建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)與計(jì)算方法

建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)與計(jì)算方法演講人：日期：CATALOGUE目錄建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)基本概念靜力學(xué)基礎(chǔ)與物體平衡條件桿件體系幾何組成與穩(wěn)定性分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與截面法應(yīng)用結(jié)構(gòu)位移計(jì)算與剛度校核方法結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)與地震響應(yīng)分析01建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)基本概念結(jié)構(gòu)力學(xué)是研究結(jié)構(gòu)在荷載作用下的內(nèi)力、變形和穩(wěn)定性規(guī)律的學(xué)科。結(jié)構(gòu)力學(xué)定義主要研究各種工程結(jié)構(gòu)如建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、路基結(jié)構(gòu)等，在外部因素作用下的受力狀況、變形和穩(wěn)定性。研究對(duì)象結(jié)構(gòu)力學(xué)定義及研究對(duì)象按材料可分為木結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等；按使用功能可分為民用建筑結(jié)構(gòu)和工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)。不同材料的建筑結(jié)構(gòu)具有不同的力學(xué)性能和特點(diǎn)，如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的抗壓和抗彎性能，而鋼結(jié)構(gòu)則具有較好的抗拉和抗震性能。建筑結(jié)構(gòu)分類與特點(diǎn)特點(diǎn)分類根據(jù)建筑設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)確定合理的結(jié)構(gòu)方案和構(gòu)件截面尺寸。確定結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化設(shè)計(jì)方案對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析和變形計(jì)算，確保結(jié)構(gòu)在荷載作用下的安全性和穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)比分析不同結(jié)構(gòu)方案的力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)效益，選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。030201結(jié)構(gòu)力學(xué)在建筑設(shè)計(jì)中的作用主要解決結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算和變形問(wèn)題，包括力矩分配法、力法、位移法等。靜力計(jì)算研究結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)和穩(wěn)定性問(wèn)題，如地震作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析和風(fēng)振分析等。動(dòng)力計(jì)算一種數(shù)值計(jì)算方法，將連續(xù)體離散化為有限個(gè)單元，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行求解，適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。有限元法計(jì)算方法簡(jiǎn)介02靜力學(xué)基礎(chǔ)與物體平衡條件力的性質(zhì)力是物體之間的相互作用，具有大小、方向和作用點(diǎn)三個(gè)要素。靜力學(xué)的研究對(duì)象靜力學(xué)主要研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律，包括力、力矩、力偶等基本概念。力矩與力偶力矩是力和力臂的乘積，用于描述力對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)；力偶是由兩個(gè)大小相等、方向相反、作用線平行的力組成的力系，使物體產(chǎn)生純轉(zhuǎn)動(dòng)。靜力學(xué)基本概念及原理約束是限制物體運(yùn)動(dòng)的因素，分為幾何約束和運(yùn)動(dòng)約束。約束的概念光滑面約束、鉸鏈約束、固定端約束、滾動(dòng)摩阻約束等。常見(jiàn)約束類型根據(jù)約束類型，分析約束對(duì)物體的作用力，包括約束反力的方向、大小和作用點(diǎn)。約束力分析約束類型與約束力分析平衡條件01物體在力系作用下保持平衡的條件，包括力的平衡條件和力矩的平衡條件。平衡條件的應(yīng)用02利用平衡條件求解未知力、判斷物體是否平衡、確定平衡位置等。靜定與超靜定問(wèn)題03靜定問(wèn)題是未知力數(shù)目等于平衡方程數(shù)目的問(wèn)題，可唯一求解；超靜定問(wèn)題是未知力數(shù)目多于平衡方程數(shù)目的問(wèn)題，需結(jié)合變形協(xié)調(diào)條件求解。物體平衡條件及應(yīng)用03摩擦問(wèn)題的處理方法根據(jù)摩擦類型和平衡條件，建立摩擦力與其他力的關(guān)系式，求解摩擦力或判斷物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。01摩擦力的概念摩擦力是阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，與接觸面的正壓力和摩擦系數(shù)有關(guān)。02摩擦問(wèn)題的分類靜摩擦、滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦。摩擦問(wèn)題處理方法03桿件體系幾何組成與穩(wěn)定性分析

桿件體系幾何組成判斷方法幾何不變體系通過(guò)幾何構(gòu)造分析，判斷桿件體系是否為幾何不變體系，即體系在受到外部作用時(shí)，不會(huì)發(fā)生幾何形狀的改變。幾何可變體系與幾何不變體系相對(duì)，幾何可變體系在受到外部作用時(shí)，其幾何形狀會(huì)發(fā)生變化。瞬變體系一種特殊的幾何可變體系，在某些特定位置可以轉(zhuǎn)化為幾何不變體系，但在其他位置仍為幾何可變體系。指桿件在受到外部擾動(dòng)后，能夠恢復(fù)到原始平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性概念包括桿件的截面形狀、尺寸、材料性質(zhì)、荷載大小及作用方式等。影響因素穩(wěn)定性概念及影響因素臨界力概念使壓桿保持直線形狀平衡的最小壓力，超過(guò)此值，壓桿將發(fā)生屈曲失穩(wěn)。壓桿穩(wěn)定計(jì)算通過(guò)歐拉公式或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算臨界力，進(jìn)而評(píng)估壓桿的穩(wěn)定性。歐拉公式適用于長(zhǎng)細(xì)比較大的壓桿，而經(jīng)驗(yàn)公式適用于短粗或中等長(zhǎng)細(xì)比的壓桿。臨界力與壓桿穩(wěn)定計(jì)算增加截面慣性矩，提高抗彎剛度，從而提高壓桿的穩(wěn)定性。選擇合理的截面形狀和尺寸采用高強(qiáng)度材料制造壓桿，可以增加其承載能力，進(jìn)而提高穩(wěn)定性。提高材料強(qiáng)度在壓桿適當(dāng)位置設(shè)置支撐和約束，限制其位移和變形，從而提高穩(wěn)定性。設(shè)置支撐和約束避免在壓桿上作用過(guò)大的集中荷載或偏心荷載，以減少其對(duì)穩(wěn)定性的影響。合理布置荷載提高壓桿穩(wěn)定性的措施04結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與截面法應(yīng)用內(nèi)力定義內(nèi)力是指構(gòu)件內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間相互作用力的合力，是引起構(gòu)件變形和破壞的主要因素。截面法原理通過(guò)假想截面將構(gòu)件截開(kāi)，研究截面上的內(nèi)力，從而推求構(gòu)件內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移。內(nèi)力概念及截面法原理軸向拉壓概念軸向拉壓是指桿件受到沿其軸線方向的拉力或壓力作用，是工程中常見(jiàn)的受力形式。內(nèi)力計(jì)算步驟確定計(jì)算截面，列平衡方程求解軸力，根據(jù)軸力求解應(yīng)力。注意事項(xiàng)考慮桿件的變形和穩(wěn)定性問(wèn)題，避免過(guò)度拉壓導(dǎo)致桿件破壞。軸向拉壓桿件內(nèi)力計(jì)算剪切是指構(gòu)件在受到一對(duì)相距很近、大小相等、方向相反的橫向外力作用時(shí)，其橫截面沿外力作用方向發(fā)生的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)變形現(xiàn)象。剪切概念擠壓是指構(gòu)件在受到局部壓力作用時(shí)，其受壓處產(chǎn)生局部壓潰或壓入變形現(xiàn)象。擠壓概念對(duì)于剪切問(wèn)題，通常采用剪切面假設(shè)和剪切胡克定律進(jìn)行求解；對(duì)于擠壓?jiǎn)栴}，則采用擠壓應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力進(jìn)行比較判斷。處理方法剪切和擠壓?jiǎn)栴}處理方法扭矩概念扭矩是指桿件受到一對(duì)轉(zhuǎn)向相反、作用面垂直于桿件軸線的力偶作用時(shí)，其橫截面產(chǎn)生的相對(duì)扭轉(zhuǎn)變形現(xiàn)象。彎曲概念彎曲是指桿件受到垂直于軸線的外力作用或力偶作用時(shí)，其軸線變?yōu)榍€的變形現(xiàn)象。解決方法對(duì)于扭矩問(wèn)題，通常采用扭矩圖和扭矩平衡方程進(jìn)行求解；對(duì)于彎曲問(wèn)題，則采用彎矩圖和彎曲正應(yīng)力公式進(jìn)行求解。同時(shí)，還需要考慮桿件的穩(wěn)定性和變形問(wèn)題，避免過(guò)度變形導(dǎo)致桿件破壞。扭矩和彎曲問(wèn)題解決方法05結(jié)構(gòu)位移計(jì)算與剛度校核方法位移概念及計(jì)算目的位移定義結(jié)構(gòu)位移是指結(jié)構(gòu)在荷載作用下產(chǎn)生的位置或形狀的變化。計(jì)算目的通過(guò)位移計(jì)算，可以了解結(jié)構(gòu)的變形情況，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用提供重要依據(jù)。虛功原理是結(jié)構(gòu)力學(xué)中的重要原理，用于求解結(jié)構(gòu)位移。虛功原理基本概念根據(jù)虛功原理，可以構(gòu)建虛位移和虛力的關(guān)系，進(jìn)而求解實(shí)際位移。虛功原理應(yīng)用步驟虛功原理在位移計(jì)算中的應(yīng)用單位荷載法概念單位荷載法是一種求解結(jié)構(gòu)位移的常用方法。單位荷載法求解步驟通過(guò)在結(jié)構(gòu)上施加單位荷載，利用疊加原理求解結(jié)構(gòu)在實(shí)際荷載作用下的位移。單位荷載法求解結(jié)構(gòu)位移剛度定義結(jié)構(gòu)剛度是指結(jié)構(gòu)在荷載作用下抵抗變形的能力。剛度校核目的通過(guò)剛度校核，可以判斷結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)要求，保證結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。剛度校核方法常用的剛度校核方法包括比較法、極限平衡法和有限元法等。這些方法可以通過(guò)比較結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度與設(shè)計(jì)剛度，或者分析結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力情況來(lái)判斷結(jié)構(gòu)是否滿足剛度要求。結(jié)構(gòu)剛度校核方法06結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)與地震響應(yīng)分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基本概念及原理結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的分析方法包括解析法、數(shù)值法和實(shí)驗(yàn)法，其中數(shù)值法應(yīng)用最廣泛，如有限元法、有限差分法等。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的分析方法結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)是研究結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的反應(yīng)和性能的學(xué)科，主要涉及建筑、橋梁、機(jī)械等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的定義和研究對(duì)象結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基于牛頓第二定律、達(dá)朗貝爾原理等力學(xué)原理，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、荷載特性和邊界條件，研究結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的基本原理123單自由度體系是指只有一個(gè)自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，如質(zhì)點(diǎn)彈簧系統(tǒng)。其模型包括質(zhì)量、剛度和阻尼等參數(shù)。單自由度體系的定義和模型在無(wú)外力作用下，單自由度體系將以其固有頻率做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，振幅和初相位由初始條件決定。單自由度體系的自由振動(dòng)在周期性外力作用下，單自由度體系將產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的振幅和相位與外力頻率、體系固有頻率和阻尼比有關(guān)。單自由度體系的強(qiáng)迫振動(dòng)單自由度體系振動(dòng)分析多自由度體系是指具有多個(gè)自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，如多質(zhì)點(diǎn)體系、連續(xù)體等。其模型包括質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣等參數(shù)。多自由度體系的定義和模型多自由度體系的自由振動(dòng)可轉(zhuǎn)化為多個(gè)單自由度體系的振動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)求解特征值和特征向量得到體系的固有頻率和振型。多自由度體系的自由振動(dòng)多自由度體系的強(qiáng)迫振動(dòng)可采用振型疊加法、直接積分法等方法進(jìn)行求解，其中振型疊加法應(yīng)用最廣泛。多自由度體系的強(qiáng)迫振動(dòng)多自由度體系振動(dòng)分析方法地震響應(yīng)分析的方法地震響應(yīng)分析可采用時(shí)程分析法、振型分解反應(yīng)譜法等方法進(jìn)行。時(shí)程分析法能夠考慮地震波的三要素（振幅、頻譜、持時(shí)）和結(jié)構(gòu)非線性因素，