建筑力学 绪论

建筑力学绪论第1页/共44页绪论第2页/共44页教学内容本课程的性质及任务关于本课程的几组基本术语和概念本课程的内容组成本课程的学习目标本课程的学习方法本课程教学安排与学习要求绪论第3页/共44页绪论本课程的性质与任务本课程是建筑学专业的一门重要的专业基础课，在基础课与专业课之间起着承上启下的作用。建筑三要素：坚固、实用、美观建筑业的三大专业建筑学—建筑设计结构工程—结构设计建筑设备—设备布置结构分析构件设计第4页/共44页绪论本课程的几组基本术语和概念结构、构件以及构件的分类力、力系、外力与内力刚体与变形体构件的强度、刚度、稳定性与构件的承载能力荷载的分类杆件变形的基本形式第5页/共44页绪论结构、构件以及构件的分类结构建筑物或构筑物中能够承受并传递各种外部作用的骨架建筑结构是由梁、板、墙、柱、基础等基本构件，按照一定的组成规则，通过正确的连接方式所组成的承受并传递荷载和其他间接作用的骨架。构件组成结构的基本部件统称为构件。构件的分类按照几何特征，构件可分为杆件、板壳和实体。杆件的几何特征为长条形，长度尺寸远大于其他两个方向的尺寸（横截面两个方向的尺寸）。板壳的厚度尺寸远小于其他两个方向的尺寸（长度和宽度），板的几何特征为平面形，壳的几何特征为曲面形。实体的几何特征为块体，其长、宽、高三个方向的尺寸大体相近，内部大多为实体。第6页/共44页六杆件：直杆：折杆：曲杆：等截面直杆、变截面直杆等截面折杆、变截面折杆*等截面曲杆、变截面曲杆*材料力学只研究杆，结构力学研究由很多杆组成的空间杆系。第7页/共44页壳体结构实体结构板第8页/共44页传统具有柱、梁、檩、椽的木制房屋结构古代建筑结构第9页/共44页建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔。塔高9层共67.31米，用木材2600吨，充分利用传统建筑技巧，广泛采用斗拱结构，全塔共用斗拱54种，每个斗拱都有一定的组合形式，有的将梁、坊、柱结成一个整体，每层都形成了一个八边形中空结构层。塔建在4米高的两层石砌台基上，内外两槽立柱，构成双层套筒式结构，柱头间有栏额和普柏枋，柱脚间有地伏等水平构件，内外槽之间有梁枋相连接，使双层套筒紧密结合。暗层中用大量斜撑，结构上起圈梁作用，加强木塔结构的整体性。900多年来历经数次地震不倒，现存最古老最高大的纯木结构楼阁式建筑。

古代建筑结构第10页/共44页2200年以前建造的都江堰安澜索桥，位于都江堰鱼嘴分水堤之上，横跨内外两江，长500米。

古代建筑结构第11页/共44页建于隋代（605年）的河北赵州桥桥长64.4米，跨径37.02米，用石2800吨。当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥

古代建筑结构第12页/共44页金字塔建于公元前2690年左右，现高136.5米；底座每边长230多米，塔底面积5.29万平方米；塔身由230万块石头砌成，每块石头平均重2.5吨，有的重达几十吨

古代建筑结构第13页/共44页比萨斜塔建于1173年，1372年完工，高58.4米，大理石古代建筑结构第14页/共44页哈利法塔的设计为伊斯兰教建筑风格，楼面为“Y”字形，并由三个建筑部份逐渐连贯成一核心体，从沙漠上升，以上螺旋的模式，减少大楼的剖面使它更如直往天际，至顶上，中央核心逐转化成尖塔，Y字形的楼面也使的哈利法塔有较大的视野享受。现代建筑结构第15页/共44页明石海峡大桥是世界上第一座主跨超过1英里(为1609m)及1海里(合1852m)的桥梁。两边跨也很长，每跨达960m，是目前世界上最长的边跨。钢桥塔高为297m，是世界上最高的桥塔，用钢桁式加劲梁，横截面尺寸为35.5m×14.0m。其梁高比其它任何一座悬索桥都高。明石海峡大桥设计荷载可承受里氏8．5级地震，必须要经受住时速290公里的台风的袭击。该桥在阪神地震中仅有微小损坏，由于地面运动。两塔基础之间的距离增加了80cm，桥塔顶倾斜了10cm，使主跨增加了近80cm，从而接近于1991m，主缆垂度因此减少了130cm。

第16页/共44页现代建筑结构三峡水利枢纽大坝为混凝土重力式，挡水前沿总长2345米，最大坝高185米，坝体总混凝土量为1486万立方米，其大坝总方量居世界第一。第17页/共44页外观为三组巨大的壳片，耸立在南北长186米、东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。现代建筑结构第18页/共44页开工时间：2008年11月29日；竣工时间：2014年；占地面积：30368平方米；建筑面积：574058平方米，其中地上总建筑面积约410139平方米；建筑高度：632米；建筑层数：地下结构5层，地上部分包括124层塔楼和7层东西裙房；结构形式：钢筋混凝土核心筒-外框架结构；用钢量：约100000吨；建筑造价：148亿元。第19页/共44页2088米的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。斜拉桥主孔跨度1088米，列世界第一；主塔高度300.4米,列世界第一；斜拉索的长度577米,列世界第一；群桩基础平面尺寸113.75米×48.1米，列世界第一。苏通大桥主墩基础由131根长约120米、直径2.5米至2.8米的群桩组成，承台长114米、宽48米，面积有一个足球场大，是在40米水深以下厚达300米的软土地基上建起来的，是世界上规模最大、入土最深的群桩基础。第20页/共44页主体结构设计使用年限100年，耐火等级为一级,抗震设防烈度8度,地下工程防水等级1级。工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长333米、东西宽294米的，高69米。主体钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构,钢结构总用钢量为4.2万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，看台混凝土结构为地下1层，地上7层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。钢结构与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈相互围合，基础则坐在一个相连的基础底板上。国家体育场屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构。

第21页/共44页重庆彩虹桥坍塌工程事故重庆市綦江县城区一座步行桥（彩虹桥）突然整体垮塌，数十名过桥者随大桥坠入桥下的綦河，造成了严重伤亡事故。这次因工程质量导致的重大责任事故，共造成40人死亡。第22页/共44页美国纽约马尔克大桥坍塌第23页/共44页加拿大魁北克桥建于1904～1918年。该桥长987米，宽29米，高104米，桥悬臂长177米，支撑着长195米的中心结构，整个总臂距为549米。这些数据证明了一个事实，即魁北克桥是目前世界上悬臂桥中桥跨最长的。第24页/共44页1916年9月11日，第二次事故再次降临魁北克桥。当用千斤顶举升重达5000吨的悬挂孔时，悬挂孔一角的十字形铸件被压坏，出现倾斜，至少10名工人被夺去了生命。库帕曾称他的设计是“最佳、最省的”。库帕自我陶醉于他的设计，而忘乎所以地把大桥的长度由原来的500米加到600米，以成为世界上最长的桥。桥的建设速度很快，施工也很完善。正当投资修建这座大桥的人士开始考虑如何为大桥剪彩时，大桥的整个金属结构垮了。19000吨钢材和86名建桥工人落入水中，只有11人生还。由于库帕的过分自信而忽略了对桥梁重量的精确计算，导致了一场事故。

第25页/共44页工程师之戒第26页/共44页08年雪灾第27页/共44页绪论力、力系、外力与内力力力是物体之间相互的机械作用，其作用效应包括两个方面：使物体的运动状态发生改变（称为力的运动效应或外效应）或使物体发生变形（称为力的变形效应或内效应）。力对物体作用的效应取决于力的三要素，即力的大小、方向、作用点。力既具有大小和方向，而又服从矢量的平行四边形法则，所以力是矢量。力系通常，作用于物体上的力往往不止一个而是有若干个，这若干个力总称为力系。外力与内力外力和内力的概念只有相对于某一确定的研究对象或系统才有意义。系统外物体作用于系统内物体上的力，称为外力。系统内物体之间或同一物体的两部分之间的相互作用力称为内力。第28页/共44页绪论刚体与变形固体刚体刚体是指在外力作用下不发生变形的物体。刚体是一种抽象化了的力学模型，实际上任何物体在外力作用下都会发生或大或小的变形，但在研究有些问题时，如果忽略物体的变形，将使问题的研究在其结果能够满足工程精度要求的前提下大大简化。例如，在研究平衡问题时，由于大多数结构物在正常工作状态下其变形与结构物本身的几何尺寸相比是很小的，如果忽略其变形，将物体看作是不变形的“刚体”考虑其平衡，得到的结果完全能够满足工程精度要求。力对刚体的作用效应只有运动效应，没有变形效应（因为变形忽略不计）。第29页/共44页理想变形固体1）连续性假设—材料连续无孔隙

(可运用微积分数学工具)2）均匀性假设—材料各处力学性质相同3）各向同性假设—材料任意方向力学性质相同绪论弹性变形如果杆件材料在外力作用下产生的变形会随着外力的消失而消失，即能恢复原状，则这种变形称为完全弹性变形，简称弹性变形。塑性变形如果所产生的变形不会随外力的消失而完全消失，即无法恢复原状而部分残留下来，则这种残留的变形称为塑性变形。一般固体材料在外力作用下既可能产生弹性变形，又可能产生塑性变形。只要外力（应力）不超过一定限度，材料的变形可以认为是完全弹性的，即材料处于弹性状态。但若外力（应力）超过了这个极限，材料的变形中应既包含弹性变形又包含塑性变形。第30页/共44页1.轴向拉伸和压缩2.剪切绪论第31页/共44页3.扭转4.平面弯曲绪论第32页/共44页组合受力（CombinedLoading）与变形绪论第33页/共44页构件的强度、刚度、稳定性与构件的承载能力构件的强度构件抵抗破坏的能力称为强度。构件的刚度构件抵抗变形（主要是指弹性变形）的能力称为刚度。构件的稳定性构件在外力作用下保持其原有平衡形态的能力称为稳定性。构件的承载能力构件的强度、刚度、稳定性统称为构件的承载能力。换句话说，构件的承载能力包括强度、刚度、稳定性三个方面。在承载能力的三个方面中，一般说来，强度要求是基本的，只是在某些情况下，才对构件提出刚度要求。至于稳定性问题，只有在一定受力情况下的某些构件才会出现。绪论第34页/共44页

构件的强度、刚度和稳定性不仅与构件的形状有关，而且与所用材料的力学性能有关，因此在进行理论分析的基础上，实验研究是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。第35页/共44页按作用时间的久暂可分为:1、恒载：长期作用于结构上且各个因素都不改变的荷载。2、活载：在施工和使用期间可能存在的可变的荷载。按作用范围可分为：1、分布荷载：分布作用在体积、面积和线段上。2、集中荷载：荷载作用范围与构件的尺寸相比十分微小。按作用性质可分为：1、静力荷载：大小、方向和位置不随时间变化或变化极其缓慢。2、动力荷载：随时间迅速变化或在短时间内突发荷载。荷载的分类绪论第36页/共44页按作用的方式体积力:是连续分布于物体内部各点的力如物体的自重和惯性力面积力:如油缸内壁的压力，水坝受到的水压力、雪荷载等均为分布力若荷载作用面积远小于物体表面的尺寸，可作为作用于一点的集中力。如火车轮对钢轨的压力等分布力：集中力：第37页/共44页绪论本课程的内容组成结构构件静力分析刚体静力学基本知识杆件的内力与内力图静定结构的内力分析构件承载能力分析应力的计算与应力状态分析杆件的强度问题杆件的变形与刚度问题压杆稳定