建筑力学基本理论

第一章建筑力学的根本理论建筑力学是一门技术根底课程，它为受力问题的解决提供根本的力学知识，从理性、建构的角度为建筑设计提供思路，从而实现建筑设计平安、美观、经济实用的理想。石拱桥斗拱结构埃菲尔铁塔高320.7米钢塔耸立在大桥南北两侧，高342米，钢塔之间的大桥跨度达1280米，为世界所建大桥中罕见的单孔长跨距大吊桥之一,从海面到桥中心部的高度约60米.宽27.4米,长2000多米吉隆坡石油双子大厦钢结构高层建筑1.1建筑力学的任务建筑结构是在建筑物或构筑物中起骨架(承受和传递荷载)作用的主要物体。组成建筑结构的根本部件称为构件。力学是研究物体机械运动规律的学科。建筑力学主要研究建筑物或构筑物中的结构或构件。结构——建筑物中承受荷载并起骨架作用的局部。构件——组成结构的单个部件。建筑力学研究的内容：力系的简化和力系的平衡强度是结构材料抵抗破坏的能力

刚度是构件和结构抵抗变形的能力

稳定性是结构保持原有平衡形态的能力建筑力学的任务：是通过研究结构、构件的强度、刚度、稳定性；材料的力学性能；结构的几何组成规那么，在保证平安可靠、经济节约的前提下，选择合理的结构和构件。1.2建筑结构的荷载《建筑结构标准》〔GB50009--2001)1.2.1荷载的分类荷载按分布情况分集中荷载和分布荷载按作用性质分静力荷载和动力荷载按作用时间分永久、可变和偶然荷载1)集中荷载和分布荷载〔1〕集中荷载轮压P1和P2

集中荷载

次梁传给主梁的力集中荷载力集中作用于一点b=200mmh=500mm〔2〕分布荷载力在构件内部或表面上连续作用连续作用密集程度

分布集度分布荷载体分布荷载面分布荷载线分布荷载单位体积上的力（kN/m3）单位面积上的力（kN/m2）单位长度上的力（kN/m）例如，构件的自重就是体荷载。钢筋混凝土：；钢材：。已知钢筋砼的容重，则在板面上分布荷载的集度：p＝4kN/m2q=2.5kN/m钢筋混凝土梁，则沿梁的轴线分布荷载的集度：2)永久荷载和可变荷载

〔1〕永久荷载〔恒载〕作用时间长久，位置固定，数值不变〔2〕可变荷载〔活载〕作用时间短暂、位置不定，数值可变荷载示意图结构荷载简图①—构件自重②—雪荷载或施工荷载③—风荷载风荷载雪荷载施工荷载永久荷载构件自身和建筑构造层（楼面、顶棚、装饰面层等）的重力荷载梁上为均布荷载而柱为集中荷载图中的①可变荷载雪荷载或施工荷载，风荷载人群、家具、设备等楼面使用活载图中的②和③

处理成均布荷载〔3〕偶然荷载3)静力荷载和动力荷载〔1〕静力荷载逐渐增加的荷载，其大小和位置变化，不会引起显著的结构振动〔2〕动力荷载荷载作用在结构上会引起显著的结构振动结构的自重及其它恒载动力设备〔如吊车〕所产生的荷载以及地震荷载等静力荷载动力荷载1.2.2常见的建筑荷载1〕结构自重2〕楼面均布活荷载：人、家具、设备3〕风荷载：与当地根本风压、建筑物体型、高度、地面粗糙度等因素有关4〕雪荷载承载能力极限状态——当结构内力超过其承载能力的状态正常使用极限状态——当结构的变形、裂缝或应力超过允许值的状态1.2.3荷载效应组合1.3建筑结构的简化

1.3.1结构简化的原那么1〕符合建筑结构实际的受力情况2〕方便受力分析和计算，尽量做到简单易行3〕要满足一定的精度要求简化图形

实际结构代替结构计算简图三大要素结构上的荷载约束（支座、结点）的简化计算长度的确定1、杆件及杆系结构杆——它的几何特征是细而长，即l>>h，l>>b。杆又可分为直杆和曲杆。1.3.2结构体系的分类杆系结构——分为平面杆系结构和空间杆系结构杆系结构——梁、拱、桁〔网〕架、刚架等单跨简支梁多跨连续梁拱桁架网架平面刚架空间刚架2、薄壁结构——厚度远小于其它另两个尺度之结构平板折板结构筒壳球壳3、悬索结构悬索斜拉桥悬索吊装实体结构它的几何特征是三个方向的尺寸都是同量级的。4、实体结构1.3.3支座的简化计算简图中常用的有三种：固定铰支座、活动铰支座、固定端支座。固定端支座固定铰支座此外还有滑动支座等。活动铰支座滑动支座屋架与柱不能有相对位移但可发生微小的相对转动屋架与柱不能有相对位移但可发生微小的相对转动1.3.4结点的简化构件之间的联结处为结点。在计算简图中，通常将结点简化为铰结点或刚结点。木屋架预埋螺栓木梁铰结点铰结点梁柱现浇刚结点刚性

相互为固定约束

屋架梁柱柱1.3.5构件的简化构件杆件计算简图用轴线代替杆件之间联结用结点表示杆长用结点间的距离表示荷载的作用点移至轴线上梁梁柱柱铰接

刚接排架刚架阴影部分计算单元1.3.6结构体系的简化平面排架框架结构平面图纵横向划分纵向刚架横向刚架变形固体是在外力作用下，会产生变形的固体。

变形固体在外力作用下会产生两种性质的变形：弹性变形当外力消除时，变形随着消失的变形；塑性变形当外力消除后，不能消失的变形。1.完全弹性假设当塑性变形很小，忽略不计，认为只有弹性变形，这种只有弹性变形的变形固体称为完全弹性体。1.4建筑力学的根本假设2．均匀连续假设假设变形固体在其整个体积内用同种介