建筑力學(xué) 緒論

建筑力學(xué)緒論第1頁/共44頁緒論第2頁/共44頁教學(xué)內(nèi)容本課程的性質(zhì)及任務(wù)關(guān)于本課程的幾組基本術(shù)語和概念本課程的內(nèi)容組成本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)本課程的學(xué)習(xí)方法本課程教學(xué)安排與學(xué)習(xí)要求緒論第3頁/共44頁緒論本課程的性質(zhì)與任務(wù)本課程是建筑學(xué)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間起著承上啟下的作用。建筑三要素：堅(jiān)固、實(shí)用、美觀建筑業(yè)的三大專業(yè)建筑學(xué)—建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)工程—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建筑設(shè)備—設(shè)備布置結(jié)構(gòu)分析構(gòu)件設(shè)計(jì)第4頁/共44頁緒論本課程的幾組基本術(shù)語和概念結(jié)構(gòu)、構(gòu)件以及構(gòu)件的分類力、力系、外力與內(nèi)力剛體與變形體構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性與構(gòu)件的承載能力荷載的分類桿件變形的基本形式第5頁/共44頁緒論結(jié)構(gòu)、構(gòu)件以及構(gòu)件的分類結(jié)構(gòu)建筑物或構(gòu)筑物中能夠承受并傳遞各種外部作用的骨架建筑結(jié)構(gòu)是由梁、板、墻、柱、基礎(chǔ)等基本構(gòu)件，按照一定的組成規(guī)則，通過正確的連接方式所組成的承受并傳遞荷載和其他間接作用的骨架。構(gòu)件組成結(jié)構(gòu)的基本部件統(tǒng)稱為構(gòu)件。構(gòu)件的分類按照幾何特征，構(gòu)件可分為桿件、板殼和實(shí)體。桿件的幾何特征為長(zhǎng)條形，長(zhǎng)度尺寸遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方向的尺寸（橫截面兩個(gè)方向的尺寸）。板殼的厚度尺寸遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向的尺寸（長(zhǎng)度和寬度），板的幾何特征為平面形，殼的幾何特征為曲面形。實(shí)體的幾何特征為塊體，其長(zhǎng)、寬、高三個(gè)方向的尺寸大體相近，內(nèi)部大多為實(shí)體。第6頁/共44頁六桿件：直桿：折桿：曲桿：等截面直桿、變截面直桿等截面折桿、變截面折桿*等截面曲桿、變截面曲桿*材料力學(xué)只研究桿，結(jié)構(gòu)力學(xué)研究由很多桿組成的空間桿系。第7頁/共44頁殼體結(jié)構(gòu)實(shí)體結(jié)構(gòu)板第8頁/共44頁傳統(tǒng)具有柱、梁、檁、椽的木制房屋結(jié)構(gòu)古代建筑結(jié)構(gòu)第9頁/共44頁建于遼代（1056年）的山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔。塔高9層共67.31米，用木材2600噸，充分利用傳統(tǒng)建筑技巧，廣泛采用斗拱結(jié)構(gòu)，全塔共用斗拱54種，每個(gè)斗拱都有一定的組合形式，有的將梁、坊、柱結(jié)成一個(gè)整體，每層都形成了一個(gè)八邊形中空結(jié)構(gòu)層。塔建在4米高的兩層石砌臺(tái)基上，內(nèi)外兩槽立柱，構(gòu)成雙層套筒式結(jié)構(gòu)，柱頭間有欄額和普柏枋，柱腳間有地伏等水平構(gòu)件，內(nèi)外槽之間有梁枋相連接，使雙層套筒緊密結(jié)合。暗層中用大量斜撐，結(jié)構(gòu)上起圈梁作用，加強(qiáng)木塔結(jié)構(gòu)的整體性。900多年來歷經(jīng)數(shù)次地震不倒，現(xiàn)存最古老最高大的純木結(jié)構(gòu)樓閣式建筑。

古代建筑結(jié)構(gòu)第10頁/共44頁2200年以前建造的都江堰安瀾索橋，位于都江堰魚嘴分水堤之上，橫跨內(nèi)外兩江，長(zhǎng)500米。

古代建筑結(jié)構(gòu)第11頁/共44頁建于隋代（605年）的河北趙州橋橋長(zhǎng)64.4米，跨徑37.02米，用石2800噸。當(dāng)今世界上現(xiàn)存最早、保存最完善的古代敞肩石拱橋

古代建筑結(jié)構(gòu)第12頁/共44頁金字塔建于公元前2690年左右，現(xiàn)高136.5米；底座每邊長(zhǎng)230多米，塔底面積5.29萬平方米；塔身由230萬塊石頭砌成，每塊石頭平均重2.5噸，有的重達(dá)幾十噸

古代建筑結(jié)構(gòu)第13頁/共44頁比薩斜塔建于1173年，1372年完工，高58.4米，大理石古代建筑結(jié)構(gòu)第14頁/共44頁哈利法塔的設(shè)計(jì)為伊斯蘭教建筑風(fēng)格，樓面為“Y”字形，并由三個(gè)建筑部份逐漸連貫成一核心體，從沙漠上升，以上螺旋的模式，減少大樓的剖面使它更如直往天際，至頂上，中央核心逐轉(zhuǎn)化成尖塔，Y字形的樓面也使的哈利法塔有較大的視野享受?，F(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)第15頁/共44頁明石海峽大橋是世界上第一座主跨超過1英里(為1609m)及1海里(合1852m)的橋梁。兩邊跨也很長(zhǎng)，每跨達(dá)960m，是目前世界上最長(zhǎng)的邊跨。鋼橋塔高為297m，是世界上最高的橋塔，用鋼桁式加勁梁，橫截面尺寸為35.5m×14.0m。其梁高比其它任何一座懸索橋都高。明石海峽大橋設(shè)計(jì)荷載可承受里氏8．5級(jí)地震，必須要經(jīng)受住時(shí)速290公里的臺(tái)風(fēng)的襲擊。該橋在阪神地震中僅有微小損壞，由于地面運(yùn)動(dòng)。兩塔基礎(chǔ)之間的距離增加了80cm，橋塔頂傾斜了10cm，使主跨增加了近80cm，從而接近于1991m，主纜垂度因此減少了130cm。

第16頁/共44頁現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)三峽水利樞紐大壩為混凝土重力式，擋水前沿總長(zhǎng)2345米，最大壩高185米，壩體總混凝土量為1486萬立方米，其大壩總方量居世界第一。第17頁/共44頁外觀為三組巨大的殼片，聳立在南北長(zhǎng)186米、東西最寬處為97米的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基座上?，F(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)第18頁/共44頁開工時(shí)間：2008年11月29日；竣工時(shí)間：2014年；占地面積：30368平方米；建筑面積：574058平方米，其中地上總建筑面積約410139平方米；建筑高度：632米；建筑層數(shù)：地下結(jié)構(gòu)5層，地上部分包括124層塔樓和7層?xùn)|西裙房；結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土核心筒-外框架結(jié)構(gòu)；用鋼量：約100000噸；建筑造價(jià)：148億元。第19頁/共44頁2088米的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。斜拉橋主孔跨度1088米，列世界第一；主塔高度300.4米,列世界第一；斜拉索的長(zhǎng)度577米,列世界第一；群樁基礎(chǔ)平面尺寸113.75米×48.1米，列世界第一。蘇通大橋主墩基礎(chǔ)由131根長(zhǎng)約120米、直徑2.5米至2.8米的群樁組成，承臺(tái)長(zhǎng)114米、寬48米，面積有一個(gè)足球場(chǎng)大，是在40米水深以下厚達(dá)300米的軟土地基上建起來的，是世界上規(guī)模最大、入土最深的群樁基礎(chǔ)。第20頁/共44頁主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限100年，耐火等級(jí)為一級(jí),抗震設(shè)防烈度8度,地下工程防水等級(jí)1級(jí)。工程主體建筑呈空間馬鞍橢圓形，南北長(zhǎng)333米、東西寬294米的，高69米。主體鋼結(jié)構(gòu)形成整體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥巢”結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量為4.2萬噸，混凝土看臺(tái)分為上、中、下三層，看臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)為地下1層，地上7層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土看臺(tái)上部完全脫開，互不相連，形式上呈相互圍合，基礎(chǔ)則坐在一個(gè)相連的基礎(chǔ)底板上。國家體育場(chǎng)屋頂鋼結(jié)構(gòu)上覆蓋了雙層膜結(jié)構(gòu)。

第21頁/共44頁重慶彩虹橋坍塌工程事故重慶市綦江縣城區(qū)一座步行橋（彩虹橋）突然整體垮塌，數(shù)十名過橋者隨大橋墜入橋下的綦河，造成了嚴(yán)重傷亡事故。這次因工程質(zhì)量導(dǎo)致的重大責(zé)任事故，共造成40人死亡。第22頁/共44頁美國紐約馬爾克大橋坍塌第23頁/共44頁加拿大魁北克橋建于1904～1918年。該橋長(zhǎng)987米，寬29米，高104米，橋懸臂長(zhǎng)177米，支撐著長(zhǎng)195米的中心結(jié)構(gòu)，整個(gè)總臂距為549米。這些數(shù)據(jù)證明了一個(gè)事實(shí)，即魁北克橋是目前世界上懸臂橋中橋跨最長(zhǎng)的。第24頁/共44頁1916年9月11日，第二次事故再次降臨魁北克橋。當(dāng)用千斤頂舉升重達(dá)5000噸的懸掛孔時(shí)，懸掛孔一角的十字形鑄件被壓壞，出現(xiàn)傾斜，至少10名工人被奪去了生命。庫帕曾稱他的設(shè)計(jì)是“最佳、最省的”。庫帕自我陶醉于他的設(shè)計(jì)，而忘乎所以地把大橋的長(zhǎng)度由原來的500米加到600米，以成為世界上最長(zhǎng)的橋。橋的建設(shè)速度很快，施工也很完善。正當(dāng)投資修建這座大橋的人士開始考慮如何為大橋剪彩時(shí)，大橋的整個(gè)金屬結(jié)構(gòu)垮了。19000噸鋼材和86名建橋工人落入水中，只有11人生還。由于庫帕的過分自信而忽略了對(duì)橋梁重量的精確計(jì)算，導(dǎo)致了一場(chǎng)事故。

第25頁/共44頁工程師之戒第26頁/共44頁08年雪災(zāi)第27頁/共44頁緒論力、力系、外力與內(nèi)力力力是物體之間相互的機(jī)械作用，其作用效應(yīng)包括兩個(gè)方面：使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變（稱為力的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)或外效應(yīng)）或使物體發(fā)生變形（稱為力的變形效應(yīng)或內(nèi)效應(yīng)）。力對(duì)物體作用的效應(yīng)取決于力的三要素，即力的大小、方向、作用點(diǎn)。力既具有大小和方向，而又服從矢量的平行四邊形法則，所以力是矢量。力系通常，作用于物體上的力往往不止一個(gè)而是有若干個(gè)，這若干個(gè)力總稱為力系。外力與內(nèi)力外力和內(nèi)力的概念只有相對(duì)于某一確定的研究對(duì)象或系統(tǒng)才有意義。系統(tǒng)外物體作用于系統(tǒng)內(nèi)物體上的力，稱為外力。系統(tǒng)內(nèi)物體之間或同一物體的兩部分之間的相互作用力稱為內(nèi)力。第28頁/共44頁緒論剛體與變形固體剛體剛體是指在外力作用下不發(fā)生變形的物體。剛體是一種抽象化了的力學(xué)模型，實(shí)際上任何物體在外力作用下都會(huì)發(fā)生或大或小的變形，但在研究有些問題時(shí)，如果忽略物體的變形，將使問題的研究在其結(jié)果能夠滿足工程精度要求的前提下大大簡(jiǎn)化。例如，在研究平衡問題時(shí)，由于大多數(shù)結(jié)構(gòu)物在正常工作狀態(tài)下其變形與結(jié)構(gòu)物本身的幾何尺寸相比是很小的，如果忽略其變形，將物體看作是不變形的“剛體”考慮其平衡，得到的結(jié)果完全能夠滿足工程精度要求。力對(duì)剛體的作用效應(yīng)只有運(yùn)動(dòng)效應(yīng)，沒有變形效應(yīng)（因?yàn)樽冃魏雎圆挥?jì)）。第29頁/共44頁理想變形固體1）連續(xù)性假設(shè)—材料連續(xù)無孔隙

(可運(yùn)用微積分?jǐn)?shù)學(xué)工具)2）均勻性假設(shè)—材料各處力學(xué)性質(zhì)相同3）各向同性假設(shè)—材料任意方向力學(xué)性質(zhì)相同緒論彈性變形如果桿件材料在外力作用下產(chǎn)生的變形會(huì)隨著外力的消失而消失，即能恢復(fù)原狀，則這種變形稱為完全彈性變形，簡(jiǎn)稱彈性變形。塑性變形如果所產(chǎn)生的變形不會(huì)隨外力的消失而完全消失，即無法恢復(fù)原狀而部分殘留下來，則這種殘留的變形稱為塑性變形。一般固體材料在外力作用下既可能產(chǎn)生彈性變形，又可能產(chǎn)生塑性變形。只要外力（應(yīng)力）不超過一定限度，材料的變形可以認(rèn)為是完全彈性的，即材料處于彈性狀態(tài)。但若外力（應(yīng)力）超過了這個(gè)極限，材料的變形中應(yīng)既包含彈性變形又包含塑性變形。第30頁/共44頁1.軸向拉伸和壓縮2.剪切緒論第31頁/共44頁3.扭轉(zhuǎn)4.平面彎曲緒論第32頁/共44頁組合受力（CombinedLoading）與變形緒論第33頁/共44頁構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性與構(gòu)件的承載能力構(gòu)件的強(qiáng)度構(gòu)件抵抗破壞的能力稱為強(qiáng)度。構(gòu)件的剛度構(gòu)件抵抗變形（主要是指彈性變形）的能力稱為剛度。構(gòu)件的穩(wěn)定性構(gòu)件在外力作用下保持其原有平衡形態(tài)的能力稱為穩(wěn)定性。構(gòu)件的承載能力構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性統(tǒng)稱為構(gòu)件的承載能力。換句話說，構(gòu)件的承載能力包括強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性三個(gè)方面。在承載能力的三個(gè)方面中，一般說來，強(qiáng)度要求是基本的，只是在某些情況下，才對(duì)構(gòu)件提出剛度要求。至于穩(wěn)定性問題，只有在一定受力情況下的某些構(gòu)件才會(huì)出現(xiàn)。緒論第34頁/共44頁

構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性不僅與構(gòu)件的形狀有關(guān)，而且與所用材料的力學(xué)性能有關(guān)，因此在進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)研究是完成材料力學(xué)的任務(wù)所必需的途徑和手段。第35頁/共44頁按作用時(shí)間的久暫可分為:1、恒載：長(zhǎng)期作用于結(jié)構(gòu)上且各個(gè)因素都不改變的荷載。2、活載：在施工和使用期間可能存在的可變的荷載。按作用范圍可分為：1、分布荷載：分布作用在體積、面積和線段上。2、集中荷載：荷載作用范圍與構(gòu)件的尺寸相比十分微小。按作用性質(zhì)可分為：1、靜力荷載：大小、方向和位置不隨時(shí)間變化或變化極其緩慢。2、動(dòng)力荷載：隨時(shí)間迅速變化或在短時(shí)間內(nèi)突發(fā)荷載。荷載的分類緒論第36頁/共44頁按作用的方式體積力:是連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點(diǎn)的力如物體的自重和慣性力面積力:如油缸內(nèi)壁的壓力，水壩受到的水壓力、雪荷載等均為分布力若荷載作用面積遠(yuǎn)小于物體表面的尺寸，可作為作用于一點(diǎn)的集中力。如火車輪對(duì)鋼軌的壓力等分布力：集中力：第37頁/共44頁緒論本課程的內(nèi)容組成結(jié)構(gòu)構(gòu)件靜力分析剛體靜力學(xué)基本知識(shí)桿件的內(nèi)力與內(nèi)力圖靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析構(gòu)件承載能力分析應(yīng)力的計(jì)算與應(yīng)力狀態(tài)分析桿件的強(qiáng)度問題桿件的變形與剛度問題壓桿穩(wěn)定