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1、湖南科技工业职业技术学院建筑力学刘陈平全国一级建造师监理工程师“建筑力学”涉及：理论力学；材料力学；结构力学。建筑力学是建筑学、城市规划、工程管理、环境工程、房地产等专业的一门技术基础课，是一门重要的必修课程。它包含了理论力学、材料力学和结构力学的最基本内容，研究土木工程结构中的杆件和杆系的受力分析、强度、刚度及稳定性问题。它是力学结合工程应用的桥梁，同时为后续课程学习奠定必要的分析和计算基础。其内容极其丰富，这是一门综合性、实践性都非常强的学科。建筑力学研究内容实验力学部分结构力学部分材料力学部分理论力学部分序论介绍建筑力学及其工程应用杆、梁应力、变形、稳定性结构几何不变体系 力法 位移法材
2、料，构件力学性能测试物体受力分析 结构内力计算建筑与结构学习建筑力学的必要性建筑学是一门介于工程类和艺术类之间的特殊学科，它需要将工程和艺术充分结合，同时兼顾严密的逻辑思维与跳跃性的抽象思维之间的有机互动，在这个专业领域取得成就非常不容易。纵观国内外，著名的建筑大师和优秀的建筑作品都是结构形式与建筑理念的完美结合。下面会举些例子进行说明。建筑三要素：1、建筑功能（坚固）第一位由结构承担2、物质技术条件（适用）3、建筑形象（美观）学习建筑力学的意义n建造建筑物前，依据学到的分析及计算方法对建筑构件进行受力分析从而确定构件具体尺寸大小、材料及排列。n计算后制作的构件能满足：能安全正常使用，不易破坏
3、及产生过大形变；节约材料成本，降低工程造价（经济）建筑力学讨论内容n力系的简化和力系平衡问题n承载力问题抵抗破坏n刚度问题变形大小、抵抗变形n稳定问题突然破坏n研究杆件几何组成规则各部分不发生相对运动如何学好建筑力学与结构基础？n注意力学与结构的关系n做到理论联系实际n注意建筑结构设计答案的非唯一性n注意相关规范的学习和应用n注意公式的适用范围n要善于归纳分析，不断总结结构及其分类结构及其分类结构建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分。构件组成结构的各单独部分。结构承受的荷载结构承受的荷载自重、风载、人群荷载、屋面积雪重量、吊车压力等自重、风载、人群荷载、屋面积雪重量、吊车压力等非荷载影响因素：非
4、荷载影响因素：温度变化、支座沉降、地震作用等温度变化、支座沉降、地震作用等建筑力学的任务建筑力学的任务建筑力学研究对象的几何特征建筑力学研究对象的几何特征一、构件的分类一、构件的分类（长宽高来衡量）杆件：一个方向的尺寸大板和壳：两个方向的尺寸大实体：三个方向的尺寸都大且相近二、构件几何特征二、构件几何特征各横截面的形心连线各横截面的形心连线轴线轴线垂直于杆轴线的截面垂直于杆轴线的截面横截面横截面根据轴线形状可分为：根据轴线形状可分为：直杆:曲杆：拱折杆：刚架结构的几何特征平面杆件结构与空间杆件结构凡组成结构的所有杆件的轴线都位于某一平面内，并且荷载也位于该平面内的结构，称为平面杆件结构。否则，
5、称为空间结构。建筑结构概念建筑结构概念指用来承受荷载和其他间接作用的体系，通常称指用来承受荷载和其他间接作用的体系，通常称为建筑物骨架。为建筑物骨架。组成结构的构件有：板、梁、屋架、柱、墙、基组成结构的构件有：板、梁、屋架、柱、墙、基础等。础等。我国祖先的功绩我国祖先的功绩 赵州桥又名安济桥，全长赵州桥又名安济桥，全长50.8250.82米，拱券净跨米，拱券净跨37.3737.37米，桥面宽米，桥面宽9 9米，是一座单孔坦拱式桥梁。米，是一座单孔坦拱式桥梁。 赵州桥由著名工匠李春主持设计建造。他创造的坦拱式、敞肩式赵州桥由著名工匠李春主持设计建造。他创造的坦拱式、敞肩式建桥法，在当时堪称独步，
6、桥梁质量上乘。赵州桥结构合理，外型秀建桥法，在当时堪称独步，桥梁质量上乘。赵州桥结构合理，外型秀丽，富有民族风格，素有丽，富有民族风格，素有“奇巧固护，甲于天下奇巧固护，甲于天下”的美誉。的美誉。 卢沟桥始建于金大定二十五年（卢沟桥始建于金大定二十五年（1189年），明正统九年（年），明正统九年（1444年）重修。年）重修。清康熙时毁于洪水，康熙三十七年（清康熙时毁于洪水，康熙三十七年（1698年）重建。桥东的碑亭内立有清年）重建。桥东的碑亭内立有清乾隆题乾隆题“卢沟晓月卢沟晓月”汉白玉碑一块，为汉白玉碑一块，为“燕京八景燕京八景”之一。意大利旅行家之一。意大利旅行家马可马可波罗在他的游记中，
7、称赞波罗在他的游记中，称赞“它是世界上最好的，独一无二的桥它是世界上最好的，独一无二的桥”。 享有享有“世界第一拱世界第一拱”美誉的上海卢浦大桥美誉的上海卢浦大桥 通体银白色的卢浦大桥是国际上首座采用全焊接制造的钢结构拱桥，主桥长通体银白色的卢浦大桥是国际上首座采用全焊接制造的钢结构拱桥，主桥长750米，米，主跨主跨550米，跨度比目前世界最大的美国西弗吉尼亚大桥还长三十二米，是名副其米，跨度比目前世界最大的美国西弗吉尼亚大桥还长三十二米，是名副其实的实的“世界第一跨世界第一跨”。大桥建造中集斜拉桥、拱桥、悬索桥三种不同类型桥梁施。大桥建造中集斜拉桥、拱桥、悬索桥三种不同类型桥梁施工工艺于一身
8、，抗风度达到工工艺于一身，抗风度达到12级、抗震度达到级、抗震度达到7级。总投资二十二亿元人民币级。总投资二十二亿元人民币 央视新央视新址总占地面址总占地面积约积约18.718.7公公顷，总建筑顷，总建筑面积约面积约5555万万平方米，最平方米，最高建筑高约高建筑高约230230米，工程米，工程总投资约总投资约5050亿元人民币。亿元人民币。 中央电视台新台址建筑设计方案中央电视台新台址建筑设计方案 荷兰大都会建筑事务所设计 美与力的雕塑美与力的雕塑 北京奥运会主体育场选定中瑞合作北京奥运会主体育场选定中瑞合作鸟巢鸟巢方案方案 本方案由本方案由2001年普利茨克奖获者瑞士建筑师赫年普利茨克奖获
9、者瑞士建筑师赫尔佐格、德梅隆，与中国建筑设计研究院合作完成。尔佐格、德梅隆，与中国建筑设计研究院合作完成。 “鸟巢”的外形结构基本结构特点基本结构特点 “鸟巢鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有组成，共有24根桁架柱。国家体育场建筑根桁架柱。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为米，短轴为296.4米，最高点高度为米，最高点高度为68.5米，最低点高米，最低点高度为度为42.8米。米。 国家游泳中心的选定方案国家游泳中心的选定方案H2O3(“水立方水立方”)由中国建筑工程总公司、澳大利亚由中国建筑工程总公司、澳大利亚PTW公司
10、、澳大利亚公司、澳大利亚ARUP公司组成的公司组成的联合体设计的联合体设计的H2O3(“水立方水立方”)，融建筑设计与结构设计于一体，设计，融建筑设计与结构设计于一体，设计新颖，结构独特，与国家体育场比较协调，功能上完全满足新颖，结构独特，与国家体育场比较协调，功能上完全满足2008年奥运会赛年奥运会赛事要求，而且易于赛后运营。事要求，而且易于赛后运营。 BurjAlArab-ahotel风帆酒店世界著名建筑结构剪辑高层建筑与大型桥梁高层建筑与大型桥梁( (伦敦塔桥）伦敦塔桥）La Tour Eiffel埃菲尔铁塔是现代巴黎的标志,是一座于1889年建成位于法国巴黎战神广场上的露空结构铁塔，高
11、320米。铁塔设计离奇独特，是世界建筑史上的技术杰作，因而成为法国和巴黎的一个重要景点和突出标志。城市中的剧院、剧院中的城市城市中的剧院、剧院中的城市国家大剧院国家大剧院国家大剧院国家大剧院世界最大穹顶：国家大剧院整个壳体钢结构重达6475吨，东西向长轴跨度212.2米，是目前世界上最大的穹顶。托梁抗弯强度荷抗剪力试验场景引言：前面，我们介绍了单个杆件的强度、刚度和稳定性问题。本章将要介绍结构的几何组成规则、结构受力分析的基本知识、不同结构形式受力特点等问题。新课：结构计算简图实际结构很复杂，完全根据实际结构进行计算很困难，有时甚至不可能。工程中常将实际结构进行简化，略去不重要的细节，抓住基本
12、特点，用一个简化的图形来代替实际结构。这种图形叫做结构计算简图。也就是说，结构计算简图是在结构计算中用来代替实际结构的力学模型。结构计算简图应当满足以下的基本要求：1基本上反映结构的实际工作性能；2计算简便。从实际结构到结构计算简图的简化，主要包括支座的简化、节点的简化、构件的简化和荷载的简化。一、支座的简化支座通常可简化为可动铰支座、固定铰支座、固定支座三种形式一根两端支承在墙上的钢筋混凝土梁，受到均布荷载g的作用(图左)，对这样一个最简单的结构，如果要严格按实际情况去计算，是很困难的。因为梁两端所受到的反力沿墙宽的分布情况十分复杂，反力无法确定，内力更无法计算。为了选择一个比较符合实际的计
13、算简图，先要分析梁的变形情况：因为梁支承在砖墙上，其两端均不可能产生垂直向下的移动，但在梁弯曲变形时，两端能够产生转动；整个梁不可能在水平方向移动，但在温度变化时，梁端能够产生热胀冷缩。 考虑到以上的变形特点，可将梁的支座作如下处理：通常在一端墙宽的中点设置固定铰支座，在另一端墙宽的中点设置可动铰支座，用梁的轴线代替梁，就得到了右图的计算简图。这个计算简图反映了：梁的两端不可能产生垂直向下移动但可转动的特点；左端的固定铰支座限制了梁在水平方向的整体移动；右端的可动铰支座允许梁在水平方向的温度变形。这样的简化既反映了梁的实际工作性能及变形特点，又便于计算。这就是所谓的简支梁。假设某住宅楼的外廊，
14、采用由一端嵌固在墙身内的钢筋混凝土梁支承空心板的结构方案。由于梁端伸入墙身，并有足够的锚固长度，所以梁的左端不可能发生任何方向的移动和转动。于是把这种支座简化为固定支座，其计算简图如图所示，计算跨度可取梁的悬挑长加纵墙宽度的一半。预制钢筋混凝土柱插入杯形基础的做法通常有以下两种：当杯口四周用细石混凝土填实、地基较好且基础较大时，可简化为固定支座(图左)；在杯口四周填入沥青麻丝，柱端可发生微小转动，则可简化为铰支座(图右)。当地基较软、基础较小时，图口的做法也可简化为铰支座。二、节点的简化结构中两个或两个以上的构件的连接处叫做节点。实际结构中构件的连接方式很多，在计算简图中一般可简化为铰节点和刚
15、节点两种方式。1铰节点铰节点连接的各杆可绕铰节点做相对转动。这种理想的铰在建筑结构中很难遇到。但象图中木屋架的端节点，在外力作用下，两杆间可发生微小的相对转动，工程中将它简化为铰节点。2刚节点刚节点连接的各杆不能绕节点自由转动，在钢筋混凝土结构中刚节点容易实现。图左是某钢筋混凝土框架顶层的构造，图中的梁和柱的混凝土为整体浇注，梁和柱的钢筋为互相搭接。梁和柱在节点处不可能发生相对移动和转动，因此，可把它简化为刚节点三、构件的简化构件的截面尺寸通常比长度小得多。在计算简图中构件用其轴线表示，构件之间的连接用节点表示，构件长度用节点间的距离表示。检查与回顾1.结构计算简图应满足哪些基本要求？2.结构计算简图的简化主要包括哪些内容？四、荷载的简化在工程实际中，荷载的作用方式是多种多样的。在计算简图上通常可将荷载作用在杆轴上，并简化为集中荷载和分布荷载两种作用方式。关于荷载的分类及简化已述及。这里不再重复。在结构设计中，选定了结构计算简图后，在按简图计算的同时，还必须采取相应的措施，以保证实际结构的受力和变形特点与计算简图相符。因此，在按图施工时，必须严格实现图纸中规定的各项要求。施工中如疏忽或随意修改图纸；就会使实际结构与计算简图不符，这将导致结构的实际受力情况与计算不符，就可能会出现大的事故。
