一座建筑物由若干部件组成，不同的部件所起的作用不同。有的只起到围护和分隔空间的作用，如房间的隔墙、门、窗等；有的起到支承荷载和传递荷载的作用，如屋架、楼板、梁、柱、基础等。如前所述，建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分称为结构，组成结构的每一个部分称为构件。图为单层厂房结构，其屋面梁、吊车梁、柱、基础等都是构件。1.2.2结构与构件一座建筑物由若干部件组成，不同的部件所起的作用不同。有的只起16结构和构件的类型很多，按构件的形状和几何尺寸不同，结构可分为杆件结构、薄壁结构和实体结构三类。长度远大于截面尺寸的构件称为杆件，如梁、柱等。杆又可分为直杆和曲杆。长度和宽度远大于厚度的构件称为薄壁。平面板状的薄壁称为薄板，由若干块薄板可组成薄壁结构。具有曲面外形的薄壁结构称为薄壳结构。长、宽、高接近的结构称为实体结构，如挡土墙、堤坝、块式基础等。1.2.2结构与构件直杆曲杆薄壁结构薄壳结构块体结构和构件的类型很多，按构件的形状和几何尺寸不同，结构可分为171．强度结构和构件必须具有一定的承载能力，才不会因承受过大荷载而发生失效破坏。结构和构件抵抗失效破坏的能力称为强度。如上图所示，梁断裂是由于发生了强度破坏。1.2.3强度、刚度、稳定性2．刚度结构和构件承受荷载时形状和尺寸均会发生改变，称为变形。变形过大，会影响结构和构件的正常使用，如吊车梁变形过大，会影响吊车的正常行驶。结构和构件抵抗变形的能力称为刚度。如上图所示，由于超过刚度极限，梁出现裂缝和发生变形。1．强度1.2.3强度、刚度、稳定性2．刚度181.2.3强度、刚度、稳定性3．稳定性结构中，某些细长受压杆件，在受力较小时能够保持原有直线平衡状态，但受力超过某一定值（此值比按强度计算的值要小得多）后，压杆在直线状态下的平衡状态将变得不稳定，稍有扰动，压杆就会突然变弯，导致结构失效，这种现象称为失稳，如上图所示。要避免这种现象，必须使构件具有足够的稳定性。1.2.3强度、刚度、稳定性3．稳定性191.2.4变形固体的基本假设1．完全弹性假设完全弹性假设：变形固体在外力作用下发生变形的大小与外力成正比，当外力撤出后，构件的变形完全消失。2．连续均匀假设连续均匀假设：变形固体内部是密实的，无空隙的，各部分都有相同的物理性质。3．各向同性假设各向同性假设：变形固体沿不同的方向有完全相同的物理性质。4．小变形假设小变形假设：构件的变形与本身的几何尺寸相比很微小，在研究某些问题时可以略去不计或作近似处理。1.2.4变形固体的基本假设1．完全弹性假设2．连续均匀201.2.5杆件变形的基