《建筑结构原理》课件

《建筑结构原理》课程简介本课程旨在帮助学生了解建筑结构的基本原理和设计方法。课程内容涵盖静力学、材料力学、结构分析和设计等方面。课程大纲绪论课程概述，结构力学发展史，结构与建筑的关系建筑结构体系建筑结构的类型，结构的力学模型，结构分析方法概述静力学基础力的概念，力的合成与分解，力的平衡，力矩，力偶，静力学基本定理材料力学基础应力与应变，材料的力学性能，杆件的轴向拉伸与压缩，弯曲变形梁的受力分析梁的受力状态，剪力图与弯矩图，梁的正应力和剪应力柱的受力分析柱的受力状态，柱的稳定性分析，柱的强度计算屋架结构屋架的类型，屋架的力学分析，屋架的强度计算钢结构钢结构的基本构造，钢结构连接方式，钢结构构件的强度设计结构与建筑的关系结构承载建筑结构是建筑物的骨架，提供支撑和稳定性。结构系统确保建筑物安全可靠地承受各种荷载，防止倒塌。建筑实现功能建筑通过结构的合理设计，实现特定的功能需求，例如空间划分、采光通风、美学表现等。结构塑造空间结构元素直接影响建筑物的空间形态和视觉效果，塑造建筑的独特风格和美学特征。建筑物的载荷分类恒载建筑物自身重量，包括墙体、楼板、屋顶、门窗等。活载使用过程中产生的可变载荷，如人员、家具、设备等。雪载积雪对屋顶的荷载，主要影响北方地区。风载风力对建筑物的荷载，主要影响高层建筑。静力作用下的结构分析1静力平衡条件力矩平衡，静力作用下结构处于稳定状态，保持静止。2力学模型将复杂结构简化为理想化的力学模型，方便分析。3求解方法基于静力学原理，采用力法或位移法求解结构内力。荷载作用下结构的受力分析外部荷载外部荷载包括自重、活荷载、风荷载、地震荷载等，它们会对结构产生各种不同的力。内力结构内部由于外部荷载的作用而产生的抵抗力的，包括轴力、剪力、弯矩等。变形结构在荷载作用下会产生变形，如轴向变形、剪切变形、弯曲变形等，变形是结构抵抗外力的表现。应力结构内部抵抗外力而产生的应力，包括正应力、剪应力等，是结构内部抵抗外力的强度指标。力的平衡方程力的平衡方程是结构力学的基础。它描述了静止物体在受到多个力作用时，所有力在各个方向上的合力为零。∑Fx=0水平方向上的合力为零∑Fy=0竖直方向上的合力为零∑Mz=0绕某一点的力矩之和为零几何条件和支座约束11.几何条件几何条件是指结构的形状、尺寸和节点之间的相互连接关系。例如，梁的长度、柱的高度和节点的连接方式都属于几何条件。22.支座约束支座约束是指结构与地基或其他结构之间的连接方式，它限制了结构的运动，并对结构产生反力。例如，固定支座可以限制结构的水平和竖直位移，而铰支座只能限制结构的竖直位移。33.约束力的作用支座约束可以对结构产生反力，这些反力被称为约束力。约束力是结构能够抵抗荷载作用的重要因素，它能够保证结构的稳定性和安全性。44.影响因素结构的几何条件和支座约束是影响结构受力状态和内力分布的关键因素，也是进行结构分析和设计的重要依据。静力确定结构静力确定结构是指在结构受外力作用时，其内部各点的力可以根据平衡方程和几何条件直接求解的结构。1可解性结构的内力可以根据平衡方程和几何条件直接求解2稳定性结构在荷载作用下保持平衡状态3确定性结构的受力状态和内力分布可以确定静力确定结构具有结构简单、计算方便的特点，在建筑设计中得到广泛应用。静力不确定结构定义静力不确定结构是指结构的支座反力或内力无法仅凭平衡方程确定，需要引入变形协调方程来求解。特点结构内部存在多余约束，导致方程组数量不足以求解所有未知量。例子连续梁、框架结构、拱结构等，这些结构在静力学意义上存在多余约束。分析方法常用的分析方法包括力法、位移法和矩阵法，这些方法通过引入结构的变形特性，来求解结构的受力状态。梁的受力状态和内力分布弯曲梁受到垂直于轴线的载荷，产生弯曲变形。剪力梁截面上的内力，抵抗横向载荷引起的剪切变形。弯矩梁截面上内力的力偶，抵抗弯曲变形。梁的正应力和剪应力梁在弯曲变形时，横截面上会产生正应力和剪应力。正应力是垂直于横截面的应力，剪应力是平行于横截面的应力。1正应力由弯矩引起2剪应力由剪力引起3最大值发生在梁的中性轴上4分布呈线性变化柱的受力状态和内力分布1轴向压力柱子主要承受来自上部结构的竖向荷载，表现为轴向压力。2弯矩由于荷载偏心或楼板的刚性差异，柱子上还会产生弯矩。3剪力柱子上部结构传递的剪力也会作用在柱子上，影响其受力状态。4内力分布柱子内力的分布取决于荷载的类型、大小和作用位置。柱的稳定性分析轴向压力柱子承受的轴向压力会引起柱子的弯曲变形，影响其稳定性。材料性质材料的强度和刚度会影响柱子的稳定性，强度不足会导致柱子屈服，刚度不足会导致柱子过度弯曲。几何尺寸柱子的长度、截面形状和尺寸会影响其稳定性，长度越长，截面尺寸越小，稳定性越差。约束条件柱子的固定方式和约束条件会影响其稳定性，约束条件越严格，稳定性越好。屋架结构的类型和特点屋架是一种常见的建筑结构，用于支撑屋顶并传递荷载。屋架的类型很多，常见的有三角形屋架、平行弦屋架和拱形屋架等。三角形屋架是最基本的屋架形式，具有稳定性高、承载能力强等优点，常用于跨度较小的建筑物。平行弦屋架的弦杆平行，适用于跨度较大的建筑物。拱形屋架的弦杆呈拱形，具有良好的抗弯能力，常用于跨度更大、荷载更重的建筑物。平面桁架的力学分析1结构分析方法节点法、截面法2平衡方程力的平衡、力矩平衡3杆件内力拉力、压力、零力杆平面桁架是典型的受力结构。分析桁架结构需要掌握节点法、截面法等方法。通过力的平衡方程，可以求解出每个杆件的内力，包括拉力、压力或零力杆。钢结构的基本构造钢结构类型主要分为框架结构、桁架结构、网架结构等，不同的类型在承载力和施工难度上有所差异。框架结构以梁柱体系为主，适合大跨度建筑。钢结构构件常见构件包括梁、柱、屋架、墙板、楼板等，材料以优质钢材为主。钢结构构件的尺寸和形状根据结构的具体要求而定。连接方式主要通过焊接、螺栓连接、铆接等方式将各构件连接在一起，确保结构的整体稳定性。不同的连接方式各有优缺点，应根据实际情况进行选择。钢结构连接方式螺栓连接常用连接方式，易于拆卸，连接可靠，适合于各种钢结构。焊接连接将钢构件直接焊接，形成整体结构，强度高，适用于重要结构。铆接连接用铆钉连接钢构件，适合于大型钢结构，强度高，但施工较复杂。高强度螺栓连接利用高强度螺栓的预紧力，将钢构件连接在一起，适用于高强度结构。钢结构构件的强度设计钢结构构件的强度设计是指根据构件所承受的荷载和材料的性能，确定构件的截面尺寸和连接方式，以确保构件在使用过程中不会发生断裂或屈服。强度设计需要考虑构件的材料性能，例如抗拉强度、抗压强度和屈服强度，以及构件的截面形状、尺寸和连接方式。钢结构构件的稳定性设计钢结构构件的稳定性设计是保证结构整体安全的重要环节，需要考虑构件在各种荷载作用下是否会发生失稳。失稳是指结构在承受荷载时，失去其原有的平衡状态而发生突然的变形，导致结构整体失效。1.5屈曲构件在压缩荷载作用下发生突然的横向弯曲变形2.0扭转构件在扭矩作用下发生扭转失稳3.0失稳构件在组合荷载作用下发生的各种失稳形式4.0设计通过合理的结构形式、尺寸设计，以及材料选用等措施，提高构件的稳定性。混凝土材料的基本性质强度和硬度混凝土材料能够承受外部压力和冲击力，其强度取决于材料的配比和养护方式。耐久性混凝土具有良好的耐腐蚀性和耐磨损性，能够长期保持结构完整性和稳定性，抗风化，耐水。可塑性混凝土在搅拌状态下具有可塑性，能够根据需要浇筑成各种形状，并能够适应各种地形和环境条件。经济性混凝土材料成本较低，资源丰富，易于获取，方便运输，易于施工，是常见的建筑材料之一。钢筋混凝土结构的受力分析荷载传递钢筋混凝土结构承受各种荷载，例如重力荷载、风荷载、地震荷载等。应力分布荷载通过混凝土和钢筋传递，混凝土承受压应力，钢筋承受拉应力。协同作用钢筋和混凝土共同作用，共同抵抗各种荷载，提高结构的整体强度和抗震能力。受力分析需要对结构进行受力分析，计算出不同部位的应力、应变，确保结构安全可靠。钢筋混凝土梁的受力分析1外荷载分布荷载和集中荷载2内力弯矩和剪力3应力正应力和剪应力4应变拉伸和压缩钢筋混凝土梁在荷载作用下，会产生弯矩和剪力。这些内力会引起梁的弯曲变形，并导致梁内部产生正应力和剪应力。钢筋混凝土梁的受力分析是结构设计的重要环节，确保梁能够承受设计荷载并满足使用要求。钢筋混凝土柱的受力分析1轴心受压钢筋混凝土柱承受轴向压力时，混凝土和钢筋共同抵抗外力，使柱体保持稳定，实现结构安全。2偏心受压钢筋混凝土柱承受偏心压力时，柱体内会产生弯矩和剪力，需要进行受力分析，以确保柱体在压力和弯矩作用下能够安全承载。3受弯破坏钢筋混凝土柱在承受较大偏心力或弯矩时，会发生弯曲破坏，混凝土压碎，钢筋屈服。砌体结构的力学特性砌体结构由砖、石或其他块体材料砌筑而成。砌体结构的力学特性受材料强度、块体尺寸、砌筑质量、砂浆强度等因素影响。砌体结构的承载力主要取决于砌块强度和砂浆强度。砌体结构的抗震性能主要取决于砌筑方式和砂浆性能。砌体结构设计的基本原则材料性能充分利用砌块的强度、抗剪强度和耐久性，确保结构安全可靠。力学特性合理考虑砌体结构的力学性能，包括受压、抗剪、变形等，进行科学设计。施工质量注重砌体结构的施工质量，确保砌筑砂浆的强度和均匀性，保证墙体的平整度和垂直度。抗震性能根据抗震规范，采取有效的抗震措施，如设置钢筋、构造柱等，增强结构抗震能力。基础的类型和受力分析1浅基础浅基础是指埋深小于基础宽度的一半的类型。2深基础深基础是指埋深大于基础宽度的一半的类型。3独立基础独立基础通常用于承载单个柱子或墙体。4条形基础条形基础主要用于承载房屋的承重墙体。地基承载力的计算地基承载力是指地基土抵抗建筑物荷载的能力。计算地基承载力需要考虑多种因素，例如土壤类型、地下水位、地基深度、荷载类型和基础尺寸。基础的构造与设计基础类型基础类型主要包括独立基础、条形基础、筏板基础、桩基础等。独立基础适用于单柱荷载较小的情况，条形基础适用于承