建筑力学(工程力学)课件--结构计算简图、物体受力分析、静力约束力与反约束力共49页文档

静力学基础
1
平衡条件
建筑物在静力平衡状态下，合力和合力矩均为零。
2
受力分析
通过受力分析，确定建筑物各个构件的内力和外力。
3
应力与变形
建筑物在受力作用下，会产生应力和变形。
弹性力学基础
胡克定律
弹性材料的应力与应变成正比。
梁的挠度
通过弹性力学理论计算梁的挠度以评估结构的 性能。
弹性模量
衡量材料抵抗应力的能力。
建筑结构的施工安全与质量控 制
施工过程中需要重视结构的施工安全和质量控制，确保建筑物的结构稳定和 耐久性。
美观性
建筑物外观应具备美观性和艺术 性。
可持续性
建筑物设计应考虑本流程
1
建立模型
2
根据建筑物的实际情况，建立结构分析
的数学模型。
3
收集数据
收集建筑物的相关数据，包括荷载、材 料性质等。
求解
使用数学方法对模型进行求解，得到结 构的力学性能。
建筑物荷载分析
自重荷载
使用荷载
• 建筑物本身的重量 • 包括结构构件、装修材料等
• 建筑物使用过程中产生 的荷载
• 包括人员、设备、家具等
环境荷载
• 建筑物所处的环境条件 • 包括风荷载、地震荷载等
建筑物结构的设计与优化
设计
根据使用需求和结构要求，进行结构设计，满足建筑物的功能和安全性。
优化
通过调整结构参数和使用优化方法，提高结构的性能和效率。
应力分布
弹性力学理论可以计算建筑物中各点的应力分 布情况。
塑性力学基础
塑性力学基础研究了材料在超过弹性限度后的变形和破坏行为，对于设计可 靠的建筑结构至关重要。
稳定性理论

刚结点与铰结点 的组合体。
实例一：木屋架的结点：铰结点 联结的各杆可以绕结点转动
实例二：现浇钢筋混凝土刚架的结点： 刚结点：联结的各杆端结为整体不能绕结点 转动。
3、支座的简化及分类 ⑴ 可动铰支座（链杆支座）：一个支反力，支反力沿
链杆轴线，或指向物体（压力）或背离物体（拉力）
⑵ 固定铰支座： 允许饶固定铰铰心的微小转动。过铰心产生任意方向的
约束力（分解成水平和竖直方向的两个力）。 两个用三个链杆表示。
⑷ 定向支座：两个支反力分量可以用两个平行链杆表示。
典型的（平面）支座及支反力
五、计算简图示例 厂房----空间结构
平面结构
上部：珩架 下部：刚架
思考题： 1、什么是结构的计算简图? 2、计算简图的选择原则是什么? 3、对实际结构进行简化时，通常要做哪三个方面的工作?
一、结构计算简图的概念 把一个复杂的结构抽象出来，简化出来，反映主要受力
特征，略去次要因素。用简化图形，作结构计算时用以代 替实际结构的简化图形。
二、结构的简化 1、 结构体系的结构简化
⑴ 空间结构简化成平面结构 ⑵ 结构计算简图的简化原则是： １）计算简图要能反映实际结构的主要受力和变形特点， 即要使计算结果安全可靠； ２）便于计算，即计算简图的简化程度要与计算手段以及 对结果的要求相一致。
空间结构
结构体系的简化
2、杆件简化：以杆件的轴线代替杆件
3、结点简化及分类
理想结点代替杆件与杆件之间的连接。
⑴ 铰结点：所连各杆端可独自绕铰心自由 转动，即各杆端之间的夹角可任意改变。不 会引起杆端弯矩，只有轴力和剪力
2、刚结点：汇交于一点的杆端 是用一个完全不变形的刚性结 点连结，形成一个整体。刚结 点所连各杆端相互之间的夹角 不能改变。会引起杆端弯矩， 轴力和剪力

×;
选题26
例2 刚架ABCD上作用分布载荷q，尺寸如图。对于刚架受
力分析。
y
q
解：
D
C
b
本题为单刚体受力分析问题 1) 取刚架ABCD为研究对象
A
a z
(a)
y
q
B x
2) 建立坐标系如图(a)
D
C
3) 受力分析如图(b)
b
A
FAx
a
z FAy
(b)
×;
B
x
FB
选题27
例3 一个杆结构如图，AC=BC,BC重量不计，试对其刚 体系受力分析。
A
z
FAy
A
FAx
FAz
y
x
;
19
导向轴承约束 万向接头约束
z
M Az
FAz
y
FAy M Ay
x
z
FAz
FAy
y
x
FAx M Ay
;
20
带销子夹板约束 导轨约束
z
FAz
M Ax
x
M Az
y
FAy FAx
FAz M Ax
z
M Az
M Ayy
FAy
x
;
21
蝶形铰链约束
z
FAz
A
O1
O2
B
;
FA
FA
O1
FB FA
P
FA
O2
FB FA
O1
O2
10
光滑面约束 固定平面 固定曲面
齿轮的齿面
PA
A PA
A C
;
PA
FA

间接作用：温度变化、支座沉陷、材料收缩、地面运动等 非荷载因素的作用，也能使结构产生内力、应 力、变形等效应。
第二节 荷载及其分类
15
三、荷载的标准值与设计值
１.荷载的标准值 荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特
征值。(例如均值、众值、中值或某个分位值)。
永久荷载标准值：可按构件设计尺寸与材料单位体积的容重 确定（容重可查规范）。
建筑力学与建筑结构 教学课件
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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第一章 静力学基本知识 第二章 静定结构的内力计算 第三章 杆件的强度与压杆稳定 第四章 静定结构的变形计算与刚度条件 第五章 超静定结构内力计算
第一节 静力学基本定理
10
四、 作用与反作用定律
两物体间的相互作用力，大小相等，方向相反，作用 线沿同一直线，分别作用在两个相互作用的物体上。
NANA
A
A
NA
N A
A
第二节 荷载及其分类
11
主动力：使物体产生运动或使物体有运动趋势的力。
荷载：作用上结构上的主动力。 一、荷载的分类
１.按作用在结构上的时间长短分类
B F1
B F1
F
A
F
A
F2
A
F 1F 2F
作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为大小、 方向和作用线。
第一节 静力学基本定理
9
推理2 三力平衡汇交定理
当刚体受到同平面内不平行的三力作用而平衡时，三力的

钢结构设计和分析
钢结构是一种常见的建筑结构形式，将介绍钢结构的设计原理、构件连接和 稳定性分析，以及钢结构在不同应用领域的案例。
基础设计与计算
建筑的基础是支撑整个结构的重要组成部分，将讲解基础设计原理、荷载计算和基础结构的稳定性分析等内容。
混凝土结构设计与分析
混凝土结构是常见的建筑结构形式之一，将探讨混凝土的性质、混凝土构件设计和混凝土结构的受力分析。
建筑力学课件——建筑物 的受力分析与结构设计
建筑力学课件将深入介绍建筑结构和力学基础知识，从弹性力学到静力分析、 动力分析原理、钢结构设计和分析等多个方面，帮助听众全面了解建筑物的 受力分析与结构设计。
建筑结构和力学基础介绍
建筑结构的基础介绍包括不同结构类型的特点和应用，力学基础则涵盖受力 和变形、受力条件和受力分析等内容。
弹性力学基础知识
弹性力学是建筑力学的核心，将讲解材料的弹性行为、弹性力学原理和应力分析，帮助理解建筑物在受力下的 变形和应力分布。
静力分析原理
静力分析是研究建筑物在静止状态下的力学行为，包括平衡条件、力的合成 和分解、静力平衡、静力矩和静力矩平衡等内容。
动力分析原理
动力分析涉及建筑物在运动状态下的力学行为，包括质点运动、力、加速度、 动力学方程、动力平衡和动力分析方法等。
结构材料选用与应用技术
选择合适的结构材料对于建筑物的性能至关重要，将介绍结构材料的性质、 选用原则和应用技术。
建筑结构模拟与计算技术应用介绍
建筑结构模拟和计算技术可以辅助建筑结构的设计和分析，将演示相关软件和方法的应用案例。
预应力混凝土结构设计与ห้องสมุดไป่ตู้析
预应力混凝土结构是一种使用预应力钢束预先施加应力的结构形式，将介绍预应力混凝土的设计原理和分析方 法。

钢结构和混凝土结构的力学计 算
介绍钢结构和混凝土结构力学计算的基本原理和方法，包括在设计过程中应 考虑的力学参数和限制。
桥梁结构力学分析与设计
探索桥梁结构的力学分析和设计原理，包括静力学和动力学方法，用于确保桥梁的可靠性和安全性。
地基和基础力学分析
研究地基和基础的力学行为，包括土壤力学的基本原理和地基基础设计中的力学方法。
《建筑力学课程课件》
本课程旨在介绍建筑力学的基本概念和原理，以及应用于建筑结构中的力学 分析和设计技术。
建筑力学概述
了解建筑力学的背景和重要性，包括力学与建筑结构之间的关系，以及建筑 力学在设计和施工中的应用。
力学基本概念和基本原理
介绍力学中的基本概念，如力、力的平衡和等效力系统，并讨论力学中的基 本原理，如牛顿定律和杠杆原理。
建筑安全技术与管理
介绍建筑安全技术和管理措施，包括建筑结构的火灾安全、施工安全以及人 员和设备的安全管理。
风荷载和震动的力学分析
讨论风荷载和震动荷载的力学分析方法，以确保建筑结构在极端天气和地震中的稳定性和安全性。
建筑结构的安全评估
介绍建筑结构的安全评估方法，包括结构安全性的评估标准和使用可靠度分 析进行结构评估的原理。
建筑结构的维修与加固
讨论建筑结构维修和加固方法，包括评估结构损伤、选择适当的维修方法以 及加固结构以提高其稳定性和安全性。
结构的受力分析
探讨结构受力分析的基本原理和方法，包括静力学和弹性力学的应用，以及受力分析在结构计中的作 用。
杆件和板壳结构的力学分析
研究杆件和板壳结构的力学行为，包括受力分析、应力分析以及变形和挠曲 等方面的问题。
建筑结构的稳定性分析
讨论建筑结构的稳定性分析方法，包括在纵向和横向荷载下的抗侧承载能力 和稳定性问题。

绪论
2．均匀连续假设 假设变形固体在其整个体积内用同种介质 毫无空隙的充满了物体。
3．各向同性假设 假设变形固体沿各个方向的力学性能均相 同。 4．小变形假设 在实际工程中，构件在荷载作用下， 其变形与构件的原尺寸相比通常很小， 可以忽略不计，称这一类变形为小变形。
绪论
三
、
杆
轴向拉压
件
基
本 变
弯曲
绪论
第一章 绪论
一、引言
建筑力学是一门技术基础课程，它为土木工程的结构 设计及施工现场受力问题的解决提供基本的力学知识 和计算方法。
绪论
石拱桥
绪论
斗 拱 结 构
廊桥
框架电梯公寓
绪论
埃菲尔铁塔 高320.7米
绪论
钢塔耸立在大桥南北两侧，高342米， 钢塔之间的大桥 跨度达1280米，为世界所建大桥中罕见的单孔长跨距 大吊桥之一,从海面到桥中心部的高度约60米 .宽27.4 米,长2000多米
(3) 力的作用点。力的作用点是指力在物体上作用的位置。
一般说来，力的作用位置并不在一个点上，而是分布在物 体的某一部分面积或体积上。例如，蒸汽压力作用于整个容器 壁，这就形成了面积分布力；重力作用于物体的每一点，又形 成了体积分布力。但是在很多情况下，可以把分布在物体上某 一部分的面积或体积上的力简化为作用在一个点上。例如，手 推车时，力是分布在与手相接触的面积上，但当接触面积很小 时，可把它看作集中作用于一点；又如重力分布在物体的整个 体积上，在研究物体的外效应时，也可将它看作集中作用于物 体的重心。这种集中作用于一点的力，称为集中力。这个点称 为力的作用点。
绪论
1、杆件及杆系结构
杆它的几何特征是细而长， 即l>>h，l>>b。杆又可分为直杆和曲杆。

• 这些力有的是通过物体间的直接接触产生的，例如 风对物体的作用力、物体之间的压力、摩擦力等。有 的是通过“场”对物体的作用，如地球引力场对物体 产生的重力、电场对电荷产生的引力或斥力等。虽然 物体间这些相互作用力的来源和和产生的物理本质不 同，但它们对物体作用的结果都是使物体的运动状态 或形状发生改变，因此，将它们概括起来加以抽象而 形成了“力”的概念。
• 2.1.6 力偶的概念 • 在日常生活中，经常会遇到物体受大小相等、方向
相反、作用线相互平行的两个力作用的情形。例如， 汽车司机用双手转动方向盘［图（a）］，两人推动绞 盘横杆［图（b）］等。
• 实践证明，物体在这样的两个力作用下只产生转动 效应，不产生移动效应。把这种由两个大小相等、方 向相反且不共线的平行力组成的力系称为力偶，记为 （F，F′）。力偶所在的平面称为力偶的作用面，组成 力偶的两力之间的距离称为力偶臂。
• 因此，把乘积Fd冠以适当正负号作为力F使物体绕 O点转动效应的度量，称为力F对点O之矩，简称力矩， 用MO (F)表示，即 MO (F)＝±Fd
• O点称为矩心，d称为力臂。式中的正负号用来区别力 F使物体绕O点转动的方向，并规定：力F使物体绕O 点逆时针转动时为正，反之为负。
• 由图可知，力F对点O之矩也可以用△OAB面积的两倍 来表示，即
• 2.力的效应 • 力对物体的作用结果称为力的效应。力使物体运动
状态发生改变的效应称为运动效应或外效应；力使物 体的形状发生改变的效应称为变形效应或内效应。 • 力的运动效应又分为移动效应和转动效应。例如， 球拍作用于乒乓球上的力如果不通过球心，则球在向 前运动的同时还绕球心转动。前者为移动效应，后者 为转动效应。
• 【例2.1】 挡土墙（图）重W1 =30 kN、W2 =60 kN， 所受土压力的合力F =40 kN。试问该挡土墙是否会绕A 点向左倾倒？

同一直线作用。
公理二 (加减平衡力系公理) 可以在作用于刚体的任何一个力系上加上
或去掉几个互成平衡的力，而不改变原力系对
刚体的作用。
§ 2 –2
静力学公理
推论 (力在刚体上的可传性) 作用于刚体的力，其作用点可以沿作用线 在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚 体的作用
F A
=
B F A F2
F1
F2 x bc F3 x dc
F1
A R D
a
各力在x 轴上投影：
B
F2 C F3 x
合力 R 在x 轴上投影：
Rx ad ab bc dc Rx F1x F2 x F3 x
b d c (b)
推广到任意多个力F1、F2、 Fn 组成的平面共 点力系，可得：
Rx F1x F2 x F3 x Fnx Fx
=
A
B
F1
§ 2 –2
静力学公理
公理三 (力平行四边形公理) 作用于物体上任一点的两个力可合成为作用 于同一点的一个力，即合力。合力的矢由原两 力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢 来表示。
F2 R
即，合力为原两力的矢量和。 矢量表达式：R= F1+F2
A F1
§ 2 –2
静力学公理
推论 (三力汇交定理) 当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的 作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过 这个点。
§2-3 力矩与力偶
B O d A
二、力矩的表达式: M O F Fd 三、力矩的正负号规定：当有逆时针转动的趋向时， 力F 对O 点的矩取正值。 四、力矩的单位：与力偶矩单位相同，为 N.m。F§2-3力矩与力偶

A
y
FAx x
FAy MA
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(7)定向支座：将杆件用两根相邻的等长、平行链杆与 地面相连接的支座。
FN M
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§2-2 结构计算简图
计算简图是实际结构的简化模型。 选用原则是：要能反映实际结构的主要受力特性；同
时又要便于分析和计算。 合理的计算简图的建立需要具备较深厚的力学知识和
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本章要点：
1．约束的四种形式及其性质， 对应的约束反力；
2．受力分析的步骤： 取分离体 画受力图讨论：习题 2－1
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第二章作业
习题： 2－3，2-5，2-7，2-10，2-12
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第45页/共46页
•由 二 力 平 衡 公理可 知，二 力杆所 受的两 个力一 定等值 、反向 、共线 。因此 ，这两 个力一 定在两 个受力 点的连 线上， 与杆件 的形状 无关。
第12页/共46页
(6)固定端：使杆件既不能发生移动也不能发生转动的 约束。
约束特点：限制物体在约束处任何方向的位移和转动。
约束反力特点：是一个任意的分布力系，简化成一个 大小和方向均未知的约束力和一个约束力偶。
B
D
E
A
C
第19页/共46页
链杆支座
链杆支座
固定铰支座
固定铰支座
半铰（不 完全铰）
链杆支座
固定铰支座
定向支座
固定端支座
刚结点
圆柱铰（单铰，中间铰） 链杆（二力杆）
第20页/共46页
三 、 计 算 简 图示例 ：
抛物线桁架
单 层 厂 房 的 排架结 构
A

探索梁的弯曲变形和内力分析。
3
柱的压缩
了解柱的压缩变形和稳定性分析。
构造力学基础
受力分析
弯矩图
剪力图
学习力的平衡和法向力分析。
了解结构中弯矩的分布和计
探索结构在受力下的剪力分
算方法。
布和计算原理。
梁的内力计算
弯曲应力分布
剪切力分析
挠曲分析
研究梁在受弯矩作用下的应力分
了解梁在受剪力作用下的内力计
探究梁在受荷载作用下的挠曲和
如能源效率和环境影响。
计原则。
状优化。
桁架的内力计算
桁架类型
应用领域
平面桁架
适用于悬索桥和建筑结构。
空间桁架
用于搭建大跨度建筑和体育馆。
格构桁架
常见于高层建筑和塔楼结构。
结构的稳定性分析
受压构件的稳定性
支撑系统的设计
其他稳定性考虑因素
了解受压构件在长期稳定和侧向
探索支撑系统在结构稳定性中的
研究结构设计中的其他稳定性要布。算方法。挠度计算。
柱的内力计算
1
纯压力柱
了解受纯压力作用的柱的内力计算方法。
受弯曲荷载的柱
2
探索柱在同时受弯矩和压力作用下的内
力分析。
3
柱的稳定性
研究柱在压力作用下的稳定性分析和设
计原则。
板的内力计算
平板
圆盘
曲面
学习平板的内力分析及计算方
探索圆盘结构的内力计算和设
了解曲面结构的内力分析和形
法。
稳定方面的设计原则。
作用和设计原则。
素，如地震和风荷载。
结构的自振与阻尼
1
自振频率
了解结构的自振频率及其对结构响应的影响。

物体受力时的应变形式，拉 伸是物体变长，压缩是物体 变短。
变形与应力
1
应变
物体受到力的作用而发生形变的程度，可以是拉伸或压缩。
2
应力
物体单位面积上承受的力，可以是拉力、压力或剪切力。
3
弯曲
物体在作用力下发生形变，产生的应变使其呈现曲线形状。
简支梁的挠曲分析
简支梁
一端固定、一端自由悬臂的梁， 经受外力而产生变形。
建筑力学基础课件
本课程介绍建筑工程力学的基本原理，包括力的概念与计算、支反力分析、 弹性力学原理、变形与应力等内容。让我们深入了解建筑力学的关键概念与 技巧。
建筑工程力学基本概念
1 建筑力学
研究建筑结构力学行为及 其分析的科学领域。
2力
物体或系统相互作用导致 的物理量，需要计算和分 析。
3 静力学平衡条件
弯矩图
用于描述梁在不同位置上所承受 的弯矩大小和方向。
挠曲刚度
梁的抗弯性能，与梁的几何形状 和材料特性相关。
悬臂梁的挠曲分析
悬臂梁 剪力 挠度
一端固定、一端悬空的梁，受到力的作用而发生 变形。
梁内部产生的力，使梁的上、下两侧产生剪切形 变。
悬臂梁受力后变形的程度，可以用来评估梁的稳 定性。
桥梁的荷载计算
1
荷载类型
静态或动态荷载，包括自重、流量、车
安全系数
2
辆荷载等。
用来保证桥梁承载能力与设计要求的一
定差距，确保结构的安全性。
3
荷载计算方法
根据桥梁的结构类型和使用条件，采用 不同的计算方法和公式。
橡胶支座的应用
1 橡胶材料
2 减震效果
具有弹性的材料，可用于支 撑桥梁、建筑物和机械设备。