建筑力學與結構課件(最齊全)

建筑力學與結構課件這是一套全面系統(tǒng)的建筑力學與結構設計課件,涵蓋了從基礎理論到實際應用的各個方面,為學習者帶來全面深入的學習體驗。力學概述力學定義力學是研究物體的運動和受力狀態(tài)的學科,包括靜力學和動力學。力學原理力學遵循牛頓三大定律,即作用力等于反作用力、力與加速度成正比、力與動量成正比。力學應用力學廣泛應用于建筑、機械、航空航天等工程領域,為工程設計和分析提供理論基礎。力-定義與種類力的定義力是一種作用于物體上的矢量量,能夠改變物體的運動狀態(tài)或形變。力有大小、方向和作用點。力的種類力可分為重力、支撐力、摩擦力、彈性力、粘滯力等。不同性質(zhì)的力會產(chǎn)生不同的影響。力的計算利用牛頓三定律和受力分析方法,可以計算出作用于物體上的各種力的大小和方向。力的計算與表示數(shù)學表示力可以用向量的形式表示,包括大小和方向。這種表示方法可以更好地反映力的物理特性。圖形表示力也可以用箭頭的形式直觀地表示,箭頭的長度代表力的大小,箭頭的方向代表力的方向。分解與合成復雜的力可以分解為多個簡單的分量力,也可以將多個簡單的力合成為一個復雜的合力。受力分析1確定受力對象識別建筑結構中各個部件承受的力量2分析力的作用確定力的大小、方向和作用點3構建受力模型建立力學計算模型以分析結構行為受力分析是建筑結構設計的關鍵步驟。我們需要確定各部件承受的力量,分析力的作用,并構建受力模型,為進一步的力學計算和結構分析奠定基礎。這一過程需要深入了解結構受力的規(guī)律,以確保設計的安全性和可靠性。平面與空間力的平衡1方向分析識別力的作用方向和大小2合力計算確定合力作用點和合力大小3平衡條件滿足力和力矩平衡的條件平面和空間力的平衡分析是建筑力學的基礎。首先需要根據(jù)力的方向和作用點,準確識別各個力的大小和方向。然后計算出合力的作用點和大小,最后檢查是否滿足合力和力矩平衡的條件。這是確保結構安全性的關鍵一步。力的合成與分解1力的合成將多個作用在同一點的力合并成一個等效的合力,這稱為力的合成。合力的大小和方向取決于各個力的大小和方向。2幾何合成法采用幾何方法將多個力合成為一個合力,常用的方法包括平行四邊形法、三角形法和矢量法等。3力的分解將一個力分解成兩個或多個力的過程,常用于確定受力平衡時各力的大小。分解時要保持力的平衡。材料力學基礎應力與應變材料在受力作用下會產(chǎn)生應力和應變。應力-應變曲線描述了材料的力學性能,是材料力學的基礎。彈性理論材料在彈性范圍內(nèi)遵循胡克定律,具有可逆性。理解彈性理論是分析結構受力行為的基礎。材料性能測試通過標準試驗評估材料的抗拉、抗壓、抗剪、抗彎等力學性能,為結構分析提供必要的參數(shù)。應力與應變在建筑結構分析中,應力和應變是非常重要的概念。應力表示材料內(nèi)部受力的大小,而應變則反映了材料在受力作用下的變形程度。理解應力和應變的關系是建筑結構設計和分析的基礎。Stress(MPa)Strain(%)圖表顯示了隨著荷載的增加,材料的應力和應變呈線性關系。理解這種關系對于確定材料在不同載荷下的性能和安全性非常重要。彈性理論彈性基本概念彈性理論是研究材料在外力作用下變形和內(nèi)應力分布的學科。其基本假設是材料為理想彈性體,在外力作用下可以發(fā)生可逆的線性變形。胡克定律應力與應變成正比關系,即應力等于彈性模量乘以應變。這是彈性理論的基礎,可用于分析材料的力學行為。應力與應變關系在彈性范圍內(nèi),材料的應力與應變滿足線性關系,可用微分方程描述。這為分析結構的內(nèi)應力分布提供了理論基礎。邊界條件結構的邊界條件和支持形式直接影響內(nèi)部應力和變形的分布。合理設置邊界條件是彈性分析的關鍵。材料的力學性能材料強度材料在承受外力作用時的極限承載能力,包括抗拉強度、抗壓強度和抗剪強度等。材料彈性材料在加載過程中的可逆性,反映材料能夠恢復原狀的能力。材料塑性材料在承受外力作用時發(fā)生永久形變的能力,反映材料的變形能力。材料韌性材料在承受外力作用時能吸收的能量,反映材料的抗沖擊能力。結構分類與功能1結構類型建筑結構可分為框架結構、墻式結構、柱式結構、桁架結構等多種形式。每種結構類型都有其獨特的特點和適用場景。2結構功能建筑結構的主要功能包括承重、抗震、隔熱、防水等。合理的結構設計可以確保建筑的安全性、耐久性和使用功能。3結構選擇在設計時要根據(jù)建筑的用途、形式、環(huán)境等因素,選擇最適合的結構類型,以滿足各方面的要求。4結構優(yōu)化在滿足功能需求的基礎上,還要考慮結構的安全性、經(jīng)濟性、施工性等因素,進行優(yōu)化設計。結構分析基本原理1靜力學分析通過研究結構在外載作用下的平衡狀態(tài),確定內(nèi)力的大小和分布。這是結構分析的基礎。2應變-應力分析分析結構在載荷作用下的變形和內(nèi)應力狀態(tài),為承載力計算提供依據(jù)。3破壞模式預測根據(jù)材料性能和結構構造,預測結構可能出現(xiàn)的破壞模式,為安全性驗算提供基礎。靜定結構1支座反力靜定結構可以根據(jù)幾何條件直接求出支座反力。2內(nèi)力分析靜定結構的內(nèi)力分布可通過受力分析得出。3應力計算內(nèi)力分析結果用于計算結構各截面的應力。靜定結構是一種簡單的力學體系,其力學特征是可以根據(jù)幾何條件直接求出支座反力,然后通過受力分析得出內(nèi)力分布,最終計算出各截面的應力。這種方法簡單易行,是結構分析的基礎。靜不定結構靜不定結構定義靜不定結構是一種無法通過單獨的受力分析解決的復雜結構,需要利用位移與力的關系進行綜合分析。靜不定結構特點這類結構存在冗余支撐,內(nèi)部應力分布復雜,受外荷載影響較大,分析過程較為繁瑣。分析方法通常采用位移法或力法等數(shù)學分析方法,結合材料力學原理進行綜合分析。典型案例帶有桿件剛度不同、結構缺乏完全確定性的框架、拱橋、懸臂結構等。梁的理論與分析1內(nèi)力分析識別梁上的內(nèi)力分布,包括剪力和彎矩。2變形分析計算梁在加載下的變形情況,包括撓度和轉角。3應力分析確定梁內(nèi)部的應力狀態(tài),包括軸向應力和彎曲應力。4承載能力分析評估梁的承載能力,確保其能夠安全地承擔設計荷載。梁的力學分析是結構設計的核心內(nèi)容之一。通過對梁內(nèi)力、變形和應力狀態(tài)的深入研究,可以確保建筑物在承受各種荷載作用時保持穩(wěn)定可靠。這是實現(xiàn)安全可靠的建筑結構設計的關鍵所在。梁的承載力計算梁的承載力計算是確保建筑結構安全性的關鍵步驟。通過分析梁的尺寸、材料特性和受力情況,可以計算梁的極限承載能力,從而保證其在各類荷載作用下都不會發(fā)生斷裂或過大變形。斷面類型計算公式影響因素矩形截面M=0.67*f*b*h^2材料強度f、截面寬度b、高度hT型截面M=f*(b_f*h_f^2/2+b_w*(h-h_f)^2/2)翼板寬度b_f、翼板厚度h_f、腹板寬度b_w、高度hI型截面M=f*(b_f*h_f^2/2+b_w*(h-2h_f)^2/2)上下翼板寬度b_f、翼板厚度h_f、腹板寬度b_w、高度h上述公式為常見截面的承載力計算方法,結合實際梁的尺寸、材料性能、荷載類型等因素,即可確定其承載能力。柱的理論與分析1柱的分類根據(jù)受力情況和截面形狀分類2柱的受力分析主要承受軸向壓縮力和彎矩3柱的受力計算應力、屈曲穩(wěn)定性、承載能力等柱作為承重結構最為關鍵的組成部分,其理論分析和計算直接影響建筑物的安全性和穩(wěn)定性。根據(jù)不同的受力情況和截面形狀,可將柱劃分為多種類型,重點關注其軸向壓縮力和彎曲力的承受情況。通過應力分析、穩(wěn)定性校核和承載能力計算,可確保柱結構的安全性能。柱的承載力計算柱作為建筑物的主要垂直承重結構件,其承載能力的計算是結構設計的重要組成部分。通過分析柱的受力特性,結合材料力學理論,可計算出柱的抗壓、抗彎、抗穩(wěn)定等承載能力,從而確保建筑物的整體安全。50K柱子數(shù)量一座典型辦公大樓可能包含數(shù)萬根承重柱。$500單根柱成本鋼筋混凝土柱的平均制造成本在500美元左右。10%柱承載力損失由于腐蝕、磨損等原因,柱的實際承載能力會下降約10%。15M柱體積一座50層建筑的總柱體積可達15立方米。框架理論與分析1框架概述框架是由柱子和梁組成的剛性結構體系。2受力分析框架中的柱和梁受壓縮、彎曲及剪切等復合應力。3破壞模式框架主要有塑性機制破壞和脆性破壞兩種模式。4設計要求框架設計需要滿足承載力、剛度和穩(wěn)定性的要求?？蚣芙Y構是建筑中常見的一種承重形式。它由垂直的柱子和水平的梁組成,能夠承受各種荷載并傳遞至基礎?？蚣芙Y構具有簡單明了的受力分析方法,設計時還需要兼顧承載力、剛度和穩(wěn)定性等因素?？蚣艿某休d力計算30%多余側向剛度框架梁柱承載力大于30%時可認為有足夠側向剛度80%承載力利用率合理控制框架結構的承載力利用率在80%左右5安全系數(shù)結構承載力一般需要保留5倍以上的安全系數(shù)1.5超載系數(shù)為應對突發(fā)情況,框架結構設計應有1.5倍的超載系數(shù)桁架理論與分析桁架結構簡介桁架由一系列相互連接的桿件組成,具有較高的承載力和剛度。力學分析采用力的平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件對桁架進行受力分析,確定各桿件的內(nèi)力。設計要點選擇合理的構件截面尺寸控制位移和應力,確保結構安全性優(yōu)化節(jié)點連接方式,提高整體剛度桁架的承載力計算桁架是由許多個鐵桿組成的結構框架,通過鉸接的方式連接在一起。桁架通常用于建筑物的主要支撐結構,承擔著重要的載荷。因此,對桁架的承載力進行準確計算非常關鍵。通過對桁架主要構件的承載力進行計算和分析,可以確保桁架在各種工作載荷下都能可靠、安全地傳力和承受,為上層建筑的穩(wěn)定提供有力保障。平面結構分析1簡單平面結構在這類結構中,受力元素僅限于平面內(nèi)的梁和柱,可采用簡單的靜定分析方法。2復雜平面結構對于有多個受力點或不同材料的平面結構,需要采用更精細的靜不定分析方法。3時空力學分析考慮建筑物的時間變化和受力變化,運用動力學原理進行全方位分析?？臻g結構分析綜合考慮空間結構分析需要綜合考慮結構的幾何形狀、載荷作用方式和材料特性等多個因素。力的平衡對于空間結構,需要分析各種力的作用點、大小和方向,確保整體力的平衡。應力分析針對空間結構的幾何特點,采用三維應力分析方法計算各部位的應力狀態(tài)。變形分析評估空間結構在載荷作用下的整體變形情況,確保其符合使用性要求。結構抗震理論與設計抗震理論基礎結構抗震設計的核心是抗震理論,包括地震動特性分析、結構振動特性分析、結構動力響應分析等。這些理論為抗震設計提供了科學的理論基礎?？拐鹪O計原則合理的抗震設計應遵循抗震性、承載能力、適用性和經(jīng)濟性等原則,確保結構在地震作用下能夠安全可靠地承受各種載荷?？拐鹪O計方法抗震設計方法包括靜力分析法、動力分析法、彈塑性分析法等,根據(jù)結構類型和地震地區(qū)特點選擇合適的方法進行分析與設計。結構載荷分類與計算結構物所受到的載荷可分為永久載荷、使用載荷和環(huán)境載荷。永久載荷包括自重、預應力等恒定載荷。使用載荷包括人員、設備、積累物品等可變載荷。環(huán)境載荷包括風荷載、雪荷載、地震荷載等。載荷類型特點計算方法永久載荷恒定不變的載荷根據(jù)結構自重及永久設備荷載計算使用載荷可變的使用過程中產(chǎn)生的載荷根據(jù)使用功能及人員、設備等分布情況計算環(huán)境載荷由自然環(huán)境條件產(chǎn)生的載荷根據(jù)所在地區(qū)的風、雪、地震等環(huán)境特征計算結構安全性驗算結構安全性驗算是確保建筑物在各種荷載作用下不會發(fā)生失效的關鍵步驟。它包括應力分析、承載力計算、穩(wěn)定性檢查等多項內(nèi)容。通過嚴格的計算和驗證,可以保證結構的安全性能,滿足相關規(guī)范的要求。1.5安全系數(shù)結構設計時通常采用安全系數(shù)為1.5的要求,以確保足夠的強度余量。0.8承載力利用率合理控制在80%以內(nèi),留有足夠的超載能力。120%抗震性能必須滿足結構在大地震下不倒塌的要求。$20M加固投入對于已有老舊建筑,加固改造的投資不可過高。建筑結構設計規(guī)范全面規(guī)范建筑結構設計規(guī)范為建筑施工和安全提供了全面的技術指導，涵蓋載荷計算、材料選用、結構分析等方方面面。質(zhì)量控制規(guī)范明確了各階段的質(zhì)量檢查要求，確保建筑結構的安全性和可靠性。安全標準規(guī)范中制定了嚴格的安全標準,如抗震、防火、防風等方面,為建筑安全提供保障。規(guī)范實施在工程實踐中,建筑結構設計規(guī)范必須得到嚴格執(zhí)行,確保建筑質(zhì)量和安全。結構病害診斷與加固結構病害診斷通過專業(yè)的檢測手段,全面評估建筑結構的狀況,準確診斷可能存在的問題,為后續(xù)的加固提供依