建筑力学第一章绪论

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建筑力学1-绪论

材料力学的任务就是在保证构件满足强度、刚度和稳定性要求的前提下，以最经济的代价为构件选择适宜的材料，确定合理的形状和尺寸，提供必要的理论基础和计算方法。
建筑结构的受力分析——结构力学
建筑物中起支承荷载作用的骨架称为结构。房屋中的屋架、梁、板、柱、基础等构件或由这些构件联结而成的体系都是结构的典型例子。图 0.1为一工业厂房的结构示意图。按照几何观点，结构可以分为三类：（1）杆件结构结构由杆件组成。（2）薄壁结构结构的厚度远小于其它两个尺度，如折板、板壳等。（3）实体结构结构的三个尺度为同一量级，如挡土墙、堤坝等。
力系的简化和力系的平衡问题——静力学
静力学是研究物体在力作用下的平衡规律的科学。在一般工程问题中，所谓平衡是指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动的状态。平衡是物体机械运动的一种特殊形式，它的特点是物体的运动状态不发生变化。通常，一个物体所受的力不止一个而是若干个。我们把作用于物体上的一组力，称为力系。如果物体在力系作用下处于平衡状态，则该力系称为平衡力系。
建筑力学
第一章绪论
1，着重于基本概念——掌握力学的最基本概念，建立起力学的基本概念； 2，着重于分析问题和解决问题——掌握力学分析的基本要求，能分析和解决问题； 3，着重于与建筑实践环节的联系——掌握建筑上所应用的必备力学知识；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 1-1 建筑力学的任务
一，建筑结构的概念——由构件按合理形状组成的骨架，用于承担预定荷载和围合组成建筑的支撑体系叫建筑结构；二，建筑结构的作用——承担荷载，荷载使结构产生变形或产生破坏；三，建筑力学研究的问题—— 1，力系的简化和力系的平衡问题； 2，建筑材料的强度问题；刚度问题，稳定问题； 3，建筑结构的受力分析及几何组成问题。

第一章建筑力学绪论

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。
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。
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 某仓库平面楼盖
图1-5 悉尼歌剧院
3 、实体结构是在长、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。
1.3 建筑力学的课程特点及要求
课程特点
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
课程基本要求
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。
（c）某厂房屋架---桁架
图1-2
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。
t
b a

建筑力学

空间站和航天器
大型桥梁的强度刚度稳定问题
§1-2刚体、变形固体及其基本假设
一.刚体
就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。
二.变形固体
在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体
§1-2刚体、变形固体及其基本假设
三.基本假设
1、连续性假设：物质密实地充满物体所在空间，毫无空隙。
（可用微积分数学工具） 2、均匀性假设：物体内，各处的力学性质完全相同。
3、各向同性假设：组成物体的材料沿各方向的力学性质完全相同。（这样的材料称为各向同性材料；沿各方向的力学性质不同的材料称为各向异性材料。）
4、小变形假设（条件）：材料力学所研究的构件在载荷作用下的变形与原始尺寸相比甚小，故对构件进行受力分析时可忽略其变形。
第一章绪论
一、建筑力学的研究对象、内容和任务二、刚体、变形固体及其基本假设三、杆件变形的基本形式四、荷载的分类
§1-1建筑力学的研究对象、内容和任务
一. 建筑力学研究对象
杆系结构
板
薄壁结构
壳
实体结构
杆
件
快
体
工程中多为梁、杆结构
二.建筑力学的内容和任务
建筑力学的主要内容：（1）研究物体的受力分析、力系的等效替换或简化以及建立力系的平衡条件等。（2）研究构件在外力作用下的应力和变形。（3）研究结构的几何组成规律和合理形式以及结构在外力作用下的内力和变形。
§1-3 杆件变形的基本形式
内容种类
外力特点
轴向拉伸及压缩
Axial Tension
剪切 Shear
扭转 Torsion
平面弯曲 Bending
组合受力（Combined Loading）与变形

建筑力学第一章

第一章绪论
• 第一节建筑力学的研究对象 • 第二节建筑力学的基本任务 • 第三节变形固体及其基本假设
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第一节建筑力学的研究对象
• 一、基本概念 • 建筑力学的研究对象是建筑结构及其构件.建筑结构(如厂房、桥梁、
闸、坝、电视塔等)是由工程材料制成的构件(如梁、柱等)按合理方式连接而成的,它能承受和传递荷载, 起骨架作用.例如,单层工业厂房的基础、柱、屋架(梁)通过相互连接而构成厂房的骨架(图１-１).又如民用建筑中的框架,公路与铁路工程中的桥梁以及挡土墙、水坝等,也是结构的实际例子.结构一般是由多个构件连接而成的,如桁架、框架等. 最简单的结构则是单个构件,如单跨梁、独立柱等. • 二、结构分类 • 结构的类型很多,按照结构构件的形状和几何尺寸,可以将结构分为杆件结构、板壳结构和实体结构三类.
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第三节变形固体及其基本假设
• (四)小变形假设 • 在实际工程中,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,这一类变形称为小变形.所以,在研究构件的平衡和运动时,可按变形前的原始尺寸和形状进行计算.研究和计算变形时,变形的高次幂项也可忽略不计.这既可以简化计算,又不影响计算结果的实用精度.
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第二节建筑力学的基本任务
• (４)稳定性问题.对于比较细长的轴心受压杆,当压力超过某一定压力时,杆将不再保持直线形状,而突然从原来的直线形状变成曲线形状,改变它原来受压的工作性质而发生破坏,这种现象称为丧失稳定,简称 “失稳”.例如房屋中承重的柱子,如果过细、过高,就可能由于失稳而导致整个房屋突然倒塌.
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第二节建筑力学的基本任务
• 在结构设计中,其他条件一定时,如果构件的截面设计得过小,当构件所受的荷载大于构件的承载能力时,结构将不安全,它会因变形过大而影响正常工作,或因强度不够而破坏.当构件的承载能力大于构件所受的荷载时,则要多用材料,造成浪费.因此,建筑力学的任务是讨论和研究使建筑结构及构件在荷载或其他因素(支座移动、温度变化)的作用下能安全、正常地工作且符合经济要求的理论和计算方法, 它可归纳为以下几个方面的内容:

建筑力学第1章绪论

第一章绪论§1-1 结构与构件建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分称为结构。

图1-1中所示的即为一单层厂房结构。

结构受荷载作用时，如不考虑建筑材料的变形，其几何形状和位置不发生改变。

组成结构的各单独部分称为构件。

图1-1中的基础、柱、吊车梁、屋面板等均为构件。

结构一般叫按其几何特征分为三种类型：(1)杆系结构组成杆系结构的构件是杆件。

杆件的几何特征是其长度远远大于横截面的宽度和高度。

(2)薄壁结构组成薄壁结构的构件是薄板或薄壳。

薄板、薄壳的几何特征是其厚度远远小于它的另两个方向的尺寸。

(3)实体结构它是三个方向的尺寸基本为同量级的结构。

建筑力学以杆系结构作为研究对象。

§1—2刚体、变形固体及其基本假设结构和构件可统称为物体。

在建筑力学中将物体抽象化为两种计算模型：刚体模型、理想变形固体模型。

刚体是受力作用而不变形的物体，实际上，任何物体受力作用都发生或大或小的变形，但在一些力学问题中，物体变形这一因素与所研究的问题无关，或对所研究的问题影响甚微，这时，我们就可以不考虑物体的变形，将物体视为刚体，从而使所研究的问题得到简化。

在另一些力学问题中，物体变形这一因素是不可忽略的主要因素，如不予考虑就得不到问题的正确解答。

这时，我们将物体视为理想变形固体。

所谓理想变形固体，是将一般变形固体的材料加以理想化，作出以下假设：(1)连续性假设认为物体的材料结构是密实的，物体内材料是无空隙的连续分布。

(2)均匀性假设认为材料的力学性质是均匀的，从物体上任取或大或小的一部分，材料的力学性质均相同。

(3)各向同性假设认为材料的力学性质是各向同性的，材料沿不同的方向具有相同的力学性质。

有些材料沿不同方向的力学性质是不同的，称为各向异性材料。

本教材中仅研究各项同性材料。

按照连续、均匀、各向同性假设而理想化了的一般变形固体称为理想变形固体。

采用理想变形固体模型不但使理论分析和计算得到简化，且所得结果的精度能满足工程的要求。

建筑力学第1章绪论.

第二节建筑力学的任务
建筑力学的任务是研究能使建筑结构安全、正常工作且符合经济要求的理论和计算方法，具体是： ⑴ 研究物体的受力分析、力系简化与平衡的理论。这是建筑力学的静力学基础。 ⑵ 研究结构和构件在荷载作用下内力的计算方法，以保证结构有足够的强度。强度：材料抵抗破坏的能力。 ⑶ 研究结构和构件在荷载作用下变形的计算方法，以保证结构有足够的刚度。刚度：结构抵抗单位变形的能力。
第五节荷载的分类
作用在建筑结构上的外力称为荷载，例如结构的自重、施加在结构上的土压力和水压力。 ⒈ 按作用在结构上的荷载分布状况分类 (2) 分布荷载。分布荷载指分布在结构某一表面上的荷载。
第五节荷载的分类
作用在建筑结构上的外力称为荷载，例如结构的自重、施加在结构上的土压力和水压力。 ⒈ 按作用在结构上的荷载分布状况分类 (3) 集中荷载。作用于结构上的荷载，当分布面积远远小于结构尺寸时, 可以认为此荷载是作用于结构某一点上的荷载，即集中荷载。
作用在建筑结构上的外力称为荷载，例如结构的自重、施加在结构上的土压力和水压力。 ⒈ 按作用在结构上的荷载分布状况分类 (1) 体荷载。体荷载指分布在结构整个体积内连续作用的荷载。如图所示的物体G的重力就是典型的体荷载。
第五节荷载的分类
作用在建筑结构上的外力称为荷载，例如结构的自重、施加在结构上的土压力和水压力。 ⒈ 按作用在结构上的荷载分布状况分类 (2) 分布荷载。分布荷载指分布在结构某一表面上的荷载。 ① 均布面荷载。 ② 均布线荷载。若均布面荷载换算到计算构件的纵轴线上，即均布面荷载乘以其负载宽度，则可得沿纵向的均布线荷载。 ③ 三角形分布荷载。三角形分布荷载如水对水池壁的侧向压力。
第三节刚体、变形体及其基本假设

建筑力学课件_第一章__绪论

课件制作人：肖昕迪
三、按作用性质分
1、静荷载、荷载从零慢慢增加到最后的确定值后，荷载从零慢慢增加到最后的确定值后，其大位置和方向就不再随时间而变化，小、位置和方向就不再随时间而变化，这样的荷载称为静荷载，如结构的自重、的荷载称为静荷载，如结构的自重、一般的活荷载等。活荷载等。 2、动荷载、是指荷载的大小、位置、是指荷载的大小、位置、方向随时间的变化而迅速变化称为动荷载。迅速变化，化而迅速变化，称为动荷载。如动力机械产生的荷载、生的荷载、地震力等
课件制作人：肖昕迪
二、按作用范围分
1、分布荷载、分布荷载是指满布在结构某一表面上的荷载，分布荷载是指满布在结构某一表面上的荷载，又可均布荷载和分为均布荷载非均布荷载。分为均布荷载和非均布荷载均布荷载：如梁的自重荷载连续作用，大小各处相同，均布荷载：如梁的自重荷载连续作用，大小各处相同，自重荷载以每米长度重力表示，自重荷载以每米长度重力表示，N/m或KN/m，或，又称线均布荷载。板的自重荷载也是均匀分布，又称线均布荷载。板的自重荷载也是均匀分布，但它是以每平米面积重力来表示的，它是以每平米面积重力来表示的， N/m2 ,KN/m2 非均布荷载：荷载的连续作用，但大小各处不相同。非均布荷载：荷载的连续作用，但大小各处不相同。如一水池的壁板受到的水压力作用。如一水池的壁板受到的水压力作用。
第二节荷载的分类
在建筑力学中，在建筑力学中，我们把作用在物体上的力一般分为两种：为两种：一种是使物体运动或有运动趋势的主动力主动力；一种是使物体运动或有运动趋势的主动力；第二种是阻碍物体运动的约束力所谓约束约束力。约束，种是阻碍物体运动的约束力。所谓约束，就是能够限制某构件运动。约束作用于被约束构件上的力就是约制某构件运动。约束作用于被约束构件上的力就是约束力。束力。通常把作用在结构上的主动力称为荷载荷载，通常把作用在结构上的主动力称为荷载，而把约束力称为反力反力，束力称为反力，荷载与反力是相互对立又相互依存的一个矛盾的两个方面。一个矛盾的两个方面。它们都是其他物体作用在结构外力。上的力，所以统称为外力在外力作用下，上的力，所以统称为外力。在外力作用下，结构内各部分之间产生相互作用的力称为内力内力。部分之间产生相互作用的力称为内力。

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荷载大小的确定：《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
二、荷载的分类
静力荷载(static load)
直接荷载
1、根据荷载对结构产生
2、根据荷载
的动力效应划分
接触方式划分
动力荷载(dynamic load)
间接荷载
集中荷载
1．均匀连续假设假设变形固体在其整个体积内用同种介质毫无空隙的充满了物体。
2．各向同性(Isotropy )假设假设变形固体沿各个方向的力学性能均相同。 3．小变形假设在实际工程中，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。
建筑力学的对象是均匀连续的、各向同性的、弹性变形的固体，且限于小变形范围的杆件和杆件组成的杆系结构。杆系结构是由杆件组成的结构
201米
韩国世界杯室内足球场
3水泥
多层与高层建筑物的结构型式
多混合结构
层
与高
框架结构
全剪力墙结构
层
框架－剪力
建筑
剪力墙结构
墙结构
筒中筒结构
筒体结构
成束筒结构
多筒体系
巨型结构
3.1 硅酸盐水泥
砖混结构
砌体结构的抗震试验框架结构来自剪力墙结构框架-剪力墙结构
第二节基本概念
（１）荷载（２）约束和约束反力（３）内力（4）位移
1荷载(load)的分类
一、定义
荷载：主动作用在结构上的外力。自重、风
广义荷载：外力、温度改变、支座沉降、制造误差、材料的收缩、地震作用、风荷载
作用（效应）：结构受力或变形 (温度变化、支座沉降、制造误差、材料收缩以及松弛、徐变等)
特点
杆件的截面尺寸远小长度
平面杆系结构
（2）建筑力学的基本假设刚体和变形固体
刚体在外力作用下，不产生变形的固体。变形固体在外力作用下，会产生变形的固体。绝对的固体是不存在的
在受力平衡分析中，材料的变形非常微小，为简化计算，可不考虑它们受力后的微小变形，而视为刚体
第二、三章
（2）建筑力学的基本假设
弹性力学板壳、实体结构
由此可见：建筑力学是研究杆件结构的强度、刚度和稳定性的一门学科。
设计构件时，必须做到: (1)足够的强度：
有足够的抵抗破坏的能力，使构件在载荷作用下能安全工作。
（2）足够的刚度：
强度：构件抵抗破坏的能力
有足够的抵抗变形的能力，使构件在载荷作用下产生的变形在工程允许范围内。
构件：结构的组成部分，梁、柱、板
结构的作用：承担荷载（广义的）
结构——建筑物中承受荷载并起骨架作用的部分。构件——组成结构的单个部件。
构件应有一定的承载能力
风压
吊车荷载单层工业厂房荷载作用图
外荷载
结构形式
多层与高层建筑结构单层大跨度屋盖结构
上海金茂大厦，(钢结构， 88层，高420m，是我国目前最高的建筑)
81×81米有柱展厅，屋盖采用双向空间钢桁架结构。桁架下弦标高为10.55米，桁架高度H=4.0米，钢桁架沿纵向间距为27米，沿横向间距为9米，均支承在钢筋砼柱柱顶
索结构
受力特点：索是中心受拉构件，既无弯矩也无剪力。水平反力为H，方向是向外的
国家奥林匹克体育中心
悬索桥（悬索）
结构的几何分类:
（3）建筑力学的任务和方法
1 建筑力学的任务
平衡(Equilibrium ) 是结构相对于地球保持静止状态或匀速直线平移。
强度(Strength )是结构抵抗破坏的能力
刚度(Stiffness )是结构抵抗变形的能力稳定性(Stability )是结构保持原有平衡形态的能力
建筑力学的任务：是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，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。
2 力学的课程体系
一➢➢强刚、度度结、—构稳—力定控学性制的—结研—构究变保对形证象不结是超构杆过的系允安结许全构值，，并满符足合使经用济要的求要。求。
各力学课程的比较：
学科理论力学
研究对象质点、刚体
研
究
任
务
提供力学计算原理（平衡方程，虚功原理）
材料力学结构力学
单根杆件杆件结构
变变形形体的强度、刚度和稳定性
(1)杆件结构(structure of bar system)
l>>b、h
(3)实体结构
(massive structure)
l、 b 、h同级
(2)板壳结构
(plate and shell structure)
b<<l、h
挡土墙
基础
平面杆系结构
(c) 块体结构
建筑力学的研究对象
构件
结构
分类
杆板壳块体
刚度：构件抵抗变形的能力
构件
（3）足够的稳定性：构件在载荷作用下能保持原有形
状下的平衡。
稳定性：构件保持原有形状下平衡的能力
3 建筑力学的分析方法
建筑力学是一门力学的分支课程，在学习是要注重对基本概念的理解，同时要学习力学的基本研究方法，提高分析问题和解决问题的能力。
重视力学分析和工程实际相联系；重视分析能力、计算能力、自学能力、表达能力、创新能力的培养。
筒中筒结构
单层大跨度建筑物的结构型式
门式刚架结构
平面结构体系拱薄桁结腹架构梁结结构构
单层大跨度建筑
薄壳结构网架结构
空间结构体系开膜悬合结索结构结构构
玻璃结璃张弦结构
长春国富门式刚架厂房
图1 装配式结构实例
待装配的一榀平面桁架
拱桥（无铰拱）
飞机库
加油站
厦门国际会展中心
Chapter 1 Intrduction
（1）引言（2）基本概念（3）计算简图（4）杆件的基本变形
第一节引言
（１）建筑力学的研究对象-建筑结构（２）建筑力学的基本假设（3）建筑力学的任务和方法
1 建筑力学的研究对象-建筑结构
建筑结构:由建筑材料筑成，能承受荷载而起骨架作用的构筑物称为工程结构。 – 如：梁柱结构、桥梁、涵洞、水坝、挡土墙……。
完全弹性体和小变形
变形固体在外力作用下会产生两种性质的变形：弹性变形当外力消除时，变形随着消失的变形；塑性变形当外力消除后，不能消失的变形。
完全弹性体是不存在的
当塑性变形很小，忽略不计，认为只有弹性变形，这种只有弹性变形的变形固体称为完全弹性体（钢筋）。
小变形：变形<<构件尺寸
3变形固体的基本假设

建筑力学第一章绪论

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第一章 建筑力学绪论

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最新完美版建筑力学讲义第1章 绪论

建筑力学第一章

建筑力学 第1章 绪 论

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