典型结构受力分析

《典型结构受力分析》教学设计
授课人：
教学目标：
1. 理解结构是为了承受力和抵抗变形的本质。

2. 通过对简单的结构案例的学习，能尝试对生活中常见的结构作受力和变形分析。

3. 通用本节课的学习，学生能感受到结构的广泛应用，体会学习结构的重要意义，从而形成结构问题的意识，培养学生分析结构怎样受力问题的习惯和思维能力。

4. 学生能够理解分析结构是为了增强其受力能力，分析结构受力我们可以对结构的薄弱环节作出改进进而能够创新出新的产品。

核心素养集中在分析、解决问题、创新设计等方面。

教学方法：情景导入法、任务驱动法、小组合作
教学重点：
1. 对单杠作受力和变形分析。

2. 通过受力和变形分析，体会结构的本质是为了承受力和抵抗变形。

教学难点：
教学的难点是理解技术学科中分析物体受力是为了增强其受力能力，与物理学科中分析受力是为了研究力对物体运动状态的改变是不同的，让学生能够从技术角度对结构进行受力分析。

教学过程：。

结构的计算简图及受力分析3.1 荷载的分类实际的建筑结构由于其作用和工作条件不同,作用在它们上面的力也显示出多种形式。

如图3.1所示的工业厂房结构,屋架所受到的力有:屋面板的自重传给屋架的力,屋架本身的自重,风压力和雪压力以及两端柱或砖墙的支承力等。

图3.1在建筑力学中,我们把作用在物体上的力一般分为两类:一类是主动力,例如重力、风压力等;另一类是约束力,如柱或墙对梁的支承力。

通常把作用在结构上的主动力称为荷载。

荷载多种多样,分类方法各不相同,主要有以下几种分类方法:(1)荷载按其作用在结构上的空间范围可分为集中荷载和分布荷载作用于结构上一点处的荷载称为集中荷载。

满布在体积、面积和线段上的荷载分别称为体荷载、面荷载和线荷载,统称为分布荷载。

例如梁的自重,用单位长度的重力来表示,单位是N/m或kN/m,作用在梁的轴线上,是线荷载。

对于等截面匀质材料梁,单位长度自重不变,可将其称为线均布荷载,常用字母q表示(图3.2)。

当荷载不均匀分布时,称为非均布荷载,如水对水池侧壁的压力是随深度线性增加的,呈三角形分布。

图3.2(2)荷载按其作用在结构上的时间分为恒载和活载恒荷载是指永久作用在结构上的荷载,其大小和位置都不再发生变化,如结构的自重。

活荷载是指作用于结构上的可变荷载。

这种荷载有时存在、有时不存在,作用位置可能是固定的也可能是移动的,如风荷载、雪荷载、吊车荷载等。

各种常用的活荷载可参见《建筑结构荷载规范》。

(3)荷载按其作用在结构上的性质分为静力荷载和动力荷载静力荷载是指荷载从零缓慢增加到一定值,不会使结构产生明显冲击和振动,因而可以忽略惯性力影响的荷载,如结构自重及人群等活荷载。

动力荷载是指大小和方向随时间明显变化的荷载,它使结构的内力和变形随时间变化,如地震力等。

3.2 约束与约束反力1)约束和约束反力的概念所谓约束,是指能够限制某构件位移(包括线位移和角位移)的其他物体(如支承屋架的柱子,见图 3.1)。

高层建筑的结构与受力分析高层建筑由于其高度较高，所以在设计和施工过程中需要特别重视其结构与受力分析。

本文将对高层建筑的结构和受力分析进行详细探讨。

一、高层建筑的结构类型高层建筑的结构类型多种多样，常见的包括框架结构、筒体结构、剪力墙结构等。

每种结构类型都有其独特的特点和适用范围。

1. 框架结构：框架结构是高层建筑最常见的结构类型之一。

它利用垂直柱和水平梁构成的框架来承担建筑的荷载。

框架结构具有灵活性和适应性，适用于不同形状和高度的建筑。

2. 筒体结构：筒体结构是一种通过建筑物外围的承重墙、柱和板板形成的结构类型。

筒体结构具有较好的抗侧向力能力和稳定性，适用于地震等自然灾害频发的地区。

3. 剪力墙结构：剪力墙结构采用设置剪力墙来承担建筑的纵向荷载，是一种高度抗震的结构类型。

剪力墙结构在地震区域的高层建筑中广泛采用，能够有效地抵抗地震力的作用。

二、高层建筑的受力分析高层建筑的受力分析对于确保建筑物的安全和稳定性至关重要。

在设计和施工过程中，需对各种力的作用进行合理分析和计算。

1. 垂直荷载：高层建筑承受的垂直荷载包括自重荷载和使用荷载。

自重荷载是指建筑本身的重量，而使用荷载是指建筑内外部设施、人员活动等产生的荷载。

设计师需要根据建筑的功能和用途，准确计算垂直荷载的作用。

2. 水平荷载：高层建筑需要考虑到水平荷载，包括风荷载和地震荷载。

风荷载是指风对建筑物表面产生的压力，地震荷载是指地震对建筑物的作用力。

在设计过程中，需根据具体地点的风速和地震烈度，合理计算水平荷载。

3. 温度荷载：高层建筑由于在使用过程中会受到温度的变化而产生热胀冷缩的作用。

设计师需要考虑到温度变化对建筑物的影响，并通过合理的设计和材料选择来减少温度荷载对建筑物的影响。

三、高层建筑结构设计的关键要素高层建筑的结构设计有许多关键要素需要考虑，下面将介绍其中几个重要要素。

1. 强度和稳定性：高层建筑的结构必须具备足够的强度和稳定性，以承受各种荷载的作用。

拱券结构是古代人们解决建筑跨度问题的有效方法,比如罗马的万神庙,我国的赵州桥都是拱券结构的典型代表。

拱券结构的特点是利用石块的楔形结构,将重力和压力沿拱向两边分解,最后由拱券两端的基石来承受。

现有六块大小、形状相同,质量相等的楔块组成一个半圆形实验拱券,如图乙所示。

如果每专人楔块的质量m=3kg,g取9.8m/s2，则；
(1)六块楔块组成的拱券对其一边的支撑物的压力是多大?
(2)如果在中间两块楔块3、4上加一个方向向下且大小为50N的压力F,如图乙所示,那么楔块2对楔块3和楔块5对楔块4的弹力F1、F2分别是多大?
(1)六块楔块受到的总重力为：
G=6mg=6×3×9.8=176.4N
由二力平衡条件知拱券对一边支撑物的压力为：
N=G2=176.42N=88.2N；
(2)以中间两楔块3、4为研究对象，其受力如图所示：
由对称性可知F1=F2
由互成120∘的二力合成特点知：
F1=F2=2mg+F=2×3×9.8+50=108.8N，
答：
(1)六块楔块组成的拱券对一边支撑物的压力是88.2N；
(2)楔块2对楔块3和楔块5对楔块4的弹力F1、F2分别是108.8N.
学生问题：第二问为什么是120度？正确答案如下图所示：
或者这样解释
请问为什么F1等于F2？。

建筑结构的受力分析方法建筑结构是指一个建筑物所要承受的各种力的平衡关系，也叫做静力学。

建筑结构的受力分析是建筑设计中非常重要的部分，它能够帮助建筑师评估建筑物的可靠性和安全性，并且为建筑物的设计提供指导。

在建筑结构的受力分析中，受力分析方法至关重要。

下面，我们将简要介绍一下建筑结构的受力分析方法。

一、静平衡法静平衡法是建筑结构分析的基本方法，它是在条件没有改变的情况下，建筑结构所受的各种力保持平衡的原理。

在分析建筑结构时，首先要根据静平衡原理，记录下建筑物所受的重力以及外部作用力的大小、方向，然后再根据这些记录出的数据来计算建筑结构的各种力的作用。

通过这种方法，我们可以算出结构的受力情况，并且得出结构的实际承受能力。

二、弹性理论弹性理论是建筑结构受力分析的一个比较成熟的分析方法。

它利用弹性参数所确定的弹性模型计算结构的应力和应变。

弹性模型是根据特定材料的特性建立的，通常包括弹性模量、泊松比和剪切模量。

根据弹性理论，可以检查建筑结构在外部作用力下的应力和应变，以此判断结构是否稳定，以及是否需要更改结构的设计。

三、有限元方法有限元分析是一种计算机辅助的数字分析方法，它可以将复杂的建筑结构分解成许多小的部分，然后分别计算每个小部分的应力和应变，然后再将所有这些小部分合在一起得出整个结构的应力和应变。

有限元方法的优点在于可以模拟结构的整个过程，充分考虑了结构的实际变形情况，可以更加准确地分析结构的安全性。

四、荷载试验荷载试验是一种非常直接的建筑结构测试方法。

在这种测试中，工人或机器使用一定数量的负载，来代表建筑物在各种条件下受到的力。

通过荷载试验，我们可以直接测量建筑结构的变形、应力和应变等情况，以此来检查建筑物的稳定性和建筑结构的可靠性。

综上所述，建筑结构的受力分析方法是建筑设计中至关重要的部分。

从静平衡法到荷载试验，每种方法都有其独特的优势和应用场景。

在设计建筑结构时，需要根据自己设计师的需求，选择适合自己的分析方法，以确保建筑物的可靠性、安全性和可持续性。

建筑结构中的受力分析方法在建筑结构中，受力分析是一项至关重要的任务。

它通过对各种受力因素的深入研究和分析，来确保建筑物在正常使用和特殊情况下的安全性和稳定性。

本文将介绍建筑结构中常见的受力分析方法，并探讨它们的应用。

一、静力学方法静力学方法是最基础和常用的受力分析方法之一。

它假设结构在受力过程中处于静止状态，不考虑时间因素和动态影响。

静力学方法主要包括受力平衡方程和杆系分析。

1. 受力平衡方程受力平衡方程是基础的受力分析工具。

它根据牛顿力学定律，通过平衡力的大小和方向来描述结构的受力状态。

在受力平衡方程中，通常需要考虑外力、内力和支座反力等因素，以确保结构在各个方向上处于平衡状态。

2. 杆系分析杆系分析是一种将结构简化为杆件的方法。

它通过将复杂结构分解为杆件系统，并对每个杆件进行受力分析，来研究结构的整体受力行为。

杆系分析可以用于分析梁、柱、桁架等结构，并结合受力平衡方程进行综合分析。

二、有限元法有限元法是一种数值计算方法，广泛应用于复杂结构的受力分析。

它将结构划分为小的单元，并建立该单元与其相邻单元之间的力学关系方程。

通过求解这些方程，可以得到结构的受力分布情况。

有限元法的优势在于可以考虑结构的非线性和动态特性，并且适用于各种复杂边界条件和荷载情况。

在实际应用中，有限元法广泛用于建筑物的承载力分析、振动分析以及变形分析等方面。

三、弹性力学方法弹性力学方法是一种基于弹性力学理论的受力分析方法。

它假设结构具有线弹性行为，并通过弹性力学理论建立结构的受力方程。

弹性力学方法主要包括应力分析、弹性平衡方程和变形分析。

1. 应力分析应力分析是利用应力张量和变形张量来描述结构受力状态的方法。

它通过计算各个点的应力大小和方向，来研究结构的应力分布情况。

应力分析可以用于分析结构的强度和稳定性等关键参数。

2. 弹性平衡方程弹性平衡方程是基于弹性力学理论和受力平衡原理的方程。

它通过平衡结构的内力和外力，来确定结构的静态平衡状态。

钢筋混凝土框架结构的受力机理分析随着城市化的加速，越来越多的高层建筑如雨后春笋般的涌现，而钢筋混凝土框架结构也已经成为目前高层建筑的主流结构形式之一。

钢筋混凝土框架结构运用了混凝土的优点与钢筋的优势，在建筑受力过程中发挥着重要的作用。

在现代建筑结构中，钢筋混凝土框架结构已经成为不可或缺的构造模式，本文旨在对钢筋混凝土框架结构的受力机理进行分析。

1. 钢筋混凝土框架结构的定义和特点钢筋混凝土框架结构，简称RC框架结构，是一种常见的高层建筑结构模式。

该结构由水平的梁、垂直的柱和地基组成，梁和柱均由混凝土与钢筋组成。

钢筋混凝土框架结构的优点在于其稳定性较高，适应不同强度要求。

钢筋混凝土框架结构还具有刚度高、耐久性好等特点，可以应用于高层建筑等需求高承重性结构建筑，因此在实际生产中的使用非常广泛。

2. 钢筋混凝土框架结构的受力机理钢筋混凝土框架结构的受力是由荷载引起的，荷载使结构体发生变形，当变形达到一定程度时，结构体就会发生破坏。

因此，如何正确的理解钢筋混凝土框架结构的受力机理对了解和掌握结构的性能与力学性能及实际应用具有重要意义。

（1）纵向受力的分析钢筋混凝土框架结构中，柱承受纵向荷载，其承载力主要由混凝土承受压力和钢筋的拉应力共同决定。

由于混凝土及钢筋的材料强度受其受力方向的影响，故柱受压承载力大于受拉承载力。

因此，在钢筋混凝土框架结构中，将柱都设计成受压构件是比较合理的。

（2）横向受力的分析钢筋混凝土框架结构中，梁承受横向荷载，其承载力主要由混凝土的剪切强度和钢筋的张力共同决定。

当荷载作用于梁时，梁会发生弯曲变形，上部受拉，下部受压。

因此，在梁的设计和施工过程中，需要合理地设置钢筋布置与箍筋的选用以提高梁的承载能力和抗震性。

（3）建筑物整体受力分析在钢筋混凝土框架结构中，每个单元（包括柱、梁）都需要承受纵向和横向荷载，并在承受荷载的过程中相互影响。

当荷载作用于整个建筑物时，其承受力主要由基础和整体钢筋混凝土框架结构共同决定。

桁架结构的力学行为分析桁架结构是一种由杆件和节点组成的稳定结构，在工程领域中广泛应用于梁柱、屋顶和桥梁等建筑物中。

本文将对桁架结构的力学行为进行详细分析，包括结构的受力特点、应力分布和刚度等方面。

1. 结构的受力特点桁架结构的受力特点主要体现在以下几个方面：1.1. 杆件受力均匀桁架结构中的杆件大多为轻型直杆，其受力状态主要为轴力和拉压力。

由于杆件在桁架结构中的布置相对均匀，因此受力分布也较为均匀。

1.2. 节点强度高桁架结构的节点处通常通过焊接或螺栓连接，这种连接方式使节点能够承受较大的拉压力。

同时，桁架结构中节点与杆件的连接方式也决定了整个结构的刚度和稳定性。

1.3. 桁架结构的自重轻由于桁架结构主要由轻型杆件组成，因此整个结构的自重相对较轻。

这一特点使得桁架结构在应用中能够减轻建筑物的荷载，提高结构的承载能力。

2. 应力分布桁架结构的应力分布主要受到加载方式和结构形状的影响。

通常情况下，桁架结构中的杆件受到轴力的作用，因此其应力分布呈现出一定的规律。

2.1. 拉压杆件的应力在桁架结构中，从支座到加载点的杆件一般会受到压力，而从加载点到支座的杆件则受到拉力。

这种受力方式决定了桁架结构中杆件的应力分布规律。

2.2. 杆件受力方向与应力分布根据桁架结构中杆件受力的方向不同，其应力分布也会有所变化。

一般来说，斜向杆件受力方向与应力分布较为均匀，而水平和垂直杆件受力方向则会导致应力集中。

3. 刚度桁架结构的刚度是指结构在受力作用下的形变大小。

刚度直接影响着结构的稳定性和抗震能力。

3.1. 刚度与杆件的直径和材料性质桁架结构的刚度与结构中杆件的直径和材料性质密切相关。

通常情况下，直径较大的杆件具有较高的刚度，而刚度较高的材料也可以有效提高整个结构的稳定性。

3.2. 刚性节点的影响桁架结构中刚性节点对整个结构的刚度有着重要的影响。

刚性节点的设置可以提高结构的刚度和稳定性，确保结构在受力时不会发生过大的形变。