建筑力学与结构(吴承霞)模块3-建筑力学基本知识
64页1、模块三 建筑力学基本知识,教学目标,通过本模块的学习,要求掌握静力学的基本概念;理解受力分析的方法,并会画物体及物体系统的受力图;理解构件计算简图简化的方法,并能正确运用。,学习重点,静力学的基本概念;常见的约束类型;杆件及杆件系统的受力图;构件的计算简图。,教学要求,引例,实例一为两层砖混结构的办公楼,由楼面梁、预制板、砌体墙和钢筋混凝土基础等构件组成,这些构件相互支承、形成受力骨架。楼面由预制空心板铺成,空心板支承在梁上,梁支承在墙上,墙体支承在基础上。如图3.1(a)所示为其构件布置示意图。,图3.1 (a)办公楼中某办公室结构布置示意图;,实例二为两层现浇钢筋混凝土框架结构教学楼,由现浇的梁、板、柱和基础等构件组成,这些构件整体浇筑在一起。楼面是现浇的钢筋混凝土板,由框架梁支承着,柱支承着框架梁,柱固结于现浇钢筋混凝土基础内。如图3.1(b)所示构件布置示意图。,图3.1 (b)教学楼中某教室结构布置示意图,分析说明,以上两个案例中各种构件之间、构件与构件上作用的家具、人群之间存在着各种力的关系,房屋结构只有正确合理的承担着各种力的作用,才能安全的工作。掌握基本的建筑力学知识,
2、这也是结构设计的第一步。,3.1 静力学的基本知识,3.1 静力学的基本知识 3.1.1 静力学简介 静力学是研究物体在力作用下的平衡规律的科学。 平衡是物体机械运动的特殊形式,严格地说,物体相对于惯性参照系处于静止或作匀速直线运动的状态,即加速度为零的状态都称为平衡。对于一般工程问题,平衡状态是以地球为参照系确定的。例如,相对与地球静止不动的建筑物和沿直线匀速起吊的物体,都处于平衡状态。,3.1.2力的概念 1力 1)力 力是物体之间相互的机械作用,这种作用的效果是使物体的运动状态发生改变(外效应),或者使物体发生变形(内效应)。 既然力是物体与物体之间的相互作用,那么,力不能脱离物体而单独存在,某一物体受到力的作用,一定有另一物体对它施加作用。在研究物体的受力问题时,必须分清哪个是施力物体,哪个是受力物体。,2)力的三要素 实践证明,力对物体的作用效果取决于三个要素:力的大小、方向和作用点。如图3.2所示。 描述一个力时,要全面表明力的三要素,因为任一要素发生改变时,都会对物体产生不同的效果。,图3.2 力的图示,(1)力的大小 力的大小表示物体间相互作用的强烈程度。为了度量力的大
3、小,必须确定力的单位。在国际单位制里,力的常用单位为牛顿(N)或千牛顿(kN),1kN=1000N。 (2)力的方向 力的方向包含方位和指向两个含义。例如,重力的方向是铅垂向下的,“铅垂”是力的方位,“向下”是力的指向。 (3)力的作用点 力的作用点是指力在物体上的作用位置。力的作用位置一般并不是一个点,而往往有一定的范围,但是,当力的作用范围与物体相比很小时,就可以近似看成一个点,而认为力集中作用在这个点上。作用在这一点上的力,称为集中力,工程中也称集中荷载。 3)矢量 力是一个有大小和方向的物理量,所以力是矢量。力用一段带箭头的线段来表示。线段的长度表示力的大小;线段与某定直线的夹角表示力的方位,箭头表示力的指向;线段的起点或终点表示力的作用点。用字母表示力时,用粗黑体字 或 。而普通字母F只表示力的大小。,特别提示 实例一中的预制板承受人群和家具的重力;梁承受着预制板传来的重力;外纵墙承受着梁传来的重力和外部的风力。这些力都有确定的大小、方向和作用点,它们都是矢量。,特别提示 实例一中预制板支承在楼面梁上,板就是施力物体,梁就是受力物体;楼面梁支撑在墙上,梁就是施力物体,墙就是受
4、力物体。,2. 刚体 任何物体在力的作用下,都会发生大小和形状的改变,即发生变形。但在正常情况下,实际工程中许多物体的变形都是非常微小的,对研究物体的平衡问题影响很小,可以忽略不计,这样就可以将物体看成是不变形的。 在外力的作用下,大小和形状保持不变的物体,叫做刚体。例如,我们对办公楼中的梁进行受力分析时,我们就把该梁看成刚体,梁本身的变形可以忽略。,特别提示 在静力学中,我们把所讨论的物体都看做刚体,但在讨论物体受到力的作用时是否会被破坏及计算变形时,就不能再把物体看成刚体,而应看做变形体。例如,我们对案例一和案例二中的梁和板进行设计计算时,就要考虑梁和板本身的变形。,3.力系 通常,一个物体所受的力不止一个而是若干个。我们把作用于物体上的一群力,称为力系。力系是工程力学研究的对象,因为所有的工程构件都是处于平衡状态,且由于一个力不可能使物体处于平衡状态,因此可以知道,工程构件都是受到力系作用的。 汇交力系力系中各力作用线汇交于一点; 平行力系力系中各力的作用线相互平行; 一般力系力系中各力的作用线既不完全交于 一点,也不完全相互平行。 按照各力作用线是否位于同一平面内,上述力系又可
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