建筑結(jié)構(gòu)原理及設(shè)計(jì)第二章

一.基本概念自由體：在空間可以自由運(yùn)動(dòng)而獲得任意位移的物體。非自由體：因受周圍物體的阻礙、限制而不能任意運(yùn)動(dòng)的物體。約束：限制非自由體位移的其他(qítā)物體稱作非自由體的約束。約束反力，約束力，反力：由約束體產(chǎn)生的阻礙非自由體運(yùn)動(dòng)的力，方向總是和所限制的位移方向(或位移趨勢(shì))相反。主動(dòng)力：系統(tǒng)所受的約束力以外的所有力，統(tǒng)稱主動(dòng)力。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體(wùtǐ)受力分析§2.1約束與約束反力2/4/20231精品資料（1）柔索約束：由軟繩構(gòu)成的約束。繩索懸掛重物，物體只能受繩子對(duì)其向上(xiàngshàng)的拉力二、約束(yuēshù)類型：

結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖示意圖2/4/20232精品資料（2）光滑面約束：由兩個(gè)物體光滑接觸構(gòu)成的約束。物體在光滑地面上，只受地面對(duì)其向上(xiàngshàng)的壓力。特點(diǎn)：是單面約束，約束反力只能是壓力。作用點(diǎn)：在接觸處。在面—面接觸的形式中，作用點(diǎn)具體位置與平衡形式有關(guān)。方向：沿著接觸處的公法線方向而指向被支持物體。結(jié)構(gòu)計(jì)算(jìsuàn)簡(jiǎn)圖.物體受力分析公法線方向示意圖計(jì)算簡(jiǎn)圖2/4/20233精品資料（3）光滑鉸鏈約束：連接件銷釘特點(diǎn)(tèdiǎn)：約束有兩個(gè)相互垂直的約束力，是雙面約束，反力是壓力作用點(diǎn)：銷釘與連接件的接觸處，在垂直于圓柱銷軸線的平面內(nèi)。方向：方向不定，通常表示為兩個(gè)互相垂直的分力形式。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體(wùtǐ)受力分析2/4/20234精品資料（a）滾動(dòng)鉸支座：將桿件用鉸鏈約束(yuēshù)連接在支座上，支座用滾軸支持在光滑面上，這樣的支座稱為滾動(dòng)鉸支座。表示物體在豎直方向受到約束(yuēshù)，滾動(dòng)鉸支座的約束(yuēshù)功能與光滑面約束(yuēshù)相同，可用與支撐面垂直的一根鏈桿來(lái)代替。結(jié)構(gòu)計(jì)算(jìsuàn)簡(jiǎn)圖.物體受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖示意圖（4）鉸支座2/4/20235精品資料N的實(shí)際方向也可以(kěyǐ)向下滾動(dòng)(gǔndòng)鉸支座（輥軸支座）結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體受力分析2/4/20236精品資料滾動(dòng)(gǔndòng)鉸支座（輥軸支座）結(jié)構(gòu)計(jì)算(jìsuàn)簡(jiǎn)圖.物體受力分析2/4/20237精品資料（b）固定鉸支座約束(yuēshù)：固定鉸支座是將桿件用鉸鏈約束(yuēshù)與地面相連接。結(jié)構(gòu)計(jì)算(jìsuàn)簡(jiǎn)圖.物體受力分析示意圖計(jì)算簡(jiǎn)圖（4）鉸支座2/4/20238精品資料（5）鏈桿約束：鏈桿是兩端用光滑鉸鏈與其它物體連接，不計(jì)自重且中間不受力作用的桿件。物體在豎直方向受到約束，約束力可向上，可向下。鏈桿：兩端用光滑鉸鏈與其它構(gòu)件連接且不考慮自重的剛桿。特點(diǎn)(tèdiǎn)：是二力桿，提供雙面約束。反力方向：沿桿方向，通常假定受拉。同一點(diǎn)處的兩根不平行鏈桿等同于一固定鉸支座?；顒?dòng)鉸支座可用與支撐面垂直的一根鏈桿來(lái)代替。結(jié)構(gòu)計(jì)算(jìsuàn)簡(jiǎn)圖.物體受力分析二力桿作用力與反作用力2/4/20239精品資料三個(gè)位移(wèiyí)的約束及約束反力（6）固定(gùdìng)端：使桿件既不能發(fā)生移動(dòng)也不能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的約束體；示意圖計(jì)算簡(jiǎn)圖結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體受力分析2/4/202310精品資料固定端約束：物體的一部分固嵌于另一物體所構(gòu)成的約束成為固定端約束。

約束特點(diǎn)：限制物體在約束處任何方向的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)。

約束反力特點(diǎn)：是一個(gè)任意的分布力系，簡(jiǎn)化(jiǎnhuà)成一個(gè)大小和方向均未知的約束力和一個(gè)約束力偶。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體(wùtǐ)受力分析2/4/202311精品資料一個(gè)位移(wèiyí)及一個(gè)轉(zhuǎn)角的約束及約束反力（7）定向支座：將桿件用兩根相鄰(xiānɡlín)的等長(zhǎng)、平行鏈桿與地面相連接的支座。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體受力分析MFN2/4/202312精品資料§2-2結(jié)構(gòu)(jiégòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖一、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算簡(jiǎn)圖是實(shí)際結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型。選用(xuǎnyòng)原則是：要能反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要受力特性；同時(shí)又要便于分析和計(jì)算。合理的計(jì)算簡(jiǎn)圖的建立需要具備較深厚的力學(xué)知識(shí)和清晰的概念，并能與工程實(shí)踐相結(jié)合，最后還能經(jīng)受實(shí)踐的檢驗(yàn)。本課程只討論（典型）計(jì)算簡(jiǎn)圖。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體受力分析2/4/202313精品資料1．支座(zhīzuò)形式及反力：支座的形式有：鏈桿支座、鉸支座、固定(gùdìng)支座及定向支座。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體受力分析支座約束要注意：（1）鏈桿支座的約束反力，必定沿著鉸鏈兩邊鉸中心的連線作用在受約束的物體上。準(zhǔn)確地說應(yīng)為約束的位移方向。如：表示為滾軸支座和可動(dòng)鉸支座形式，則約束反力應(yīng)為豎直方向。（忽略鏈桿自重）

二力桿的桿件：只通過兩端鉸鏈?zhǔn)芰ψ饔茫湕U只在兩端鉸鏈外受力作用，因此又稱二力桿為鏈桿。

2/4/202314精品資料（2）鉸支座及反力，這里的鉸支座是固定鉸支座：約束(yuēshù)桿端的軸向、切向位移；相應(yīng)的約束(yuēshù)反力是一個(gè)軸力和一個(gè)剪力?？梢杂脙蓚€(gè)垂直分力表示。結(jié)構(gòu)(jiégòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體受力分析2/4/202315精品資料結(jié)構(gòu)計(jì)算(jìsuàn)簡(jiǎn)圖.物體受力分析（3）固定支座，約束(yuēshù)桿端的軸向、切向位移及轉(zhuǎn)動(dòng)；相應(yīng)的固定端約束(yuēshù)反力是一個(gè)軸力、一個(gè)剪力和一個(gè)力偶。（4）定向支座，約束(yuēshù)桿端的軸向位移及轉(zhuǎn)動(dòng)；相應(yīng)的約束(yuēshù)反力是沿鏈桿方向的力和定向支座：約束(yuēshù)桿端的軸向位移及轉(zhuǎn)動(dòng)；相應(yīng)的約束(yuēshù)反力是沿鏈桿方向的力和一個(gè)力偶。2/4/202316精品資料結(jié)構(gòu)計(jì)算(jìsuàn)簡(jiǎn)圖.物體受力分析固定端約束：使桿件既不能發(fā)生移動(dòng)也不能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)的約束，或者說物體的一部分固嵌于另一物體所構(gòu)成的約束成為固定端約束。

AFAxFAyyxMA約束特點(diǎn)：限制物體在約束處任何方向的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)。

約束反力特點(diǎn)：是一個(gè)任意的分布力系，簡(jiǎn)化成一個(gè)大小和方向均未知的約束力和一個(gè)約束力偶。2/4/202317精品資料2．結(jié)點(diǎn)(jiédiǎn)形式及作用力結(jié)構(gòu)中桿件的交點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖中的結(jié)點(diǎn)有：鉸結(jié)點(diǎn)、剛結(jié)點(diǎn)、組合結(jié)點(diǎn)等三種。（1）鉸結(jié)點(diǎn)鉸結(jié)點(diǎn)上的各點(diǎn)用鉸鏈相連接。相互約束桿端的水平及豎向位移；其約束反力用兩對(duì)垂直(chuízhí)的，互為作用與反作用的分力表示。桿件受荷載作用產(chǎn)生變形時(shí)，鉸結(jié)點(diǎn)上各桿件端部的夾角發(fā)生改變，即可以有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體受力分析2/4/202318精品資料（2）剛結(jié)點(diǎn)剛結(jié)點(diǎn)上各桿件剛性連接。桿件受荷載作用產(chǎn)生變形時(shí)，結(jié)點(diǎn)上各桿件端部的夾角不發(fā)生改變。相互約束桿端的水平及豎向位移及轉(zhuǎn)動(dòng)。（3）組合(zǔhé)結(jié)點(diǎn)如果結(jié)點(diǎn)上的一些桿件用鉸鏈連接，另一些桿件剛性連接，這種結(jié)點(diǎn)稱為組合(zǔhé)結(jié)點(diǎn)。（半鉸）結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體(wùtǐ)受力分析鉸結(jié)點(diǎn)上的鉸鏈稱為全鉸，混合結(jié)點(diǎn)上的鉸鏈稱為半鉸。2/4/202319精品資料1、按結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)分類：

梁(beam)：由水平（或斜向）放置桿件構(gòu)成。梁構(gòu)件主要承受彎曲變形，是受彎構(gòu)件。

拱(arch)：一般由曲桿構(gòu)成。在豎向荷載作用下有水平支座反力。剛架(rigidframe)：不同方向的桿件用結(jié)點(diǎn)（一般都有剛結(jié)點(diǎn)）連接(liánjiē)構(gòu)成。剛架桿件以受彎為主，所以又叫梁式構(gòu)件。

桁架(truss)：由若干直桿在兩端用鉸結(jié)點(diǎn)連接(liánjiē)構(gòu)成。桁架桿件主要承受軸向變形，是拉壓構(gòu)件。

組合結(jié)構(gòu)(compositestructure)：由梁式構(gòu)件和拉壓構(gòu)件構(gòu)成。2、按計(jì)算方法分類：

靜定結(jié)構(gòu)(staticallystructure),超靜定結(jié)構(gòu)(hyperstaticstructure)。二、平面桿系結(jié)構(gòu)(jiégòu)的分類結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體受力分析2/4/202320精品資料§2-3物體(wùtǐ)受力分析物體受力分析包含兩個(gè)步驟：（1）取分離體，（2）畫受力圖。1．取分離體：是把所要研究的物體解除約束，即解除研究對(duì)象與其它部分的聯(lián)系；2．畫受力圖（1）約束反力：用相應(yīng)的約束反力代替解除的約束對(duì)研究對(duì)象的作用；（2）主動(dòng)力：畫出分離體上受到的主動(dòng)力（外荷載）。如重力,風(fēng)力,氣體壓力等。注：受力圖是畫出分離體上所受的全部外力(wàilì)，即主動(dòng)力與約束力。主動(dòng)力是荷載產(chǎn)生的力，實(shí)際作用的力；約束反力是解除聯(lián)系后作用力。（假設(shè)一個(gè)正方向）結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體受力分析2/4/202321精品資料畫受力圖應(yīng)注意(zhùyì)的問題除重力、電磁力外，物體之間只有通過接觸才有相互(xiānghù)機(jī)械作用力，要分清研究對(duì)象（受力體）都與周圍哪些物體（施力體）相接觸，接觸處必有力，力的方向由約束類型而定。2、不要多畫力要注意力是物體之間的相互機(jī)械作用。因此對(duì)于受力體所受的每一個(gè)力，都應(yīng)能明確地指出它是哪一個(gè)施力體施加的。1、不要漏畫力結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體受力分析2/4/202322精品資料約束反力的方向(fāngxiàng)必須嚴(yán)格地按照約束的類型來(lái)畫，不能單憑直觀或根據(jù)主動(dòng)力的方向(fāngxiàng)來(lái)簡(jiǎn)單推想。在分析兩物體之間的作用力與反作用力時(shí)，要注意，作用力的方向(fāngxiàng)一旦確定，反作用力的方向(fāngxiàng)一定要與之相反，不要把箭頭方向(fāngxiàng)畫錯(cuò)。作用力與需分別畫在相互作用的兩個(gè)不同的隔離體上。3、不要(bùyào)畫錯(cuò)力的方向4、受力圖上不能再帶約束。即受力圖一定要畫在分離體上。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖.物體受力分析2/4/202323精品資料一個(gè)力，屬于外力還是內(nèi)力，因研究對(duì)象的不同，有可能不同。當(dāng)物體系統(tǒng)(xìtǒng)拆開來(lái)分析時(shí)，原系統(tǒng)(xìtǒng)的部分內(nèi)力，就成