第4章土木工程中的力學(xué)和結(jié)構(gòu)概念

1、土木工程概論第4章 土木工程中的 力學(xué)和結(jié)構(gòu)概念第4章 土木工程中的力學(xué)與結(jié)構(gòu)概念1 12 23 3、外力、內(nèi)力和反力、荷載、作用和效應(yīng)、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)失效土木工程概論【教學(xué)要求】了解力學(xué)的基本概念，了解工程結(jié)構(gòu)荷載、作用和效應(yīng)，了解工程結(jié)構(gòu)的功能要求和結(jié)構(gòu)失效，了解結(jié)構(gòu)工程師的任務(wù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。【教學(xué)重點(diǎn)】荷載、作用和效應(yīng)；工程結(jié)構(gòu)的功能要求；結(jié)構(gòu)失效?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】荷載、作用和效應(yīng)。土木工程中的力學(xué)與結(jié)構(gòu)概念土木工程概論土木工程中的力學(xué)與結(jié)構(gòu)概念土木工程要解決的問題之一是建造抵御自然或人為作用力的空間和通道，就必然會(huì)遇到大量的力學(xué)和結(jié)構(gòu)問題。本章闡述土木工程中一些最基本的力學(xué)與結(jié)構(gòu)概念。結(jié)構(gòu)模

2、型大賽建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)建模土木工程概論1 1、外力、內(nèi)力和反力力：是一種物體間有方向的相互作用；這種相互作用有使物體改變原來形狀或改變運(yùn)動(dòng)方向的效應(yīng)；力是既有量值又有方向的矢量。力矩：是力對(duì)物體產(chǎn)生繞某一軸轉(zhuǎn)動(dòng)作用的物理量，其大小等于力與力臂（力的作用線到該軸的垂直距離）的乘積；力矩在土木工程中習(xí)稱彎矩。平衡：力矩既可順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，也可按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)之和為零時(shí)，稱物體處于平衡狀態(tài)。土木工程中的力學(xué)與結(jié)構(gòu)概念土木工程概論思考：全橋彎曲下垂，說明橋身承有內(nèi)力，橋身的上下承受什么力橋身兩端固定處承受反力對(duì)任何一個(gè)土木工程的結(jié)構(gòu)而言，力有外力、內(nèi)力和反力之分。人體、重物的重力和木

3、橋自重是外力1 外力、內(nèi)力和反力土木工程概論橋身承受扭曲倘若橋的兩端曾可能被鋸過又接了起來，當(dāng)人拿著重物走上去，橋身必然像被剪切般地下落?，F(xiàn)在橋身沒有被鋸，受力后完好無損，說明橋身還承受有剪切力。橋身承受剪切再如果將重物放在橋的一側(cè)，全橋還將受到扭曲。1 外力、內(nèi)力和反力土木工程概論這些拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭曲就是橋身承受內(nèi)力的結(jié)果。人和重物能靜止地位于橋上，說明它的外力、反力和內(nèi)力作用處于平衡狀態(tài)。獨(dú)木橋是最簡單的例子，所有土木工程設(shè)施的結(jié)構(gòu)，無論大小、重輕、厚薄（大如大橋、小如小木屋）都處于外力、內(nèi)力和反力作用下的平衡狀態(tài)。它承受的內(nèi)力無非是下列5種以及它們的組合土木工程結(jié)構(gòu)的5種內(nèi)力

4、特征：1 外力、內(nèi)力和反力土木工程概論土木工程結(jié)構(gòu)就是通過 5種內(nèi)力的基本作用，將施加在結(jié)構(gòu)上的力傳遞給地球（基礎(chǔ)下的土層），基礎(chǔ)給予結(jié)構(gòu)的則是作用在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的反力。受剪發(fā)生剪切變形在土木工程中：拉力以N表示；壓力以N表示；彎矩以M 表示；剪力以V 表示；扭矩以MT 表示。1 外力、內(nèi)力和反力土木工程概論2 2、荷載、作用和效應(yīng)直接施加在土木工程結(jié)構(gòu)上的外力是由荷載引起的。如果地球沒有引力，自然界沒有風(fēng)吹、雨雪，荷載就不會(huì)存在，土木工程也就不需要結(jié)構(gòu)。土木工程結(jié)構(gòu)要有能抵御自然或人為的作用力的能力，因此，了解作用在結(jié)構(gòu)上的荷載有哪些，其性質(zhì)如何非常重要。作用與作用效應(yīng)的基本概念作用分為直接作

5、用：是指能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)的各種原因的總稱。土木工程中的力學(xué)與結(jié)構(gòu)概念作用和間接作用。土木工程概論2.1 荷載（直接作用）荷載是直接以力的形式作用于結(jié)構(gòu)，如結(jié)構(gòu)自重、行人或車輛的重量、風(fēng)壓力、土壓力、水壓力等。作用效應(yīng)：作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力和變形的總稱。能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用效應(yīng)的原因有兩種：一種是施加在結(jié)構(gòu)上集中力和分布力，如結(jié)構(gòu)自重，作用于樓面的人群、家具、設(shè)備，作用于橋面的車輛、人群，施加于結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)壓力、水壓力、土壓力等，它們都是直接施加于結(jié)構(gòu)上（直接作用），工程界習(xí)稱為“荷載”；另一種是施加于結(jié)構(gòu)上的外加變形或約束變形，如地震、基礎(chǔ)沉降、材料收縮和徐變、溫度變化引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用效應(yīng)，它們

6、都是間接作用于結(jié)構(gòu)（間接作用） 。荷載是指直接作用在結(jié)構(gòu)上的外加力。2 荷載、作用和效應(yīng)土木工程概論 恒載（永久荷載）指使用期間永久施加在結(jié)構(gòu)上,其值不隨時(shí)間變化的荷載。作用在工程結(jié)構(gòu)上的恒載類型主要有：結(jié)構(gòu)自重、墻面、地面、屋面、橋面以及2.1 荷載(直接作用)建筑物內(nèi)的固定裝置等。樓板大梁樓面內(nèi)隔斷墻體及內(nèi)裝飾窗門土木工程概論 活載（可變荷載）：指在使用期間施加在結(jié)構(gòu)上、其值可隨時(shí)間變化或移動(dòng)的荷載。作用在工程結(jié)構(gòu)上的活載有多種類型，如：使用活載、移動(dòng)的設(shè)備及車輛活載、風(fēng)載、雪載等。 使用活載：包括樓面活載、屋面活載。2.1 荷載(直接作用)家具家具家具人群可移動(dòng)設(shè)備可移動(dòng)設(shè)施土木工程概論

7、橋梁上的汽車荷載T1、T2、T3、T4汽車軸重；a、a1、b1、b2、c車軸間距離車輛活載是一種移動(dòng)式荷載 車輛活載：主要是鐵路或公路車輛的荷載，包括工業(yè)廠房的行車（俗稱天車）。工業(yè)廠房的行車2.1 荷載(直接作用)土木工程概論W 風(fēng)載：風(fēng)是由大氣壓力不等引起的空氣運(yùn)動(dòng)。由風(fēng)的運(yùn)動(dòng)而施加在墻面或結(jié)構(gòu)上的壓力稱為風(fēng)載。風(fēng)載有三個(gè)“不一樣”：不同地區(qū)不一樣（沿海、內(nèi)陸）；同一地區(qū)不同時(shí)間不一樣；同一房屋不同高度、不同部位不一樣。2.1 荷載(直接作用)土木工程概論風(fēng)載0.22kN m 2同處一區(qū)的18層高層建筑0.7kN m 2北京郊區(qū)某5m高單層房屋迎風(fēng)面2.1 荷載(直接作用)土木工程概論2.

8、1 荷載(直接作用)土木工程概論均勻分布荷載作用三角形分布荷載作用集中荷載作用集中荷載的單位一般為KN，均布荷載的單位一般為KN/m或KN/m22.1 荷載(直接作用)土木工程概論 偶然荷載在使用期間不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的荷載。如地震作用、爆炸力、臺(tái)風(fēng)、船只或漂流物等。佛山九江大橋被撞百米橋面墜入江中美國世貿(mào)中心大廈撞擊起火倒塌2.1 荷載(直接作用)土木工程概論震源、地震波、震中、震中距的關(guān)系地震釋放的能量以地震波的形式傳到地面，引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)。結(jié)構(gòu)由地震引起的振動(dòng)稱為地震反應(yīng)，振動(dòng)過程中作用在結(jié)構(gòu)上的慣性力就是“地震荷載”。地震震級(jí)和地震烈度是兩個(gè)不同概念，震級(jí)表示一

9、次地震釋放的能量的大小，烈度表示某地區(qū)遭受地震影響的強(qiáng)度。地震對(duì)結(jié)構(gòu)施加的影響屬間接作用，應(yīng)把結(jié)構(gòu)承受的“地震荷載”稱為地震作用。2.1 荷載(直接作用)土木工程概論2.2 間接作用（間接荷載）除直接施加在結(jié)構(gòu)上的外力（即荷載）外，還有一種因間接施加影響引起結(jié)構(gòu)受力的作用。作用也使結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)力和變形。它們也以三類形式出現(xiàn)。 約束變形作用這種作用以溫差作用為典型約束如一根鋼梁，當(dāng)環(huán)境氣溫為00C 時(shí)長度為20m，當(dāng)環(huán)境氣溫升高至350C時(shí)，鋼梁會(huì)在內(nèi)力作用下伸長2 荷載、作用和效應(yīng)土木工程概論土木工程中的構(gòu)件因晝夜溫差、季節(jié)性溫差，每時(shí)每刻都在改變著形狀和尺寸，當(dāng)這種改變受到約束時(shí)，就會(huì)使結(jié)

10、構(gòu)受到內(nèi)力效應(yīng)。建筑物的溫度裂縫2.2 間接作用(間接荷載)土木工程概論內(nèi)外柱高差達(dá)幾十毫米現(xiàn)代高層房屋必須考慮這種溫差內(nèi)力效應(yīng)。水泥路面在溫差作用下起拱達(dá)90cm高層建筑外墻的溫度裂縫鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在焊接時(shí)產(chǎn)生的作用也屬溫差作用2.2 間接作用(間接荷載)土木工程概論 外加變形作用這種作用以地基不均勻沉陷為典型。土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)筑在地基上，地基土受力后總會(huì)產(chǎn)生不均勻沉陷，過大的不均勻沉陷會(huì)引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不小的內(nèi)力，甚至可使結(jié)構(gòu)開裂或倒塌。比薩斜塔就是由于地基不均勻沉陷而成為世界著名建筑！2.2 間接作用(間接荷載)土木工程概論震施加給結(jié)構(gòu)的力，即地震作用。地面運(yùn)動(dòng)時(shí)建筑物的相應(yīng)運(yùn)動(dòng) 慣性作用以地震作

11、用為典型。地震引起的地面運(yùn)動(dòng)會(huì)使土木工程結(jié)構(gòu)在水平和豎向產(chǎn)生加速度反應(yīng)。這種加速度反應(yīng)值與土木工程設(shè)施本身質(zhì)量的乘積就形成了地北川縣底框建筑在慣性力作用下底層徹底垮塌2.2 間接作用(間接荷載)地震作用是一種慣性力，它的大小與土木工程的質(zhì)量、地震烈度和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性相關(guān)。地震作用以水平方向?yàn)橹鳌Ｍ聊竟こ谈耪撛蚪y(tǒng)稱為“荷載”。按照國際通行做法和現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，“作用”泛指使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形的所有原因，包括直接作用和間接作用；而“荷載”僅等同于施加于結(jié)構(gòu)上的直接作用。5.12大地震北川縣垮塌的建筑物和道路長期以來，我們習(xí)慣上將所有引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)的2.2 間接作用(間接荷載)但目前道路、橋梁、隧

12、道設(shè)計(jì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，尚未引進(jìn)“作用”代替“荷載”，仍沿用“荷載”一詞表述引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)的直接作用和間接作用。土木工程概論荷載和作用的分類人為因素地球物理因素爆炸力引起的作用地震荷載（作用）地基不均勻沉降引起的作用溫差引起的作用風(fēng)荷載雪荷載構(gòu)配件自重機(jī)器振動(dòng)引起的作用焊接引起的作用結(jié)構(gòu)安裝引起的作用撞擊引起的作用使用荷載重力氣象地質(zhì)靜載動(dòng)載2 荷載、作用和效應(yīng)土木工程概論2.3 應(yīng)力、應(yīng)變、彈性模量土木工程結(jié)構(gòu)受力后，其構(gòu)件將產(chǎn)生內(nèi)力（平衡狀態(tài)）和變形（其長度、形狀將發(fā)生改變）。在產(chǎn)生拉力、壓力、剪力、彎矩和扭矩內(nèi)力的同時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件會(huì)出現(xiàn)5種基本變形的形式。拉伸壓縮剪切扭轉(zhuǎn)彎曲2 荷載、作用和效

13、應(yīng)土木工程概論 應(yīng)力為度量結(jié)構(gòu)構(gòu)件所發(fā)生內(nèi)力的大小，我們將作用于單位面積上的內(nèi)力強(qiáng)度稱之為應(yīng)力：pA =按照荷載作用的形式不同，應(yīng)力又可分為拉伸壓縮應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。同截面垂直的稱為正應(yīng)力或法向應(yīng)力，同截面相切的稱為剪應(yīng)力或切應(yīng)力表示正應(yīng)力或法向應(yīng)力，代表剪應(yīng)力或切應(yīng)力。應(yīng)力的單位是：N/mm2，即MPa2.3 應(yīng)力、應(yīng)變、彈性模量 =土木工程概論bbLL, = 應(yīng)變土木工程結(jié)構(gòu)受力后，構(gòu)件將發(fā)生變形，我們將單位長度上的變形量稱之為應(yīng)變：表示構(gòu)件的縱向線應(yīng)變，代表構(gòu)件的橫向線應(yīng)變。對(duì)于拉桿來說，為正，為負(fù)；壓桿則為負(fù)，為正。2.3 應(yīng)力、應(yīng)變、彈性模量土木工程概論成正比。 2 1=p

14、2p1 彈性模量當(dāng)力作用一物體時(shí)，物體有變形。當(dāng)這個(gè)力移去后，物體又恢復(fù)原來的形狀。物體所具有的這種特性，稱之為彈性。材料在彈性狀態(tài)，荷載與變形其應(yīng)力與應(yīng)變也成正比例關(guān)系，其比例系數(shù) E 稱為彈性模量。2.3 應(yīng)力、應(yīng)變、彈性模量= E土木工程概論當(dāng)結(jié)構(gòu)材料繼續(xù)承受更大荷載時(shí)，移去荷載，有殘余變形，變形不能恢復(fù)原狀。稱結(jié)構(gòu)材料進(jìn)入塑性階段。1 3 2 2 1P3 P2P2 P2.3 應(yīng)力、應(yīng)變、彈性模量材料進(jìn)入塑性狀態(tài)，荷載與變形不成正比。彈性模量是材料抗彈性變形的一個(gè)指標(biāo)，其值越大，即材料的剛度越大。土木工程概論結(jié)構(gòu)承受荷載為0P2時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性狀態(tài)；結(jié)構(gòu)承受荷載為P2P3時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件

15、處于塑性狀態(tài)；P3P2 P30 P2結(jié)構(gòu)承受荷載超過P3，將達(dá)其極限應(yīng)力時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于破壞失效狀態(tài)。不同的結(jié)構(gòu)材料彈、塑性是不同的。有塑性的材料稱為塑性材料，如鋼材、砼等，這類材料一旦出現(xiàn)塑性有發(fā)生破壞的預(yù)兆；反之稱為脆性材料如石材、玻璃等。2.3 應(yīng)力、應(yīng)變、彈性模量土木工程概論3.結(jié)構(gòu)的構(gòu)件結(jié)構(gòu)的構(gòu)件：承受由荷載和作用在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生內(nèi)力的是結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件：1）板板：有較大平面尺寸但厚度較小的平面構(gòu)件，通常水平方向設(shè)置，承受垂直于板面的荷載，以受彎為主。3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件以受彎為主以受彎為主2）梁梁：承受垂直于其縱軸方向的荷載的線形構(gòu)件，其截面尺寸

16、小于其長向跨度，以受彎和剪力為主。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件3）墻墻：受平行或垂直于墻面方向的豎向平面構(gòu)件，其厚度小于墻面尺寸；前者以受壓為主，后者以受彎矩或剪力為主。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件4）柱柱：承受平行于其縱軸方向荷載的直線形構(gòu)件，其截面尺寸小于其高度，以受壓力和彎矩為主。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件6）桿桿：承受軸向力（拉力或壓力）的直線形構(gòu)件，截面尺寸比長度小得多，多用于組成桁架結(jié)構(gòu)或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件9

17、）拱拱：承受沿其縱軸平面內(nèi)荷載的曲線形（或折線形）構(gòu)件，其截面尺寸小于其弧長（折線總長），以受壓力、彎矩、剪力為主。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件10）殼殼：一種曲面形 具有很好空間傳力性能的構(gòu)件，能以極小厚度覆蓋大跨度空間，以受壓力為主。 索索：以柔性受拉鋼索組成的構(gòu)件，直線或曲線形。 膜膜：以薄膜材料（如玻璃纖維布）制成的構(gòu)件，只能承受拉力。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件土木工程概論3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件土木工程概論利用建筑物的墻體作為豎向承重和抵抗水平荷載豎向承重和抵抗水平荷載（如風(fēng)荷載或水平地震荷載）的結(jié)構(gòu)。墻體同時(shí)也可作為圍護(hù)及房間分隔構(gòu)件用。另外，在高層建筑中墻體結(jié)在高層建筑中墻

18、體結(jié)構(gòu)也稱為剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)也稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。如圖1.1（a）。4 建筑工程中的典型結(jié)構(gòu)建筑工程中的典型結(jié)構(gòu)（按建筑物的結(jié)構(gòu)體系分）按建筑物的結(jié)構(gòu)體系分） 4.1 墻體結(jié)構(gòu)墻體結(jié)構(gòu)4典型結(jié)構(gòu) 采用梁、柱組成的框架作為房屋的豎向承重結(jié)構(gòu)，同時(shí)承受水平荷載。其中，梁和柱整體連接，相互之間不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)但可以承受彎矩時(shí)，稱為剛接框架結(jié)構(gòu)；如梁和柱非整體連接，其間可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)但不能承受彎矩時(shí)，稱為鉸接框架結(jié)構(gòu)。如圖1.1（b）。土木工程概論4典型結(jié)構(gòu)4.2 框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu) 利用房間四周墻體形成的封閉筒體（也可利用房屋外圍由間距很密的柱與截面很高的梁，組成一個(gè)形式上像框架，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)有許多窗洞的筒體）作為

19、主要抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)。也可以利用框架和筒體組合成框架-筒體結(jié)構(gòu)。如圖1.1（d）。4.3 筒體結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)土木工程概論4典型結(jié)構(gòu) 利用整層高的桁架橫向跨越房屋兩外柱之間的空間，并利用桁架交替在各樓層平面上錯(cuò)列的方法增加整個(gè)房屋的剛度，也使居住單元的布置更加靈活，這種結(jié)構(gòu)體系稱為錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)，如圖1.1（c）。4.4 錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)土木工程概論4典型結(jié)構(gòu) 以在一個(gè)平面內(nèi)受力的由曲線（或折線）形構(gòu)件組成的拱所形成的結(jié)構(gòu)，來承受整個(gè)房屋的豎向荷載和水平荷載的結(jié)構(gòu)，如圖1.1（e）。 4.5 拱結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)土木工程概論4典型結(jié)構(gòu) 由曲面形板與邊緣構(gòu)件（梁、拱或桁架）組成的空間結(jié)構(gòu)。它能以較薄

20、的板面形成承載能力高、剛度大的承重結(jié)構(gòu)，并能覆蓋大跨度的空間而無需中間設(shè)柱，如圖1.1（g）。 4.6 空間薄殼結(jié)構(gòu)空間薄殼結(jié)構(gòu)土木工程概論4典型結(jié)構(gòu) 由多塊平板組合而成的空間結(jié)構(gòu)，是一種既能承重又可圍護(hù)，用料較省、剛度較大的薄壁結(jié)構(gòu)，如圖1.1（i）。 4.7 空間折板結(jié)構(gòu)空間折板結(jié)構(gòu)土木工程概論4典型結(jié)構(gòu) 由多根桿件按照一定的網(wǎng)格形式，通過節(jié)點(diǎn)連接而成的空間結(jié)構(gòu)，具有空間受力、重量輕、剛度大、可跨越較大跨度、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，如圖1.1（f）。4.8 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)土木工程概論4典型結(jié)構(gòu) 樓面荷載通過吊索或吊桿傳遞到支承柱上去，再由柱傳遞到基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，如圖1.1（h）。這種結(jié)構(gòu)形式類似懸

21、索結(jié)構(gòu)的橋梁。4.9 鋼索結(jié)構(gòu)鋼索結(jié)構(gòu)土木工程概論4典型結(jié)構(gòu)進(jìn)入5、結(jié)構(gòu)與地基的關(guān)系圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu) 土木工程概論4典型結(jié)構(gòu)圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu) 土木工程概論圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)；(d)筒

22、體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu) 土木工程概論圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu) 土木工程概論圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu) 土木工程概論圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯(cuò)列桁架結(jié)

23、構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu) 土木工程概論圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu) 土木工程概論圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu) 土木工程概論圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c

24、)錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu) 土木工程概論5結(jié)構(gòu)與地基的關(guān)系結(jié)構(gòu)與地基的關(guān)系5.1地基地基：受結(jié)構(gòu)傳來荷載影響的土層或巖層稱為地基。地基內(nèi)通常不是均一的土，而是若干層各類土。常見的土可分為6類：巖石巖石:顆粒間牢固聯(lián)結(jié)的、整體的或有裂隙的巖體碎石土碎石土：多數(shù)粒徑大于2mm的土，按粗細(xì)又分為塊（漂）石、卵（碎）石、圓（角）石砂土砂土：多數(shù)粒徑大于0.075mm小于2mm的土，按粗細(xì)又分礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂粉土粉土：顆粒粒徑更細(xì)，黏性介于黏性土和上述非黏性土之間的土黏性土黏性土：粒徑比粉土更細(xì)，具有明

25、顯黏性的土人工填土人工填土：回填土、垃圾、工業(yè)廢料各類土的承載力大體為0.1-0.4N/mm2土木工程概論5.2基礎(chǔ)基礎(chǔ)：是結(jié)構(gòu)和地基的連接件，又是結(jié)構(gòu)的一部分，也稱下部結(jié)構(gòu)。根據(jù)擱置深度不同可分為：淺基礎(chǔ)：獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)深基礎(chǔ)：樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、沉箱基礎(chǔ)基礎(chǔ)都是由厚板、深梁、粗柱、厚墻作為基本構(gòu)件組成的土木工程概論獨(dú)立基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)1-基礎(chǔ)梁2-底板3-頂板4-外壁5-內(nèi)壁(a)剛性擴(kuò)展基礎(chǔ)(b樁基礎(chǔ)(c)鋼管基礎(chǔ)(d)沉井基礎(chǔ)(e)沉箱基礎(chǔ)5.3地基土地基土1）地基土地基土：是由礦物顆粒、水、空氣三部分組成的，即土的三相。 2）結(jié)構(gòu)沉陷的原因結(jié)構(gòu)沉陷的

26、原因：結(jié)構(gòu)擱置在地基上，土體顆粒間的空氣和水被擠出，顆粒間距離變小，稱為地基壓縮，同時(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生沉陷。3）地基承載力地基承載力：指在保證地基穩(wěn)定的條件下，地基壓縮變形控制在房屋容許范圍內(nèi)時(shí)，地基單位面積上所能承受的最大荷載，單位：kN/m2或kPa4）土層的基本物理力學(xué)性能基本物理力學(xué)性能：土的天然松散密度、天然含水率、以及反映土松密程度和壓縮性能的指標(biāo)孔隙比、密實(shí)度、塑性性能等。土木工程概論土木工程概論6、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)失效6.1 結(jié)構(gòu)的定義和要求 結(jié)構(gòu)的定義：土木工程設(shè)施中的結(jié)構(gòu)是一個(gè)在空間和通道中用各種基本構(gòu)件組合建成的有功能特征的機(jī)體，為土木工程設(shè)施的持久使用和美觀需求服務(wù)，對(duì)生命財(cái)產(chǎn)提供安

27、全保障。它是一個(gè)由構(gòu)件組合成的整體，是一個(gè)有功能特征的機(jī)體，是一個(gè)有豐富應(yīng)用價(jià)值的載體，是一個(gè)被建造的實(shí)體。土木工程中的力學(xué)與結(jié)構(gòu)概念體育場結(jié)構(gòu)的三維模型土木工程概論 土木工程結(jié)構(gòu)的要求 在應(yīng)用上，要充分滿足空間和通道的多項(xiàng)使用要求； 在安全上，要完全符合承載、變形、穩(wěn)定的持久需要； 在造型上，要能夠與環(huán)境、規(guī)劃和建筑藝術(shù)融為一體； 在技術(shù)上，要力爭體現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)和工程的新發(fā)展； 在建造上，要合理用材、節(jié)約能源，與施工實(shí)際緊密結(jié)合。 為安全可靠的目的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須做到： 結(jié)構(gòu)承受荷載后的內(nèi)力（N、M、V、MT）結(jié)構(gòu)的承載力； 結(jié)構(gòu)承受荷載后的變形（撓度、側(cè)移、沉陷）變形的允許值。結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)

28、失效共45張 第53張土木工程概論6.2 結(jié)構(gòu)的功能要求 能承受正常施工和使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種作用力（如拉力、壓力、剪力、彎矩、扭矩等）； 在正常使用時(shí)具有良好的工作性能（如不發(fā)生過大的側(cè)向位移，不發(fā)生過大的不均勻沉陷，不使人感到晃動(dòng)等）； 在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能（如有抵抗酸類、鹽類等物質(zhì)的侵蝕能力）； 在偶然事件發(fā)生時(shí)能保持必需的穩(wěn)定性（如有很好的抗地震的能力）。和是安全性，是適用性，是持久性?！鞍踩?、適用、持久”三者缺一不可，但安全第一。結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)失效土木工程概論6.3 結(jié)構(gòu)的失效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則：S R- S 為荷載施加在結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)；- R 為結(jié)構(gòu)的抗力。當(dāng)結(jié)構(gòu)或從屬于它

29、的構(gòu)件不能滿足上述基本功能要求，稱為結(jié)構(gòu)失效。結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)失效土木工程概論結(jié)構(gòu)失效的常見表現(xiàn)形式 破壞-結(jié)構(gòu)或構(gòu)件截面抵抗能力不足以承受作用效應(yīng)的現(xiàn)象，如拉斷、壓碎、彎折等。 失穩(wěn)-結(jié)構(gòu)或構(gòu)件因長細(xì)比過大而在不大的作用力下突然發(fā)生作用力平面外的極大變形的現(xiàn)象，如柱子壓屈、梁在平面外扭曲等。 發(fā)生影響正常使用的變形-梁板的過大撓度或過寬裂縫，柱、墻的過大側(cè)移，結(jié)構(gòu)有過大傾斜或過大的沉陷等。 傾覆-結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分失去平衡而傾倒或移動(dòng)的現(xiàn)象。 結(jié)構(gòu)材料喪失耐久性-鋼材銹蝕、砼受腐蝕、砌體遭凍融、木構(gòu)件被蟲蛀蝕等化學(xué)、物理、生物現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)的失效土木工程概論A柱抗拉能力不足被拉斷B柱長細(xì)比過大被壓屈上

30、部結(jié)構(gòu)抗側(cè)移能力不足被拉裂某高層建筑結(jié)構(gòu)的失效上部結(jié)構(gòu)抗剪能力不足被剪斷土木工程概論7 7、土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法7.1 結(jié)構(gòu)工程師的任務(wù) 土木工程設(shè)計(jì)的分工規(guī)劃師負(fù)責(zé)工程的選址、開發(fā)強(qiáng)度和空間環(huán)境。建筑師負(fù)責(zé)工程的布局、造型，滿足各項(xiàng)功能性使用要求。土木工程中的力學(xué)與結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)工程師負(fù)責(zé)工程的承載、變形、穩(wěn)定的安全性需求。設(shè)備工程師負(fù)責(zé)工程的給排水、供熱通風(fēng)和電氣等配套設(shè)施。土木工程概論 結(jié)構(gòu)工程師要解決的問題 確定結(jié)構(gòu)承受的荷載，并合理選用結(jié)構(gòu)材料； 正確選用結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)型式； 解決好結(jié)構(gòu)承載力、變形、穩(wěn)定、抗傾覆等技術(shù)問題； 解決好結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造和施工方法問題。 結(jié)構(gòu)工程師須具備的基

31、本素質(zhì) 接受過良好的土木工程學(xué)科和相關(guān)學(xué)科的教育，并訓(xùn)練有素； 對(duì)其它學(xué)科具備一定的知識(shí)； 不斷地掌握土木工程有關(guān)最新技術(shù)并進(jìn)行知識(shí)更新； 很好的交際技能，包括口頭、撰寫、繪圖和數(shù)字化技能。結(jié)構(gòu)工程師的任務(wù)土木工程概論7.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了容許應(yīng)力法、破損階段法、極限狀態(tài)法和概率極限狀態(tài)法四個(gè)階段。我國目前的建筑和公路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法都采用概率極限狀態(tài)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)法。它以結(jié)構(gòu)的失效概率或可靠指標(biāo)來度量結(jié)構(gòu)的可靠度，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類，整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的某一部分達(dá)到結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)就不能滿足安全、適用或耐久性要求。土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法土木工程概論 土木工程的分階段設(shè)計(jì)業(yè)主提出使用要求初步設(shè)計(jì)構(gòu)思明確各項(xiàng)功能要求形成總體設(shè)計(jì)方案處理各設(shè)計(jì)工種的技術(shù)問題進(jìn)行各設(shè)計(jì)工種的細(xì)部設(shè)計(jì)繪制施工圖，完成總體設(shè)計(jì)交付施工，參與工程監(jiān)理竣工驗(yàn)收，交付使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法初步設(shè)計(jì)階段施工圖階