《建筑力學(xué)基礎(chǔ)》課件

建筑力學(xué)基礎(chǔ)建筑力學(xué)是建筑學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一，是研究建筑結(jié)構(gòu)在外力作用下的受力狀態(tài)、變形和穩(wěn)定性等問(wèn)題的學(xué)科。課程概述課程目標(biāo)本課程旨在為學(xué)生提供建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，幫助學(xué)生理解結(jié)構(gòu)行為，并為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。課程內(nèi)容課程內(nèi)容涵蓋力學(xué)基本概念、材料力學(xué)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)分析方法、常用結(jié)構(gòu)類型等。學(xué)習(xí)方法理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)課堂講授、案例分析、實(shí)驗(yàn)操作等方式加深理解?？己朔绞狡綍r(shí)作業(yè)、期中考試、期末考試等方式進(jìn)行考核。建筑力學(xué)的定義和研究對(duì)象定義建筑力學(xué)研究建筑物在各種外力作用下，例如風(fēng)力、地震、荷載等，結(jié)構(gòu)的受力情況、變形情況、穩(wěn)定性以及強(qiáng)度等。研究對(duì)象建筑力學(xué)的核心研究對(duì)象是建筑物本身，包括各種結(jié)構(gòu)形式，例如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等。研究目標(biāo)建筑力學(xué)旨在確保建筑物在各種條件下安全可靠，保證建筑物的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和耐久性。力的基本概念力的定義力是物體之間的相互作用,可以使物體發(fā)生形變或改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。力的特性力具有大小和方向,是一個(gè)矢量,力的作用效果與力的方向有關(guān),力的大小用牛頓(N)作為單位。力的分類力的分類包括重力、彈力、摩擦力、壓力、拉力等,不同的力具有不同的作用方式和特點(diǎn)。均勻分布荷載均勻分布荷載是指在構(gòu)件上沿長(zhǎng)度或面積均勻分布的荷載。這種荷載通常由結(jié)構(gòu)的自重或覆蓋在結(jié)構(gòu)上的物體，如建筑材料、設(shè)備、人員等造成。計(jì)算均勻分布荷載作用下的結(jié)構(gòu)時(shí)，需要將分布荷載轉(zhuǎn)化為集中荷載，才能方便地進(jìn)行計(jì)算。轉(zhuǎn)化方法是將分布荷載的總值乘以作用面積的中心點(diǎn)坐標(biāo)，得到一個(gè)集中荷載，并將其作用在中心點(diǎn)上。集中荷載集中荷載是指作用于結(jié)構(gòu)物上的力，其作用面積相對(duì)很小，可以近似地認(rèn)為作用在一點(diǎn)上。例如，建筑物上的吊車、橋梁上的車輛等，它們的作用力都可視為集中荷載。彈性力學(xué)基礎(chǔ)11.應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系描述材料在受力時(shí)的變形行為，是彈性力學(xué)的重要基礎(chǔ)。22.胡克定律描述材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變的線性關(guān)系，是彈性力學(xué)的基本定律之一。33.彈性常數(shù)反映材料在彈性變形過(guò)程中的剛度特性，例如楊氏模量、泊松比等。44.彈性極限材料在受力后恢復(fù)原狀的能力，是判斷材料是否發(fā)生塑性變形的重要指標(biāo)。應(yīng)力和應(yīng)變應(yīng)力材料內(nèi)部抵抗外力的作用力，稱為應(yīng)力。應(yīng)力是物體內(nèi)部各部分之間的相互作用。應(yīng)變材料在外力作用下產(chǎn)生的形變，稱為應(yīng)變。應(yīng)變是物體在外力作用下發(fā)生的相對(duì)形變程度。桿件受拉和受壓1定義當(dāng)桿件受到軸向拉力時(shí)稱為受拉，受到軸向壓力時(shí)稱為受壓。2應(yīng)力桿件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)力與截面積的比值。3應(yīng)變桿件的變形量與原長(zhǎng)的比值。4胡克定律在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。桿件受剪切1剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力是指作用在物體截面上的平行于截面的力。2剪切應(yīng)變剪切應(yīng)變是指物體由于剪切力而產(chǎn)生的變形。3剪切模量剪切模量是材料在剪切作用下的剛度指標(biāo)，表示材料抵抗剪切變形的程度。4剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度是指材料抵抗剪切破壞的能力。桿件受剪切時(shí)，橫截面上會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變，剪切應(yīng)力的方向平行于截面，剪切應(yīng)變是指橫截面上的變形角度。剪切模量反映了材料抵抗剪切變形的能力，剪切強(qiáng)度則是指材料抵抗剪切破壞的能力。不同的材料具有不同的剪切模量和剪切強(qiáng)度，這些參數(shù)對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算至關(guān)重要。彎曲梁的應(yīng)力和應(yīng)變彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力是彎曲梁內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力，它的大小與彎矩和截面幾何形狀有關(guān)。彎曲應(yīng)變彎曲應(yīng)變是彎曲梁內(nèi)部產(chǎn)生的變形，它的大小與彎曲應(yīng)力和材料的彈性模量有關(guān)。復(fù)合應(yīng)力拉伸和壓縮應(yīng)力同時(shí)作用在物體上的拉伸和壓縮應(yīng)力，稱為復(fù)合應(yīng)力。剪切應(yīng)力當(dāng)物體受到平行于其表面的力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力。彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力是由于彎矩引起的，在梁的橫截面上產(chǎn)生。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是由于扭矩引起的，在物體橫截面上產(chǎn)生。材料的性質(zhì)強(qiáng)度材料抵抗外力而不破壞的能力。分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。彈性材料在外力作用下發(fā)生形變，去除外力后能夠恢復(fù)原狀的性質(zhì)。塑性材料在外力作用下發(fā)生永久變形的能力。硬度材料抵抗外力壓入或刻劃的能力。沖擊載荷1瞬時(shí)載荷沖擊載荷是作用時(shí)間極短的載荷，例如地震或爆炸。2沖擊力沖擊載荷會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的動(dòng)應(yīng)力，這可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。3沖擊強(qiáng)度沖擊載荷的強(qiáng)度取決于載荷的大小和作用時(shí)間。4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)需要考慮沖擊載荷的影響，并采取相應(yīng)的抗沖擊措施。材料的疲勞重復(fù)載荷材料在反復(fù)的應(yīng)力作用下，即使應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度，也會(huì)在一定循環(huán)次數(shù)后發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。疲勞極限材料在一定循環(huán)次數(shù)下，能承受的最高應(yīng)力稱為疲勞極限。疲勞極限是衡量材料疲勞性能的重要指標(biāo)。影響因素疲勞壽命受載荷大小、載荷頻率、環(huán)境溫度、材料表面狀態(tài)等因素的影響。疲勞現(xiàn)象在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常重要，需要謹(jǐn)慎考慮。桁架結(jié)構(gòu)桁架是一種由桿件組成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，桿件通過(guò)鉸接連接在一起形成三角形單元。桁架結(jié)構(gòu)具有輕巧、穩(wěn)定、承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、電力塔等領(lǐng)域。斜拉結(jié)構(gòu)斜拉橋是現(xiàn)代橋梁建筑中的杰作，由橋塔、斜拉索和橋面構(gòu)成。斜拉索從橋塔頂部斜向橋面，將橋面拉起，形成獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式。斜拉結(jié)構(gòu)的應(yīng)用非常廣泛，例如：公路橋、鐵路橋、人行橋等。懸索結(jié)構(gòu)橋梁懸索橋是一種利用鋼索懸掛橋面的結(jié)構(gòu)形式，常用于跨越較寬的水道或峽谷。建筑在現(xiàn)代建筑中，懸索結(jié)構(gòu)也應(yīng)用于高層建筑，例如高聳的摩天大樓。體育場(chǎng)館懸索結(jié)構(gòu)也常用于大型體育場(chǎng)館的屋頂，創(chuàng)造出獨(dú)特的建筑造型。柱的穩(wěn)定性軸向壓力柱受到的壓力會(huì)對(duì)其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，壓力越大，穩(wěn)定性越差。柱長(zhǎng)柱子的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，穩(wěn)定性越差，更容易發(fā)生失穩(wěn)。截面形狀截面的形狀和大小也會(huì)影響柱的穩(wěn)定性，圓形截面比方形截面穩(wěn)定性更好。支撐條件柱子的支撐條件也會(huì)影響其穩(wěn)定性，例如固定端比鉸接端穩(wěn)定性更好?？蚣芙Y(jié)構(gòu)組成由梁、柱和節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系，可以承受各種方向的荷載。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各種建筑物、橋梁等工程項(xiàng)目中。優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)形式靈活，可以根據(jù)不同的需求設(shè)計(jì)不同類型的框架結(jié)構(gòu)。可靠性具有較高的抗震性能，能夠承受各種荷載和地震力的沖擊?？拐鹪O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)抗震抗震設(shè)計(jì)主要是為了確保建筑結(jié)構(gòu)在發(fā)生地震時(shí)，能夠抵抗地震力的破壞，保障建筑物和人員的安全?？拐鹪O(shè)計(jì)要考慮地震的強(qiáng)度、頻率和持續(xù)時(shí)間等因素，同時(shí)還要考慮建筑物的類型、材料和結(jié)構(gòu)形式。措施抗震設(shè)計(jì)主要采用以下措施：提高建筑物的抗震能力，降低地震對(duì)建筑物的破壞程度，包括合理選材、優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式、采用抗震措施、加固建筑物等。大跨度結(jié)構(gòu)11.跨度大橋梁、體育場(chǎng)、展覽館等建筑物。22.復(fù)雜荷載風(fēng)荷載、地震荷載、溫度荷載等復(fù)雜荷載。33.獨(dú)特結(jié)構(gòu)形式拱結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、斜拉結(jié)構(gòu)等獨(dú)特結(jié)構(gòu)形式。44.結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)有限元分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)。高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載高層建筑受到風(fēng)荷載的影響很大，風(fēng)荷載會(huì)對(duì)建筑物產(chǎn)生較大的力，影響建筑物的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)人員必須考慮風(fēng)荷載的影響，對(duì)建筑物進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)。地震荷載高層建筑位于地震頻發(fā)的地區(qū)，必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，以確保建筑物在地震發(fā)生時(shí)能保持結(jié)構(gòu)完整，避免倒塌。施工工藝高層建筑的施工工藝復(fù)雜，需要先進(jìn)的施工技術(shù)和設(shè)備，以及嚴(yán)格的施工管理，才能保證建筑物的安全性和質(zhì)量?？臻g結(jié)構(gòu)概念空間結(jié)構(gòu)指由桿件或板件在空間相互連接而成的結(jié)構(gòu)體系?？臻g結(jié)構(gòu)具有較高的剛度和穩(wěn)定性，能有效抵抗各種荷載，在現(xiàn)代建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。類型空間結(jié)構(gòu)的類型多種多樣，包括網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)等。每種類型都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，例如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)適合大跨度建筑，殼體結(jié)構(gòu)適合大面積覆蓋，索膜結(jié)構(gòu)適合輕型建筑。結(jié)構(gòu)分析方法1力法力法是一種經(jīng)典的結(jié)構(gòu)分析方法，它通過(guò)求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力的平衡方程來(lái)確定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。力法主要適用于靜定結(jié)構(gòu)的分析。2位移法位移法是一種現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)分析方法，它通過(guò)求解結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的位移來(lái)確定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。位移法可以用于分析靜定和超靜定結(jié)構(gòu)。3矩陣法矩陣法是一種基于線性代數(shù)的結(jié)構(gòu)分析方法，它將結(jié)構(gòu)的平衡方程表示成矩陣形式，并利用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行求解。4有限元法有限元法是一種數(shù)值計(jì)算方法，它將結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元，并通過(guò)求解每個(gè)單元的平衡方程來(lái)確定結(jié)構(gòu)的整體響應(yīng)。結(jié)構(gòu)仿真技術(shù)有限元分析將結(jié)構(gòu)分解成許多小的單元，并通過(guò)數(shù)值方法求解結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。模型構(gòu)建根據(jù)實(shí)際情況創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型，并設(shè)置材料屬性和邊界條件。模擬與分析對(duì)模型進(jìn)行分析，獲取結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移、振動(dòng)等信息。優(yōu)化設(shè)計(jì)基于仿真結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和耐久性。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)性能提升優(yōu)化設(shè)計(jì)可提高結(jié)構(gòu)的承載能力、抗震性能和耐久性。成本節(jié)約通過(guò)合理利用材料和減少浪費(fèi)，降低建筑成本。環(huán)境友好優(yōu)化設(shè)計(jì)有助于減少材料消耗和碳排放，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。美觀實(shí)用優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠使結(jié)構(gòu)更美觀、更合理、更實(shí)用。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)目的監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的損傷和缺陷，確保結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。監(jiān)測(cè)技術(shù)包括傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和評(píng)估技術(shù)等，用于獲取結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)應(yīng)用應(yīng)用于各種類型的結(jié)構(gòu)，包括橋梁、建筑物、隧道、水壩等，提高結(jié)構(gòu)的安全性。結(jié)構(gòu)維修加固延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)壽命通過(guò)修復(fù)和加固，可以顯著延長(zhǎng)建筑物的使用壽