结构计算简图教程.ppt

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1、湖南科技工业职业技术学院,建筑力学刘陈平全国一级建造师监理工程师,“建筑力学”涉及：理论力学；材料力学；结构力学。建筑力学是建筑学、城市规划、工程管理、环境工程、房地产等专业的一门技术基础课，是一门重要的必修课程。它包含了理论力学、材料力学和结构力学的最基本内容，研究土木工程结构中的杆件和杆系的受力分析、强度、刚度及稳定性问题。它是力学结合工程应用的桥梁，同时为后续课程学习奠定必要的分析和计算基础。其内容极其丰富，这是一门综合性、实践性都非常强的学科。,建筑力学研究内容,实验力学部分,结构力学部分,材料力学部分,理论力学部分,序论,介绍建筑力学及其工程应用,杆、梁应力、变形、稳定性,结构几何不

2、变体系 力法 位移法,材料，构件力学性能测试,物体受力分析 结构内力计算,建筑与结构学习建筑力学的必要性,建筑学是一门介于工程类和艺术类之间的特殊学科，它需要将工程和艺术充分结合，同时兼顾严密的逻辑思维与跳跃性的抽象思维之间的有机互动，在这个专业领域取得成就非常不容易。纵观国内外，著名的建筑大师和优秀的建筑作品都是结构形式与建筑理念的完美结合。下面会举些例子进行说明。建筑三要素：1、建筑功能（坚固）第一位 由结构承担 2、物质技术条件（适用）3、建筑形象（美观）,学习建筑力学的意义,建造建筑物前，依据学到的分析及计算方法对建筑构件进行受力分析从而确定构件具体尺寸大小、材料及排列。计算后制作的构

3、件能满足：能安全正常使用，不易破坏及产生过大形变；节约材料成本，降低工程造价（经济）,建筑力学讨论内容,力系的简化和力系平衡问题承载力问题抵抗破坏刚度问题变形大小、抵抗变形稳定问题突然破坏研究杆件几何组成规则各部分不发生相对运动,如何学好建筑力学与结构基础？,注意力学与结构的关系做到理论联系实际注意建筑结构设计答案的非唯一性注意相关规范的学习和应用注意公式的适用范围要善于归纳分析，不断总结,结构及其分类,结构建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分。构件组成结构的各单独部分。,结构承受的荷载自重、风载、人群荷载、屋面积雪重量、吊车压力等,非荷载影响因素：温度变化、支座沉降、地震作用等,建筑力学的任务

4、,建筑力学研究对象的几何特征,一、构件的分类（长宽高来衡量）,杆件：一个方向的尺寸大板和壳：两个方向的尺寸大实体：三个方向的尺寸都大且相近,二、构件几何特征,各横截面的形心连线轴线垂直于杆轴线的截面横截面根据轴线形状可分为：,直杆:,曲杆：拱,折杆：刚架,结构的几何特征,平面杆件结构与空间杆件结构,凡组成结构的所有杆件的轴线都位于某一平面内，并且荷载也位于该平面内的结构，称为平面杆件结构。否则，称为空间结构。,建筑结构概念,指用来承受荷载和其他间接作用的体系，通常称为建筑物骨架。组成结构的构件有：板、梁、屋架、柱、墙、基础等。,我国祖先的功绩,赵州桥又名安济桥，全长50.82米，拱券净跨37.

5、37米，桥面宽9米，是一座单孔坦拱式桥梁。赵州桥由著名工匠李春主持设计建造。他创造的坦拱式、敞肩式建桥法，在当时堪称独步，桥梁质量上乘。赵州桥结构合理，外型秀丽，富有民族风格，素有“奇巧固护，甲于天下”的美誉。,卢沟桥始建于金大定二十五年（1189年），明正统九年（1444年）重修。清康熙时毁于洪水，康熙三十七年（1698年）重建。桥东的碑亭内立有清乾隆题“卢沟晓月”汉白玉碑一块，为“燕京八景”之一。意大利旅行家马可波罗在他的游记中，称赞“它是世界上最好的，独一无二的桥”。,享有“世界第一拱”美誉的上海卢浦大桥,通体银白色的卢浦大桥是国际上首座采用全焊接制造的钢结构拱桥，主桥长750米，主跨5

6、50米，跨度比目前世界最大的美国西弗吉尼亚大桥还长三十二米，是名副其实的“世界第一跨”。大桥建造中集斜拉桥、拱桥、悬索桥三种不同类型桥梁施工工艺于一身，抗风度达到12级、抗震度达到7级。总投资二十二亿元人民币,央视新址总占地面积约18.7公顷，总建筑面积约55万平方米，最高建筑高约230米，工程总投资约50亿元人民币。,中央电视台新台址建筑设计方案,荷兰大都会建筑事务所设计,美与力的雕塑,北京奥运会主体育场选定中瑞合作鸟巢方案,本方案由2001年普利茨克奖获者瑞士建筑师赫尔佐格、德梅隆，与中国建筑设计研究院合作完成。,“鸟巢”的外形结构,基本结构特点“鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共

7、有24根桁架柱。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。,国家游泳中心的选定方案H2O3(“水立方”),由中国建筑工程总公司、澳大利亚PTW公司、澳大利亚ARUP公司组成的联合体设计的H2O3(“水立方”)，融建筑设计与结构设计于一体，设计新颖，结构独特，与国家体育场比较协调，功能上完全满足2008年奥运会赛事要求，而且易于赛后运营。,Burj Al Arab-a hotel风帆酒店,世界著名建筑结构剪辑,高层建筑与大型桥梁(伦敦塔桥）,La Tour Eiffel,埃菲尔铁塔是现代巴黎的标志,是一座于1889年建成位于

8、法国巴黎战神广场上的露空结构铁塔，高320米。铁塔设计离奇独特，是世界建筑史上的技术杰作，因而成为法国和巴黎的一个重要景点和突出标志。,城市中的剧院、剧院中的城市国家大剧院,世界最大穹顶：国家大剧院整个壳体钢结构重达6475吨，东西向长轴跨度212.2米，是目前世界上最大的穹顶。,托梁抗弯强度荷抗剪力试验场景,引言：前面，我们介绍了单个杆件的强度、刚度和稳定性问题。本章将要介绍结构的几何组成规则、结构受力分析的基本知识、不同结构形式受力特点等问题。新课：结构计算简图 实际结构很复杂，完全根据实际结构进行计算很困难，有时甚至不可能。工程中常将实际结构进行简化，略去不重要的细节，抓住基本特点，用一

9、个简化的图形来代替实际结构。这种图形叫做结构计算简图。也就是说，结构计算简图是在结构计算中用来代替实际结构的力学模型。结构计算简图应当满足以下的基本要求：1基本上反映结构的实际工作性能；2计算简便。,从实际结构到结构计算简图的简化，主要包括支座的简化、节点的简化、构件的简化和荷载的简化。一、支座的简化支座通常可简化为可动铰支座、固定铰支座、固定支座三种形式 一根两端支承在墙上的钢筋混凝土梁，受到均布荷载g的作用(图左)，对这样一个最简单的结构，如果要严格按实际情况去计算，是很困难的。因为梁两端所受到的反力沿墙宽的分布情况十分复杂，反力无法确定，内力更无法计算。为了选择一个比较符合实际的计算简图

10、，先要分析梁的变形情况：因为梁支承在砖墙上，其两端均不可能产生垂直向下的移动，但在梁弯曲变形时，两端能够产生转动；整个梁不可能在水平方向移动，但在温度变化时，梁端能够产生热胀冷缩。,考虑到以上的变形特点，可将梁的支座作如下处理：通常在一端墙宽的中点设置固定铰支座，在另一端墙宽的中点设置可动铰支座，用梁的轴线代替梁，就得到了右图的计算简图。这个计算简图反映了：梁的两端不可能产生垂直向下移动但可转动的特点；左端的固定铰支座限制了梁在水平方向的整体移动；右端的可动铰支座允许梁在水平方向的温度变形。这样的简化既反映了梁的实际工作性能及变形特点，又便于计算。这就是所谓的简支梁。,假设某住宅楼的外廊，采用

11、由一端嵌固在墙身内的钢筋混凝土梁支承空心板的结构方案。由于梁端伸入墙身，并有足够的锚固长度，所以梁的左端不可能发生任何方向的移动和转动。于是把这种支座简化为固定支座，其计算简图如图所示，计算跨度可取梁的悬挑长加纵墙宽度的一半。,预制钢筋混凝土柱插入杯形基础的做法通常有以下两种：当杯口四周用细石混凝土填实、地基较好且基础较大时，可简化为固定支座(图左)；在杯口四周填入沥青麻丝，柱端可发生微小转动，则可简化为铰支座(图右)。当地基较软、基础较小时，图口的做法也可简化为铰支座。,二、节点的简化 结构中两个或两个以上的构件的连接处叫做节点。实际结构中构件的连接方式很多，在计算简图中一般可简化为铰节点和

12、刚节点两种方式。1铰节点铰节点连接的各杆可绕铰节点做相对转动。这种理想的铰在建筑结构中很难遇到。但象图中木屋架的端节点，在外力作用下，两杆间可发生微小的相对转动，工程 中将它简化为铰节点。,2刚节点刚节点连接的各杆不能绕节点自由转动，在钢筋混凝土结构中刚节点容易实现。图左是某钢筋混凝土框架顶层的构造，图中的梁和柱的混凝土为整体浇注，梁和柱的钢筋为互相搭接。梁和柱在节点处不可能发生相对移动和转动，因此，可把它简化为刚节点,三、构件的简化 构件的截面尺寸通常比长度小得多。在计算简图中构件用其轴线表示，构件之间的连接用节点表示，构件长度用节点间的距离表示。,检查与回顾 1.结构计算简图应满足哪些基本要求？2.结构计算简图的简化主要包括哪些内容？,四、荷载的简化 在工程实际中，荷载的作用方式是多种多样的。在计算简图上通常可将荷载作用在杆轴上，并简化为集中荷载和分布荷载两种作用方式。关于荷载的分类及简化已述及。这里不再重复。在结构设计中，选定了结构计算简图后，在按简图计算的同时，还必须采取相应的措施，以保证实际结构的受力和变形特点与计算简图相符。因此，在按图施工时，必须严格实现图纸中规定的各项要求。施工中如疏忽或随意修改图纸；就会使实际结构与计算简图不符，这将导致结构的实际受力情况与计算不符，就可能会出现大的事故。,