1、第一章第一章 緒論緒論 建筑力學(xué)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，它為土木工程建筑力學(xué)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，它為土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工現(xiàn)場受力問題的解決提供基本的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工現(xiàn)場受力問題的解決提供基本的力學(xué)知識和計(jì)算方法。力學(xué)知識和計(jì)算方法。緒緒 論論緒緒 論論第一節(jié)第一節(jié) 建筑力學(xué)的研究對象建筑力學(xué)的研究對象 力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。建筑力學(xué)主力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。建筑力學(xué)主要研究建筑物或構(gòu)筑物中的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。要研究建筑物或構(gòu)筑物中的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。 建筑結(jié)構(gòu)是在建筑物或構(gòu)筑物中起骨架建筑結(jié)構(gòu)是在建筑物或構(gòu)筑物中起骨架( (承受和傳承受和傳遞荷載遞荷載) )作用的主要物體。作用的主要

2、物體。 組成建筑結(jié)構(gòu)的基本部件稱為構(gòu)件。組成建筑結(jié)構(gòu)的基本部件稱為構(gòu)件。緒緒 論論結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)建筑物中承受荷載并起骨架作用的部分。建筑物中承受荷載并起骨架作用的部分。構(gòu)件構(gòu)件組成結(jié)構(gòu)的單個(gè)部件。組成結(jié)構(gòu)的單個(gè)部件。一、結(jié)構(gòu)的類型一、結(jié)構(gòu)的類型 桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu) 桿的幾何特征是細(xì)而長，即桿的幾何特征是細(xì)而長，即lh，lb。桿又可。桿又可分為直桿和曲桿。分為直桿和曲桿。 一、結(jié)構(gòu)的類型一、結(jié)構(gòu)的類型 桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu) 桿的幾何特征是細(xì)而長，即桿的幾何特征是細(xì)而長，即lh，lb。桿又可。桿又可分為直桿和曲桿。分為直桿和曲桿。 一、結(jié)構(gòu)的類型一、結(jié)構(gòu)的類型 薄壁結(jié)構(gòu)薄壁結(jié)構(gòu) 薄壁結(jié)構(gòu)它的幾何特征是寬而薄即

3、薄壁結(jié)構(gòu)它的幾何特征是寬而薄即at，bt。平面形狀的稱為板，曲面形狀稱為殼。平面形狀的稱為板，曲面形狀稱為殼。一、結(jié)構(gòu)的類型一、結(jié)構(gòu)的類型 實(shí)體結(jié)構(gòu)實(shí)體結(jié)構(gòu) 實(shí)體結(jié)構(gòu)它的幾何特征是三個(gè)方向的尺寸都是同實(shí)體結(jié)構(gòu)它的幾何特征是三個(gè)方向的尺寸都是同量級的。量級的。二、平面桿系結(jié)構(gòu)的類型二、平面桿系結(jié)構(gòu)的類型 建筑力學(xué)以桿系結(jié)構(gòu)為研究對象，重點(diǎn)研究平建筑力學(xué)以桿系結(jié)構(gòu)為研究對象，重點(diǎn)研究平面桿系結(jié)構(gòu)。常見的平面桿系結(jié)構(gòu)主要有以下幾種面桿系結(jié)構(gòu)。常見的平面桿系結(jié)構(gòu)主要有以下幾種類型：類型： 梁梁二、平面桿系結(jié)構(gòu)的類型二、平面桿系結(jié)構(gòu)的類型 建筑力學(xué)以桿系結(jié)構(gòu)為研究對象，重點(diǎn)研究平建筑力學(xué)以桿系結(jié)構(gòu)為研究

4、對象，重點(diǎn)研究平面桿系結(jié)構(gòu)。常見的平面桿系結(jié)構(gòu)主要有以下幾種面桿系結(jié)構(gòu)。常見的平面桿系結(jié)構(gòu)主要有以下幾種類型：類型： 拱拱二、平面桿系結(jié)構(gòu)的類型二、平面桿系結(jié)構(gòu)的類型 建筑力學(xué)以桿系結(jié)構(gòu)為研究對象，重點(diǎn)研究平建筑力學(xué)以桿系結(jié)構(gòu)為研究對象，重點(diǎn)研究平面桿系結(jié)構(gòu)。常見的平面桿系結(jié)構(gòu)主要有以下幾種面桿系結(jié)構(gòu)。常見的平面桿系結(jié)構(gòu)主要有以下幾種類型：類型： 桁架桁架二、平面桿系結(jié)構(gòu)的類型二、平面桿系結(jié)構(gòu)的類型 建筑力學(xué)以桿系結(jié)構(gòu)為研究對象，重點(diǎn)研究平建筑力學(xué)以桿系結(jié)構(gòu)為研究對象，重點(diǎn)研究平面桿系結(jié)構(gòu)。常見的平面桿系結(jié)構(gòu)主要有以下幾種面桿系結(jié)構(gòu)。常見的平面桿系結(jié)構(gòu)主要有以下幾種類型：類型： 剛架剛架二、平

5、面桿系結(jié)構(gòu)的類型二、平面桿系結(jié)構(gòu)的類型 建筑力學(xué)以桿系結(jié)構(gòu)為研究對象，重點(diǎn)研究平建筑力學(xué)以桿系結(jié)構(gòu)為研究對象，重點(diǎn)研究平面桿系結(jié)構(gòu)。常見的平面桿系結(jié)構(gòu)主要有以下幾種面桿系結(jié)構(gòu)。常見的平面桿系結(jié)構(gòu)主要有以下幾種類型：類型： 組合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 建筑力學(xué)的任務(wù)建筑力學(xué)的任務(wù) 建筑力學(xué)的任務(wù)是研究能使建筑結(jié)構(gòu)安全、正常建筑力學(xué)的任務(wù)是研究能使建筑結(jié)構(gòu)安全、正常工作且符合經(jīng)濟(jì)要求的理論和計(jì)算方法，具體是：工作且符合經(jīng)濟(jì)要求的理論和計(jì)算方法，具體是： 研究物體的受力分析、力系簡化與平衡的理研究物體的受力分析、力系簡化與平衡的理論。這是建筑力學(xué)的靜力學(xué)基礎(chǔ)。論。這是建筑力學(xué)的靜力學(xué)基礎(chǔ)。 研究結(jié)

6、構(gòu)和構(gòu)件在荷載作用下內(nèi)力的計(jì)算方研究結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在荷載作用下內(nèi)力的計(jì)算方法，以保證結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度。法，以保證結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度。 強(qiáng)度：材料抵抗破壞的能力。強(qiáng)度：材料抵抗破壞的能力。 研究結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在荷載作用下變形的計(jì)算方研究結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在荷載作用下變形的計(jì)算方法，以保證結(jié)構(gòu)有足夠的剛度。法，以保證結(jié)構(gòu)有足夠的剛度。 剛度：結(jié)構(gòu)抵抗單位變形的能力。剛度：結(jié)構(gòu)抵抗單位變形的能力。第二節(jié)第二節(jié) 建筑力學(xué)的任務(wù)建筑力學(xué)的任務(wù) 建筑力學(xué)的任務(wù)是研究能使建筑結(jié)構(gòu)安全、正常建筑力學(xué)的任務(wù)是研究能使建筑結(jié)構(gòu)安全、正常工作且符合經(jīng)濟(jì)要求的理論和計(jì)算方法，具體是：工作且符合經(jīng)濟(jì)要求的理論和計(jì)算方法，具體是： 研究結(jié)

7、構(gòu)的穩(wěn)定性，以保證結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生失研究結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以保證結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞。穩(wěn)破壞。 穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)保持原有平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)保持原有平衡狀態(tài)的能力。 研究建筑結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律和合理形式。研究建筑結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律和合理形式。研究研究結(jié)構(gòu)的合理形式，是為了有效地利用材料，使其性能結(jié)構(gòu)的合理形式，是為了有效地利用材料，使其性能得到充分地發(fā)揮得到充分地發(fā)揮第三節(jié)第三節(jié) 剛體、變形體及其基本假設(shè)剛體、變形體及其基本假設(shè) 結(jié)構(gòu)和構(gòu)件可統(tǒng)稱為物體。在建筑力學(xué)中將物體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件可統(tǒng)稱為物體。在建筑力學(xué)中將物體抽象為兩種理想計(jì)算模型：剛體、變形體。抽象為兩種理想計(jì)算模型：剛體、變形體。 剛體：在外力作用

8、下，其內(nèi)部任意兩點(diǎn)之間的距剛體：在外力作用下，其內(nèi)部任意兩點(diǎn)之間的距離不發(fā)生變化的物體。離不發(fā)生變化的物體。 實(shí)際物體在外力作用時(shí)，內(nèi)部各點(diǎn)之間的距離都實(shí)際物體在外力作用時(shí)，內(nèi)部各點(diǎn)之間的距離都會(huì)發(fā)生一定的改變，即物體產(chǎn)生了變形。當(dāng)物體的變會(huì)發(fā)生一定的改變，即物體產(chǎn)生了變形。當(dāng)物體的變形很小時(shí)，可以將變形略去不計(jì)，這時(shí)，物體可以抽形很小時(shí)，可以將變形略去不計(jì)，這時(shí)，物體可以抽象為剛體，從而使問題的研究大為簡化。象為剛體，從而使問題的研究大為簡化。第三節(jié)第三節(jié) 剛體、變形體及其基本假設(shè)剛體、變形體及其基本假設(shè) 結(jié)構(gòu)和構(gòu)件可統(tǒng)稱為物體。在建筑力學(xué)中將物體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件可統(tǒng)稱為物體。在建筑力學(xué)中將物體抽

9、象為兩種理想計(jì)算模型：剛體、變形體。抽象為兩種理想計(jì)算模型：剛體、變形體。 但當(dāng)研究的問題與物體的變形密切相關(guān)時(shí)，就必但當(dāng)研究的問題與物體的變形密切相關(guān)時(shí)，就必須考慮物體的變形，哪怕是極其微小的變形，這時(shí)就須考慮物體的變形，哪怕是極其微小的變形，這時(shí)就要把物體抽象為變形體這一力學(xué)模型。變形體是在外要把物體抽象為變形體這一力學(xué)模型。變形體是在外力作用下內(nèi)部各點(diǎn)之間距離會(huì)發(fā)生變化的物體。如研力作用下內(nèi)部各點(diǎn)之間距離會(huì)發(fā)生變化的物體。如研究一個(gè)簡支梁在外力作用下的內(nèi)力時(shí)，可以把簡支梁究一個(gè)簡支梁在外力作用下的內(nèi)力時(shí)，可以把簡支梁看做一個(gè)剛體，而要研究梁的變形時(shí)，就必須把梁看看做一個(gè)剛體，而要研究梁的

10、變形時(shí)，就必須把梁看作變形體了。作變形體了。第三節(jié)第三節(jié) 剛體、變形體及其基本假設(shè)剛體、變形體及其基本假設(shè) 變形固體的基本假設(shè)：變形固體的基本假設(shè)： 連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè)即假設(shè)組成固體的物質(zhì)毫無空隙地充滿固體的幾即假設(shè)組成固體的物質(zhì)毫無空隙地充滿固體的幾何空間。何空間。 均勻性假設(shè)均勻性假設(shè)即假設(shè)固體內(nèi)部各部分之間的力學(xué)性質(zhì)處處相同。即假設(shè)固體內(nèi)部各部分之間的力學(xué)性質(zhì)處處相同。 各向同性假設(shè)各向同性假設(shè) 即假設(shè)固體在各個(gè)方向上具有相同的力學(xué)性質(zhì)。即假設(shè)固體在各個(gè)方向上具有相同的力學(xué)性質(zhì)。第四節(jié)第四節(jié) 桿件變形基本形式桿件變形基本形式 桿件的形狀和尺寸可由桿的橫截面和軸線兩個(gè)主桿件的形狀和尺寸可

11、由桿的橫截面和軸線兩個(gè)主要幾何元素來描述。桿的各個(gè)截面的形心的連線叫軸要幾何元素來描述。桿的各個(gè)截面的形心的連線叫軸線，垂直于軸線的截面叫橫截面。線，垂直于軸線的截面叫橫截面。 軸線為直線、橫截面相同的桿稱為等直桿。軸線為直線、橫截面相同的桿稱為等直桿。第四節(jié)第四節(jié) 桿件變形基本形式桿件變形基本形式 1. 1.軸向拉伸與壓縮軸向拉伸與壓縮 這種變形是在一對大小相等、方向相反、作用線這種變形是在一對大小相等、方向相反、作用線與桿軸線重合的外力作用下與桿軸線重合的外力作用下, , 桿件產(chǎn)生長度的改變桿件產(chǎn)生長度的改變( (伸長與縮短伸長與縮短) )。第四節(jié)第四節(jié) 桿件變形基本形式桿件變形基本形式

12、2.2.剪切變形剪切變形 這種變形是在一對相距很近、大小相等、方向相這種變形是在一對相距很近、大小相等、方向相反、作用線垂直于桿軸線的外力作用下，桿件的橫截反、作用線垂直于桿軸線的外力作用下，桿件的橫截面沿外力方向發(fā)生的錯(cuò)動(dòng)。面沿外力方向發(fā)生的錯(cuò)動(dòng)。第四節(jié)第四節(jié) 桿件變形基本形式桿件變形基本形式 3.3.扭轉(zhuǎn)變形扭轉(zhuǎn)變形 這種變形是在一對大小相等、方向相反、位于垂這種變形是在一對大小相等、方向相反、位于垂直于桿軸線的平面內(nèi)的力偶作用下，桿的任意兩橫截直于桿軸線的平面內(nèi)的力偶作用下，桿的任意兩橫截面發(fā)生的相對轉(zhuǎn)動(dòng)。面發(fā)生的相對轉(zhuǎn)動(dòng)。第四節(jié)第四節(jié) 桿件變形基本形式桿件變形基本形式 4.4.彎曲變形

13、彎曲變形 這種變形是在橫向力或一對大小相等、方向相反、這種變形是在橫向力或一對大小相等、方向相反、位于桿的縱向平面內(nèi)的力偶作用下，桿的軸線由直線位于桿的縱向平面內(nèi)的力偶作用下，桿的軸線由直線彎曲成曲線。彎曲成曲線。第五節(jié)第五節(jié) 荷載的分類荷載的分類 作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載，例如結(jié)構(gòu)的作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載，例如結(jié)構(gòu)的自重、施加在結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力。自重、施加在結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力。 按作用在結(jié)構(gòu)上的荷載分布狀況分類按作用在結(jié)構(gòu)上的荷載分布狀況分類 (1) (1) 體荷載。體荷載指分布在結(jié)構(gòu)整個(gè)體積內(nèi)連體荷載。體荷載指分布在結(jié)構(gòu)整個(gè)體積內(nèi)連續(xù)作用的荷載。如圖所示的物體續(xù)作用

14、的荷載。如圖所示的物體G G的重力就是典型的的重力就是典型的體荷載。體荷載。第五節(jié)第五節(jié) 荷載的分類荷載的分類 作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載，例如結(jié)構(gòu)的作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載，例如結(jié)構(gòu)的自重、施加在結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力。自重、施加在結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力。 按作用在結(jié)構(gòu)上的荷載分布狀況分類按作用在結(jié)構(gòu)上的荷載分布狀況分類 (2) (2) 分布荷載。分布荷載指分布在結(jié)構(gòu)某一表面分布荷載。分布荷載指分布在結(jié)構(gòu)某一表面上的荷載。上的荷載。 均布面荷載。均布面荷載。 均布線荷載。若均布面荷載換算到計(jì)算構(gòu)件均布線荷載。若均布面荷載換算到計(jì)算構(gòu)件的縱軸線上，即均布面荷載乘以其負(fù)載寬度，則可得的

15、縱軸線上，即均布面荷載乘以其負(fù)載寬度，則可得沿縱向的均布線荷載。沿縱向的均布線荷載。 三角形分布荷載。三角形分布荷載如水對水三角形分布荷載。三角形分布荷載如水對水池壁的側(cè)向壓力。池壁的側(cè)向壓力。第五節(jié)第五節(jié) 荷載的分類荷載的分類 作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載，例如結(jié)構(gòu)的作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載，例如結(jié)構(gòu)的自重、施加在結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力。自重、施加在結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力。 按作用在結(jié)構(gòu)上的荷載分布狀況分類按作用在結(jié)構(gòu)上的荷載分布狀況分類 (2) (2) 分布荷載。分布荷載指分布在結(jié)構(gòu)某一表面分布荷載。分布荷載指分布在結(jié)構(gòu)某一表面上的荷載。上的荷載。第五節(jié)第五節(jié) 荷載的分類荷載的分類

16、 作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載，例如結(jié)構(gòu)的作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載，例如結(jié)構(gòu)的自重、施加在結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力。自重、施加在結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力。 按作用在結(jié)構(gòu)上的荷載分布狀況分類按作用在結(jié)構(gòu)上的荷載分布狀況分類 (3) (3) 集中荷載。作用于結(jié)構(gòu)上的荷載，當(dāng)分布面集中荷載。作用于結(jié)構(gòu)上的荷載，當(dāng)分布面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)尺寸時(shí), , 可以認(rèn)為此荷載是作用于結(jié)可以認(rèn)為此荷載是作用于結(jié)構(gòu)某一點(diǎn)上的荷載，即集中荷載。構(gòu)某一點(diǎn)上的荷載，即集中荷載。第五節(jié)第五節(jié) 荷載的分類荷載的分類 作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載，例如結(jié)構(gòu)的作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載，例如結(jié)構(gòu)的自重、

17、施加在結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力。自重、施加在結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力。 按荷載作用時(shí)間的長短分類按荷載作用時(shí)間的長短分類 (1) (1)永久荷載永久荷載( (恒載恒載) )。永久荷載是指在結(jié)構(gòu)使用。永久荷載是指在結(jié)構(gòu)使用期間內(nèi)，其值不隨時(shí)間變化，或變化與平均值相比可期間內(nèi)，其值不隨時(shí)間變化，或變化與平均值相比可忽略不計(jì)的荷載。例如結(jié)構(gòu)的自重、土壓力等。忽略不計(jì)的荷載。例如結(jié)構(gòu)的自重、土壓力等。 (2) (2)可變荷載可變荷載( (活載活載) )?？勺兒奢d是指在結(jié)構(gòu)使用?？勺兒奢d是指在結(jié)構(gòu)使用期間內(nèi)，其值隨時(shí)間變化且其變化值與平均值相比不期間內(nèi)，其值隨時(shí)間變化且其變化值與平均值相比不可忽略不計(jì)的荷載

18、。例如，樓屋面上的人群荷載，作可忽略不計(jì)的荷載。例如，樓屋面上的人群荷載，作用在建筑物上的風(fēng)荷載、雪荷載等。用在建筑物上的風(fēng)荷載、雪荷載等。第五節(jié)第五節(jié) 荷載的分類荷載的分類 作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載，例如結(jié)構(gòu)的作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載，例如結(jié)構(gòu)的自重、施加在結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力。自重、施加在結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力。 按荷載作用時(shí)間的長短分類按荷載作用時(shí)間的長短分類 (3) (3)偶然荷載。偶然荷載是指在結(jié)構(gòu)使用期間內(nèi)，偶然荷載。偶然荷載是指在結(jié)構(gòu)使用期間內(nèi)，不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值便很大且持續(xù)時(shí)間短的不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值便很大且持續(xù)時(shí)間短的荷載。這種荷載如果在設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周，可能引起嚴(yán)荷載。這種荷載如果在設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周，可能引起嚴(yán)重的后果。如建