《建筑結構原理》課件

《建筑結構原理》課程簡介本課程旨在幫助學生了解建筑結構的基本原理和設計方法。課程內(nèi)容涵蓋靜力學、材料力學、結構分析和設計等方面。課程大綱緒論課程概述，結構力學發(fā)展史，結構與建筑的關系建筑結構體系建筑結構的類型，結構的力學模型，結構分析方法概述靜力學基礎力的概念，力的合成與分解，力的平衡，力矩，力偶，靜力學基本定理材料力學基礎應力與應變，材料的力學性能，桿件的軸向拉伸與壓縮，彎曲變形梁的受力分析梁的受力狀態(tài)，剪力圖與彎矩圖，梁的正應力和剪應力柱的受力分析柱的受力狀態(tài)，柱的穩(wěn)定性分析，柱的強度計算屋架結構屋架的類型，屋架的力學分析，屋架的強度計算鋼結構鋼結構的基本構造，鋼結構連接方式，鋼結構構件的強度設計結構與建筑的關系結構承載建筑結構是建筑物的骨架，提供支撐和穩(wěn)定性。結構系統(tǒng)確保建筑物安全可靠地承受各種荷載，防止倒塌。建筑實現(xiàn)功能建筑通過結構的合理設計，實現(xiàn)特定的功能需求，例如空間劃分、采光通風、美學表現(xiàn)等。結構塑造空間結構元素直接影響建筑物的空間形態(tài)和視覺效果，塑造建筑的獨特風格和美學特征。建筑物的載荷分類恒載建筑物自身重量，包括墻體、樓板、屋頂、門窗等?；钶d使用過程中產(chǎn)生的可變載荷，如人員、家具、設備等。雪載積雪對屋頂?shù)暮奢d，主要影響北方地區(qū)。風載風力對建筑物的荷載，主要影響高層建筑。靜力作用下的結構分析1靜力平衡條件力矩平衡，靜力作用下結構處于穩(wěn)定狀態(tài)，保持靜止。2力學模型將復雜結構簡化為理想化的力學模型，方便分析。3求解方法基于靜力學原理，采用力法或位移法求解結構內(nèi)力。荷載作用下結構的受力分析外部荷載外部荷載包括自重、活荷載、風荷載、地震荷載等，它們會對結構產(chǎn)生各種不同的力。內(nèi)力結構內(nèi)部由于外部荷載的作用而產(chǎn)生的抵抗力的，包括軸力、剪力、彎矩等。變形結構在荷載作用下會產(chǎn)生變形，如軸向變形、剪切變形、彎曲變形等，變形是結構抵抗外力的表現(xiàn)。應力結構內(nèi)部抵抗外力而產(chǎn)生的應力，包括正應力、剪應力等，是結構內(nèi)部抵抗外力的強度指標。力的平衡方程力的平衡方程是結構力學的基礎。它描述了靜止物體在受到多個力作用時，所有力在各個方向上的合力為零?！艶x=0水平方向上的合力為零∑Fy=0豎直方向上的合力為零∑Mz=0繞某一點的力矩之和為零幾何條件和支座約束11.幾何條件幾何條件是指結構的形狀、尺寸和節(jié)點之間的相互連接關系。例如，梁的長度、柱的高度和節(jié)點的連接方式都屬于幾何條件。22.支座約束支座約束是指結構與地基或其他結構之間的連接方式，它限制了結構的運動，并對結構產(chǎn)生反力。例如，固定支座可以限制結構的水平和豎直位移，而鉸支座只能限制結構的豎直位移。33.約束力的作用支座約束可以對結構產(chǎn)生反力，這些反力被稱為約束力。約束力是結構能夠抵抗荷載作用的重要因素，它能夠保證結構的穩(wěn)定性和安全性。44.影響因素結構的幾何條件和支座約束是影響結構受力狀態(tài)和內(nèi)力分布的關鍵因素，也是進行結構分析和設計的重要依據(jù)。靜力確定結構靜力確定結構是指在結構受外力作用時，其內(nèi)部各點的力可以根據(jù)平衡方程和幾何條件直接求解的結構。1可解性結構的內(nèi)力可以根據(jù)平衡方程和幾何條件直接求解2穩(wěn)定性結構在荷載作用下保持平衡狀態(tài)3確定性結構的受力狀態(tài)和內(nèi)力分布可以確定靜力確定結構具有結構簡單、計算方便的特點，在建筑設計中得到廣泛應用。靜力不確定結構定義靜力不確定結構是指結構的支座反力或內(nèi)力無法僅憑平衡方程確定，需要引入變形協(xié)調(diào)方程來求解。特點結構內(nèi)部存在多余約束，導致方程組數(shù)量不足以求解所有未知量。例子連續(xù)梁、框架結構、拱結構等，這些結構在靜力學意義上存在多余約束。分析方法常用的分析方法包括力法、位移法和矩陣法，這些方法通過引入結構的變形特性，來求解結構的受力狀態(tài)。梁的受力狀態(tài)和內(nèi)力分布彎曲梁受到垂直于軸線的載荷，產(chǎn)生彎曲變形。剪力梁截面上的內(nèi)力，抵抗橫向載荷引起的剪切變形。彎矩梁截面上內(nèi)力的力偶，抵抗彎曲變形。梁的正應力和剪應力梁在彎曲變形時，橫截面上會產(chǎn)生正應力和剪應力。正應力是垂直于橫截面的應力，剪應力是平行于橫截面的應力。1正應力由彎矩引起2剪應力由剪力引起3最大值發(fā)生在梁的中性軸上4分布呈線性變化柱的受力狀態(tài)和內(nèi)力分布1軸向壓力柱子主要承受來自上部結構的豎向荷載，表現(xiàn)為軸向壓力。2彎矩由于荷載偏心或樓板的剛性差異，柱子上還會產(chǎn)生彎矩。3剪力柱子上部結構傳遞的剪力也會作用在柱子上，影響其受力狀態(tài)。4內(nèi)力分布柱子內(nèi)力的分布取決于荷載的類型、大小和作用位置。柱的穩(wěn)定性分析軸向壓力柱子承受的軸向壓力會引起柱子的彎曲變形，影響其穩(wěn)定性。材料性質(zhì)材料的強度和剛度會影響柱子的穩(wěn)定性，強度不足會導致柱子屈服，剛度不足會導致柱子過度彎曲。幾何尺寸柱子的長度、截面形狀和尺寸會影響其穩(wěn)定性，長度越長，截面尺寸越小，穩(wěn)定性越差。約束條件柱子的固定方式和約束條件會影響其穩(wěn)定性，約束條件越嚴格，穩(wěn)定性越好。屋架結構的類型和特點屋架是一種常見的建筑結構，用于支撐屋頂并傳遞荷載。屋架的類型很多，常見的有三角形屋架、平行弦屋架和拱形屋架等。三角形屋架是最基本的屋架形式，具有穩(wěn)定性高、承載能力強等優(yōu)點，常用于跨度較小的建筑物。平行弦屋架的弦桿平行，適用于跨度較大的建筑物。拱形屋架的弦桿呈拱形，具有良好的抗彎能力，常用于跨度更大、荷載更重的建筑物。平面桁架的力學分析1結構分析方法節(jié)點法、截面法2平衡方程力的平衡、力矩平衡3桿件內(nèi)力拉力、壓力、零力桿平面桁架是典型的受力結構。分析桁架結構需要掌握節(jié)點法、截面法等方法。通過力的平衡方程，可以求解出每個桿件的內(nèi)力，包括拉力、壓力或零力桿。鋼結構的基本構造鋼結構類型主要分為框架結構、桁架結構、網(wǎng)架結構等，不同的類型在承載力和施工難度上有所差異。框架結構以梁柱體系為主，適合大跨度建筑。鋼結構構件常見構件包括梁、柱、屋架、墻板、樓板等，材料以優(yōu)質(zhì)鋼材為主。鋼結構構件的尺寸和形狀根據(jù)結構的具體要求而定。連接方式主要通過焊接、螺栓連接、鉚接等方式將各構件連接在一起，確保結構的整體穩(wěn)定性。不同的連接方式各有優(yōu)缺點，應根據(jù)實際情況進行選擇。鋼結構連接方式螺栓連接常用連接方式，易于拆卸，連接可靠，適合于各種鋼結構。焊接連接將鋼構件直接焊接，形成整體結構，強度高，適用于重要結構。鉚接連接用鉚釘連接鋼構件，適合于大型鋼結構，強度高，但施工較復雜。高強度螺栓連接利用高強度螺栓的預緊力，將鋼構件連接在一起，適用于高強度結構。鋼結構構件的強度設計鋼結構構件的強度設計是指根據(jù)構件所承受的荷載和材料的性能，確定構件的截面尺寸和連接方式，以確保構件在使用過程中不會發(fā)生斷裂或屈服。強度設計需要考慮構件的材料性能，例如抗拉強度、抗壓強度和屈服強度，以及構件的截面形狀、尺寸和連接方式。鋼結構構件的穩(wěn)定性設計鋼結構構件的穩(wěn)定性設計是保證結構整體安全的重要環(huán)節(jié)，需要考慮構件在各種荷載作用下是否會發(fā)生失穩(wěn)。失穩(wěn)是指結構在承受荷載時，失去其原有的平衡狀態(tài)而發(fā)生突然的變形，導致結構整體失效。1.5屈曲構件在壓縮荷載作用下發(fā)生突然的橫向彎曲變形2.0扭轉(zhuǎn)構件在扭矩作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)3.0失穩(wěn)構件在組合荷載作用下發(fā)生的各種失穩(wěn)形式4.0設計通過合理的結構形式、尺寸設計，以及材料選用等措施，提高構件的穩(wěn)定性?；炷敛牧系幕拘再|(zhì)強度和硬度混凝土材料能夠承受外部壓力和沖擊力，其強度取決于材料的配比和養(yǎng)護方式。耐久性混凝土具有良好的耐腐蝕性和耐磨損性，能夠長期保持結構完整性和穩(wěn)定性，抗風化，耐水。可塑性混凝土在攪拌狀態(tài)下具有可塑性，能夠根據(jù)需要澆筑成各種形狀，并能夠適應各種地形和環(huán)境條件。經(jīng)濟性混凝土材料成本較低，資源豐富，易于獲取，方便運輸，易于施工，是常見的建筑材料之一。鋼筋混凝土結構的受力分析荷載傳遞鋼筋混凝土結構承受各種荷載，例如重力荷載、風荷載、地震荷載等。應力分布荷載通過混凝土和鋼筋傳遞，混凝土承受壓應力，鋼筋承受拉應力。協(xié)同作用鋼筋和混凝土共同作用，共同抵抗各種荷載，提高結構的整體強度和抗震能力。受力分析需要對結構進行受力分析，計算出不同部位的應力、應變，確保結構安全可靠。鋼筋混凝土梁的受力分析1外荷載分布荷載和集中荷載2內(nèi)力彎矩和剪力3應力正應力和剪應力4應變拉伸和壓縮鋼筋混凝土梁在荷載作用下，會產(chǎn)生彎矩和剪力。這些內(nèi)力會引起梁的彎曲變形，并導致梁內(nèi)部產(chǎn)生正應力和剪應力。鋼筋混凝土梁的受力分析是結構設計的重要環(huán)節(jié)，確保梁能夠承受設計荷載并滿足使用要求。鋼筋混凝土柱的受力分析1軸心受壓鋼筋混凝土柱承受軸向壓力時，混凝土和鋼筋共同抵抗外力，使柱體保持穩(wěn)定，實現(xiàn)結構安全。2偏心受壓鋼筋混凝土柱承受偏心壓力時，柱體內(nèi)會產(chǎn)生彎矩和剪力，需要進行受力分析，以確保柱體在壓力和彎矩作用下能夠安全承載。3受彎破壞鋼筋混凝土柱在承受較大偏心力或彎矩時，會發(fā)生彎曲破壞，混凝土壓碎，鋼筋屈服。砌體結構的力學特性砌體結構由磚、石或其他塊體材料砌筑而成。砌體結構的力學特性受材料強度、塊體尺寸、砌筑質(zhì)量、砂漿強度等因素影響。砌體結構的承載力主要取決于砌塊強度和砂漿強度。砌體結構的抗震性能主要取決于砌筑方式和砂漿性能。砌體結構設計的基本原則材料性能充分利用砌塊的強度、抗剪強度和耐久性，確保結構安全可靠。力學特性合理考慮砌體結構的力學性能，包括受壓、抗剪、變形等，進行科學設計。施工質(zhì)量注重砌體結構的施工質(zhì)量，確保砌筑砂漿的強度和均勻性，保證墻體的平整度和垂直度?？拐鹦阅芨鶕?jù)抗震規(guī)范，采取有效的抗震措施，如設置鋼筋、構造柱等，增強結構抗震能力?；A的類型和受力分析1淺基礎淺基礎是指埋深小于基礎寬度的一半的類型。2深基礎深基礎是指埋深大于基礎寬度的一半的類型。3獨立基礎獨立基礎通常用于承載單個柱子或墻體。4條形基礎條形基礎主要用于承載房屋的承重墻體。地基承載力的計算地基承載力是指地基土抵抗建筑物荷載的能力。計算地基承載力需要考慮多種因素，例如土壤類型、地下水位、地基深度、荷載類型和基礎尺寸?；A的構造與設計基礎類型基礎類型主要包括獨立基礎、條形基礎、筏板基礎、樁基礎等。獨立基礎適用于單柱荷載較小的情況，條形基礎適用于承