建筑力学绪论课件

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。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。
横截面
l 直杆
轴线 b 图1-1
h
横截面 曲杆
轴线
工程上常用的杆系结构有框架结构、桁架结构和网架结构。 如图1-2所示。
主要内容包括以下五个方面。
1）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。
2）杆系结构的几何组成规律分析，合理的结构几何组成 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。
3）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，
现代建筑的发展依赖于建筑力学和建筑材料科学的发展， 从古代的赵州桥，采用石材，应用了拱的力学原理，到现代 的北京“鸟巢”、目前世界第一高楼“台北101”等，采用钢材 和混凝土材料，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。
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）力学性能的一门学科。 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。
力学分析中，视所考虑的因素，主要有两种分析模型： 刚体和变形体模型。
刚体是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。
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 构筑物进行力学分析。
对于不同的构件和结构体系进行力学分析，所需要的力学 知识的侧重面不同，深度和广度也不同。
例如对于杆系结构的力学分析，采用建筑力学所涵盖的理 论力学、材料力学和结构力学知识就可以进行分析，而对于板 壳结构和块体结构，就还需要用到弹性力学或板壳理论进行力 学分析。
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。
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。
4）刚度问题
刚度是指结构或构件抵抗变形的能力。 满足强度条件可以保证结构在设计荷载作用下不致 破坏，但如果结构或构件的变形过大，超过结构设计规 范所规定的范围，就有可能会影响正常使用，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。
（a）某仓库平面楼盖
（b）悉尼歌剧院
图1-4
块体结构是在长、宽和高三个方向都有一定相对接近的 比例尺寸的结构，如图1-3（c）所示，这类结构在工程上用 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1-4（c）所示。
c
b a 图1-3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。
5）稳定性问题
稳定性问题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，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。
(a) 广东科技中心网架 （b）施工中的框架结构
图1-2
（c）某厂房屋架---桁架
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 （a）平板
（b）壳体 图1-3
c
b a （c）实体
由板和壳体组成的结构称为板壳结构，一般钢筋混凝土 建筑物的楼面结构为平板结构，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1-4（a）、（b）所示。
由这些材料建成的结构在外力（工程上将作用在结构或者 构件上的外力称为荷载）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，力学分析是结构设计的理论基础。
如果结构或构件在过大的荷载作用下产生塑性变形（即有 不可恢复的残留变形），则需要采用塑性力学进行分析。
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。
1.2 建筑力学的两种分析模型及基本假设
1.2.1 两种分析模型
实际工程中采用各种不同的材料，建成形式多样的建筑 结构物。这些结构物所承受的荷载和受到的其他影响因素都 不尽相同，因此，对于实际工程结构若不加简化进行力学分 析是相当复杂，甚至是不可能的。
在力学分析中，首先需要对实际结构采用抽象化的方法， 即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，对实际结构进行科学的抽象化， 根据分析侧重点的不同，建立力学分析模型。
建筑力学
第1章 绪论
1.1 建筑力学的研究对象和任务
建筑物和构筑物是人类生存和劳动所必需的空间，从古 至今，人类经历了群居树上，到居住山洞、茅草屋的历史。 随着技术进步和生产力的发展，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、经济和文化发展的标志。