建筑力學(xué)基本理論

第一章建筑力學(xué)的根本理論建筑力學(xué)是一門技術(shù)根底課程，它為受力問題的解決提供根本的力學(xué)知識，從理性、建構(gòu)的角度為建筑設(shè)計提供思路，從而實現(xiàn)建筑設(shè)計平安、美觀、經(jīng)濟(jì)實用的理想。石拱橋斗拱結(jié)構(gòu)埃菲爾鐵塔高320.7米鋼塔聳立在大橋南北兩側(cè)，高342米，鋼塔之間的大橋跨度達(dá)1280米，為世界所建大橋中罕見的單孔長跨距大吊橋之一,從海面到橋中心部的高度約60米.寬27.4米,長2000多米吉隆坡石油雙子大廈鋼結(jié)構(gòu)高層建筑1.1建筑力學(xué)的任務(wù)建筑結(jié)構(gòu)是在建筑物或構(gòu)筑物中起骨架(承受和傳遞荷載)作用的主要物體。組成建筑結(jié)構(gòu)的根本部件稱為構(gòu)件。力學(xué)是研究物體機(jī)械運動規(guī)律的學(xué)科。建筑力學(xué)主要研究建筑物或構(gòu)筑物中的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。結(jié)構(gòu)——建筑物中承受荷載并起骨架作用的局部。構(gòu)件——組成結(jié)構(gòu)的單個部件。建筑力學(xué)研究的內(nèi)容：力系的簡化和力系的平衡強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)材料抵抗破壞的能力

剛度是構(gòu)件和結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力

穩(wěn)定性是結(jié)構(gòu)保持原有平衡形態(tài)的能力建筑力學(xué)的任務(wù)：是通過研究結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性；材料的力學(xué)性能；結(jié)構(gòu)的幾何組成規(guī)那么，在保證平安可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)約的前提下，選擇合理的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件。1.2建筑結(jié)構(gòu)的荷載《建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50009--2001)1.2.1荷載的分類荷載按分布情況分集中荷載和分布荷載按作用性質(zhì)分靜力荷載和動力荷載按作用時間分永久、可變和偶然荷載1)集中荷載和分布荷載〔1〕集中荷載輪壓P1和P2

集中荷載

次梁傳給主梁的力集中荷載力集中作用于一點b=200mmh=500mm〔2〕分布荷載力在構(gòu)件內(nèi)部或表面上連續(xù)作用連續(xù)作用密集程度

分布集度分布荷載體分布荷載面分布荷載線分布荷載單位體積上的力（kN/m3）單位面積上的力（kN/m2）單位長度上的力（kN/m）例如，構(gòu)件的自重就是體荷載。鋼筋混凝土：；鋼材：。已知鋼筋砼的容重，則在板面上分布荷載的集度：p＝4kN/m2q=2.5kN/m鋼筋混凝土梁，則沿梁的軸線分布荷載的集度：2)永久荷載和可變荷載

〔1〕永久荷載〔恒載〕作用時間長久，位置固定，數(shù)值不變〔2〕可變荷載〔活載〕作用時間短暫、位置不定，數(shù)值可變荷載示意圖結(jié)構(gòu)荷載簡圖①—構(gòu)件自重②—雪荷載或施工荷載③—風(fēng)荷載風(fēng)荷載雪荷載施工荷載永久荷載構(gòu)件自身和建筑構(gòu)造層（樓面、頂棚、裝飾面層等）的重力荷載梁上為均布荷載而柱為集中荷載圖中的①可變荷載雪荷載或施工荷載，風(fēng)荷載人群、家具、設(shè)備等樓面使用活載圖中的②和③

處理成均布荷載〔3〕偶然荷載3)靜力荷載和動力荷載〔1〕靜力荷載逐漸增加的荷載，其大小和位置變化，不會引起顯著的結(jié)構(gòu)振動〔2〕動力荷載荷載作用在結(jié)構(gòu)上會引起顯著的結(jié)構(gòu)振動結(jié)構(gòu)的自重及其它恒載動力設(shè)備〔如吊車〕所產(chǎn)生的荷載以及地震荷載等靜力荷載動力荷載1.2.2常見的建筑荷載1〕結(jié)構(gòu)自重2〕樓面均布活荷載：人、家具、設(shè)備3〕風(fēng)荷載：與當(dāng)?shù)馗撅L(fēng)壓、建筑物體型、高度、地面粗糙度等因素有關(guān)4〕雪荷載承載能力極限狀態(tài)——當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)力超過其承載能力的狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)——當(dāng)結(jié)構(gòu)的變形、裂縫或應(yīng)力超過允許值的狀態(tài)1.2.3荷載效應(yīng)組合1.3建筑結(jié)構(gòu)的簡化

1.3.1結(jié)構(gòu)簡化的原那么1〕符合建筑結(jié)構(gòu)實際的受力情況2〕方便受力分析和計算，盡量做到簡單易行3〕要滿足一定的精度要求簡化圖形

實際結(jié)構(gòu)代替結(jié)構(gòu)計算簡圖三大要素結(jié)構(gòu)上的荷載約束（支座、結(jié)點）的簡化計算長度的確定1、桿件及桿系結(jié)構(gòu)桿——它的幾何特征是細(xì)而長，即l>>h，l>>b。桿又可分為直桿和曲桿。1.3.2結(jié)構(gòu)體系的分類桿系結(jié)構(gòu)——分為平面桿系結(jié)構(gòu)和空間桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)——梁、拱、桁〔網(wǎng)〕架、剛架等單跨簡支梁多跨連續(xù)梁拱桁架網(wǎng)架平面剛架空間剛架2、薄壁結(jié)構(gòu)——厚度遠(yuǎn)小于其它另兩個尺度之結(jié)構(gòu)平板折板結(jié)構(gòu)筒殼球殼3、懸索結(jié)構(gòu)懸索斜拉橋懸索吊裝實體結(jié)構(gòu)它的幾何特征是三個方向的尺寸都是同量級的。4、實體結(jié)構(gòu)1.3.3支座的簡化計算簡圖中常用的有三種：固定鉸支座、活動鉸支座、固定端支座。固定端支座固定鉸支座此外還有滑動支座等?；顒鱼q支座滑動支座屋架與柱不能有相對位移但可發(fā)生微小的相對轉(zhuǎn)動屋架與柱不能有相對位移但可發(fā)生微小的相對轉(zhuǎn)動1.3.4結(jié)點的簡化構(gòu)件之間的聯(lián)結(jié)處為結(jié)點。在計算簡圖中，通常將結(jié)點簡化為鉸結(jié)點或剛結(jié)點。木屋架預(yù)埋螺栓木梁鉸結(jié)點鉸結(jié)點梁柱現(xiàn)澆剛結(jié)點剛性

相互為固定約束

屋架梁柱柱1.3.5構(gòu)件的簡化構(gòu)件桿件計算簡圖用軸線代替桿件之間聯(lián)結(jié)用結(jié)點表示桿長用結(jié)點間的距離表示荷載的作用點移至軸線上梁梁柱柱鉸接

剛接排架剛架陰影部分計算單元1.3.6結(jié)構(gòu)體系的簡化平面排架框架結(jié)構(gòu)平面圖縱橫向劃分縱向剛架橫向剛架變形固體是在外力作用下，會產(chǎn)生變形的固體。

變形固體在外力作用下會產(chǎn)生兩種性質(zhì)的變形：彈性變形當(dāng)外力消除時，變形隨著消失的變形；塑性變形當(dāng)外力消除后，不能消失的變形。1.完全彈性假設(shè)當(dāng)塑性變形很小，忽略不計，認(rèn)為只有彈性變形，這種只有彈性變形的變形固體稱為完全彈性體。1.4建筑力學(xué)的根本假設(shè)2．均勻連續(xù)假設(shè)假設(shè)變形固體在其整個體積內(nèi)用同種介