建筑力学与结构课件(最齐全)

建筑力学与结构课件这是一套全面系统的建筑力学与结构设计课件,涵盖了从基础理论到实际应用的各个方面,为学习者带来全面深入的学习体验。力学概述力学定义力学是研究物体的运动和受力状态的学科,包括静力学和动力学。力学原理力学遵循牛顿三大定律,即作用力等于反作用力、力与加速度成正比、力与动量成正比。力学应用力学广泛应用于建筑、机械、航空航天等工程领域,为工程设计和分析提供理论基础。力-定义与种类力的定义力是一种作用于物体上的矢量量,能够改变物体的运动状态或形变。力有大小、方向和作用点。力的种类力可分为重力、支撑力、摩擦力、弹性力、粘滞力等。不同性质的力会产生不同的影响。力的计算利用牛顿三定律和受力分析方法,可以计算出作用于物体上的各种力的大小和方向。力的计算与表示数学表示力可以用向量的形式表示,包括大小和方向。这种表示方法可以更好地反映力的物理特性。图形表示力也可以用箭头的形式直观地表示,箭头的长度代表力的大小,箭头的方向代表力的方向。分解与合成复杂的力可以分解为多个简单的分量力,也可以将多个简单的力合成为一个复杂的合力。受力分析1确定受力对象识别建筑结构中各个部件承受的力量2分析力的作用确定力的大小、方向和作用点3构建受力模型建立力学计算模型以分析结构行为受力分析是建筑结构设计的关键步骤。我们需要确定各部件承受的力量,分析力的作用,并构建受力模型,为进一步的力学计算和结构分析奠定基础。这一过程需要深入了解结构受力的规律,以确保设计的安全性和可靠性。平面与空间力的平衡1方向分析识别力的作用方向和大小2合力计算确定合力作用点和合力大小3平衡条件满足力和力矩平衡的条件平面和空间力的平衡分析是建筑力学的基础。首先需要根据力的方向和作用点,准确识别各个力的大小和方向。然后计算出合力的作用点和大小,最后检查是否满足合力和力矩平衡的条件。这是确保结构安全性的关键一步。力的合成与分解1力的合成将多个作用在同一点的力合并成一个等效的合力,这称为力的合成。合力的大小和方向取决于各个力的大小和方向。2几何合成法采用几何方法将多个力合成为一个合力,常用的方法包括平行四边形法、三角形法和矢量法等。3力的分解将一个力分解成两个或多个力的过程,常用于确定受力平衡时各力的大小。分解时要保持力的平衡。材料力学基础应力与应变材料在受力作用下会产生应力和应变。应力-应变曲线描述了材料的力学性能,是材料力学的基础。弹性理论材料在弹性范围内遵循胡克定律,具有可逆性。理解弹性理论是分析结构受力行为的基础。材料性能测试通过标准试验评估材料的抗拉、抗压、抗剪、抗弯等力学性能,为结构分析提供必要的参数。应力与应变在建筑结构分析中,应力和应变是非常重要的概念。应力表示材料内部受力的大小,而应变则反映了材料在受力作用下的变形程度。理解应力和应变的关系是建筑结构设计和分析的基础。Stress(MPa)Strain(%)图表显示了随着荷载的增加,材料的应力和应变呈线性关系。理解这种关系对于确定材料在不同载荷下的性能和安全性非常重要。弹性理论弹性基本概念弹性理论是研究材料在外力作用下变形和内应力分布的学科。其基本假设是材料为理想弹性体,在外力作用下可以发生可逆的线性变形。胡克定律应力与应变成正比关系,即应力等于弹性模量乘以应变。这是弹性理论的基础,可用于分析材料的力学行为。应力与应变关系在弹性范围内,材料的应力与应变满足线性关系,可用微分方程描述。这为分析结构的内应力分布提供了理论基础。边界条件结构的边界条件和支持形式直接影响内部应力和变形的分布。合理设置边界条件是弹性分析的关键。材料的力学性能材料强度材料在承受外力作用时的极限承载能力,包括抗拉强度、抗压强度和抗剪强度等。材料弹性材料在加载过程中的可逆性,反映材料能够恢复原状的能力。材料塑性材料在承受外力作用时发生永久形变的能力,反映材料的变形能力。材料韧性材料在承受外力作用时能吸收的能量,反映材料的抗冲击能力。结构分类与功能1结构类型建筑结构可分为框架结构、墙式结构、柱式结构、桁架结构等多种形式。每种结构类型都有其独特的特点和适用场景。2结构功能建筑结构的主要功能包括承重、抗震、隔热、防水等。合理的结构设计可以确保建筑的安全性、耐久性和使用功能。3结构选择在设计时要根据建筑的用途、形式、环境等因素,选择最适合的结构类型,以满足各方面的要求。4结构优化在满足功能需求的基础上,还要考虑结构的安全性、经济性、施工性等因素,进行优化设计。结构分析基本原理1静力学分析通过研究结构在外载作用下的平衡状态,确定内力的大小和分布。这是结构分析的基础。2应变-应力分析分析结构在载荷作用下的变形和内应力状态,为承载力计算提供依据。3破坏模式预测根据材料性能和结构构造,预测结构可能出现的破坏模式,为安全性验算提供基础。静定结构1支座反力静定结构可以根据几何条件直接求出支座反力。2内力分析静定结构的内力分布可通过受力分析得出。3应力计算内力分析结果用于计算结构各截面的应力。静定结构是一种简单的力学体系,其力学特征是可以根据几何条件直接求出支座反力,然后通过受力分析得出内力分布,最终计算出各截面的应力。这种方法简单易行,是结构分析的基础。静不定结构静不定结构定义静不定结构是一种无法通过单独的受力分析解决的复杂结构,需要利用位移与力的关系进行综合分析。静不定结构特点这类结构存在冗余支撑,内部应力分布复杂,受外荷载影响较大,分析过程较为繁琐。分析方法通常采用位移法或力法等数学分析方法,结合材料力学原理进行综合分析。典型案例带有杆件刚度不同、结构缺乏完全确定性的框架、拱桥、悬臂结构等。梁的理论与分析1内力分析识别梁上的内力分布,包括剪力和弯矩。2变形分析计算梁在加载下的变形情况,包括挠度和转角。3应力分析确定梁内部的应力状态,包括轴向应力和弯曲应力。4承载能力分析评估梁的承载能力,确保其能够安全地承担设计荷载。梁的力学分析是结构设计的核心内容之一。通过对梁内力、变形和应力状态的深入研究,可以确保建筑物在承受各种荷载作用时保持稳定可靠。这是实现安全可靠的建筑结构设计的关键所在。梁的承载力计算梁的承载力计算是确保建筑结构安全性的关键步骤。通过分析梁的尺寸、材料特性和受力情况,可以计算梁的极限承载能力,从而保证其在各类荷载作用下都不会发生断裂或过大变形。断面类型计算公式影响因素矩形截面M=0.67*f*b*h^2材料强度f、截面宽度b、高度hT型截面M=f*(b_f*h_f^2/2+b_w*(h-h_f)^2/2)翼板宽度b_f、翼板厚度h_f、腹板宽度b_w、高度hI型截面M=f*(b_f*h_f^2/2+b_w*(h-2h_f)^2/2)上下翼板宽度b_f、翼板厚度h_f、腹板宽度b_w、高度h上述公式为常见截面的承载力计算方法,结合实际梁的尺寸、材料性能、荷载类型等因素,即可确定其承载能力。柱的理论与分析1柱的分类根据受力情况和截面形状分类2柱的受力分析主要承受轴向压缩力和弯矩3柱的受力计算应力、屈曲稳定性、承载能力等柱作为承重结构最为关键的组成部分,其理论分析和计算直接影响建筑物的安全性和稳定性。根据不同的受力情况和截面形状,可将柱划分为多种类型,重点关注其轴向压缩力和弯曲力的承受情况。通过应力分析、稳定性校核和承载能力计算,可确保柱结构的安全性能。柱的承载力计算柱作为建筑物的主要垂直承重结构件,其承载能力的计算是结构设计的重要组成部分。通过分析柱的受力特性,结合材料力学理论,可计算出柱的抗压、抗弯、抗稳定等承载能力,从而确保建筑物的整体安全。50K柱子数量一座典型办公大楼可能包含数万根承重柱。$500单根柱成本钢筋混凝土柱的平均制造成本在500美元左右。10%柱承载力损失由于腐蚀、磨损等原因,柱的实际承载能力会下降约10%。15M柱体积一座50层建筑的总柱体积可达15立方米。框架理论与分析1框架概述框架是由柱子和梁组成的刚性结构体系。2受力分析框架中的柱和梁受压缩、弯曲及剪切等复合应力。3破坏模式框架主要有塑性机制破坏和脆性破坏两种模式。4设计要求框架设计需要满足承载力、刚度和稳定性的要求。框架结构是建筑中常见的一种承重形式。它由垂直的柱子和水平的梁组成,能够承受各种荷载并传递至基础。框架结构具有简单明了的受力分析方法,设计时还需要兼顾承载力、刚度和稳定性等因素。框架的承载力计算30%多余侧向刚度框架梁柱承载力大于30%时可认为有足够侧向刚度80%承载力利用率合理控制框架结构的承载力利用率在80%左右5安全系数结构承载力一般需要保留5倍以上的安全系数1.5超载系数为应对突发情况,框架结构设计应有1.5倍的超载系数桁架理论与分析桁架结构简介桁架由一系列相互连接的杆件组成,具有较高的承载力和刚度。力学分析采用力的平衡条件和变形协调条件对桁架进行受力分析,确定各杆件的内力。设计要点选择合理的构件截面尺寸控制位移和应力,确保结构安全性优化节点连接方式,提高整体刚度桁架的承载力计算桁架是由许多个铁杆组成的结构框架,通过铰接的方式连接在一起。桁架通常用于建筑物的主要支撑结构,承担着重要的载荷。因此,对桁架的承载力进行准确计算非常关键。通过对桁架主要构件的承载力进行计算和分析,可以确保桁架在各种工作载荷下都能可靠、安全地传力和承受,为上层建筑的稳定提供有力保障。平面结构分析1简单平面结构在这类结构中,受力元素仅限于平面内的梁和柱,可采用简单的静定分析方法。2复杂平面结构对于有多个受力点或不同材料的平面结构,需要采用更精细的静不定分析方法。3时空力学分析考虑建筑物的时间变化和受力变化,运用动力学原理进行全方位分析。空间结构分析综合考虑空间结构分析需要综合考虑结构的几何形状、载荷作用方式和材料特性等多个因素。力的平衡对于空间结构,需要分析各种力的作用点、大小和方向,确保整体力的平衡。应力分析针对空间结构的几何特点,采用三维应力分析方法计算各部位的应力状态。变形分析评估空间结构在载荷作用下的整体变形情况,确保其符合使用性要求。结构抗震理论与设计抗震理论基础结构抗震设计的核心是抗震理论,包括地震动特性分析、结构振动特性分析、结构动力响应分析等。这些理论为抗震设计提供了科学的理论基础。抗震设计原则合理的抗震设计应遵循抗震性、承载能力、适用性和经济性等原则,确保结构在地震作用下能够安全可靠地承受各种载荷。抗震设计方法抗震设计方法包括静力分析法、动力分析法、弹塑性分析法等,根据结构类型和地震地区特点选择合适的方法进行分析与设计。结构载荷分类与计算结构物所受到的载荷可分为永久载荷、使用载荷和环境载荷。永久载荷包括自重、预应力等恒定载荷。使用载荷包括人员、设备、积累物品等可变载荷。环境载荷包括风荷载、雪荷载、地震荷载等。载荷类型特点计算方法永久载荷恒定不变的载荷根据结构自重及永久设备荷载计算使用载荷可变的使用过程中产生的载荷根据使用功能及人员、设备等分布情况计算环境载荷由自然环境条件产生的载荷根据所在地区的风、雪、地震等环境特征计算结构安全性验算结构安全性验算是确保建筑物在各种荷载作用下不会发生失效的关键步骤。它包括应力分析、承载力计算、稳定性检查等多项内容。通过严格的计算和验证,可以保证结构的安全性能,满足相关规范的要求。1.5安全系数结构设计时通常采用安全系数为1.5的要求,以确保足够的强度余量。0.8承载力利用率合理控制在80%以内,留有足够的超载能力。120%抗震性能必须满足结构在大地震下不倒塌的要求。$20M加固投入对于已有老旧建筑,加固改造的投资不可过高。建筑结构设计规范全面规范建筑结构设计规范为建筑施工和安全提供了全面的技术指导，涵盖载荷计算、材料选用、结构分析等方方面面。质量控制规范明确了各阶段的质量检查要求，确保建筑结构的安全性和可靠性。安全标准规范中制定了严格的安全标准,如抗震、防火、防风等方面,为建筑安全提供保障。规范实施在工程实践中,建筑结构设计规范必须得到严格执行,确保建筑质量和安全。结构病害诊断与加固结构病害诊断通过专业的检测手段,全面评估建筑结构的状况,准确诊断可能存在的问题,为后续的加固提供依