第一章建筑力学绪论

建筑(jiànzhù)力学主讲(zhǔjiǎng)教师：段军2014年2月共二十九页第1章绪论(xùlùn)

建筑力学是研究建筑物或者构筑物（称为结构）及其组成部分（称为结构构件(gòujiàn)）力学性能的一门学科，是重要的专业基础课。掌握基本的力学知识和计算方法可为建筑工程领域的结构设计和建筑施工等提供基本保障，也为进一步学习相关的专业课程打下必要的基础。共二十九页

建筑物和构筑物是人类生存和劳动所必需的空间。随着技术进步和生产力的发展，人类建造了木屋、土屋和石屋，直至发展到今天的现代建筑。

现代建筑的发展不仅仅能够满足人类生活和生产的基本目的，也是一个国家政治、经济和文化(wénhuà)发展的标志。现代建筑的发展依赖于建筑力学和建筑材料科学的发展。1.1建筑力学的研究对象(duìxiàng)和任务共二十九页

从古代的赵州桥，采用石材，运用(yùnyòng)了“拱”的力学原理赵州桥共二十九页到现代(xiàndài)的各式建筑：鸟巢共二十九页纽约世贸中心共二十九页上海世界(shìjiè)环球金融中心共二十九页小蛮腰共二十九页海上(hǎishànɡ)钻井平台东方明珠共二十九页斜桥

这些都是采用钢材和混凝土材料(cáiliào)，发展和应用了大型复杂结构的力学分析原理和方法，无一不体现了科技的进步和发展。共二十九页荷载：

建筑物或构筑物各部分的自重、人和设备的重力、风力等等，这些直接主动作用在建筑物上的外力在工程上统称为荷载。建筑结构、构件：在建筑物或构筑物中起骨架作用的物体称为建筑结构，组成建筑结构的基本(jīběn)部件有杆件、梁、板、柱子等，统称为构件，构件和结构起着承受力和传递力的作用。承载能力：

构件的强度、刚度和稳定性统称为构件的承载能力。共二十九页

建筑物或构筑物按照其几何特征可以分成杆系结构、板壳结构和实体结构等几种类型(lèixíng)。

1、杆系结构是由若干杆件通过一定的方式连接起来组成的结构，杆件是在长度方向上远大于其横截面尺寸的结构构件，又分为曲杆和直杆，如图1-1所示。共二十九页工程上常用的杆系结构(jiégòu)有框架结构、桁架结构和网架结构。如图1-2所示。

图1-2(a)广东(guǎngdōng)科技中心网架（b）施工中的框架结构（c）某厂房屋架---桁架共二十九页

2、板和壳体都是厚度方向尺寸远小于长宽方向尺寸、宽而薄的构件。平面(píngmiàn)形状的构件称为板，曲面形状的构件称为壳。如图1-3（a）、（b）所示。共二十九页

由板和壳体组成的结构称为板壳结构，一般(yībān)钢筋混凝土建筑物的楼面结构为平板结构，如图1-4所示；一些特殊形体的建筑屋面如悉尼歌剧院的屋面、厂房的马鞍形屋面等都是壳体结构，如图1-5所示。

图1-4某仓库(cāngkù)平面楼盖

图1-5悉尼歌剧院共二十九页3、实体(shítǐ)结构是在长、宽和高三个方向都有一定相对接近的比例尺寸的结构。

实体结构在工程上用作堤坝、挡土墙、建筑物或构筑物的独立式、条带式基础和片伐式基础等，如图1-6所示。

图1-6三峡大坝共二十九页

所有的建筑物或构筑物都可能由石材、钢材、混凝土或者木材等固体建筑材料做成，每种材料具有不同的力学性能和承受荷载的能力。由这些材料建成的结构荷载作用下，或多或少都会产生变形。如果材料承受荷载的能力不够，结构或构件变形过大可能导致破坏，将不安全。

因此，必须保证在设计荷载作用下，在建筑物使用期限内，结构处于能够正常使用的安全状态。

结构设计是保证结构安全的重要措施(cuòshī)，力学分析是结构设计的理论基础。共二十九页

结构物是否能够安全建成并且正常工作，取决于结构构件的力学性能、结构的几何组成是否合理，以及结构承受荷载的情况。

在建筑物的设计和施工阶段，都需要对拟建的建筑物和构筑物进行(jìnxíng)力学分析。

建筑力学课程针对弹性杆状构件和杆系结构，分析用作结构构件的材料在荷载或其他影响因素（如温度变化、基础沉降等等）作用下的力学性能、建筑物或构筑物的几何组成、以及在荷载作用下结构的承载能力和变形状态。主要内容包括以下五个方面：

共二十九页常见工程结构体系的计算简图，常见荷载类型、约束类型及受力分析、力系合成（简化）与平衡的理论和方法。杆系结构的几何组成规律分析，合理(hélǐ)的结构几何组成是保证所设计的杆件体系成为能够承受荷载的结构体系的必要条件结构和构件的强度问题。

强度是指结构构件或结构承受荷载和抵抗破坏的能力，与构件所用材料的力学性质、构件的截面几何形状和尺寸，以及所承受荷载的类型和大小有关。共二十九页因此，在讨论强度问题时，需要讨论材料的力学性质、截面的几何性质，构件的内力和应力等与强度有关(yǒuguān)的问题，以便在设计荷载确定后，设计构件的几何形状和尺寸。刚度问题。刚度是指结构或构件抵抗变形的能力。

因此，需要讨论构件的变形和应变，结构的位移等与刚度有关的问题，以便设计时控制变形和位移。稳定性问题。

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稳定性是指构件在荷载作用下应该能够保持原有的稳定平衡状态。

某些细长构件或结构在荷载作用下可能不能保持原有形状下的平衡，即丧失稳定性，产生失稳破坏，因此，有必要进行结构的稳定性分析。建筑力学的任务:

通过研究结构的强度、刚度、稳定性，材料的力学性能，结构的几何组成规则(guīzé)，在保证结构既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，提供计算理论及计算方法，为结构设计提供力学分析依据。共二十九页1.2建筑力学的两种分析模型及基本(jīběn)假设抽象化方法：

根据所研究的不同问题，抓住主要的、起决定作用的因素，忽略次要的、偶然的因素，对实际结构进行(jìnxíng)科学的抽象化，根据分析侧重点的不同，建立力学分析模型的方法。刚体：指在运动中和受力作用后，形状和大小都不发生改变，而且内部各点之间的距离保持不变的物体。共二十九页注意：

在研究某些问题由于构件的变形对结构的影响较小，可以忽略不计，为将问题简化，将其视为刚体。因此，刚体是从实际物体抽象得来的一种理想化的力学模型，自然界中并不存在。变形体：指在运动中和受力作用后，形状和大小都发生改变的物体。

即当物体的微小变形在所研究的问题中转化(zhuǎnhuà)为主要因素时，就不能再把此物体看做刚体，而必须视为变形体共二十九页力学分析中的基本假设：

一些力学问题中，在研究构件的强度、刚度、稳定性时，常根据与问题有关的一些主要(zhǔyào)因素，省略一些关系不大的次要因素，对材料作一定的假设来简化力学模型。主要假设如下：均匀连续性假设变形固体由同种性质的材料构成，在其整个体积内部毫无空隙地、连续地充满(chōngmǎn)了同种性质的材料。各向同性

假设认为变形固体沿各个方向的力学性能均相同。共二十九页如果材料在各个方向具有相同力学性能，则称为各向同性(ɡèxiànɡtónɡxìnɡ)材料，如钢材、玻璃等。如果材料在不同方向上具有不同的力学性能，则称为各向异性材料，如木材、一些种类的复合材料等。小变形指实际工程中的构件在荷载作用下，其变形与构件的原尺寸相比通常很小，可以忽略不计，称这一类变形为小变形。线弹性假设作用于变形固体上的外力与变形固体的弹性变形始终成正比例关系。（是针对结构变形而言的）共二十九页在荷载作用下，一般工程材料制成的构件都要产生变形。如果荷载不超过一定的范围，在荷载卸去后，构件能够恢复到原来的形状；如果荷载过大，则在卸载后，构件只能部分复原，而要残留一部分不能消失的变形。

卸载后能够完全消失的那一部分变形称为弹性变形；而残留下来(xiàlái)不能消失的那部分变形则称为塑性变形。

建筑力学研究均质连续、各向同性的结构和结构构件的线弹性、小变形的力学模型。共二十九页1.3建筑(jiànzhù)力学的课程特点及要求

课程(kèchéng)特点理论推导概念性强；计算分析技巧性高；结合工程实际紧密；实践教学与理论教学并进共二十九页

课程(kèchéng)基本要求掌握平面结构体系的平衡条件及分析方法和平面结构的几何组成规律，建筑结构和构件在各种条件下的强度、刚度、稳定性等方面的问题；掌握平面静定结构的内力(nèilì)分析和位移计算，平面超静定结构体系在各种条件下的受力分析方法和相应的近似分析方法；实践训练，培养独立分析问题和解决问题的能力。共二十九页内容(