建筑力学的基本知识

1、建筑力学与结构,学习情境一,建筑力学的基本知识,?,子情境一,建筑力学的研究对象和任务,一、建筑力学的研究对象,1,、荷载,2,、结构,3,、强度、刚度和稳定性,1,、荷载,荷载：任何建筑物在施工过程中和建成后的使用过程,中，都要受到各种各样力的作用，我们把这种力在工,程上称为荷载（又称主动力）,（,1,）按荷载作用时间的长短分类：恒荷载,（永久荷载）、活荷载（可变荷载和偶然荷载）。,（,2,）按荷载的分布范围分类：集中荷载、分,布荷载。,（,3,）按荷载位置的变化情况分类：固定荷载、,移动荷载。,（,4,）按荷载的作用性质分类：固定荷载、动力,荷载。,2,、结构,结构：在建筑物中承受和传递荷

2、载而起着骨架作用的,部分称为结构。,构件：是组成结构的基本部件。,?,建筑结构的类型,建筑结构常用的材料有混凝土、钢材、砖、石、木,材等。,按所用材料不同，建筑结构分为：钢筋混凝土结构、,砌体结构、钢结构、砖木结构和木结构。,?,建筑构件的类型,杆件结构,：,结构由杆件组,成，杆件的几何特征是,横截,面尺寸要比长度小得多,。,板壳结构：,也称,薄壁结,构，,厚度比长度和宽度,小得多,。,块体结构：,结构的,长、宽、厚,三个尺,度大小相仿,。,薄壁杆结构：,结构,的长、宽、厚,三个,尺度大小都相差很,悬殊相仿,。典型为,槽型钢材。,3,、强度、刚度和稳定性,结构及构件在正常工作必须满足以下三个要

3、求的功能。,（,1,）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。,（,2,）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称为刚度。,（,3,）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。,强度问题,上海莲花,13,层倒楼,刚度问题,桥面变形,稳定问题,输线塔整体失稳,二、建筑力学的任务,构件的强度、刚度和稳定性的高低与构件的材,料性质、截面的几何图形及尺寸、受力性质、工,作条件及构造情况等因素有关。,通过研究结构

4、的强度、刚度、稳定性、材料的,力学性能和结构的几何组成规则，在保证结构安,全可靠又经济节约的前提下，为构件选择合适的,材料，确定合理的截面形状和尺寸，并提供计算,理论和方法。,?,子情境二,结构计算简图,一、常见约束和支座,1,、约束和约束反力,约束：,限制非自由物体运动的物体称为约束物体，,简称约束。,约束反力：,由于约束限制了被约束物体的运动，在,被约束物体沿着约束所限制的方向有运动或者运动,趋势时，约束必然对被约束物体有力的作用，以阻,碍被约束物体的运动或运动趋势。这种力称为约束,反力，简称反力。,几种常见的约束及其反力,1,）柔体约束,用柔软的皮带、绳索、,链条阻碍物体运动而构,成的约

5、束叫柔体约束。,柔体约束只能受拉力，,不能受压力，所以约束,反力一定通过接触点，,沿着柔体中心线背离被,约束物体的方向，且恒,为拉力。,T,P,P,S,1,S,1,S,2,S,2,2,）光滑接触面约束,当两物体在接触处的摩擦力很小而略去不,计时，其中一个物体就是另一个物体的光滑,接触面约束。光滑接触面的约束反力过接触,点，沿着接触面的公法线指向被约束的物体，,只能是压力。,3,）圆柱铰链约束,简称铰链，圆柱,铰链约束的约束性,质是限制物体平面,移动（不限制转,动），其约束反力,是互相垂直的两个,力（本质上是一个,力），指向任意假,设。,X,R,Y,4,）链杆约束,链杆就是两端铰接而中间不受力的

6、刚性直杆，,由此所形成的约束称为链杆约束。这种约束只,能限制物体沿链杆轴线方向上的运动而不能限,制其他方向的运动，所以，链杆约束的约束反,力沿着链杆的轴线，指向未定。,N,A,C,A,A,B,N,B,B,2,、工程上常见的几种支座和支座反力,工程上将结构或构件连接在支承物上的装置，称为,支座,。在工程上常常通过支座将构件支承在基础或地,面或另一静止的构件上。支座对构件就是一种约束。,支座对它所支承的构件的约束反力也叫,支座反力,。支,座的构造是多种多样的，其具体情况也是比较复杂的，,只有加以简化，归纳成几个类型，才便于分析计算。,建筑结构的支座通常分为,固定铰支座,，,活动铰支,座,，和,固定

7、,(,端,),支座,三类。,1,固定铰支座,图,1.18(a),是,固定铰支座的示意图,。构件与支座用光滑的圆柱,铰链联接，构件不能产生沿任何方向的移动，但可以绕销钉转,动，可见固定铰支座的约束反力与圆柱铰链约束相同，即约束,反力一定作用于接触点，通过销钉中心，方向未定。,固定铰支,座的简图,如图,1.18(b),所示。,约束反力,如图,1.18(c),所示，可以用,F,RA,和一未知方向角表示，也可以用一个水平力,F,XA,和垂直力,F,YA,表示。,2,可动铰支座,图,l.20(a),是,可动铰支座的示意图,。构件与支座用,销钉连接，而支座可沿支承面移动，这种约束，只,能约束构件沿垂直于支

8、承面方向的移动，而不能阻,止构件绕销钉的转动和沿支承面方向的移动。所以，,它的约束反力的作用点就是约束与被约束物体的接,触点、约束反力通过销钉的中心，垂直于支承面，,方向可能指向构件，也可能背离构件，视主动力情,况而定。这种,支座的简图,如,1.20(b),所示，,约束反力,如图,1.20(c),所示。,A,梁,斜坡,A,V,A,3,固定端支座,整浇钢筋混凝土的雨篷，它的一端完全嵌固在墙,中，一端悬空如图,1.22(a),，这样的支座叫,固定端支,座,。在嵌固端，既不能沿任何方向移动，也不能转,动，所以固定端支座除产生水平和竖直方向的约束,反力外，还有一个约束反力偶,(,力偶将在第三节讨,论,

9、),。这种,支座简图,如图,1. 22(b),所示，其,支座反力,表示如图,1.22(c),所示。,平面固定支座,R,A,x,A,M,A,R,A,y,H,A,A,M,A,A,V,A,H,M,V,二、结构计算简图,1,、结构计算简图的简化原则,（,1,）反映结构的实际情况，使工作尽量简化、使计算,结构精确可靠；,（,2,）分清主次，略去次要因素，尽可能地反映结构的,主要受力情况，以便于分析和计算。,计算简图,2,、平面杆系结构的计算简图,结构选取的平面杆系结构的计算简图，需要做三,个方面的简化：,构件及结点的简化,、,支座的简化,、,荷载的简化,。,1,）构件及结点的简化,结构的计算简图中，截面以它的形心来替代，整个,杆件以其轴线来代表。,结构的计算简图中，把结点只能简化成两种极端理,想化的基本形式：铰接点和刚节点。,（,1,）,铰结点,(Hinge joint),：,被连接的杆件在连接处,不能相对移动,，,但,可相对转动,。,（,2,）,刚结点,(Rigid jo