【力學課件】建筑力學

建筑力學課件歡迎來到建筑力學課程。本課程將探討建筑結(jié)構(gòu)的力學原理，幫助您理解建筑物如何抵抗各種力的作用。我們將深入研究結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計和安全性等關(guān)鍵概念。課件目標掌握基本概念理解建筑力學的核心原理和術(shù)語。應(yīng)用分析技能學習如何分析各種結(jié)構(gòu)的力學行為。設(shè)計安全結(jié)構(gòu)了解如何設(shè)計能夠承受各種荷載的安全建筑結(jié)構(gòu)。培養(yǎng)工程思維發(fā)展解決復(fù)雜建筑力學問題的能力。建筑物的基本形式框架結(jié)構(gòu)由梁、柱組成的骨架系統(tǒng)，適用于多層建筑。剪力墻結(jié)構(gòu)利用墻體承擔水平力，適合高層建筑。拱形結(jié)構(gòu)利用拱的形狀傳遞荷載，常見于橋梁和大跨度建筑。建筑物的主要力學行為壓力建筑物自重和上部荷載產(chǎn)生的垂直向下的力。拉力某些結(jié)構(gòu)元素（如懸臂梁）可能承受的向上拉伸力。彎曲橫向荷載導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)彎曲變形。扭轉(zhuǎn)不對稱荷載或結(jié)構(gòu)引起的旋轉(zhuǎn)變形。平衡方程力的平衡所有作用在結(jié)構(gòu)上的力的矢量和必須為零。力矩平衡所有力對任一點產(chǎn)生的力矩之和必須為零。靜力平衡方程∑F=0和∑M=0，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。內(nèi)力概念軸力沿構(gòu)件軸線方向的內(nèi)力，可能是拉力或壓力。剪力垂直于構(gòu)件軸線的內(nèi)力，導(dǎo)致剪切變形。彎矩使構(gòu)件產(chǎn)生彎曲變形的內(nèi)力矩。扭矩使構(gòu)件繞其軸線旋轉(zhuǎn)的內(nèi)力矩。正應(yīng)力與剪應(yīng)力正應(yīng)力垂直于截面的應(yīng)力，可能是拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。正應(yīng)力會導(dǎo)致構(gòu)件長度的變化。剪應(yīng)力平行于截面的應(yīng)力，會導(dǎo)致構(gòu)件的剪切變形。剪應(yīng)力在梁的中性軸處最大。應(yīng)力分析1確定外力識別作用在結(jié)構(gòu)上的所有外部荷載。2計算內(nèi)力利用平衡方程計算結(jié)構(gòu)內(nèi)部的軸力、剪力和彎矩。3應(yīng)力分布分析不同截面上的應(yīng)力分布情況。4強度校核比較計算得到的應(yīng)力與材料允許應(yīng)力。材料力學特性彈性材料在外力作用下變形并能恢復(fù)原狀的能力。塑性材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形的性質(zhì)。強度材料抵抗破壞的能力，通常用極限應(yīng)力表示。剛度材料抵抗變形的能力，與彈性模量有關(guān)。受拉構(gòu)件的應(yīng)力分析確定拉力計算作用在構(gòu)件上的軸向拉力。計算應(yīng)力應(yīng)力=拉力/截面面積。應(yīng)力校核確保計算應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力。受壓構(gòu)件的應(yīng)力分析1短柱分析2長柱屈曲分析3偏心壓縮分析4組合應(yīng)力分析受壓構(gòu)件的分析需考慮構(gòu)件的長細比和荷載的作用方式。長柱需特別注意屈曲問題。受彎曲構(gòu)件的應(yīng)力分析彎矩計算利用靜力平衡方程計算構(gòu)件各截面的彎矩。正應(yīng)力分布分析彎曲引起的截面正應(yīng)力分布，最大應(yīng)力出現(xiàn)在邊緣。剪應(yīng)力分布分析彎曲引起的截面剪應(yīng)力分布，最大剪應(yīng)力通常在中性軸。受扭轉(zhuǎn)構(gòu)件的應(yīng)力分析圓軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布均勻，最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在外表面。非圓截面扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布不均勻，需要特殊的分析方法。薄壁構(gòu)件扭轉(zhuǎn)應(yīng)用剪流理論，考慮截面的翹曲效應(yīng)。復(fù)合應(yīng)力的分析1確定應(yīng)力狀態(tài)分析構(gòu)件受到的各種應(yīng)力類型。2計算主應(yīng)力利用莫爾圓或應(yīng)力變換公式求解主應(yīng)力。3最大剪應(yīng)力確定最大剪應(yīng)力的大小和方向。4強度校核采用適當?shù)膹姸壤碚撨M行校核。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性靜力平衡確保結(jié)構(gòu)在各種荷載下保持平衡狀態(tài)。足夠剛度結(jié)構(gòu)變形不應(yīng)過大，影響使用功能。強度要求結(jié)構(gòu)各部分應(yīng)力不超過材料強度極限。屈曲穩(wěn)定防止壓縮構(gòu)件發(fā)生整體或局部屈曲。超靜定結(jié)構(gòu)計算識別超靜定度確定結(jié)構(gòu)的約束數(shù)量超過平衡方程的數(shù)量。選擇計算方法力法、位移法或矩陣法等。建立方程根據(jù)選擇的方法建立適當?shù)姆匠探M。求解內(nèi)力解方程得到未知反力和內(nèi)力。結(jié)構(gòu)的變形計算虛功原理利用虛擬荷載計算結(jié)構(gòu)特定點的位移。單位荷載法應(yīng)用于計算靜定結(jié)構(gòu)的變形。力矩面積法通過彎矩圖的面積計算梁的撓度。結(jié)構(gòu)荷載的類型恒載結(jié)構(gòu)自重和永久固定設(shè)備的重量?；钶d人員、家具等可移動物體的重量。風載風對建筑物產(chǎn)生的水平力。地震載地震引起的水平和垂直加速度產(chǎn)生的力。永久荷載和變載荷永久荷載包括結(jié)構(gòu)自重、固定設(shè)備重量等。這些荷載在建筑物使用期內(nèi)基本不變。變載荷包括活載荷、風載、雪載等。這些荷載隨時間和使用情況而變化。地震荷載1確定地震烈度根據(jù)建筑物所在地區(qū)的地震帶劃分。2計算地震影響系數(shù)考慮建筑物的自振周期和場地類別。3確定結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)根據(jù)建筑物的使用功能和重要性。4計算地震作用綜合上述因素計算作用在結(jié)構(gòu)上的地震力。風荷載基本風壓根據(jù)地區(qū)風速確定基本風壓。高度變化系數(shù)考慮風壓隨高度的變化。體型系數(shù)考慮建筑物形狀對風壓的影響。地形系數(shù)考慮周圍地形對風壓的影響。溫度荷載溫度變化考慮季節(jié)性溫度變化和日溫差。熱膨脹材料因溫度升高而膨脹，產(chǎn)生應(yīng)力。冷縮溫度降低導(dǎo)致材料收縮，可能引起裂縫。溫度梯度結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差導(dǎo)致的不均勻變形。荷載組合1極限狀態(tài)組合2正常使用組合3特殊荷載組合4疲勞荷載組合荷載組合考慮多種荷載同時作用的可能性，確保結(jié)構(gòu)在各種復(fù)雜工況下的安全性。安全系數(shù)的確定材料安全系數(shù)考慮材料強度的離散性和不確定性。通常為1.2-1.5。荷載安全系數(shù)考慮荷載估算的不確定性。常用值為1.2-1.6。重要性系數(shù)根據(jù)建筑物的重要性和使用功能確定。范圍通常為0.9-1.1。結(jié)構(gòu)強度設(shè)計確定設(shè)計荷載考慮所有可能的荷載組合。內(nèi)力分析計算結(jié)構(gòu)各部件的內(nèi)力。構(gòu)件設(shè)計確定構(gòu)件尺寸和配筋。強度校核確保設(shè)計強度大于荷載效應(yīng)。結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計撓度限制控制梁、板的最大撓度，確保使用舒適性。側(cè)向位移限制高層建筑的側(cè)向位移，減少晃動感。振動控制控制結(jié)構(gòu)的自振頻率，避免共振。裂縫控制限制混凝土構(gòu)件的裂縫寬度，保護鋼筋。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計1抗震等級劃分根據(jù)建筑重要性和地震烈度確定。2結(jié)構(gòu)布置保證平面和豎向的規(guī)則性。3構(gòu)件設(shè)計增強關(guān)鍵構(gòu)件的延性。4連接設(shè)計確保構(gòu)件間的有效連接。5基礎(chǔ)設(shè)計考慮地基與上部結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)變形。建筑施工安全個人防護確保工人佩戴適當?shù)陌踩b備。臨時結(jié)構(gòu)正確設(shè)計和搭建腳手架等臨時支撐結(jié)構(gòu)。安全標識設(shè)置清晰的警示標志和安全指示。定期檢查定期進行安全檢查和風險評估。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測傳感器布置在關(guān)鍵位置安裝應(yīng)變、位移和加速度傳感器。數(shù)據(jù)采集實時