建筑力学任务和荷载的分类图文

1、第1页主要任务归纳为以下几个方面的内容：主要任务归纳为以下几个方面的内容：1.力系的简化和平衡问题力系的简化和平衡问题2.强度问题强度问题3.刚度问题刚度问题4.稳定问题稳定问题5.研究几何组成规则，保证结构各部分不至发生相对运动研究几何组成规则，保证结构各部分不至发生相对运动 建筑力学的任务：建筑力学的任务：研究和分析作用在结构（或构件）上力与研究和分析作用在结构（或构件）上力与平衡的关系，结构（或构件）内力、应力、变形的计算方法以及平衡的关系，结构（或构件）内力、应力、变形的计算方法以及构件的强度、刚度和稳定条件，构件的强度、刚度和稳定条件，在保证结构既安全可靠又经济节在保证结构既安全可靠

2、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提供计算理论及计算方法。寸提供计算理论及计算方法。1.1 建筑力学的任务第2页1.1 建筑力学的任务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，：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。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：在使用期内，务必使结构和构件不发生影响正

3、常使用的变形。正常使用的变形。结构或构件抵抗变形的能力称为刚度。结构或构件抵抗变形的能力称为刚度。稳定性稳定性：在使用期内，务必使结构和构件平衡形态：在使用期内，务必使结构和构件平衡形态保持稳定。保持稳定。稳定性是结构或构件保持原有平衡形态的能力。稳定性是结构或构件保持原有平衡形态的能力。第3页1.2 荷载的分类在建筑力学中，我们把作用在物体上的力一般分为两在建筑力学中，我们把作用在物体上的力一般分为两种：种：一种是使物体运动或有运动趋势的一种是使物体运动或有运动趋势的；第二种是；第二种是阻碍物体运动的阻碍物体运动的。所谓。所谓约束约束，就是能够阻碍物体运，就是能够阻碍物体运动的限制物，约束作

4、用于被约束构件上的力就是约束力。动的限制物，约束作用于被约束构件上的力就是约束力。通常把作用在结构上的主动力称为通常把作用在结构上的主动力称为，而把约束力，而把约束力称为称为。它们都是其他物体作用在结构上的力，所以统。它们都是其他物体作用在结构上的力，所以统称为称为。在外力作用下，结构内各部分之间产生相互作。在外力作用下，结构内各部分之间产生相互作用的力称为用的力称为。 第4页1.2 荷载的分类一、按作用时间分一、按作用时间分1 1、恒载、恒载恒载是作用在结构上的不变荷载恒载是作用在结构上的不变荷载，即在结构建成后，其大小和位，即在结构建成后，其大小和位置都不再发生变化的荷载。例如，构件的自重

5、和土压力等。构件的自置都不再发生变化的荷载。例如，构件的自重和土压力等。构件的自重可根据构件尺寸和材料的密度进行计算。重可根据构件尺寸和材料的密度进行计算。2 2、活载、活载活载是指在施工和建成后使用期间可能作用在结构上的可变荷载活载是指在施工和建成后使用期间可能作用在结构上的可变荷载，即是有，即是有时存在有时不存在，它们的作用位置和范围可能是固定的（如风荷载、雪荷载、时存在有时不存在，它们的作用位置和范围可能是固定的（如风荷载、雪荷载、会议室的人群重力等），也可能是移动的（如吊车荷载、桥梁上行驶的车辆会议室的人群重力等），也可能是移动的（如吊车荷载、桥梁上行驶的车辆等）。等）。有规范详细规定

6、，活荷载以每平米面积上的荷载来表示，如民用建筑的楼有规范详细规定，活荷载以每平米面积上的荷载来表示，如民用建筑的楼面活载规定为：面活载规定为：2000N/m2000N/m2 2第5页二、按作用范围分二、按作用范围分1 1、分布荷载，、分布荷载，是指满布在结构某一表面上的荷载。是指满布在结构某一表面上的荷载。均布荷载：均布荷载：如梁的自重荷载连续作用，大小各处相同，自重荷载如梁的自重荷载连续作用，大小各处相同，自重荷载以每米长度重力表示，以每米长度重力表示，N/mN/m或或kN/mkN/m，又称线均布荷载。板的自重荷，又称线均布荷载。板的自重荷载也是均匀分布，但它是以每平米面积重力来表示的，载也

7、是均匀分布，但它是以每平米面积重力来表示的，N/mN/m2 2 ,KN/m ,KN/m2 2非均布荷载：非均布荷载：荷载的连续作用，但大小各处不相同。如一水池的荷载的连续作用，但大小各处不相同。如一水池的壁板受到的水压力作用。壁板受到的水压力作用。 2 2、集中荷载、集中荷载是指作用在结构上的荷载一般总是分布在一定的面积上，当分布是指作用在结构上的荷载一般总是分布在一定的面积上，当分布面积远小于结构尺寸时，则可以认为此荷载是作用在结构的一点上，面积远小于结构尺寸时，则可以认为此荷载是作用在结构的一点上，称为集中荷载。如吊车的轮子对吊车辆的压力、屋架传给柱子或墙压称为集中荷载。如吊车的轮子对吊车

8、辆的压力、屋架传给柱子或墙压力，单位用力，单位用N N或或kNkN来表示。来表示。1.2 荷载的分类第6页1.2 荷载的分类三、按作用性质分三、按作用性质分1 1、静荷载、静荷载荷载从零慢慢增加到最后的确定值后，其大小、位置和方向就不荷载从零慢慢增加到最后的确定值后，其大小、位置和方向就不再随时间而变化，这样的荷载称为静荷载，如结构的自重、一般的活再随时间而变化，这样的荷载称为静荷载，如结构的自重、一般的活荷载等。荷载等。2 2、动荷载、动荷载是指荷载的大小、位置、方向随时间的变化而是指荷载的大小、位置、方向随时间的变化而迅速变化迅速变化，称为动，称为动荷载。如动力机械产生的荷载、地震力等。荷

9、载。如动力机械产生的荷载、地震力等。第7页1.3 平面结构的支座与支座反力1 1、自由体：位移不受限制的物体。、自由体：位移不受限制的物体。2 2、非自由体：位移受限制的物体。、非自由体：位移受限制的物体。3 3、约束：阻碍物体运动的限制物。、约束：阻碍物体运动的限制物。4 4、约束反力：约束对被约束物体的、约束反力：约束对被约束物体的作用力。作用力。 工程上将结构或构件连接在支承物工程上将结构或构件连接在支承物上的装置，称为上的装置，称为支座支座。在工程上常常通过。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。支的构

10、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座对它所支承的构件的约束反力也叫支座支座反力反力。第8页1.3.1 几种常见的约束（附加内容）1.1.柔体约束柔体约束 用柔软的皮带、绳索、链条阻碍物体运动而构成的用柔软的皮带、绳索、链条阻碍物体运动而构成的约束叫约束叫柔体约束柔体约束。柔体约束。柔体约束只能受拉力只能受拉力，不能受压力不能受压力，所以约束反力所以约束反力一定通过接触点一定通过接触点，沿着柔体中心线背离被，沿着柔体中心线背离被约束物体的方向，且恒为拉力。约束物体的方向，且恒为拉力。T第9页1.3.1 几种常见的约束（附加内容）工程实例工程实例F FT2T2F FT

11、1T1第10页1.3.1 几种常见的约束（附加内容）2.2.光滑接触表面约束光滑接触表面约束约束反力约束反力通过接触点，沿接触面在该点的公法线方向通过接触点，沿接触面在该点的公法线方向，指向被约束物体，为压力。，指向被约束物体，为压力。NA公切线公切线公法线公法线A当两个物体直接接触，而接触面处的摩擦力可以忽当两个物体直接接触，而接触面处的摩擦力可以忽略不计时，两物体彼此的约束称为略不计时，两物体彼此的约束称为光滑接触面约束光滑接触面约束。第11页1.3.1 几种常见的约束（附加内容）光滑接触面约束及其约束反力光滑接触面约束及其约束反力 第12页1.3.1 几种常见的约束（附加内容）3.3.光

12、滑铰链约束光滑铰链约束圆柱铰链约束是由圆柱圆柱铰链约束是由圆柱形销钉插入两个物体的圆孔形销钉插入两个物体的圆孔构成，且认为销钉与圆孔的构成，且认为销钉与圆孔的表面是完全光滑的，表面是完全光滑的，圆柱铰链约束只能限制圆柱铰链约束只能限制物体在物体在垂直于垂直于销钉轴线平面销钉轴线平面内的任何移动，而不能限制内的任何移动，而不能限制物体绕销钉轴线的转动。物体绕销钉轴线的转动。第13页1.3.1 几种常见的约束（附加内容）简化表示简化表示约束力表示约束力表示YAXAFA第14页1.3.1 几种常见的约束（附加内容）工程实例工程实例第15页1.3.1 几种常见的约束（附加内容）两端用铰链，中间不受两端

13、用铰链，中间不受力的直杆称为链杆。这种约力的直杆称为链杆。这种约束只能限制物体沿链杆中心束只能限制物体沿链杆中心线趋向或离开链杆的运动。线趋向或离开链杆的运动。链杆约束的约束反力沿链杆约束的约束反力沿链杆中心线，指向未定。链链杆中心线，指向未定。链杆都是杆都是二力杆二力杆，只能受拉或，只能受拉或者受压。者受压。A AB BN NA AN NB BA AC CB B4.4.链杆约束链杆约束第16页1.3.1 几种常见的约束（附加内容）工程实例工程实例第17页1.3.2 支座的形式 工程上将结构或构件连接在支承物上的装置，称为工程上将结构或构件连接在支承物上的装置，称为支座支座。在工程上常常通过支

14、座将构件支承在基础或地面或。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。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约束反力也叫支座反力支座反力。建筑结构的支座通常分为建筑结构的支座通常分为固定铰支座，可动铰支座，固定铰支座，可动铰支座，和固定和固定( (端端) )支座支座三类。三类。 第18页1.3 平面结构的支座与支座反力下图是固定铰支座的示意图。构件与支座用光滑的圆柱铰链联下图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，接，构件不能产生沿任何方向的移动，但可以绕销钉转动构件不能产生沿

15、任何方向的移动，但可以绕销钉转动，可见固，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。接触点，通过销钉中心，方向未定。1 1固定铰支座固定铰支座第19页1.3 平面结构的支座与支座反力FAXAY简简化化表表示示XAYAAARA第20页1.3 平面结构的支座与支座反力工程实例工程实例第21页1.3 平面结构的支座与支座反力右图是可动铰支座的示意图。构件与右图是可动铰支座的示意图。构件与支座用销钉连接，而支座用销钉连接，而支座可沿支承面移动支座可沿支承面移动，这种约束，只能约束构件沿垂直于

16、支承面这种约束，只能约束构件沿垂直于支承面方向的移动，而不能阻止构件绕销钉的转方向的移动，而不能阻止构件绕销钉的转动和沿支承面方向的移动。动和沿支承面方向的移动。2 2可动铰支座可动铰支座约约束束反反力力表表示示R RA AA A简简化化表表示示第22页1.3 平面结构的支座与支座反力工程实例工程实例第23页1.3 平面结构的支座与支座反力整浇钢筋混凝土的雨篷，它的一端完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；再比如，埋在全嵌固在墙中，一端悬空；再比如，埋在地下的电线杆之类，这样的支座叫地下的电线杆之类，这样的支座叫固定端固定端支座支座。在嵌固端，。在嵌固端，既不能沿任何方向移

17、动，既不能沿任何方向移动，也不能转动也不能转动，所以固定端支座除产生水平，所以固定端支座除产生水平和竖直方向的约束反力外，还有一个约束和竖直方向的约束反力外，还有一个约束反力偶。反力偶。3 3固定端约束固定端约束细石混凝土填充细石混凝土填充简化简化表示表示约约束束反反力力表表示示R RX XY Y第24页1.4 结构的计算简图2.2.计算简图的选择原则计算简图的选择原则1 1）既要忽略次要因素，又要尽可能地反映结构的主）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。要受力情况。2 2）使计算工作尽量简化，而计算的结果又要有足够）使计算工作尽量简化，而计算的结果又要有足够的精确性。的精确

18、性。 1.1.计算简图计算简图在结构计算中，用以代替实际结构，并反应实际结构在结构计算中，用以代替实际结构，并反应实际结构主要受力和变形特点的计算模型。主要受力和变形特点的计算模型。第25页3.3.计算简图的简化要点计算简图的简化要点1)1)结构简化结构简化2)2)杆件的简化杆件的简化1.4 结构的计算简图第26页1.4 结构的计算简图3)3)结点的简化结点的简化 铰结点铰结点 铰接点的基本特征：铰接点的基本特征：各杆可各杆可以绕节点中心自由转动。以绕节点中心自由转动。第27页1.4 结构的计算简图3)3)结点的简化结点的简化 钢筋混凝土梁柱结点钢筋混凝土梁柱结点刚结点：刚结点： 4)4)支座

19、的简化支座的简化5)5)荷载的简化荷载的简化第28页1.5 杆系结构的分类1 1、杆件：一个方向的尺寸大。、杆件：一个方向的尺寸大。几何特征是细而长，即几何特征是细而长，即lh，lb杆件结构板和壳块体结构结构第29页2 2、板和壳：两个方向的尺寸大。、板和壳：两个方向的尺寸大。即即at，bt1.5 杆系结构的分类第30页3 3、块体：三个方向的尺寸都是同量级的。、块体：三个方向的尺寸都是同量级的。1.5 杆系结构的分类第31页1 1）梁式结构）梁式结构简支梁简支梁外伸梁外伸梁悬臂梁悬臂梁多跨静定梁多跨静定梁连续梁连续梁1.5 杆系结构的分类平面杆系结构分类平面杆系结构分类轴线常为直线，是受弯构

20、件。轴线常为直线，是受弯构件。第32页工程实例工程实例1.5 杆系结构的分类第33页2 2）刚架）刚架简支刚架简支刚架悬臂刚架悬臂刚架三铰刚架三铰刚架（d）多层多跨刚架多层多跨刚架1.5 杆系结构的分类由直杆组成，主要受弯构件，节点大多是刚性节点，也由直杆组成，主要受弯构件，节点大多是刚性节点，也可以有部分铰接点。可以有部分铰接点。第34页3 3）拱式结构）拱式结构三铰拱三铰拱两铰拱两铰拱无铰拱无铰拱1.5 杆系结构的分类轴线为曲线，在竖向荷载作用下会产生竖向和横向反力，轴线为曲线，在竖向荷载作用下会产生竖向和横向反力，压缩变形为主，截面有轴力。压缩变形为主，截面有轴力。第35页1.5 杆系结

21、构的分类第36页3 3）桁架）桁架1.5 杆系结构的分类由直杆组成，各节点假设为理想铰接点，荷载作用在节点上，由直杆组成，各节点假设为理想铰接点，荷载作用在节点上，各杆只产生轴力。各杆只产生轴力。第37页工程实例工程实例1.5 杆系结构的分类第38页1.5 杆系结构的分类第39页材料在荷载作用下都会产生变形材料在荷载作用下都会产生变形尺寸和形状改尺寸和形状改变变可变形固体可变形固体。对可变形固体的基本假设：对可变形固体的基本假设：、连续性假设、连续性假设、均匀性假设、均匀性假设、各向同性假设、各向同性假设、小变形假设、小变形假设1.6 变形固体及其基本假设第40页. . 连续性假设连续性假设无

22、空隙、密实连续。无空隙、密实连续。(1) (1) 从受力构件内任意取出的体积单元内均不含空隙；从受力构件内任意取出的体积单元内均不含空隙； (2) (2) 变形必须满足几何相容条件，变形后的固体内既无变形必须满足几何相容条件，变形后的固体内既无“空隙空隙”，亦不产生，亦不产生“挤入挤入”现象。现象。可用微积分数学工具进行研究可用微积分数学工具进行研究据此：据此：1.6 变形固体及其基本假设第41页 微观不连续微观不连续 ，宏观连续，宏观连续1.6 变形固体及其基本假设第42页1.6 变形固体及其基本假设. . 均匀性假设均匀性假设各点处材料的力学性能相同。物体内任意一各点处材料的力学性能相同。

23、物体内任意一点出取出的体积单元，其力学性能都能代表整个物体。点出取出的体积单元，其力学性能都能代表整个物体。.各向同性假设各向同性假设材料沿各个方向的力学性能相同（这样的材料沿各个方向的力学性能相同（这样的材料称为各向同性材料；沿各方向的力学性质不同的材料称为各向材料称为各向同性材料；沿各方向的力学性质不同的材料称为各向异性材料。）异性材料。） 小变形假设小变形假设构件在承受荷载作用时，其变形与构件的原始构件在承受荷载作用时，其变形与构件的原始尺寸相比甚小，甚至可以略去不计（尺寸相比甚小，甚至可以略去不计（分析压杆稳定时除外分析压杆稳定时除外）。在研究）。在研究构件的平衡、受力和变形时，可按构

24、件原始尺寸进行计算。构件的平衡、受力和变形时，可按构件原始尺寸进行计算。第43页1.7 杆件的几何特性与基本变形形式一、杆件的几何特性一、杆件的几何特性 杆件的长度方向称为纵向，垂直长度的方向称为横向。工杆件的长度方向称为纵向，垂直长度的方向称为横向。工程上经常遇到的程上经常遇到的杆件杆件是指是指纵向尺寸远较横向尺寸为大的杆件纵向尺寸远较横向尺寸为大的杆件。在实际工程中的梁、柱等构件就是典型的杆件实例。在实际工程中的梁、柱等构件就是典型的杆件实例。杆件有两个常用到的几何元素：横截面和轴线杆件有两个常用到的几何元素：横截面和轴线。前者指垂。前者指垂直杆件长度方向的截面，后者为各横截面形心的连线，两者具直杆件长度方向的截面，后者为各横截面形心的连线，两者具有互相垂直的关系。有互相垂直的关系。按杆件轴线的形状，分为按杆件轴线的形状，分为直杆、曲杆和折杆直杆、曲杆和折杆。而。而等直杆等直杆就就是轴线是直线且横截面形状、尺寸均不改变的杆件。是轴线是直线且横截面形状、尺寸均不改变的杆件。第44页按轴线分：按轴线分：直杆、曲杆直杆、曲杆主要几何因素：主要几何因素：轴线