建筑力学与结构范例

• 力系：物体受到的一群力 • 力系的简化：用一个力代替一群力而不改 变它对物体的作用效果 • 二力的分解和合成 • 平行四边形法则 • 力的合成，连续运用法则 • 力的分解 法则逆运用，正交分解
• 三支座反力 • 四画受力图
解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体， 即确定研究对象；然后考查和分析它的受力情况， 这个过程称为进行受力分析。 分离体——把研究对象解除约束，从周围物体中分 离出来，画出简图。 受力图——将分离体所受的主动力和约束反力以力 矢表示在分离体上所得到的图形。
第1章建筑力学的基本理论
• 1.1建筑力学的任务 • 力系的简化和力系的平衡 • 具有足够的强度 构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。 例如储气 罐不应爆破。 （破坏 —— 断裂或变形过量不能恢复） • 具有足够的刚度 构件在外载作用下抵抗可恢复变形的能力。 例如机床主轴不应变形过大，否则影响 加工精度。
（2） 根据荷载的分布范围，荷载可分为集中荷载和分布荷 载。 • 集中荷载是指分布面积远小于结构尺寸的荷载，如吊车的 轮压，由于这种荷载的分布面积较集中，因此在计算简图 上可把这种荷载作用于结构上的某一点处。 • 分布荷载是指连续分布在结构上的荷载，当连续分布在结 构内部各点上时叫体分布荷载，当连续分布在结构表面上 时叫面分布荷载，当沿着某条线连续分布时叫线分布荷载， 当为均匀分布时叫均布荷载。
改变）
弹性变形 — 随外力解除而消失 塑性变形(残余变形)— 外力解除后不能消失 • 1连续性假设： • 认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质 • 2、均匀性假设： • 认为物体内的任何部分，其力学性能相同 • 3、各向同性假设： • 认为在物体内各个不同方向的力学性能相同 4、小变形与线弹性范围 • 认为构件的变形极其微小， • 比构件本身尺寸要小得多
• 满足稳定性要求 构件在某种外载作用下，保持其原有 平衡状态的能力。例如柱子不能弯等。 1.2建筑结构的荷载 • 荷载是主动作用在结构上的外力，如结构自重、人的重量、 水压力、风压力等。 • 根据特征的不同，荷载可有下列的分类： • （1） 根据荷载作用时间的久暂，荷载可分为恒荷载和 活荷载（也叫可变荷载）。 • 恒荷载是长期作用在结构上的大小和方向不变的荷载，如结 构的自重等，活荷载是随着时间的推移，其大小、方向或作 用位置发生变化的荷载，如雪荷载、风荷载、人的重量等。
A
F
B
• 1、力的大小。表示物体间相互机械作用的强弱 程度。单位：牛顿（N）或千牛顿（KN）。 • 2、力的方向。表示力的作用线在空间的方 位和指向。 • 3、力的作用点。表示力的作用位置。 力可以用一个矢量表示。如图所示，矢量的模按 一定的比例尺表示力的大小；矢量的方位和指 向表示力的方向；矢量的起点（或终点）表示 力的作用点。
• 静力荷载的数量、方向和位置不随时间变化或变 化极为缓慢，因而不使结构产生明显的运动，例 如结构的自重和其它恒载； • 动力荷载是随时间迅速变化的荷载，使结构产生 显著的运动，例如锤头冲击锻坯时的冲击荷载、 地震作用等。
• 1.3建筑结构的简化 • 1.3.1结构简化的原则 • 简化-抽象化处理的结构体系代替实际结构 情况 • 符合建筑结构实际的受力情况 • 方便受力分析和计算 • 满足一定的精度 • 1.3.2结构体系的分类
2静力平衡
• 2.1力的基本概念
• 一力和力系 • 力是物体之间相互的机械作用，这种作用的效果 是使物体的运动状态发生变化，同时使物体的形 状发生改变。 • 力使物体运动状态发生变化的效应称为力的 外效应或运动效应； • 力使物体形状发生改变的效应称为力的内效 应或变形效应。
• 两物体间相互作用的作用力和反作用力总 是同时存在，大小相等，方向相反， • 沿同一直线，分别作用在这两个物体上。 • 它是受力分析必需遵循的原则。
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1.3.3杆件及节点的简化 用轴线代替杆件 节点-杆件与杆件之间的连接部分， 刚节点 ：杆件之间的夹角不随受力变化， 梁柱节点 • 铰节点：杆件可绕节点旋转，网架 • 1.3.4支座简化 • 支座-结构与基础或地面的连接部分
• 滚轴支座
Y
• 铰链支座
Y
X
• 固定端支座 • 构件不可移动和转动，能提供水平和竖直 反力和力偶 • 1.4建筑力学的基本假设 变形：在外力作用下，固体内各点相对位置 的改变。(宏观上看就是物体尺寸和形状的
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2.2力矩与力偶 一力矩 衡量力使物体转动效果的物理量 物体绕A点转动，转动中心，力F作用线与A 点有一定垂直距离，力臂 • 转动效果取决于力和力臂的大小，力与力 臂的乘积称为力矩 • 转动中心和力的作用线决定的平面-力矩作 用面
• 过矩心与力矩作用面垂直的直线，转动轴 线，上向下看有顺时针和逆时针转动，顺 时针为正，逆时针为负 • 力偶-平面内等值反向作用线不重合的两个 力，使物体转动，和力同为最基本的物理 量 • 两个力的作用线构成的平面-力偶作用面 • 两个力的作用线之间的垂直距离-力偶臂
• 3） 根据荷载位置的变化情况，荷载可分 • 为固定荷载和移动荷载。 • • 固定荷载是指荷载的作用位置固定不变的荷载，如所 有恒载、风载、雪载等； 移动荷载是指在荷载作用期间，其位置不断变化的荷 载，如吊车梁上的吊车荷载、钢轨上的火车荷载等
• 4） 根据荷载的作用性质，荷载可分为静力荷载 和动力荷载。

受力分析的步骤
• 1、确定研究对象，取分离体； • 2、先画主动力，明确研究对象所受周围的约束，进 一步明确约束类型，什么约束画什么约束反力。 • 3、必要时需用二力平衡共线、三力平衡汇交等条件 确定某些反力的指向或作用线的方位。 注意：（1）受力图只画研究对象的简图和所受的全部力； （2）每画一力都要有依据，不多不漏；（3）不要画错力 的方向，反力要和约束性质相符，物体间的相互约束力要 符合作用与反作用公理。
• 建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分----结构 • 分三种类型： • 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大于横截面的宽度和高度。 • 薄壁结构--组成杆系结构的构件是薄板。薄板的 几何特征是其厚度远小于它的另外两个方向的尺 寸。
• 实体结构—三个方向的尺寸基本为同量级 的结构