建筑力学基本知识

建筑力学基本知识结构安全的基石，设计的科学语言报告人名称20xx.xx.xx目录绪论：力学与建筑静力学基础常见约束与受力图材料力学基础结构体系概述结构设计基本原理总结与展望绪论：力学与建筑阐述建筑力学的定义、研究内容及其在建筑工程中的核心地位，为后续学习奠定基础。揭示建筑力学的本质与内涵定义研究建筑物（结构）在各种作用下（荷载）的平衡规律和强度、刚度、稳定性计算的科学。01研究对象建筑物的承重骨架，即“结构”。例如，梁、柱、墙、基础以及各种结构体系。02研究目的确保建筑结构安全可靠、经济合理且满足使用要求，为建筑设计提供科学依据。03什么是建筑力学构成力学体系的三个基本方面静力学研究物体在力系作用下的平衡规律。是力学的基础，用于确定作用在结构上的力。01材料力学研究单个杆件（如梁、柱）的强度、刚度和稳定性问题，为构件设计提供依据。02结构力学研究由多个杆件组成的结构整体的受力性能与计算方法，是杆系结构设计的核心。03力学三要素解释力学在建筑工程中的关键作用确保结构安全是防止建筑物倒塌、破坏的根本保障，直接关系到人民生命财产安全。1指导建筑设计为建筑师提供科学的数据和限制，使建筑造型与受力性能完美结合。2实现经济合理通过合理的力学分析与设计，可以优化材料用量，节约工程造价。3推动技术进步力学理论的发展推动了新型结构体系（如大跨度空间结构）和施工技术的发展。4建筑力学的重要性静力学基础研究物体受力分析的基本方法，重点掌握力的基本性质、平衡条件及其应用。认识力的基本属性与分类01力是物体间相互的机械作用，这种作用会使物体的运动状态或形状发生改变。定义02力的大小、方向和作用点。这三个要素共同决定了力的作用效果。三要素03按作用方式分为集中力（作用范围很小）和分布力（连续作用）；按作用效果分为内力与外力。分类力的基本概念所有力的作用线都在同一平面内，且汇交于一点的力系。平面汇交力系1了解不同力的作用方式所有力的作用线都在同一平面内且相互平行的力系。平面平行力系2所有力的作用线都在同一平面内，但既不汇交也不完全平行的力系，是平面力系的最一般形式。平面一般力系3常见力系类型静力学中最基本的定律二力平衡公理01作用于同一刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等、方向相反、作用线沿同一直线。加减平衡力系公理02在作用于刚体的任意力系中，加上或减去任何平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。力的平行四边形法则03作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由这两个力为邻边构成的平行四边形的对角线确定。力的基本公理描述力对物体转动效应的物理量力使物体绕某点转动的效应，称为力矩（或转矩）。其大小等于力的大小与力臂（力的作用线到转动中心的距离）的乘积。力矩力偶由两个大小相等、方向相反、作用线不共线的平行力组成的力系。力偶只能使物体产生转动，而不能使物体移动。力偶矩力偶中两个力对其作用面内任意一点的矩的代数和，是一个常量，称为力偶矩。它是度量力偶转动效应的物理量。力矩与力偶限制物体运动的条件及其反作用力阻碍物体运动的条件。约束对被约束物体作用的力称为约束力或反力。约束1柔体约束（如绳索）、光滑接触面约束（如桌面）、铰链约束（如门轴）、固定端约束（如悬臂梁根部）等。常见约束类型2约束力的方向总是与约束所能限制的运动方向相反，其作用点在被约束物体与约束的接触处。约束力特点3约束与约束力解决力学问题的第一步步骤一：确定研究对象将要分析的物体（受力体）从周围物体（施力体）中分离出来，单独画出其简图。01步骤二：画主动力在研究对象的分离体上画出所有主动力，如重力、风力、人群荷载等。02步骤三：画约束力根据约束类型，在研究对象与周围物体的接触处，画出相应的约束力。03物体的受力分析求解未知力的基本工具物体在平面力系作用下处于平衡状态时，力系的主矢和对任一点的主矩都必须等于零。平衡条件1ΣFX=0(所有力在X轴投影的代数和为零)基本形式（一矩式）2通过合理选择投影轴和取矩点，可以建立不同的平衡方程组合，以求解更多的未知力。二矩式与三矩式3平面力系平衡方程常见约束与受力图详细讲解工程中常见的约束类型及其对应的约束力，并系统训练绘制物体受力图的方法。由柔软的绳索、链条等构成的约束只能承受拉力，不能承受压力。约束特征沿着柔体中心线，背离被约束物体，为拉力。约束力方向悬挂重物的绳索、牵引物体的钢索等，其约束力均沿绳索指向绳索收缩的方向。实例分析柔体约束物体间的接触面视为绝对光滑时的约束只能限制物体沿接触面法线方向向内的运动。约束特征约束力方向沿接触面公法线，并指向被约束物体，称为法向反力或支持力，通常用N表示。实例分析放置在桌面上的物体、静止在斜面上的木块，其所受的支持力均垂直于接触面。光滑接触面约束由销钉连接两个物体的约束形式固定铰支座限制物体在平面内的两个平移自由度，约束力可用通过铰链中心的两个正交分力FX和FY表示，方向未知。1活动铰支座（辊轴支座）在固定铰支座下方加辊轴，允许物体沿支座支承面方向移动，因此约束力通过铰链中心，方向垂直于支承面，通常用N表示。2中间铰连接两个构件的铰链，其约束力同样用通过铰链中心的两个正交分力表示。3铰链约束将物体一端完全固定的约束既限制物体的平移，也限制物体的转动，共限制三个自由度。约束特征1除了通过固定端中心的两个正交分力FX和FY外，还有一个限制转动的约束力偶MA。约束力表示2房屋的雨篷梁、阳台梁插入墙体的部分，其根部均可视为固定端约束。实例分析3固定端约束综合运用约束知识绘制受力图步骤回顾1.明确研究对象并单独画出。2.画出所有主动力。3.根据约束类型，逐一画出约束力。例题一：简支梁分析梁AB的受力，两端分别为活动铰支座和固定铰支座。例题二：三铰刚架分析由AC和BC两部分组成的整体结构及其各部分的受力情况。例题三：组合结构分析由梁和桁架组成的组合结构中各构件的受力。受力图画法实例材料力学基础研究杆件在基本变形下的强度与刚度问题，是保证构件安全的核心内容。杆件受到沿轴线方向的拉力或压力，长度发生伸长或缩短。轴向拉伸与压缩1杆件在荷载作用下发生的四种主要变形形式杆件受到一对大小相等、方向相反、作用线很近的横向力，截面沿外力方向发生相对错动。剪切2杆件受到一对大小相等、转向相反的力偶作用，各横截面绕轴线发生相对转动。扭转3杆件受到垂直于轴线的力或力偶作用，轴线由直线变为曲线。弯曲4杆件基本变形研究杆件受拉压时的内力与应力杆件在轴向拉压时，横截面上的内力称为轴力。用截面法可求得其大小。内力：轴力轴力在横截面上均匀分布，其集度称为正应力。拉应力为正，压应力为负。应力：正应力保证杆件工作应力不超过材料的许用应力，即σ=N/A≤[σ]，以防止杆件被拉断或压坏。强度条件轴向拉伸与压缩实验揭示材料的力学性能经历弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段。有两个重要指标：屈服极限σs和强度极限σb。低碳钢拉伸1拉伸时无屈服现象，变形很小即突然断裂，断口平齐，其强度极限σb是唯一的强度指标。铸铁拉伸2低碳钢在压缩时屈服极限与拉伸时基本相同。铸铁在压缩时强度极限远高于拉伸时，断口呈约45°的斜面。材料压缩性能3材料拉伸与压缩研究梁在弯曲变形下的内力情况1剪力与弯矩梁横截面上的内力包括剪力（Fs）和弯矩（M）。剪力的方向与截面平行，弯矩使梁产生弯曲。2剪力图与弯矩图分别以横坐标表示梁截面位置，纵坐标表示剪力和弯矩大小，绘制的图形直观反映了梁各截面的内力分布规律。3内力图的规律在无荷载区段，剪力图为水平线，弯矩图为斜直线；在均布荷载区段，剪力图为斜直线，弯矩图为抛物线。梁的弯曲内力研究梁横截面上应力的分布规律1梁横截面上的正应力沿截面高度呈线性分布，中性轴上为零，上下边缘最大。其大小与弯矩成正比，与截面的抗弯模量成反比。正应力分布2梁横截面上的切应力沿截面高度呈抛物线分布，在中性轴上最大，在上下边缘为零。切应力分布3需同时满足正应力强度条件和切应力强度条件，以保证梁既不被拉压破坏，也不被剪切破坏。强度条件梁的弯曲应力提高抗弯强度01由于弯曲正应力是控制梁强度的主要因素，应使更多的材料远离中性轴，以提高截面的抗弯模量Wz。合理截面形状02在面积相同的情况下，工字形、槽形、T形等截面比矩形好，矩形比圆形好，因为它们能更有效地利用材料。经济性考虑03截面设计还需兼顾材料成本、加工制作等因素，实现经济与安全的最优平衡。从强度角度优化截面形状梁的合理截面结构体系概述介绍建筑中常见的结构类型，从宏观上理解不同结构体系的受力特点与应用场景。明确结构的基本构成与分类建筑物的承重骨架体系，由若干个构件（梁、柱、板等）按一定规律连接而成。结构定义01承受并传递荷载，保证建筑物的整体刚度和稳定性，为建筑空间提供支撑。结构功能02按几何特征可分为杆系结构（如框架）、板壳结构（如楼盖）和实体结构（如大坝）。结构分类03结构基本概念工程中应用最广泛的三种杆系结构梁1主要承受垂直于其轴线的荷载，以弯曲变形为主。是最基本的结构构件。拱2在竖向荷载作用下，支座将产生水平推力。其弯矩比相应简支梁小得多，主要承受压力。桁架3由直杆组成，所有杆件均为二力杆，只承受轴向拉压力。具有重量轻、刚度大的优点。杆件结构类型由一系列平面结构组成的建筑骨架混合结构由墙体承重，楼盖和屋盖为钢筋混凝土或木结构。适用于多层住宅、办公楼等。框架结构由梁和柱刚性连接而成，共同承受竖向和水平荷载。平面布置灵活，适用于商场、厂房等。ClicktoaddtextAmeteteuelitdoloresrebumnullaullamcorpertakimata.平面结构体系能够覆盖大跨度空间的现代结构形式网架结构由许多杆件按照一定规律组成的网格状空间结构，受力合理，重量轻，刚度大。1网壳结构具有曲面形的网格结构，兼有杆系和薄壳结构的优点，造型优美。2悬索结构以一系列受拉的钢索为主要承重构件，索的拉力通过边缘构件传递给基础，能跨越巨大空间。3膜结构由高强度薄膜材料及加强构件组成，造型自由、轻巧、充满现代感。4空间结构体系结构设计基本原理介绍结构设计的基本方法和原则，包括荷载计算、极限状态设计等现代设计理念。认识作用在结构上的各种力按时间变异分类永久荷载（恒载）：如结构自重、固定设备重。可变荷载（活载）：如人群、家具、风雪荷载。偶然荷载：如爆炸、地震。按空间位置分类固定荷载：在结构上位置固定。移动荷载：在结构上位置可变，如吊车荷载、桥梁上的车辆。按荷载作用面分类均布面荷载、线荷载、集中荷载。荷载的分类设计中采用的基本代表值结构在使用期间，在正常情况下可能出现的最大荷载值，是设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（如均值、众值或某个分位值）。定义作为计算荷载效应（如内力、变形）的基础，用于确定结构构件的截面尺寸和配筋。作用荷载标准值安全性在正常施工和正常使用条件下，能承受可能出现的各种作用；在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性。01适用性在正常使用时，具有良好的工作性能，如不发生影响使用的过大的变形、振动或裂缝。02耐久性在正常维护条件下，具有足够的耐久性能，如材料性能的退化不应影响结构的使用寿命。03结构在预定使用期内必须满足的基本功能结构的功能要求结构能够满足功能要求而达到极限的状态1.承载能力极限状态结构或构件达到最大承载能力，或发生不适于继续承载的变形。如结构倒塌、构件断裂等。这是安全性要求。2.正常使用极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。如出现影响正常使用的过大变形、振动或裂缝。这是适用性和耐久性要求。结构的极限状态现代结构设计的基本方法设计原则以概率理论为基础，用失效概率来度量结构的可靠性。将影响结构可靠性的各种因素（如荷载、材料强度）视为随机变量。设计表达式通过引入分项系数（荷载分项系数、材料分项系数），将复杂的概率计算简化为实用的设计公式，确保结构具有足够的可靠度。概率极限状态设计总结与展望回顾建筑力学核心知识体系，展望力学学科与建筑技术未来的发展方向。总结本课程的关键知识点静力学力的基本性质、平衡条件、受力分析是解决所有力学问题的基石。01材料力学掌握杆件在拉压、弯曲等基本变形下的内力、应力计算与强度条件。02结构力学理解常见结构体系（如梁、框架）的受力特点，以及结构设计的基本准则。03画图与分析熟练绘制受力图，并能够运用平衡方程求解未知力是核心技能。04核心知识回顾探讨力学在建筑未来