第3讲 工程结构的抗力体系
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个结结点构处的，受所力有均杆匀件和做变成形实协的调圆，柱提体高，压并杆与的线欧、拉胶临连界接力，，防增止强结其点稳破定坏性。
课后任务
选一个典型工程结构，分析其结点与支座形式、 受力特征和荷载传递路径。
业精于勤而荒于嬉 行成于思而毁于随
概念设计、估算判断。
2.应由定性结构力学引申到所有力学课程知识的提炼与升华。
3.结构计算模型的简化与计算目的有关，完全正确的计算模型 是没有的。
4.定性与定量的关系 通过定量分析使定性能力得到提高，古代是通过实践经验的 总结得到定性能力的提高。
5.工程中是不会给你出结构力学的题目让你算的。
6.试对以下结构进行几何组成分析，看看能得到什么结论？
四、厂房结构
厂房结构的分类
➢ 依据跨度、高度和吊车起重量等因素分类： 混合结构；混凝土结构；钢结构
➢ 依据施工方法分类： 现浇式；装配式
➢ 依据承重结构形式分类： 排架结构；刚架结构
厂房结构的计算简图
➢ 排架结构：柱与屋架为铰接，与基础为固接。
➢刚架结构： 柱与横梁为刚接，与基础为铰接，也可采用刚接。
(d)
7.目前的教育是老师提出问题，由学生来分析问题，解决问题。 你们想想问题是怎么提出的呢？
8.叠加原理的应用条件。什么是线弹性？其数学表示是什么？
9.强调用专业的眼光来看待所有的结构问题。
总体感觉： 本门课程信息量大，如何抓住重点是个难题!
一、结点与支座
刚结点
铰结点
刚结
铰结
半刚半铰结点
基础支座形式
第三讲
工程结构的抗力体系
上次课的回顾（几点思考）
1.定性结构力学概念的提出？课程的目的？意义？
定性结构力学的概念是上世纪九十年代提出的（同济大学 称之为概念结构力学，东南大学称为趣味结构力学）。
古代以师傅带徒弟的方式进行定性的教育，如今大批量的 培养专业人才，定量的方法极大地丰富，从而弱化了定性 能力的培养。
材料：230g白卡纸、蜡线、胶水
——彩虹倒影
为了防止受压杆件的失稳问题，增加结构的整体受力性能，在竖向腹杆之间用 线构造“X”的联系；为了减少上弦杆在平面内和平面外的计算长度，在顺桥向 和横桥向用线和杆件设置联系；为了充分发挥各构件空间协同工作性能，除用 纸形成桥面铺装层外，在桁架的侧面上蒙上半层厚的纸，发挥蒙皮效应，使整
静定桁架的合理外形与腹杆布置
弦杆——抗弯能力，腹杆——抗剪能力。 原则：
➢ 当简支桁架的弦杆外形与相应的简支梁弯矩图形状接近时， 上下弦杆所受轴力较均匀，比较合理。 ➢ 因斜杆轴力的竖向分量与代梁相应剪力相同，因此应根据 材料性质合理布置斜杆，充分发挥材料的强度。 ➢ 桁架的合理高度可进行计算。
刚架——轴向变形的影响
v0 0
在温度变化因素作用下计算位移时，一般应
考虑轴向变形而忽略剪切变形。
温度变化的定性分析 t t
t t
试画出如下结构的弯矩图
t
三、水平与竖向抗力体系
低层、多层与高层建筑的竖向及水平结构体系设计的基本原 理是相同的。但随着高度的增加，侧向力所产生的倾覆力矩和剪 切变形则要大很多。
在高层建筑中，主要的设计问题是抗弯和抵抗变形。
刚架主要内力是弯矩。 在高层结构或轴力很大的刚架中，轴向变形 的影响不可忽略。 决定轴向变形影响大小的主要因素： ➢ 轴力的相对大小； ➢ 杆件长度与横截面尺寸的比例（长细比）。
刚架——剪切变形的影响
当杆件截面尺寸与杆长的比值不大时，剪切变形对 内力和位移的影响都很小，可以忽略。 当比值较大时，剪切变形的影响应予考虑。
1. 增加抗弯结构体系的有效宽度
M
M
d
d
2. 设计结构分体系应使其构件以最有效的方式相互作用
3. 增大受荷载最有效的构件截面
4. 使大部分竖向荷载直接由最主要抗弯构件承受
5. 在竖向结构分体系中，合理布置实心墙或斜撑构件， 可以有效的抵抗每层楼的局部剪力
6. 每层楼盖应足以起水平隔板的作用 7. 将大型竖向和水平构件联结成巨型框架
二、荷载的传递路径
试比较方案（一）和方案（二）的两种结构形式，在几何尺寸 、材料参数和外荷载均相同的情况下，哪种方案更加合理，即 内力较小。
方案（一）
方案（二）
弯矩图
方案（一）
方案（二）
剪力图
方案（一）
方案（二）
轴力图
方案（一）
方案（二）
楼板 梁 柱 基础
实际结构计算简图的简化
决定剪切变形影响大小的主要因素： ➢ 杆件截面尺寸与杆长比值； ➢ 与截面形状和材料性质也有关。
温度变化的定性分析
➢ 超静定梁和刚架的应变与位移是由内力和温度变 化共同产生的。
➢ 静定结构在温度变化时不产生内力，但有变形。
N/EAt0
Leabharlann Baidu
t0
k M /E I t/h kt/h
v0 kQ/GA
厂房结构柱脚节点做法
a) 阶梯形基础——实线 （低杯口基础） c) 高杯口基础——虚线
b) 锥形基础——实线 （柔性基础） d) 刚性基础——虚线
a)、b)平板式铰接柱脚 c)、d)刚性柱脚
刚接柱脚：传递弯矩、剪力、轴力。填充细石混凝土 铰接柱脚：传递剪力、轴力。填充沥青麻刀1:2水泥砂浆
五、全国大学生第二届大学生结构设计大赛作品欣赏
课后任务
选一个典型工程结构，分析其结点与支座形式、 受力特征和荷载传递路径。
业精于勤而荒于嬉 行成于思而毁于随
概念设计、估算判断。
2.应由定性结构力学引申到所有力学课程知识的提炼与升华。
3.结构计算模型的简化与计算目的有关，完全正确的计算模型 是没有的。
4.定性与定量的关系 通过定量分析使定性能力得到提高，古代是通过实践经验的 总结得到定性能力的提高。
5.工程中是不会给你出结构力学的题目让你算的。
6.试对以下结构进行几何组成分析，看看能得到什么结论？
四、厂房结构
厂房结构的分类
➢ 依据跨度、高度和吊车起重量等因素分类： 混合结构；混凝土结构；钢结构
➢ 依据施工方法分类： 现浇式；装配式
➢ 依据承重结构形式分类： 排架结构；刚架结构
厂房结构的计算简图
➢ 排架结构：柱与屋架为铰接，与基础为固接。
➢刚架结构： 柱与横梁为刚接，与基础为铰接，也可采用刚接。
(d)
7.目前的教育是老师提出问题，由学生来分析问题，解决问题。 你们想想问题是怎么提出的呢？
8.叠加原理的应用条件。什么是线弹性？其数学表示是什么？
9.强调用专业的眼光来看待所有的结构问题。
总体感觉： 本门课程信息量大，如何抓住重点是个难题!
一、结点与支座
刚结点
铰结点
刚结
铰结
半刚半铰结点
基础支座形式
第三讲
工程结构的抗力体系
上次课的回顾（几点思考）
1.定性结构力学概念的提出？课程的目的？意义？
定性结构力学的概念是上世纪九十年代提出的（同济大学 称之为概念结构力学，东南大学称为趣味结构力学）。
古代以师傅带徒弟的方式进行定性的教育，如今大批量的 培养专业人才，定量的方法极大地丰富，从而弱化了定性 能力的培养。
材料：230g白卡纸、蜡线、胶水
——彩虹倒影
为了防止受压杆件的失稳问题，增加结构的整体受力性能，在竖向腹杆之间用 线构造“X”的联系；为了减少上弦杆在平面内和平面外的计算长度，在顺桥向 和横桥向用线和杆件设置联系；为了充分发挥各构件空间协同工作性能，除用 纸形成桥面铺装层外，在桁架的侧面上蒙上半层厚的纸，发挥蒙皮效应，使整
静定桁架的合理外形与腹杆布置
弦杆——抗弯能力，腹杆——抗剪能力。 原则：
➢ 当简支桁架的弦杆外形与相应的简支梁弯矩图形状接近时， 上下弦杆所受轴力较均匀，比较合理。 ➢ 因斜杆轴力的竖向分量与代梁相应剪力相同，因此应根据 材料性质合理布置斜杆，充分发挥材料的强度。 ➢ 桁架的合理高度可进行计算。
刚架——轴向变形的影响
v0 0
在温度变化因素作用下计算位移时，一般应
考虑轴向变形而忽略剪切变形。
温度变化的定性分析 t t
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试画出如下结构的弯矩图
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三、水平与竖向抗力体系
低层、多层与高层建筑的竖向及水平结构体系设计的基本原 理是相同的。但随着高度的增加，侧向力所产生的倾覆力矩和剪 切变形则要大很多。
在高层建筑中，主要的设计问题是抗弯和抵抗变形。
刚架主要内力是弯矩。 在高层结构或轴力很大的刚架中，轴向变形 的影响不可忽略。 决定轴向变形影响大小的主要因素： ➢ 轴力的相对大小； ➢ 杆件长度与横截面尺寸的比例（长细比）。
刚架——剪切变形的影响
当杆件截面尺寸与杆长的比值不大时，剪切变形对 内力和位移的影响都很小，可以忽略。 当比值较大时，剪切变形的影响应予考虑。
1. 增加抗弯结构体系的有效宽度
M
M
d
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2. 设计结构分体系应使其构件以最有效的方式相互作用
3. 增大受荷载最有效的构件截面
4. 使大部分竖向荷载直接由最主要抗弯构件承受
5. 在竖向结构分体系中，合理布置实心墙或斜撑构件， 可以有效的抵抗每层楼的局部剪力
6. 每层楼盖应足以起水平隔板的作用 7. 将大型竖向和水平构件联结成巨型框架
二、荷载的传递路径
试比较方案（一）和方案（二）的两种结构形式，在几何尺寸 、材料参数和外荷载均相同的情况下，哪种方案更加合理，即 内力较小。
方案（一）
方案（二）
弯矩图
方案（一）
方案（二）
剪力图
方案（一）
方案（二）
轴力图
方案（一）
方案（二）
楼板 梁 柱 基础
实际结构计算简图的简化
决定剪切变形影响大小的主要因素： ➢ 杆件截面尺寸与杆长比值； ➢ 与截面形状和材料性质也有关。
温度变化的定性分析
➢ 超静定梁和刚架的应变与位移是由内力和温度变 化共同产生的。
➢ 静定结构在温度变化时不产生内力，但有变形。
N/EAt0
Leabharlann Baidu
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v0 kQ/GA
厂房结构柱脚节点做法
a) 阶梯形基础——实线 （低杯口基础） c) 高杯口基础——虚线
b) 锥形基础——实线 （柔性基础） d) 刚性基础——虚线
a)、b)平板式铰接柱脚 c)、d)刚性柱脚
刚接柱脚：传递弯矩、剪力、轴力。填充细石混凝土 铰接柱脚：传递剪力、轴力。填充沥青麻刀1:2水泥砂浆
五、全国大学生第二届大学生结构设计大赛作品欣赏