土木工程中的力學和結(jié)構(gòu)概念學習教案

1、會計學1土木工程中的力學和結(jié)構(gòu)土木工程中的力學和結(jié)構(gòu)(jigu)概念概念第一頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論【教學要求】了解力學的基本概念，了解工程結(jié)構(gòu)荷載(hzi)、作用和效應，了解工程結(jié)構(gòu)的功能要求和結(jié)構(gòu)失效，了解結(jié)構(gòu)工程師的任務和結(jié)構(gòu)設計方法。【教學重點】荷載(hzi)、作用和效應；工程結(jié)構(gòu)的功能要求；結(jié)構(gòu)失效?！窘虒W難點】荷載(hzi)、作用和效應。土木工程中的力學與結(jié)構(gòu)(jigu)概念第1頁/共89頁第二頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論土木工程(tm gngchng)中的力學與結(jié)構(gòu)概念土木工程要解決的問題之一是建造(jinzo)抵御自然或人為作用力

2、的空間和通道，就必然會遇到大量的力學和結(jié)構(gòu)問題。本章闡述土木工程中一些最基本的力學與結(jié)構(gòu)概念。結(jié)構(gòu)模型大賽建筑結(jié)構(gòu)計算機建模第2頁/共89頁第三頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論1、外力、內(nèi)力和反力力：是一種(y zhn)物體間有方向的相互作用；這種相互作用有使物體改變原來形狀或改變運動方向的效應；力是既有量值又有方向的矢量。力矩：是力對物體產(chǎn)生繞某一軸轉(zhuǎn)動作用的物理量，其大小等于力與力臂（力的作用線到該軸的垂直距離）的乘積；力矩在土木工程中習稱彎矩。平衡：力矩既可順時針方向轉(zhuǎn)動，也可按逆時針方向轉(zhuǎn)動，當兩個方向轉(zhuǎn)動效應之和為零時，稱物體處于平衡狀態(tài)。土木工程(tm gngch

3、ng)中的力學與結(jié)構(gòu)概念第3頁/共89頁第四頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論思考：全橋彎曲下垂，說明橋身承有內(nèi)力，橋身的上下(shngxi)承受什么力橋身兩端固定(gdng)處承受反力對任何一個土木工程的結(jié)構(gòu)而言，力有外力、內(nèi)力和反力之分。人體、重物的重力和木橋自重是外力1 外力、內(nèi)力和反力第4頁/共89頁第五頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論橋身承受(chngshu)扭曲倘若橋的兩端曾可能被鋸過又接了起來，當人拿著重物走上去，橋身必然像被剪切般地下落(xilu)?，F(xiàn)在橋身沒有被鋸，受力后完好無損，說明橋身還承受有剪切力。橋身承受剪切再如果將重物放在橋的一側(cè)，

4、全橋還將受到扭曲。1 外力、內(nèi)力和反力第5頁/共89頁第六頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論這些拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭曲就是橋身承受內(nèi)力的結(jié)果。人和重物(zhn w)能靜止地位于橋上，說明它的外力、反力和內(nèi)力作用處于平衡狀態(tài)。獨木橋是最簡單的例子，所有土木工程設施的結(jié)構(gòu)，無論大小、重輕、厚薄（大如大橋、小如小木屋）都處于外力、內(nèi)力和反力作用下的平衡狀態(tài)。它承受的內(nèi)力無非是下列5種以及它們的組合土木工程結(jié)構(gòu)的5種內(nèi)力特征：1 外力(wil)、內(nèi)力和反力第6頁/共89頁第七頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論土木工程(tm gngchng)結(jié)構(gòu)就是通過 5種內(nèi)力的

5、基本作用，將施加在結(jié)構(gòu)上的力傳遞給地球（基礎下的土層），基礎給予結(jié)構(gòu)的則是作用在結(jié)構(gòu)基礎上的反力。受剪發(fā)生(fshng)剪切變形在土木工程中：拉力以N表示；壓力以N表示；彎矩以M 表示；剪力以V 表示；扭矩以MT 表示。1 外力、內(nèi)力和反力第7頁/共89頁第八頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論2、荷載、作用和效應直接施加在土木工程結(jié)構(gòu)上的外力是由荷載引起的。如果地球沒有引力，自然界沒有風吹、雨雪，荷載就不會存在，土木工程也就不需要結(jié)構(gòu)。土木工程結(jié)構(gòu)要有能抵御自然或人為的作用力的能力，因此，了解作用在結(jié)構(gòu)上的荷載有哪些，其性質(zhì)如何非常重要(zhngyo)。作用與作用效應的基本概念

6、作用分為直接作用：是指能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應的各種( zhn)原因的總稱。土木工程中的力學與結(jié)構(gòu)概念作用和間接作用。第8頁/共89頁第九頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論2.1 荷載（直接作用）荷載是直接以力的形式作用于結(jié)構(gòu)，如結(jié)構(gòu)自重、行人或車輛(chling)的重量、風壓力、土壓力、水壓力等。作用效應：作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力和變形的總稱。能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用效應的原因有兩種：一種是施加在結(jié)構(gòu)上集中力和分布力，如結(jié)構(gòu)自重，作用于樓面的人群、家具、設備，作用于橋面的車輛、人群，施加于結(jié)構(gòu)物上的風壓力、水壓力、土壓力等，它們都是直接施加于結(jié)構(gòu)上（直接作用），工程界習稱為“荷載(hzi)”；

7、另一種是施加于結(jié)構(gòu)上的外加變形或約束變形，如地震、基礎沉降、材料收縮和徐變、溫度變化引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用效應，它們都是間接作用于結(jié)構(gòu)（間接作用） 。荷載是指直接作用在結(jié)構(gòu)上的外加力。2 荷載、作用和效應第9頁/共89頁第十頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論 恒載（永久(yngji)荷載）指使用期間永久(yngji)施加在結(jié)構(gòu)上,其值不隨時間變化的荷載。作用在工程(gngchng)結(jié)構(gòu)上的恒載類型主要有：結(jié)構(gòu)自重、墻面、地面、屋面、橋面以及2.1 荷載(直接作用)建筑物內(nèi)的固定裝置等。樓板大梁樓面內(nèi)隔斷墻體及內(nèi)裝飾窗門第10頁/共89頁第十一頁，共90頁。土木工程(tm gngchn

8、g)概論 活載（可變荷載(hzi)）：指在使用期間施加在結(jié)構(gòu)上、其值可隨時間變化或移動的荷載(hzi)。作用在工程(gngchng)結(jié)構(gòu)上的活載有多種類型，如：使用活載、移動的設備及車輛活載、風載、雪載等。 使用活載：包括樓面活載、屋面活載。2.1 荷載(直接作用)家具家具家具人群可移動設備可移動設施第11頁/共89頁第十二頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論橋梁上的汽車荷載(hzi)T1、T2、T3、T4汽車軸重；a、a1、b1、b2、c車軸間距離車輛(chling)活載是一種移動式荷載 車輛活載：主要是鐵路或公路車輛的荷載，包括工業(yè)廠房的行車（俗稱天車）。工業(yè)廠房的行車2.1

9、 荷載(直接作用)第12頁/共89頁第十三頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論W 風載：風是由大氣壓力不等引起的空氣(kngq)運動。由風的運動而施加(shji)在墻面或結(jié)構(gòu)上的壓力稱為風載。風載有三個“不一樣”：不同地區(qū)不一樣（沿海、內(nèi)陸）；同一地區(qū)不同時間不一樣；同一房屋不同高度、不同部位不一樣。2.1 荷載(直接作用)第13頁/共89頁第十四頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論風載kN m 2同處一區(qū)的18層高層建筑(jinzh)kN m 2北京郊區(qū)某5m高單層房屋迎風面2.1 荷載(hzi)(直接作用)第14頁/共89頁第十五頁，共90頁。土木工程(tm g

10、ngchng)概論2.1 荷載(hzi)(直接作用)第15頁/共89頁第十六頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論均勻分布荷載作用(zuyng)三角形分布荷載作用(zuyng)集中荷載作用(zuyng)集中荷載的單位一般為KN，均布荷載的單位一般為KN/m或KN/m22.1 荷載(直接作用)第16頁/共89頁第十七頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論 偶然荷載在使用期間不一定出現(xiàn)(chxin)，一旦出現(xiàn)(chxin)，其值很大且持續(xù)時間很短的荷載。如地震作用、爆炸力、臺風、船只或漂流物等。佛山九江大橋被撞百米橋面墜入江中美國世貿(mào)中心大廈撞擊起火倒塌2.1 荷載(hzi

11、)(直接作用)第17頁/共89頁第十八頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論震源、地震波、震中(zhnzhng)、震中(zhnzhng)距的關系地震釋放的能量以地震波的形式傳到地面，引起結(jié)構(gòu)振動。結(jié)構(gòu)由地震引起的振動稱為地震反應，振動過程中作用在結(jié)構(gòu)上的慣性力就是“地震荷載”。地震震級和地震烈度是兩個不同(b tn)概念，震級表示一次地震釋放的能量的大小，烈度表示某地區(qū)遭受地震影響的強度。地震對結(jié)構(gòu)施加的影響屬間接作用，應把結(jié)構(gòu)承受的“地震荷載”稱為地震作用。2.1 荷載(直接作用)第18頁/共89頁第十九頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論2.2 間接作用（間接荷載

12、）除直接施加在結(jié)構(gòu)上的外力（即荷載）外，還有一種因間接施加影響引起結(jié)構(gòu)受力的作用。作用也使結(jié)構(gòu)內(nèi)部(nib)產(chǎn)生內(nèi)力和變形。它們也以三類形式出現(xiàn)。 約束變形作用這種作用以溫差作用為典型(dinxng)約束如一根鋼梁，當環(huán)境氣溫為00C 時長度為20m，當環(huán)境氣溫升高至350C時，鋼梁會在內(nèi)力作用下伸長2 荷載、作用和效應第19頁/共89頁第二十頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論土木工程中的構(gòu)件因晝夜(zhuy)溫差、季節(jié)性溫差，每時每刻都在改變著形狀和尺寸，當這種改變受到約束時，就會使結(jié)構(gòu)受到內(nèi)力效應。建筑物的溫度裂縫2.2 間接(jin ji)作用(間接(jin ji)荷載)

13、第20頁/共89頁第二十一頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論內(nèi)外(niwi)柱高差達幾十毫米現(xiàn)代高層(o cn)房屋必須考慮這種溫差內(nèi)力效應。水泥路面在溫差作用下起拱達90cm高層建筑外墻的溫度裂縫鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在焊接時產(chǎn)生的作用也屬溫差作用2.2 間接作用(間接荷載)第21頁/共89頁第二十二頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論 外加變形作用這種作用以地基不均勻沉陷為典型。土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)筑在地基上，地基土受力后總會產(chǎn)生不均勻沉陷，過大的不均勻沉陷會引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不小的內(nèi)力，甚至可使結(jié)構(gòu)開裂或倒塌(dot)。比薩斜塔就是由于地基不均勻沉陷而成為世界著名建筑！2.2 間接

14、(jin ji)作用(間接(jin ji)荷載)第22頁/共89頁第二十三頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論震施加給結(jié)構(gòu)(jigu)的力，即地震作用。地面(dmin)運動時建筑物的相應運動 慣性作用以地震作用為典型。地震引起的地面運動會使土木工程結(jié)構(gòu)在水平和豎向產(chǎn)生加速度反應。這種加速度反應值與土木工程設施本身質(zhì)量的乘積就形成了地北川縣底框建筑在慣性力作用下底層徹底垮塌2.2 間接作用(間接荷載)地震作用是一種慣性力，它的大小與土木工程的質(zhì)量、地震烈度和結(jié)構(gòu)的動力特性相關。地震作用以水平方向為主。第23頁/共89頁第二十四頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論原因統(tǒng)

15、稱為“荷載”。按照國際通行做法和現(xiàn)行國家標準(biozhn)，“作用”泛指使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形的所有原因，包括直接作用和間接作用；而“荷載”僅等同于施加于結(jié)構(gòu)上的直接作用。大地震北川縣垮塌的建筑物和道路長期以來，我們習慣上將所有引起(ynq)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應的2.2 間接作用(間接荷載)但目前道路、橋梁、隧道設計的行業(yè)標準中，尚未引進“作用”代替“荷載”，仍沿用“荷載”一詞表述引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應的直接作用和間接作用。第24頁/共89頁第二十五頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論荷載(hzi)和作用的分類人為因素地球物理因素(yn s)爆炸力引起的作用地震荷載（作用）地基不均勻沉降引起的

16、作用溫差引起的作用風荷載雪荷載構(gòu)配件自重機器振動引起的作用焊接引起的作用結(jié)構(gòu)安裝引起的作用撞擊引起的作用使用荷載重力氣象地質(zhì)靜載動載2 荷載、作用和效應第25頁/共89頁第二十六頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論2.3 應力、應變(yngbin)、彈性模量土木工程結(jié)構(gòu)受力后，其構(gòu)件將產(chǎn)生內(nèi)力（平衡狀態(tài)）和變形（其長度、形狀將發(fā)生改變）。在產(chǎn)生拉力、壓力、剪力、彎矩和扭矩內(nèi)力的同時結(jié)構(gòu)構(gòu)件會出現(xiàn)5種基本變形的形式。拉伸(l shn)壓縮剪切扭轉(zhuǎn)彎曲2 荷載、作用和效應第26頁/共89頁第二十七頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論 應力為度量結(jié)構(gòu)構(gòu)件(gujin)所發(fā)

17、生內(nèi)力的大小，我們將作用于單位面積上的內(nèi)力強度稱之為應力：pA =按照荷載作用的形式不同，應力又可分為拉伸壓縮應力、彎曲應力和扭轉(zhuǎn)應力。同截面(jimin)垂直的稱為正應力或法向應力，同截面相切的稱為剪應力或切應力表示正應力或法向應力，代表剪應力或切應力。應力的單位是：N/mm2，即MPa2.3 應力、應變、彈性模量第27頁/共89頁第二十八頁，共90頁。 =土木工程(tm gngchng)概論bbLL, = 應變土木工程結(jié)構(gòu)受力后，構(gòu)件將發(fā)生(fshng)變形，我們將單位長度上的變形量稱之為應變：表示構(gòu)件(gujin)的縱向線應變，代表構(gòu)件(gujin)的橫向線應變。對于拉桿來說，為正，為負

18、；壓桿則為負，為正。2.3 應力、應變、彈性模量第28頁/共89頁第二十九頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論成正比。 2 1=p 2p1 彈性模量當力作用一物體時，物體有變形。當這個力移去后，物體又恢復原來的形狀。物體所具有的這種特性，稱之為彈性。材料在彈性狀態(tài)(zhungti)，荷載與變形其應力與應變也成正比例(bl)關系，其比例(bl)系數(shù) E 稱為彈性模量。2.3 應力、應變、彈性模量= E第29頁/共89頁第三十頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論當結(jié)構(gòu)材料繼續(xù)承受(chngshu)更大荷載時，移去荷載，有殘余變形，變形不能恢復原狀。稱結(jié)構(gòu)材料進入塑性階段

19、。1 3 2 2 1P3 P2P2 P2.3 應力(yngl)、應變、彈性模量材料進入塑性狀態(tài)，荷載與變形不成正比。彈性模量是材料抗彈性變形的一個指標，其值越大，即材料的剛度越大。第30頁/共89頁第三十一頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論結(jié)構(gòu)承受荷載為0P2時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性狀態(tài)(zhungti)；結(jié)構(gòu)承受荷載為P2P3時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于塑性狀態(tài)(zhungti)；P3P2 P30 P2結(jié)構(gòu)承受荷載超過P3，將達其極限應力時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于破壞失效狀態(tài)。不同的結(jié)構(gòu)材料彈、塑性是不同的。有塑性的材料稱為(chn wi)塑性材料，如鋼材、砼等，這類材料一旦出現(xiàn)塑性有發(fā)生破壞的預兆；

20、反之稱為(chn wi)脆性材料如石材、玻璃等。2.3 應力、應變、彈性模量第31頁/共89頁第三十二頁，共90頁。土木工程概論3.結(jié)構(gòu)的構(gòu)件：承受由荷載和作用結(jié)構(gòu)的構(gòu)件：承受由荷載和作用(zuyng)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生內(nèi)力的是結(jié)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生內(nèi)力的是結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。構(gòu)的構(gòu)件。結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件：結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件：1）板：有較大平面尺寸但厚度較小的平面構(gòu)件，通常水平方向設置，）板：有較大平面尺寸但厚度較小的平面構(gòu)件，通常水平方向設置，承受垂直于板面的荷載，以受彎為主。承受垂直于板面的荷載，以受彎為主。3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第32頁/共89頁第三十三頁，共90頁。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件以受彎為以受

21、彎為主主第33頁/共89頁第三十四頁，共90頁。2）梁：承受垂直于其縱軸方向的荷載(hzi)的線形構(gòu)件，其截面尺寸小于其長向跨度，以受彎和剪力為主。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第34頁/共89頁第三十五頁，共90頁。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第35頁/共89頁第三十六頁，共90頁。3）墻：受平行或垂直于墻面方向(fngxing)的豎向平面構(gòu)件，其厚度小于墻面尺寸；前者以受壓為主，后者以受彎矩或剪力為主。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第36頁/共89頁第三十七頁，共90頁。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第37頁/共89頁第三十八頁，共90頁。4）柱：承受平行于其縱軸

22、方向荷載(hzi)的直線形構(gòu)件，其截面尺寸小于其高度，以受壓力和彎矩為主。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第38頁/共89頁第三十九頁，共90頁。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第39頁/共89頁第四十頁，共90頁。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第40頁/共89頁第四十一頁，共90頁。6）桿：承受軸向力（拉力或壓力）的直線形構(gòu)件，截面尺寸比長度(chngd)小得多，多用于組成桁架結(jié)構(gòu)或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第41頁/共89頁第四十二頁，共90頁。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第42頁/共89頁第四十三頁，共90頁。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)

23、件第43頁/共89頁第四十四頁，共90頁。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第44頁/共89頁第四十五頁，共90頁。9）拱：承受沿其縱軸平面內(nèi)荷載的曲線形（或折線形）構(gòu)件(gujin)，其截面尺寸小于其弧長（折線總長），以受壓力、彎矩、剪力為主。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第45頁/共89頁第四十六頁，共90頁。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第46頁/共89頁第四十七頁，共90頁。10）殼：一種曲面形 具有很好空間傳力性能的構(gòu)件，能以極小厚度覆蓋大跨度(kud)空間，以受壓力為主。 索：以柔性受拉鋼索組成的構(gòu)件，直線或曲線形。 膜：以薄膜材料（如玻璃纖維布）制成的構(gòu)件，只能承受

24、拉力。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第47頁/共89頁第四十八頁，共90頁。土木工程概論3 結(jié)構(gòu)(jigu)構(gòu)件第48頁/共89頁第四十九頁，共90頁。土木工程概論利用建筑物的墻體作為豎向承重和抵抗水平荷載（如風荷載或水平地震荷載）的結(jié)構(gòu)。墻體同時也可作為圍護及房間分隔構(gòu)件用。另外(ln wi)，在高層建筑中墻體結(jié)構(gòu)也稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。如圖（a）。4 建筑工程中的典型結(jié)構(gòu)建筑工程中的典型結(jié)構(gòu)(jigu)（按建筑物的結(jié)構(gòu)（按建筑物的結(jié)構(gòu)(jigu)體系分）體系分） 4.1 墻體結(jié)構(gòu)墻體結(jié)構(gòu)(jigu)4典型結(jié)構(gòu)第49頁/共89頁第五十頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論4典型(

25、dinxng)結(jié)構(gòu)4.2 框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)第50頁/共89頁第五十一頁，共90頁。4.3 筒體結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)(jigu)土木工程(tm gngchng)概論4典型結(jié)構(gòu)第51頁/共89頁第五十二頁，共90頁。4.4 錯列錯列(cu li)桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)土木工程(tm gngchng)概論4典型結(jié)構(gòu)第52頁/共89頁第五十三頁，共90頁。4.5 拱結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)(jigu)土木工程(tm gngchng)概論4典型結(jié)構(gòu)第53頁/共89頁第五十四頁，共90頁。4.6 空間空間(kngjin)薄殼結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)土木工程(tm gngchng)概論4典型結(jié)構(gòu)第54頁/共89頁第五十五頁，共90頁。4.7 空間

26、空間(kngjin)折板結(jié)構(gòu)折板結(jié)構(gòu)土木工程(tm gngchng)概論4典型結(jié)構(gòu)第55頁/共89頁第五十六頁，共90頁。4.8 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(jigu)土木工程(tm gngchng)概論4典型結(jié)構(gòu)第56頁/共89頁第五十七頁，共90頁。4.9 鋼索鋼索(n su)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)土木工程(tm gngchng)概論4典型結(jié)構(gòu)進入5、結(jié)構(gòu)與地基的關系第57頁/共89頁第五十八頁，共90頁。圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式(xngsh)示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯列桁架(hngji)結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間

27、折板結(jié)構(gòu) 土木工程(tm gngchng)概論4典型結(jié)構(gòu)第58頁/共89頁第五十九頁，共90頁。圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種( zhn)形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯列桁架結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間(kngjin)薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間(kngjin)折板結(jié)構(gòu) 土木工程(tm gngchng)概論第59頁/共89頁第六十頁，共90頁。圖1.1 房屋主體(zht)結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯列桁架(hngji)結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)

28、；(i)空間折板結(jié)構(gòu) 土木工程(tm gngchng)概論第60頁/共89頁第六十一頁，共90頁。圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式(xngsh)示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯列桁架結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間(kngjin)薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間(kngjin)折板結(jié)構(gòu) 土木工程(tm gngchng)概論第61頁/共89頁第六十二頁，共90頁。圖1.1 房屋主體(zht)結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯列桁架(hngji)結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼

29、索結(jié)構(gòu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu) 土木工程(tm gngchng)概論第62頁/共89頁第六十三頁，共90頁。圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)(jigu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)(jigu)；(b)框架結(jié)構(gòu)(jigu)；(c)錯列桁架結(jié)構(gòu)(jigu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)(jigu)；(e)拱結(jié)構(gòu)(jigu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(jigu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)(jigu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)(jigu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu)(jigu) 土木工程(tm gngchng)概論第63頁/共89頁第六十四頁，共90頁。圖1.1 房屋主體(zht)結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯列桁架(hngji)

30、結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu) 土木工程(tm gngchng)概論第64頁/共89頁第六十五頁，共90頁。圖1.1 房屋主體結(jié)構(gòu)(jigu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)(jigu)；(b)框架結(jié)構(gòu)(jigu)；(c)錯列桁架結(jié)構(gòu)(jigu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)(jigu)；(e)拱結(jié)構(gòu)(jigu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(jigu)；(g)空間薄殼結(jié)構(gòu)(jigu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)(jigu)；(i)空間折板結(jié)構(gòu)(jigu) 土木工程(tm gngchng)概論第65頁/共89頁第六十六頁，共90頁。圖1.1 房屋(fngw)主

31、體結(jié)構(gòu)的各種形式示意 (a)墻體結(jié)構(gòu)；(b)框架結(jié)構(gòu)；(c)錯列桁架結(jié)構(gòu)；(d)筒體結(jié)構(gòu)；(e)拱結(jié)構(gòu)；(f)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(g)空間(kngjin)薄殼結(jié)構(gòu)；(h)鋼索結(jié)構(gòu)；(i)空間(kngjin)折板結(jié)構(gòu) 土木工程(tm gngchng)概論第66頁/共89頁第六十七頁，共90頁。5結(jié)構(gòu)與地基的關系結(jié)構(gòu)與地基的關系地基：受結(jié)構(gòu)傳來荷載影響的土層或巖層稱為地基。地基：受結(jié)構(gòu)傳來荷載影響的土層或巖層稱為地基。地基內(nèi)通常不是均一的土，而是若干層各類土。地基內(nèi)通常不是均一的土，而是若干層各類土。常見的土可分為常見的土可分為6類：類：巖石巖石:顆粒間牢固聯(lián)結(jié)的、整體的或有裂隙的巖體顆粒間牢固聯(lián)結(jié)的、整

32、體的或有裂隙的巖體碎石土：多數(shù)粒徑大于碎石土：多數(shù)粒徑大于2mm的土，按粗細又分為塊（漂）的土，按粗細又分為塊（漂）石、卵（碎）石、圓（角）石石、卵（碎）石、圓（角）石砂土：多數(shù)粒徑大于小于砂土：多數(shù)粒徑大于小于2mm的土，按粗細又分礫砂、粗的土，按粗細又分礫砂、粗砂、中砂、細砂、粉砂砂、中砂、細砂、粉砂粉土：顆粒粒徑更細，黏性介于黏性土和上述非黏性土之粉土：顆粒粒徑更細，黏性介于黏性土和上述非黏性土之間的土間的土黏性土：粒徑比粉土更細，具有明顯黏性土：粒徑比粉土更細，具有明顯(mngxin)黏性的土黏性的土人工填土：回填土、垃圾、工業(yè)廢料人工填土：回填土、垃圾、工業(yè)廢料各類土的承載力大體為各

33、類土的承載力大體為2土木工程(tm gngchng)概論第67頁/共89頁第六十八頁，共90頁?；A：是結(jié)構(gòu)基礎：是結(jié)構(gòu)(jigu)和地基的連接件，又是結(jié)構(gòu)和地基的連接件，又是結(jié)構(gòu)(jigu)的的一部分，也稱下部結(jié)構(gòu)一部分，也稱下部結(jié)構(gòu)(jigu)。根據(jù)擱置深度不同可分為：。根據(jù)擱置深度不同可分為：基礎都是由厚板、深梁、粗柱、厚墻作為(zuwi)基本構(gòu)件組成的土木工程(tm gngchng)概論第68頁/共89頁第六十九頁，共90頁。獨立(dl)基礎條形基礎筏形基礎(jch)箱形基礎1-基礎(jch)梁2-底板3-頂板4-外壁5-內(nèi)壁第69頁/共89頁第七十頁，共90頁。(a)剛性(n xn)

34、擴展基礎(b樁基礎(c)鋼管(gnggun)基礎第70頁/共89頁第七十一頁，共90頁。(d)沉井(chn jn)基礎(e)沉箱(chnxing)基礎第71頁/共89頁第七十二頁，共90頁。地基土地基土1）地基土：是由礦物顆粒、水、空氣三部分組成的，即土的三）地基土：是由礦物顆粒、水、空氣三部分組成的，即土的三相相(sn xin)。 2）結(jié)構(gòu)沉陷的原因：結(jié)構(gòu)擱置在地基上，土體顆粒間的空氣和）結(jié)構(gòu)沉陷的原因：結(jié)構(gòu)擱置在地基上，土體顆粒間的空氣和水被擠出，顆粒間距離變小，稱為地基壓縮，同時結(jié)構(gòu)發(fā)生沉陷水被擠出，顆粒間距離變小，稱為地基壓縮，同時結(jié)構(gòu)發(fā)生沉陷。3）地基承載力：指在保證地基穩(wěn)定的條件下

35、，地基壓縮變形控）地基承載力：指在保證地基穩(wěn)定的條件下，地基壓縮變形控制在房屋容許范圍內(nèi)時，地基單位面積上所能承受的最大荷載，制在房屋容許范圍內(nèi)時，地基單位面積上所能承受的最大荷載，單位：單位：kN/m2或或kPa4）土層的基本物理力學性能：土的天然松散密度、天然含水率）土層的基本物理力學性能：土的天然松散密度、天然含水率、以及反映土松密程度和壓縮性能的指標、以及反映土松密程度和壓縮性能的指標孔隙比、密實度、塑孔隙比、密實度、塑性性能等。性性能等。土木工程(tm gngchng)概論第72頁/共89頁第七十三頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論6、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)失效6.1 結(jié)構(gòu)的定義

36、和要求 結(jié)構(gòu)的定義：土木工程設施中的結(jié)構(gòu)是一個在空間和通道中用各種基本構(gòu)件組合建成的有功能特征的機體，為土木工程設施的持久使用和美觀需求服務，對生命財產(chǎn)提供安全保障。它是一個由構(gòu)件組合成的整體，是一個有功能特征的機體，是一個有豐富應用(yngyng)價值的載體，是一個被建造的實體(sht)。土木工程中的力學與結(jié)構(gòu)概念體育場結(jié)構(gòu)的三維模型第73頁/共89頁第七十四頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論 土木工程結(jié)構(gòu)的要求 在應用上，要充分滿足空間和通道的多項使用要求； 在安全上，要完全符合承載、變形(bin xng)、穩(wěn)定的持久需要； 在造型上，要能夠與環(huán)境、規(guī)劃和建筑藝術融為一體；

37、 在技術上，要力爭體現(xiàn)科學、技術和工程的新發(fā)展； 在建造上，要合理用材、節(jié)約能源，與施工實際緊密結(jié)合。 為安全可靠的目的，在結(jié)構(gòu)設計中必須做到： 結(jié)構(gòu)承受荷載后的內(nèi)力（N、M、V、MT）結(jié)構(gòu)的承載力； 結(jié)構(gòu)承受荷載后的變形(bin xng)（撓度、側(cè)移、沉陷）變形(bin xng)的允許值。結(jié)構(gòu)(jigu)和結(jié)構(gòu)(jigu)失效共45張 第53張第74頁/共89頁第七十五頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論6.2 結(jié)構(gòu)的功能要求 能承受正常施工和使用時可能(knng)出現(xiàn)的各種作用力（如拉力、壓力、剪力、彎矩、扭矩等）； 在正常使用時具有良好的工作性能（如不發(fā)生過大的側(cè)向位移，不

38、發(fā)生過大的不均勻沉陷，不使人感到晃動等）； 在正常維護下具有足夠的耐久性能（如有抵抗酸類、鹽類等物質(zhì)的侵蝕能力）； 在偶然事件發(fā)生時能保持必需的穩(wěn)定性（如有很好的抗地震的能力）。和是安全性，是適用性，是持久性。“安全、適用、持久”三者缺一不可，但安全第一。結(jié)構(gòu)(jigu)和結(jié)構(gòu)(jigu)失效第75頁/共89頁第七十六頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論 結(jié)構(gòu)的失效結(jié)構(gòu)設計應遵循的原則：S R- S 為荷載施加在結(jié)構(gòu)的作用效應；- R 為結(jié)構(gòu)的抗力。當結(jié)構(gòu)或從屬于它的構(gòu)件不能滿足(mnz)上述基本功能要求，稱為結(jié)構(gòu)失效。結(jié)構(gòu)(jigu)和結(jié)構(gòu)(jigu)失效第76頁/共89頁第七

39、十七頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論結(jié)構(gòu)失效的常見表現(xiàn)形式 破壞-結(jié)構(gòu)或構(gòu)件截面抵抗能力不足以承受作用效應的現(xiàn)象，如拉斷、壓碎、彎折等。 失穩(wěn)-結(jié)構(gòu)或構(gòu)件因長細比過大而在不大的作用力下突然發(fā)生作用力平面外的極大變形的現(xiàn)象，如柱子壓屈、梁在平面外扭曲等。 發(fā)生影響正常使用的變形-梁板的過大撓度或過寬裂縫，柱、墻的過大側(cè)移，結(jié)構(gòu)有過大傾斜或過大的沉陷等。 傾覆-結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分失去平衡而傾倒或移動(ydng)的現(xiàn)象。 結(jié)構(gòu)材料喪失耐久性-鋼材銹蝕、砼受腐蝕、砌體遭凍融、木構(gòu)件被蟲蛀蝕等化學、物理、生物現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)(jigu)的失效第77頁/共89頁第七十八頁，共90頁。土木工程(

40、tm gngchng)概論A柱抗拉能力柱抗拉能力(nngl)不足被拉斷不足被拉斷B柱長細比過大被壓屈上部結(jié)構(gòu)抗側(cè)移能力(nngl)不足被拉裂某高層建筑結(jié)構(gòu)的失效上部結(jié)構(gòu)抗剪能力不足被剪斷第78頁/共89頁第七十九頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論7、土木工程結(jié)構(gòu)的設計方法7.1 結(jié)構(gòu)工程師的任務(rn wu) 土木工程設計的分工規(guī)劃師負責工程的選址、開發(fā)強度和空間(kngjin)環(huán)境。建筑師負責工程的布局、造型，滿足各項功能性使用要求。土木工程中的力學與結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)工程師負責工程的承載、變形、穩(wěn)定的安全性需求。設備工程師負責工程的給排水、供熱通風和電氣等配套設施。第79頁/共8

41、9頁第八十頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論 結(jié)構(gòu)工程師要解決的問題 確定結(jié)構(gòu)承受的荷載，并合理選用結(jié)構(gòu)材料； 正確選用結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)型式； 解決好結(jié)構(gòu)承載力、變形、穩(wěn)定、抗傾覆等技術問題； 解決好結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造和施工方法問題。 結(jié)構(gòu)工程師須具備的基本素質(zhì) 接受過良好的土木工程學科和相關學科的教育，并訓練有素； 對其它學科具備一定的知識； 不斷地掌握土木工程有關最新技術并進行知識更新； 很好的交際(jioj)技能，包括口頭、撰寫、繪圖和數(shù)字化技能。結(jié)構(gòu)(jigu)工程師的任務第80頁/共89頁第八十一頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論7.2 結(jié)構(gòu)設計的方法 極限

42、狀態(tài)設計方法工程結(jié)構(gòu)設計經(jīng)歷了容許應力法、破損階段法、極限狀態(tài)法和概率極限狀態(tài)法四個階段。我國目前的建筑和公路的結(jié)構(gòu)設計方法都采用概率極限狀態(tài)設計法。它以結(jié)構(gòu)的失效概率或可靠指標來度量(dling)結(jié)構(gòu)的可靠度，用分項系數(shù)的設計表達式進行設計。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類，整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的某一部分達到結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)就不能滿足安全、適用或耐久性要求。土木工程結(jié)構(gòu)(jigu)的設計方法第81頁/共89頁第八十二頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論 土木工程(tm gngchng)的分階段設計業(yè)主(yzh)提出使用要求初步設計構(gòu)思明確各項功能要求形成總體設計方案處理各設計工種的技術問題進行各設計工種的細部設計繪制施工圖，完成總體設計交付施工，參與工程監(jiān)理竣工驗收，交付使用結(jié)構(gòu)設計的方法初步設計階段施工圖階段施工階段第82頁/共89頁第八十三頁，共90頁。土木工程(tm gngchng)概論 建筑工程的結(jié)構(gòu)設計步驟結(jié)構(gòu)設計步驟一般分為結(jié)構(gòu)模型的建立、結(jié)構(gòu)荷載計算、構(gòu)內(nèi)力計算和構(gòu)件選擇、施工圖繪制四個階段。 結(jié)構(gòu)模型的建立建立結(jié)構(gòu)模型前需對結(jié)構(gòu)進行簡化。如框架結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)，為簡化計算，可取出其中的一榀框架將其簡化為平面框架；梁和柱的截