第1章建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識淮南聯(lián)合大學(xué)建筑與藝術(shù)授課方張平7

第1章建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識淮南聯(lián)合大學(xué)-建筑與藝術(shù)學(xué)院授課教師：方張平建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識1建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識21建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識建筑物中由若干構(gòu)件連接而成的能承受“作用”的骨架體系稱為建筑結(jié)構(gòu)，簡稱結(jié)構(gòu)。簡單的說就是(房屋的)承重骨架。

作用分為直接作用和間接作用。

直接作用習(xí)慣上稱為荷載，系指施加在結(jié)構(gòu)上的力。

間接作用系指非力因素引起結(jié)構(gòu)變形或破壞的原因。如：溫度變化、地基下沉、地震等非力因素是間接作用。1.1建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識柱下基礎(chǔ)樓板柱梁梁墻樓梯墻下基礎(chǔ)地下室底板

建筑結(jié)構(gòu)由水平構(gòu)件、豎向構(gòu)件和基礎(chǔ)組成。

水平構(gòu)件包括板、梁等，承受豎向荷載；

豎向構(gòu)件包括柱、墻等，支承水平構(gòu)件或承受水平荷載；

基礎(chǔ)將建筑物承受的荷載傳至地基。建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識迪拜帆船酒店建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識馬來西亞吉隆坡國營石油公司大廈建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識朝鮮平壤柳京飯店建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識美國舊金山金門大橋建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識上海中心大廈上海地標(biāo)性建筑群建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識1.1.1建筑結(jié)構(gòu)的分類1．按材料分類根據(jù)材料不同，建筑結(jié)構(gòu)可分為混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)等。建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識2．按受力體系分類根據(jù)受力體系不同，建筑結(jié)構(gòu)可分為框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、塔式結(jié)構(gòu)、桅式結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、懸吊結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等?？蚣芙Y(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識3．按照建筑物外形分類根據(jù)建筑物外形不同，建筑結(jié)構(gòu)可分為單層、多層、高層、大跨和高聳結(jié)構(gòu)等。建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識4．按照施工方法分類根據(jù)施工方法不同，建筑結(jié)構(gòu)可分為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和裝配整體式結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識1.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能要求結(jié)構(gòu)的安全等級結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限結(jié)構(gòu)的功能要求123類別1234設(shè)計(jì)使用年限/年52550100示例臨時(shí)性結(jié)構(gòu)易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件普通房屋和構(gòu)筑物紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限結(jié)構(gòu)在規(guī)定設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，應(yīng)滿足下列各項(xiàng)功能要求：1、在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；2、在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；3、在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；4、在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必要的整體穩(wěn)定性。

1項(xiàng)、4項(xiàng)

結(jié)構(gòu)安全性的要求

2項(xiàng)

結(jié)構(gòu)適用性的要求

3項(xiàng)

結(jié)構(gòu)耐久性的要求建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識1.1.3極限狀態(tài)設(shè)計(jì)1．結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)能滿足功能要求稱結(jié)構(gòu)“可靠”或“有效”，否則稱結(jié)構(gòu)“不可靠”或“失效”。區(qū)分結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)“有效”與“失效”的界限是“極限狀態(tài)”。因此，若整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能（安全性、適用性、耐久性）要求，則該特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識1）承載能力極限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強(qiáng)度而破壞（包括疲勞破壞），或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如柱子被壓曲等）；地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）。2）正常使用極限狀態(tài)影響正常使用或外觀的變形；影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；影響正常使用的振動(dòng)；影響正常使用的其他特定狀態(tài)。結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)分為兩類：建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識2．作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的兩個(gè)基本變量是作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力。1）作用效應(yīng)作用效應(yīng)是指結(jié)構(gòu)上的各種作用在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力（軸力、彎矩、剪力、扭矩等）和變形（如撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫等）的總稱，用S表示。由直接作用產(chǎn)生的效應(yīng)通常稱為荷載效應(yīng)。2）結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力，如構(gòu)件的承載力、剛度、抗裂度等，用R表示。結(jié)構(gòu)抗力是結(jié)構(gòu)內(nèi)部固有的，其大小主要取決于材料性能。2建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識1.2建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識1.2.1荷載1．荷載的概念荷載是主動(dòng)作用于結(jié)構(gòu)上的外力，常見的有結(jié)構(gòu)自重、樓面活荷載、屋面活荷載、屋面積灰荷載、車輛荷載、吊車荷載、設(shè)備動(dòng)力荷載以及風(fēng)、雪、波浪等自然荷載。2．荷載的分類在實(shí)際工程中，結(jié)構(gòu)受到的荷載是多種多樣的。為了便于分析計(jì)算，對荷載進(jìn)行如下分類。1）按作用時(shí)間分類根據(jù)作用時(shí)間不同，荷載可分為恒荷載和活荷載。2）按作用在結(jié)構(gòu)上的范圍分類根據(jù)作用在結(jié)構(gòu)上的范圍不同，荷載可分為分布荷載和集中荷載。3）按作用在結(jié)構(gòu)上的性質(zhì)分類根據(jù)作用在結(jié)構(gòu)上的性質(zhì)不同，荷載可分為靜荷載和動(dòng)荷載。建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識1.2.2結(jié)構(gòu)與構(gòu)件

一座建筑物由若干部件組成，不同的部件所起的作用不同。有的只起到圍護(hù)和分隔空間的作用，如房間的隔墻、門、窗等；有的起到支承荷載和傳遞荷載的作用，如屋架、樓板、梁、柱、基礎(chǔ)等。如前所述，建筑物中承受荷載而起骨架作用的部分稱為結(jié)構(gòu)，組成結(jié)構(gòu)的每一個(gè)部分稱為構(gòu)件。

圖為單層廠房結(jié)構(gòu)，其屋面梁、吊車梁、柱、基礎(chǔ)等都是構(gòu)件。建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識

結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的類型很多，按構(gòu)件的形狀和幾何尺寸不同，結(jié)構(gòu)可分為桿件結(jié)構(gòu)、薄壁結(jié)構(gòu)和實(shí)體結(jié)構(gòu)三類。長度遠(yuǎn)大于截面尺寸的構(gòu)件稱為桿件，如梁、柱等。桿又可分為直桿和曲桿。長度和寬度遠(yuǎn)大于厚度的構(gòu)件稱為薄壁。平面板狀的薄壁稱為薄板，由若干塊薄板可組成薄壁結(jié)構(gòu)。具有曲面外形的薄壁結(jié)構(gòu)稱為薄殼結(jié)構(gòu)。長、寬、高接近的結(jié)構(gòu)稱為實(shí)體結(jié)構(gòu)，如擋土墻、堤壩、塊式基礎(chǔ)等。直桿曲桿建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識薄殼結(jié)構(gòu)薄壁結(jié)構(gòu)塊體建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識1.2.3強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性1．強(qiáng)度結(jié)構(gòu)和構(gòu)件必須具有一定的承載能力，才不會(huì)因承受過大荷載而發(fā)生失效破壞。結(jié)構(gòu)和構(gòu)件抵抗失效破壞的能力稱為強(qiáng)度。如圖所示，梁斷裂是由于發(fā)生了強(qiáng)度破壞。建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識2．剛度結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承受荷載時(shí)形狀和尺寸均會(huì)發(fā)生改變，稱為變形。變形過大，會(huì)影響結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的正常使用，如吊車梁變形過大，會(huì)影響吊車的正常行駛。結(jié)構(gòu)和構(gòu)件抵抗變形的能力稱為剛度。如圖所示，由于超過剛度極限，梁出現(xiàn)裂縫和發(fā)生變形。建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識3．穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)中，某些細(xì)長受壓桿件，在受力較小時(shí)能夠保持原有直線平衡狀態(tài)，但受力超過某一定值（此值比按強(qiáng)度計(jì)算的值要小得多）后，壓桿在直線狀態(tài)下的平衡狀態(tài)將變得不穩(wěn)定，稍有擾動(dòng)，壓桿就會(huì)突然變彎，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)，如圖所示。要避免這種現(xiàn)象，必須使構(gòu)件具有足夠的穩(wěn)定性。建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識

結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性反映結(jié)構(gòu)的承載能力，其高低與構(gòu)件的材料性質(zhì)、截面的幾何形狀及尺寸、受力性質(zhì)、工作條件及構(gòu)造情況等因素有關(guān)。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果把構(gòu)件截面設(shè)計(jì)得過小，構(gòu)件會(huì)因剛度不足導(dǎo)致變形過大而影響正常使用，或因強(qiáng)度不足而迅速破壞;如果構(gòu)件截面設(shè)計(jì)得過大，其能承受的荷載過分大于所受的荷載，則又會(huì)不經(jīng)濟(jì)，造成人力、物力上的浪費(fèi)。

結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的安全性與經(jīng)濟(jì)性是矛盾的。建筑力學(xué)的任務(wù)就在于力求合理地解決這種矛盾，為保證結(jié)構(gòu)(或構(gòu)件)既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理提供計(jì)算理論依據(jù)。123建筑力學(xué)的基礎(chǔ)知識1.2.4變形固體的基本假設(shè)01完全彈性假設(shè)完全彈性假設(shè)：變形固體在外力作用下發(fā)生變形的大小與外力成正比，當(dāng)外力撤出后，構(gòu)件的變形完全消失。02連續(xù)均勻假設(shè)連續(xù)均勻假設(shè)：變形固體內(nèi)部是密實(shí)的，無空隙的，各部分都有相同的物理性質(zhì)。03各向同性假設(shè)各向同性假設(shè)：變形固體沿不同的方向有完全相同的物理性質(zhì)。04小變形假設(shè)小變