1、第一章第一章 緒論緒論學學習目標習目標1. 認識力學與結構的關系，樹立應用力學知認識力學與結構的關系，樹立應用力學知識解釋結構問題的思想意識識解釋結構問題的思想意識;2. 了了解建筑力學的研究對象和主要任務；解建筑力學的研究對象和主要任務；3. 繪繪制結構計算簡圖。制結構計算簡圖。學習重點學習重點1. 約束與約束反力的分析約束與約束反力的分析2. 結構的計算簡圖繪制結構的計算簡圖繪制3. 受力分析與受力圖繪制受力分析與受力圖繪制本章學習內容及學習要求本章學習內容及學習要求1.3結構計算簡圖結構計算簡圖1.4物體的受力分析與受物體的受力分析與受力圖力圖1.5剛體、變形固體及其剛體、變形固體及其基

2、本假設基本假設1.1本課程的研究對象及任務本課程的研究對象及任務1.2建筑結構分類建筑結構分類了解本課程大概任務了解本課程大概任務掌掌握握建建筑結構分類的原則筑結構分類的原則約束力與約束反力約束力與約束反力掌掌握簡化原則握簡化原則熟練繪制受力圖熟練繪制受力圖物體間相互的機械作用。物體間相互的機械作用。外效應（使物體的運動狀態產生變化）外效應（使物體的運動狀態產生變化）內效應（使物體的形狀和大小發生改內效應（使物體的形狀和大小發生改變，即產生變形）變，即產生變形）力力高層建筑高層建筑 高聳結構高聳結構（桿系結構、（桿系結構、框架結構、框架結構、鋼筋混凝土結構等鋼筋混凝土結構等）（殼體結構、（殼體

3、結構、鋼筋混凝土結鋼筋混凝土結構、空間結構等構、空間結構等）大跨結構大跨結構（桿系結構、空間網架結構、薄殼結構、鋼結構等）（桿系結構、空間網架結構、薄殼結構、鋼結構等）橋梁結構橋梁結構（桿系結構、懸索結構等）（桿系結構、懸索結構等）121.21.2建建筑結構的類型筑結構的類型 建筑結構常用的材料有混凝土、鋼材、建筑結構常用的材料有混凝土、鋼材、磚、石、木材等。磚、石、木材等。 按所用材料不同，建筑結構分為按所用材料不同，建筑結構分為鋼筋混鋼筋混凝土結構、砌體結構、鋼結構和木結構凝土結構、砌體結構、鋼結構和木結構。斗拱結構斗拱結構埃菲爾鐵塔埃菲爾鐵塔高高320.7米米金門大橋橫跨金門海金門大橋橫

4、跨金門海峽峽鋼鋼塔聳立在大橋南北兩側，高塔聳立在大橋南北兩側，高342米，米， 鋼塔鋼塔之間的大之間的大橋跨橋跨度達度達1280米，為世界所建大橋米，為世界所建大橋中罕見的單孔長跨中罕見的單孔長跨距大距大吊橋之一吊橋之一,從海面到橋從海面到橋中心部的高度約中心部的高度約60米米 .寬寬27.4米米,長長2000多米多米吉隆坡吉隆坡 石油雙子大廈石油雙子大廈鋼結構高層建筑鋼結構高層建筑吊吊車梁上的荷載車梁上的荷載主梁上的荷載主梁上的荷載2)分布荷載顧名思義，分布荷載是指分布荷載顧名思義，分布荷載是指力在構件內部或表面上連續分布和作用。分力在構件內部或表面上連續分布和作用。分布荷載的大小用分布集度

5、來表示，意為力的布荷載的大小用分布集度來表示，意為力的連續分布的密集程度。分布荷載可分為以下連續分布的密集程度。分布荷載可分為以下3種：種：體分布荷載體分布荷載面分布荷載面分布荷載線分布荷載線分布荷載板上的面荷載板上的面荷載梁梁上的線荷載上的線荷載 擋擋土墻的受力分析土墻的受力分析(1)永久荷載永久荷載(恒載恒載)這類荷載具有三定這類荷載具有三定性：作用時間長久，位置固定，數值不變，性：作用時間長久，位置固定，數值不變，故又稱為恒載。例如，結構自身的重力荷載故又稱為恒載。例如，結構自身的重力荷載(自重自重)，以及建筑構造層，以及建筑構造層(樓面、頂棚、裝飾樓面、頂棚、裝飾面層等面層等)的重力荷

6、載，均屬于永久荷載。的重力荷載，均屬于永久荷載。圖圖 (a)是建筑物承受荷載示意圖，是建筑物承受荷載示意圖，圖圖 (b)是結構是結構荷載簡圖。其中標者為構件自重，梁的自荷載簡圖。其中標者為構件自重，梁的自重為均布荷載，而柱的自重為集中荷載。重為均布荷載，而柱的自重為集中荷載。施加在建筑物上的荷載施加在建筑物上的荷載樓面活荷載樓面活荷載(2)可變荷載可變荷載(活載活載)這類荷載經常變化，這類荷載經常變化，具有三變性：作用時間短暫、位置不定具有三變性：作用時間短暫、位置不定(在在一定范圍內可以隨意變動，任意分布一定范圍內可以隨意變動，任意分布)，數，數值可變值可變(數值隨時間變化，時有時無，時大數

7、值隨時間變化，時有時無，時大時小、有時成群密集，有時無影無蹤時小、有時成群密集，有時無影無蹤)。故。故又稱為活載。又稱為活載。靜力荷載是逐漸增加的荷載，簡稱靜載。靜力荷載是逐漸增加的荷載，簡稱靜載。其大小和位置變化，不會引起顯著的結構振其大小和位置變化，不會引起顯著的結構振動；反之，若荷載作用在結構上會引起顯著動；反之，若荷載作用在結構上會引起顯著的結構振動，則稱之為動力荷載，簡稱動載的結構振動，則稱之為動力荷載，簡稱動載。結結構的自重及其他恒載，是典型的靜力構的自重及其他恒載，是典型的靜力荷載；而動力設備荷載；而動力設備(如吊車如吊車)所產生的荷載以所產生的荷載以及地震荷載等，則是動力荷載。

8、及地震荷載等，則是動力荷載。 在空間能夠任意運動的物體，稱為在空間能夠任意運動的物體，稱為自由體自由體。受到周圍其。受到周圍其他物體限制而不能任意運動的物體，稱為他物體限制而不能任意運動的物體，稱為非自由體非自由體。若一個物體受到周圍其它物體的限制，這些周圍的若一個物體受到周圍其它物體的限制，這些周圍的 物體就稱為該物體的物體就稱為該物體的約束約束。約束施加于被約束物體上的力，稱為約束施加于被約束物體上的力，稱為約束反約束反 力力，簡稱為，簡稱為約束力約束力或或反力反力。約束與約束反力的概念約束與約束反力的概念使物體產生運動或運動趨勢的力。在工程中，把使物體產生運動或運動趨勢的力。在工程中，把

9、 主動力稱為主動力稱為荷載荷載。如重力、風荷載等。如重力、風荷載等。 對物體的運動或運動趨勢起限制作用的力。如約對物體的運動或運動趨勢起限制作用的力。如約 束反力。束反力。 不同性質的約束，其約束力也不同。工程中實際的約不同性質的約束，其約束力也不同。工程中實際的約束很多，本節主要介紹幾種常見的典型約束及其約束力。束很多，本節主要介紹幾種常見的典型約束及其約束力。 主動力一般是已知的或是可以預先確定的，而約束力隨主動力一般是已知的或是可以預先確定的，而約束力隨主動力的變化而變化，一般是未知的。確定未知的約束力，主動力的變化而變化，一般是未知的。確定未知的約束力，是靜力平衡計算的主要內容。是靜力

10、平衡計算的主要內容。待定待定與約束所能限制的運動方向相反與約束所能限制的運動方向相反接觸處接觸處 由柔軟的繩索、鏈條、膠帶等構成的約束，稱為由柔軟的繩索、鏈條、膠帶等構成的約束，稱為柔體柔體約束約束。柔體約束柔體約束柔體約束只能限制物柔體約束只能限制物體沿柔體約束的中心體沿柔體約束的中心線離開約束的運動線離開約束的運動約束力：恒為約束力：恒為拉力拉力，用，用FT表表示。作用在接觸處，作用線示。作用在接觸處，作用線沿柔體約束的中心線沿柔體約束的中心線(即長度即長度方向方向)，箭頭背離物體。，箭頭背離物體。WFTWAWAA柔繩約束柔繩約束簡圖簡圖受力圖受力圖運動方向運動方向限制方向限制方向柔體約束

11、柔體約束ABBAAB 當兩個物體直接接觸，而接觸面處的摩擦很小可以忽當兩個物體直接接觸，而接觸面處的摩擦很小可以忽略不計時，稱為略不計時，稱為光滑接觸面約束光滑接觸面約束。光滑接觸面約束光滑接觸面約束只能限制物體沿接觸面的公只能限制物體沿接觸面的公法線方向進入接觸面的運動法線方向進入接觸面的運動約束力：過接觸點，沿接觸面的公約束力：過接觸點，沿接觸面的公法線，箭頭指向物體，用法線，箭頭指向物體，用FN表示。表示。公法線公法線BA 用一個園柱形銷釘將兩個帶孔的物體連接在一起，且用一個園柱形銷釘將兩個帶孔的物體連接在一起，且接觸面光滑，構成接觸面光滑，構成光滑圓柱鉸鏈約束光滑圓柱鉸鏈約束，又稱為，

12、又稱為中間鉸中間鉸。圓柱鉸鏈約束圓柱鉸鏈約束只能限制兩物體只能限制兩物體間的相對移動，間的相對移動，不能限制兩物體不能限制兩物體間的相對轉動間的相對轉動當物體受力后，當物體受力后，銷釘和孔壁在某銷釘和孔壁在某處接觸，構成光處接觸，構成光滑接觸面約束。滑接觸面約束。約束力：過接觸約束力：過接觸處，通過銷釘中處，通過銷釘中心，方向未知，心，方向未知，用用FN表示。表示。鉸鉸BABA圓柱鉸鏈約束圓柱鉸鏈約束簡圖簡圖將力將力FN垂直分解，用垂直分解，用兩個垂直分力兩個垂直分力FNx 和和FNy來表示來表示FNBB受力圖受力圖 用光滑圓柱鉸鏈將物體與固定的支承物上，稱為用光滑圓柱鉸鏈將物體與固定的支承物

13、上，稱為固定固定鉸支座鉸支座。因此，固定鉸支座約束與圓柱鉸鏈約束一樣，區。因此，固定鉸支座約束與圓柱鉸鏈約束一樣，區別只是其中一個物體是否固定。別只是其中一個物體是否固定。固定鉸支座固定鉸支座約束力：通過銷約束力：通過銷釘中心，方向未釘中心，方向未知，用知，用F表示。表示。AA固定鉸支座固定鉸支座(物物A固定固定)圓柱鉸鏈圓柱鉸鏈(物物A不固定不固定)固定鉸支座固定鉸支座FAyFAxFA計算簡圖計算簡圖AAAA受力圖受力圖A固定鉸支座固定鉸支座 在固定鉸支座的底部安裝幾個輥軸（圓柱形滾輪），在固定鉸支座的底部安裝幾個輥軸（圓柱形滾輪），支承于支承面上，這種約束稱為支承于支承面上，這種約束稱為可

14、動鉸支座可動鉸支座，又稱為，又稱為活動活動鉸支座。鉸支座。可動鉸支座可動鉸支座約束力：垂直于約束力：垂直于支承面，指向待支承面，指向待定，用定，用F表示表示只能限制物體在只能限制物體在垂直于支承面方垂直于支承面方向的運動向的運動可動鉸可動鉸支支 座座固定鉸固定鉸支支 座座可動鉸支座可動鉸支座FA計算簡圖計算簡圖AA受力圖受力圖AAACB 兩端用光滑圓柱鉸鏈（即鉸）與物體相連且中間不受兩端用光滑圓柱鉸鏈（即鉸）與物體相連且中間不受力的直桿，稱為力的直桿，稱為鏈桿鏈桿。鏈桿約束鏈桿約束只能限制物體沿鏈桿只能限制物體沿鏈桿中心線趨向或離開鏈中心線趨向或離開鏈桿的運動桿的運動約束力：沿鏈桿中心線，約束

15、力：沿鏈桿中心線，箭頭指向或背離物體，箭頭指向或背離物體，用用F表示。表示。ACBF鏈桿約束鏈桿約束FCFBABFFAyFAxFB鏈桿是二力鏈桿是二力桿，即鏈桿桿，即鏈桿受壓受壓(壓桿壓桿)或受拉或受拉(拉桿拉桿)問問題：題：AB桿是不是鏈桿？桿是不是鏈桿？ 兩端各以鉸鏈與其他物兩端各以鉸鏈與其他物體相連接且中間不受力體相連接且中間不受力(包括包括物體本身的自重物體本身的自重)的直桿稱為的直桿稱為鏈桿，如圖鏈桿，如圖1-12 所示。鏈桿所示。鏈桿可以受拉或者是受壓，但不可以受拉或者是受壓，但不能限制物體沿其他方向的運能限制物體沿其他方向的運動和轉動，所以，鏈桿的約動和轉動，所以，鏈桿的約束反力

16、總是沿著鏈桿的軸線束反力總是沿著鏈桿的軸線方向，指向不定，常用符號方向，指向不定，常用符號F表示。表示。 鏈鏈桿約束桿約束 (c)圖圖1-12 1-12 鏈桿鏈桿約束約束(a)(b)固定端支座固定端支座 如果物體與支座固定在一起，使物體既不能沿任何方如果物體與支座固定在一起，使物體既不能沿任何方向移動，也不能轉動，這類約束稱為向移動，也不能轉動，這類約束稱為固定端支座固定端支座或或固定支固定支座座。約束力：限制物體移動的約束力約束力：限制物體移動的約束力FAX、FAy，限制轉動的約束力偶，限制轉動的約束力偶 mA限制物體在任何方限制物體在任何方向的移動和轉動向的移動和轉動ABFAymAAB固定

17、端支座固定端支座固定端支座固定端支座ABFAymAAB 一、結構計算簡圖一、結構計算簡圖 在結構計算中，用以代替實際結構，并反應在結構計算中，用以代替實際結構，并反應實際結構主要受力和變形特點的計算模型。實際結構主要受力和變形特點的計算模型。二、結構計算簡圖的簡化原則二、結構計算簡圖的簡化原則 1 1、反映實際結構的主要受力和變形特點：計、反映實際結構的主要受力和變形特點：計算結果安全可靠；算結果安全可靠； 、便于計算：簡化程度與計算手段以及對結、便于計算：簡化程度與計算手段以及對結果的要求相一致。果的要求相一致。 三、結構計算簡圖的簡化過程三、結構計算簡圖的簡化過程 1 1、建筑物所受荷載的

18、抽象和簡化；、建筑物所受荷載的抽象和簡化； 2 2、約束的抽象和簡化；、約束的抽象和簡化； 3 3、結構構件的抽象和簡化。、結構構件的抽象和簡化。1 1、建筑物所受荷載的抽象和簡化、建筑物所受荷載的抽象和簡化荷載或廣義荷載荷載或廣義荷載內力、位移內力、位移結構系統結構系統荷載的抽象和簡化荷載的抽象和簡化建筑結構荷載規范建筑結構荷載規范構構件的簡化件的簡化先以一個最簡單的例子來說明選取先以一個最簡單的例子來說明選取計算簡圖的方法和原則。計算簡圖的方法和原則。如如圖圖(a)所示的一根擱置在磚墻上的所示的一根擱置在磚墻上的鋼筋混凝土梁，其上受有均布荷載鋼筋混凝土梁，其上受有均布荷載q的的作用，梁的凈

19、跨為作用，梁的凈跨為ln，在墻內的支承長，在墻內的支承長度為度為a。現在要分析的是：如何將梁簡。現在要分析的是：如何將梁簡化為化為圖圖(b)這樣一個計算簡圖？這樣一個計算簡圖？梁的計算簡圖梁的計算簡圖1)支座的簡化支座的簡化所選用的支座簡圖必須與支座的實際構所選用的支座簡圖必須與支座的實際構造和變形特點相吻合。在建筑結構中，支座造和變形特點相吻合。在建筑結構中，支座的實際構造形式很多，但在計算簡圖中常用的實際構造形式很多，但在計算簡圖中常用的有的有3種：固定鉸支座、可動鉸支座、固定種：固定鉸支座、可動鉸支座、固定端支座。現在就以這端支座。現在就以這3種支座的簡化舉例說種支座的簡化舉例說明如下。

20、明如下。柱與基礎聯結柱與基礎聯結拱腳與基礎聯結拱腳與基礎聯結如如圖所圖所示的鋼網架及桁架支座，由于構示的鋼網架及桁架支座，由于構造上的差別，其支座可分別簡化為固定鉸支造上的差別，其支座可分別簡化為固定鉸支座和可動鉸支座。座和可動鉸支座。圖圖 (a)，(b)兩圖為柱與支兩圖為柱與支座之間加一弧形鋼板，并用螺栓聯結。座之間加一弧形鋼板，并用螺栓聯結。圖圖 (a)可簡化為固定鉸支座，而可簡化為固定鉸支座，而圖圖(b)圖可簡化為圖可簡化為可動鉸支座。可動鉸支座。弧形承壓支弧形承壓支座座如如圖的圖的屋架端部與柱或墻聯結的構造。屋架端部與柱或墻聯結的構造。圖圖 (a)的木屋架通過預埋在柱子或墻內的螺的木屋

21、架通過預埋在柱子或墻內的螺栓與柱或墻相連接；而栓與柱或墻相連接；而圖圖 (b)的鋼筋混凝土的鋼筋混凝土屋架，其端部與柱頂都有事先預埋的鋼板，屋架，其端部與柱頂都有事先預埋的鋼板，吊裝就位后，把鋼板焊在一起。兩圖中的屋吊裝就位后，把鋼板焊在一起。兩圖中的屋架與柱都不能發生相對位移，但仍然有可能架與柱都不能發生相對位移，但仍然有可能發生微小的相對轉動，故常把這種結點簡化發生微小的相對轉動，故常把這種結點簡化為鉸結點。為鉸結點。屋架與柱屋架與柱(墻墻)聯結聯結鉸結點鉸結點如如圖圖(a)所示為現澆鋼筋混凝土框架頂層所示為現澆鋼筋混凝土框架頂層結點的構造。因梁與柱在結點處，是用混凝結點的構造。因梁與柱在

22、結點處，是用混凝土現澆成整體，且配置適量鋼筋，截面能傳土現澆成整體，且配置適量鋼筋，截面能傳遞彎矩，故在結點處，梁與柱既不能相對移遞彎矩，故在結點處，梁與柱既不能相對移動又不能相對轉動，此時便把該結點簡化為動又不能相對轉動，此時便把該結點簡化為剛結點，如剛結點，如圖圖(b)所示。所示。現澆鋼筋混凝土框架的梁與柱聯結現澆鋼筋混凝土框架的梁與柱聯結剛結點剛結點3)構件的簡化構件的簡化構件的截面寬度或厚度通常比其長度要構件的截面寬度或厚度通常比其長度要小得多，在求截面內力時，其實與截面形狀小得多，在求截面內力時，其實與截面形狀和尺寸并無關系。既然如此，在計算簡圖中，和尺寸并無關系。既然如此，在計算簡

23、圖中，構件則可用其軸線來代替，并把構件統稱為構件則可用其軸線來代替，并把構件統稱為桿件。桿件之間的聯結需用結點表示，桿長桿件。桿件之間的聯結需用結點表示，桿長用結點間的距離表示，而荷載的作用點也移用結點間的距離表示，而荷載的作用點也移至軸線上。至軸線上。如如圖圖 (a)所示，廠房中的屋架在豎向荷載所示，廠房中的屋架在豎向荷載作用下為一受彎構件，可用一水平桿件替代，作用下為一受彎構件，可用一水平桿件替代，柱的上下兩段截面尺寸不同，截面形心的連柱的上下兩段截面尺寸不同，截面形心的連線不是一條直線，故用粗細不一的桿件代替。線不是一條直線，故用粗細不一的桿件代替。根據梁與柱結點構造情況，一般梁與柱聯結根據梁與柱結點構造情況，一般梁與柱聯結可視為鉸結，故該結構簡化為可視為鉸結，故該結構簡化為(b)圖的排架。圖的排架。廠房的排架廠房的排架門式剛架的計算簡圖門式剛架的計算簡圖4)結構體系的簡化結構體系的簡化大多數的結構實際上都是空間結構，各大多數的結構實際上都是空間結構，各個構件相互連接成為一個空