《建筑力学基础》课件

建筑力学基础建筑力学是建筑学的基础学科之一，是研究建筑结构在外力作用下的受力状态、变形和稳定性等问题的学科。课程概述课程目标本课程旨在为学生提供建筑力学的基础知识，帮助学生理解结构行为，并为后续专业课程学习奠定基础。课程内容课程内容涵盖力学基本概念、材料力学基础、结构分析方法、常用结构类型等。学习方法理论学习与实践相结合，通过课堂讲授、案例分析、实验操作等方式加深理解。考核方式平时作业、期中考试、期末考试等方式进行考核。建筑力学的定义和研究对象定义建筑力学研究建筑物在各种外力作用下，例如风力、地震、荷载等，结构的受力情况、变形情况、稳定性以及强度等。研究对象建筑力学的核心研究对象是建筑物本身，包括各种结构形式，例如钢筋混凝土结构、钢结构、木结构等。研究目标建筑力学旨在确保建筑物在各种条件下安全可靠，保证建筑物的稳定性、强度和耐久性。力的基本概念力的定义力是物体之间的相互作用,可以使物体发生形变或改变物体运动状态。力的特性力具有大小和方向,是一个矢量,力的作用效果与力的方向有关,力的大小用牛顿(N)作为单位。力的分类力的分类包括重力、弹力、摩擦力、压力、拉力等,不同的力具有不同的作用方式和特点。均匀分布荷载均匀分布荷载是指在构件上沿长度或面积均匀分布的荷载。这种荷载通常由结构的自重或覆盖在结构上的物体，如建筑材料、设备、人员等造成。计算均匀分布荷载作用下的结构时，需要将分布荷载转化为集中荷载，才能方便地进行计算。转化方法是将分布荷载的总值乘以作用面积的中心点坐标，得到一个集中荷载，并将其作用在中心点上。集中荷载集中荷载是指作用于结构物上的力，其作用面积相对很小，可以近似地认为作用在一点上。例如，建筑物上的吊车、桥梁上的车辆等，它们的作用力都可视为集中荷载。弹性力学基础11.应力应变关系描述材料在受力时的变形行为，是弹性力学的重要基础。22.胡克定律描述材料在弹性范围内应力和应变的线性关系，是弹性力学的基本定律之一。33.弹性常数反映材料在弹性变形过程中的刚度特性，例如杨氏模量、泊松比等。44.弹性极限材料在受力后恢复原状的能力，是判断材料是否发生塑性变形的重要指标。应力和应变应力材料内部抵抗外力的作用力，称为应力。应力是物体内部各部分之间的相互作用。应变材料在外力作用下产生的形变，称为应变。应变是物体在外力作用下发生的相对形变程度。杆件受拉和受压1定义当杆件受到轴向拉力时称为受拉，受到轴向压力时称为受压。2应力杆件内部产生的内力与截面积的比值。3应变杆件的变形量与原长的比值。4胡克定律在弹性范围内，应力与应变成正比。杆件受剪切1剪切应力剪切应力是指作用在物体截面上的平行于截面的力。2剪切应变剪切应变是指物体由于剪切力而产生的变形。3剪切模量剪切模量是材料在剪切作用下的刚度指标，表示材料抵抗剪切变形的程度。4剪切强度剪切强度是指材料抵抗剪切破坏的能力。杆件受剪切时，横截面上会产生剪切应力和剪切应变，剪切应力的方向平行于截面，剪切应变是指横截面上的变形角度。剪切模量反映了材料抵抗剪切变形的能力，剪切强度则是指材料抵抗剪切破坏的能力。不同的材料具有不同的剪切模量和剪切强度，这些参数对于建筑结构的设计和计算至关重要。弯曲梁的应力和应变弯曲应力弯曲应力是弯曲梁内部产生的应力，它的大小与弯矩和截面几何形状有关。弯曲应变弯曲应变是弯曲梁内部产生的变形，它的大小与弯曲应力和材料的弹性模量有关。复合应力拉伸和压缩应力同时作用在物体上的拉伸和压缩应力，称为复合应力。剪切应力当物体受到平行于其表面的力时，会产生剪切应力。弯曲应力弯曲应力是由于弯矩引起的，在梁的横截面上产生。扭转应力扭转应力是由于扭矩引起的，在物体横截面上产生。材料的性质强度材料抵抗外力而不破坏的能力。分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。弹性材料在外力作用下发生形变，去除外力后能够恢复原状的性质。塑性材料在外力作用下发生永久变形的能力。硬度材料抵抗外力压入或刻划的能力。冲击载荷1瞬时载荷冲击载荷是作用时间极短的载荷，例如地震或爆炸。2冲击力冲击载荷会导致结构产生较大的动应力，这可能导致结构破坏。3冲击强度冲击载荷的强度取决于载荷的大小和作用时间。4结构设计设计结构时需要考虑冲击载荷的影响，并采取相应的抗冲击措施。材料的疲劳重复载荷材料在反复的应力作用下，即使应力低于屈服强度，也会在一定循环次数后发生断裂，这种现象称为疲劳。疲劳极限材料在一定循环次数下，能承受的最高应力称为疲劳极限。疲劳极限是衡量材料疲劳性能的重要指标。影响因素疲劳寿命受载荷大小、载荷频率、环境温度、材料表面状态等因素的影响。疲劳现象在工程结构设计中非常重要，需要谨慎考虑。桁架结构桁架是一种由杆件组成的结构系统，杆件通过铰接连接在一起形成三角形单元。桁架结构具有轻巧、稳定、承载能力强等特点，广泛应用于建筑、桥梁、电力塔等领域。斜拉结构斜拉桥是现代桥梁建筑中的杰作，由桥塔、斜拉索和桥面构成。斜拉索从桥塔顶部斜向桥面，将桥面拉起，形成独特的结构形式。斜拉结构的应用非常广泛，例如：公路桥、铁路桥、人行桥等。悬索结构桥梁悬索桥是一种利用钢索悬挂桥面的结构形式，常用于跨越较宽的水道或峡谷。建筑在现代建筑中，悬索结构也应用于高层建筑，例如高耸的摩天大楼。体育场馆悬索结构也常用于大型体育场馆的屋顶，创造出独特的建筑造型。柱的稳定性轴向压力柱受到的压力会对其稳定性产生影响，压力越大，稳定性越差。柱长柱子的长度越长，稳定性越差，更容易发生失稳。截面形状截面的形状和大小也会影响柱的稳定性，圆形截面比方形截面稳定性更好。支撑条件柱子的支撑条件也会影响其稳定性，例如固定端比铰接端稳定性更好。框架结构组成由梁、柱和节点构成的结构体系，可以承受各种方向的荷载。应用广泛应用于各种建筑物、桥梁等工程项目中。优势结构形式灵活，可以根据不同的需求设计不同类型的框架结构。可靠性具有较高的抗震性能，能够承受各种荷载和地震力的冲击。抗震设计结构抗震抗震设计主要是为了确保建筑结构在发生地震时，能够抵抗地震力的破坏，保障建筑物和人员的安全。抗震设计要考虑地震的强度、频率和持续时间等因素，同时还要考虑建筑物的类型、材料和结构形式。措施抗震设计主要采用以下措施：提高建筑物的抗震能力，降低地震对建筑物的破坏程度，包括合理选材、优化结构形式、采用抗震措施、加固建筑物等。大跨度结构11.跨度大桥梁、体育场、展览馆等建筑物。22.复杂荷载风荷载、地震荷载、温度荷载等复杂荷载。33.独特结构形式拱结构、悬索结构、斜拉结构等独特结构形式。44.结构分析与设计有限元分析、结构优化设计等先进技术。高层建筑结构风荷载高层建筑受到风荷载的影响很大，风荷载会对建筑物产生较大的力，影响建筑物的稳定性，设计人员必须考虑风荷载的影响，对建筑物进行抗风设计。地震荷载高层建筑位于地震频发的地区，必须进行抗震设计，以确保建筑物在地震发生时能保持结构完整，避免倒塌。施工工艺高层建筑的施工工艺复杂，需要先进的施工技术和设备，以及严格的施工管理，才能保证建筑物的安全性和质量。空间结构概念空间结构指由杆件或板件在空间相互连接而成的结构体系。空间结构具有较高的刚度和稳定性，能有效抵抗各种荷载，在现代建筑中得到了广泛的应用。类型空间结构的类型多种多样，包括网架结构、壳体结构、索膜结构等。每种类型都有其独特的特点和应用场景，例如网架结构适合大跨度建筑，壳体结构适合大面积覆盖，索膜结构适合轻型建筑。结构分析方法1力法力法是一种经典的结构分析方法，它通过求解结构内力的平衡方程来确定结构的内力。力法主要适用于静定结构的分析。2位移法位移法是一种现代的结构分析方法，它通过求解结构节点的位移来确定结构的内力。位移法可以用于分析静定和超静定结构。3矩阵法矩阵法是一种基于线性代数的结构分析方法，它将结构的平衡方程表示成矩阵形式，并利用计算机程序进行求解。4有限元法有限元法是一种数值计算方法，它将结构离散成有限个单元，并通过求解每个单元的平衡方程来确定结构的整体响应。结构仿真技术有限元分析将结构分解成许多小的单元，并通过数值方法求解结构的响应。模型构建根据实际情况创建结构模型，并设置材料属性和边界条件。模拟与分析对模型进行分析，获取结构的应力、位移、振动等信息。优化设计基于仿真结果进行优化设计，提高结构的安全性、经济性和耐久性。结构优化设计性能提升优化设计可提高结构的承载能力、抗震性能和耐久性。成本节约通过合理利用材料和减少浪费，降低建筑成本。环境友好优化设计有助于减少材料消耗和碳排放，实现可持续发展。美观实用优化设计能够使结构更美观、更合理、更实用。结构健康监测监测目的监测结构的健康状态，及时发现潜在的损伤和缺陷，确保结构的安全性和耐久性。监测技术包括传感器技术、数据采集技术、数据处理技术和评估技术等，用于获取结构的实时数据。监测应用应用于各种类型的结构，包括桥梁、建筑物、隧道、水坝等，提高结构的安全性。结构维修加固延长结构寿命通过修复和加固，可以显著延长建筑物的使用寿