哈工大建筑力学课件第1章(第1 2 3 4节) 绪论(2学时)

第一章绪论林国昌办公地点：科学院A栋414电话：15846587030 建筑力学课程划分¢1.理论力学(静力学部分)¢教材第2—5章¢2.材料力学¢教材第6—11章¢3.结构力学¢教材第12—15章教材：李前程安学敏编《建筑力学》中国建筑工业出版社，1998.42 建筑与结构——学习建筑力学的必要性¾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。¾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。苏州园林巴黎卢浮宫金字塔入口 建筑与结构——学习建筑力学的必要性达·芬奇自画像最后的晚餐4机械设计最后的米兰 建筑与结构——学习建筑力学的必要性中国中央电视台总部（大裤衩）苏州“东方之门”(“秋裤”)辽宁抚顺市“生命之环”上海中心大厦、金茂大厦、(“马桶圈”)上海环球金融中心 建筑与结构——学习建筑力学的必要性建筑力学是建筑学、工程管理、房地产等专业的一门技术基础课，是一门重要的必修课程。建筑三要素：1、坚固：建筑功能（技术）坚固美观第一位:由结构承担!!!2、适用：物质技术条件（经济）适用3、美观：建筑形象（艺术）楼脆脆2009年上海“莲花河畔景苑”倒楼2012年哈尔滨阳明滩引桥侧翻 第一章绪论§1–1建筑力学的任务和内容§1–2刚体、变形固体及其基本假设§1–3杆件变形的基本形式§1–4荷载的分类7 §1-1建筑力学的任务和内容林国昌 §1–1建筑力学的任务和内容¾结构——建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分。¾构件——组成结构的各单独部分。轻钢结构9 §1–1建筑力学的任务和内容图中的基础、柱子、吊车梁、屋面板都是构件。10 §1–1建筑力学的任务和内容结构的分类：1.杆系结构(建筑力学主要研究对象)：构件为杆件。杆件的几何特征：长度远远大于横截面的宽度和高度。杆件11 §1–1建筑力学的任务和内容直杆:曲杆：拱折杆：刚架12 §1–1建筑力学的任务和内容2.薄壁结构:薄板或薄壳为杆件。薄板或薄壳：几何特征为厚度远远小于另两个方向的尺寸。东京代代木国家大剧院朝鲜龟壳战船13国立综合体育馆 §1–1建筑力学的任务和内容3.实体结构:三个方向的尺寸基本为同量级的结构14 §1–1建筑力学的任务和内容建筑力学的内容：¾静力学基础：研究物体的受力分析、力系简化与平衡、以及杆系结构的组成规律等。¾内力分析：研究静定结构和构件的内力的计算方法及其分布规律。¾强度、刚度和稳定性问题。¾超静定结构问题。15 §1–1建筑力学的任务和内容强度、刚度和稳定性问题：强度：抵抗破坏的能力，即材料强度破坏时所需外力大小的指标。几种材料，体会材料特性：低碳钢：刚性，强度高玻璃片：刚性，强度低尼龙绳：柔性，强度高橡胶：柔性，强度低满足强度要求就是：要求结构的各构件在正常工作条件下不发生破坏。构件满足，结构满足。研究强度问题应力分析是关键！ §1–1建筑力学的任务和内容强度、刚度和稳定性问题：刚度：抵抗变形的能力。¾不同材料有不同的刚度特性。¾材料的刚度用弹性模量E表示。满足刚度要求就是：要使结构或构件在正常工作条件下所发生的变形不超过允许的范围。研究刚度问题求机构或构件的变形是关键！ §1–1建筑力学的任务和内容强度、刚度和稳定性问题：稳定性：结构或构件原有的形状保持稳定的平衡状态。稳定性要求：要使结构或构件在正常工作条件下不会突然改变原有形状，以致发生过大的变形而导致破坏。设想的太空天梯三角形稳定性好稳定性差 §1–1建筑力学的任务和内容稳定性破坏案例：20世纪初年，美国著名桥梁工程师库帕在设计这座大桥时，为争得“世界上最大跨度的悬臂桁架桥”之名，将悬跨的长度由原来的500米加长到了600米。结果，正当大桥建成行将剪彩通车时，桥梁的整个金属结构突然垮塌解体了，75名工人由之丧生。事故调查表明，正是因为库帕的过分自信，忽略了对桁架重量的精确计算，发生稳定性破坏，故而导致悲剧的发生。 §1-2刚体、变形固体及其基本假设林国昌 §1-2刚体、变形固体及其基本假设物体：结构和构件统称为物体。建筑力学中，将物体抽象化为两种计算模型：¾刚体模型。¾理想变形固体模型。21 §1-2刚体、变形固体及其基本假设¾刚体：外力作用下形状和大小均不发生改变，即物体内部任意两点之间的距离始终保持不变。例如:桥梁在车辆、人群等荷载作用下的最大竖直变形一般不超过桥梁跨度的1/700～1/900。桥梁的微小变形对于研究桥梁的平衡问题影响很小，因而可以将桥梁视为不变形的理想物体——刚体。研究平衡问题及求解内力问题时的力学模型。22 §1-2刚体、变形固体及其基本假设¾一般变形固体：外力作用下物体的几何形状和尺寸均会发生一定程度的改变，变形成为所研究问题的主要因素时，视为一般变形固体。23 §1-2刚体、变形固体及其基本假设理想变形固体：满足以下假设的一般变形固体。(1)连续性假设：认为物体的材料结构是密实的，物体内材料无空隙地连续分布。(2)均匀性假设：认为材料的力学性质是均匀的，从物体上任取或大或小的一部分，材料的力学性质相同。(3)各向同性假设：认为材料的力学性质是各向同性的，材料沿着不同方向具有相同的力学性质。按照连续、均匀、各向同性假设而理想化了的一般变形固体称为理想变形固体。研究构件的承载能力及超静定问题时的力学模型！24 为什么要建立力学模型？•力学模型–实际物体的合理抽象与简化;–实际工作状态的合理抽象与简化;–实际问题的合理抽象与简化。25 力学模型•解决力学问题的一种方法和思路——针对所要研究的问题的性质，略去一些次要因素，保留对问题起重要作用的因素，而抽象化形成理想物体——力学模型。•但注意：在现实生活中并不存在！•在解决力学问题时，却——必不可少！•大家要记住这两种力学模型：刚体模型、理想变形固体模型。26 §1-2刚体、变形固体及其基本假设变形有两种：•弹性变形：撤去荷载即可消失的变形。•塑性变形：撤去荷载仍残留的变形。27 §1-2杆件变形的基本形式杆件的变形形式：杆件有两个常用到的几何元素：a)横截面：指垂直杆件长度方向的截面。b)轴线：各横截面形心的连线。直杆28 §1-2杆件变形的基本形式将杆件变形形式分为四种：轴向拉伸和压缩剪切扭转弯曲29 §1-2杆件变形的基本形式将构件变形形式分为四种基本变形：轴向拉伸或压缩：一对方向相反的力沿着轴线作用于杆件，杆件的变形主要表现为长度发生伸长或缩短的改变。轴向拉伸和压缩剪切：一对距离很近的方向相反的平行力沿横向(垂直于轴线)作用于杆件，杆件的变形主要变形为横截面沿力作用方向发生错动。剪切30 §1-2杆件变形的基本形式将构件变形形式分为四种基本变形：扭转：一对方向相反的力偶作用于杆件的两个截面，杆件的相邻横截面绕轴线发生相对转动。扭转弯曲：一对方向相反的力偶作用于杆件的纵向平面(通过杆件轴线的平面)，杆件的轴线由直线变为曲线。弯曲31 §1-2荷载的分类根据荷载作用的时间¢恒荷载：指长期作用在结构上的不变荷载；¢活荷载：在建筑施工和使用期间可能存在的可变荷载。根据荷载作用的性质静力荷载：大小、方向、位置不随时间变化或变化，使结构产生的加速度很小，惯性力的影响可忽略。动力荷载：随时间迅速变化，短时间内突然作用或消失。根据荷载的分布情况¢分布荷载：满布在结构某一表面荷载；¢集中荷载：集中作用与结构一点的荷载。32 小结概念：结构、构件、强度、刚度、稳定性、刚体、理想变形固体。任务：研究构件的强度、刚度、稳定性，为工程设计提供理论依据和计算方法。3个基本假设：连续性、均匀性、各向同性。四个基本变形：拉压、剪切、扭转、弯曲。 第二章结构计算简图物体受力分析林国昌