第3講：工程結(jié)構(gòu)的抗力體系

定性結(jié)構(gòu)力學(xué)主講人：謝偉平電話-mail：wpxie@辦公地點(diǎn)：西院東教-3232023/1/102第三講工程結(jié)構(gòu)的抗力體系上次課的回顧（幾點(diǎn)思考）1.定性結(jié)構(gòu)力學(xué)概念的提出？課程的目的？意義？定性結(jié)構(gòu)力學(xué)的概念是上世紀(jì)九十年代提出的（同濟(jì)大學(xué)稱之為概念結(jié)構(gòu)力學(xué)，東南大學(xué)稱為趣味結(jié)構(gòu)力學(xué)）。古代以師傅帶徒弟的方式進(jìn)行定性的教育，如今大批量的培養(yǎng)專業(yè)人才，定量的方法極大地豐富，從而弱化了定性能力的培養(yǎng)。

概念設(shè)計(jì)、估算判斷。2023/1/1032.應(yīng)由定性結(jié)構(gòu)力學(xué)引申到所有力學(xué)課程知識(shí)的提煉與升華。3.結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的簡(jiǎn)化與計(jì)算目的有關(guān)，完全正確的計(jì)算模型

是沒有的。4.定性與定量的關(guān)系通過定量分析使定性能力得到提高，古代是通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)得到定性能力的提高。5.工程中是不會(huì)給你出結(jié)構(gòu)力學(xué)的題目讓你算的。2023/1/1042023/1/1052023/1/1066.試對(duì)以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何組成分析，看看能得到什么結(jié)論？(d)7.目前的教育是老師提出問題，由學(xué)生來分析問題，解決問題。你們想想問題是怎么提出的呢？8.疊加原理的應(yīng)用條件。什么是線彈性？其數(shù)學(xué)表示是什么？9.強(qiáng)調(diào)用專業(yè)的眼光來看待所有的結(jié)構(gòu)問題?？傮w感覺：本門課程信息量大，如何抓住重點(diǎn)是個(gè)難題!2023/1/1072023/1/108一、結(jié)點(diǎn)與支座剛結(jié)點(diǎn)鉸結(jié)點(diǎn)剛結(jié)2023/1/109鉸結(jié)2023/1/1010半剛半鉸結(jié)點(diǎn)2023/1/1011基礎(chǔ)支座形式2023/1/10122023/1/10132023/1/10142023/1/10152023/1/10162023/1/1017二、荷載的傳遞路徑2023/1/10182023/1/1019試比較方案（一）和方案（二）的兩種結(jié)構(gòu)形式，在幾何尺寸、材料參數(shù)和外荷載均相同的情況下，哪種方案更加合理，即內(nèi)力較小。2023/1/1020方案（二）方案（一）2023/1/1021方案（二）方案（一）彎矩圖2023/1/1022方案（二）方案（一）剪力圖2023/1/1023方案（二）方案（一）軸力圖2023/1/1024樓板梁柱基礎(chǔ)2023/1/1025實(shí)際結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的簡(jiǎn)化

2023/1/1026靜定桁架的合理外形與腹桿布置

弦桿——抗彎能力，腹桿——抗剪能力。原則：當(dāng)簡(jiǎn)支桁架的弦桿外形與相應(yīng)的簡(jiǎn)支梁彎矩圖形狀接近時(shí)，上下弦桿所受軸力較均勻，比較合理。因斜桿軸力的豎向分量與代梁相應(yīng)剪力相同，因此應(yīng)根據(jù)材料性質(zhì)合理布置斜桿，充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度。桁架的合理高度可進(jìn)行計(jì)算。2023/1/1027剛架——軸向變形的影響

剛架主要內(nèi)力是彎矩。在高層結(jié)構(gòu)或軸力很大的剛架中，軸向變形的影響不可忽略。決定軸向變形影響大小的主要因素：軸力的相對(duì)大?。粭U件長(zhǎng)度與橫截面尺寸的比例（長(zhǎng)細(xì)比）。2023/1/1028剛架——剪切變形的影響

當(dāng)桿件截面尺寸與桿長(zhǎng)的比值不大時(shí)，剪切變形對(duì)內(nèi)力和位移的影響都很小，可以忽略。當(dāng)比值較大時(shí)，剪切變形的影響應(yīng)予考慮。決定剪切變形影響大小的主要因素：桿件截面尺寸與桿長(zhǎng)比值；與截面形狀和材料性質(zhì)也有關(guān)。2023/1/1029溫度變化的定性分析

超靜定梁和剛架的應(yīng)變與位移是由內(nèi)力和溫度變化共同產(chǎn)生的。靜定結(jié)構(gòu)在溫度變化時(shí)不產(chǎn)生內(nèi)力，但有變形。

在溫度變化因素作用下計(jì)算位移時(shí)，一般應(yīng)考慮軸向變形而忽略剪切變形。

2023/1/1030溫度變化的定性分析

試畫出如下結(jié)構(gòu)的彎矩圖2023/1/10312023/1/1032三、水平與豎向抗力體系

低層、多層與高層建筑的豎向及水平結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的基本原理是相同的。但隨著高度的增加，側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形則要大很多。在高層建筑中，主要的設(shè)計(jì)問題是抗彎和抵抗變形。

增加抗彎結(jié)構(gòu)體系的有效寬度2023/1/1033

設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分體系應(yīng)使其構(gòu)件以最有效的方式相互作用

增大受荷載最有效的構(gòu)件截面

使大部分豎向荷載直接由最主要抗彎構(gòu)件承受

在豎向結(jié)構(gòu)分體系中，合理布置實(shí)心墻或斜撐構(gòu)件，

可以有效的抵抗每層樓的局部剪力

每層樓蓋應(yīng)足以起水平隔板的作用

將大型豎向和水平構(gòu)件聯(lián)結(jié)成巨型框架2023/1/1034四、廠房結(jié)構(gòu)

廠房結(jié)構(gòu)的分類

依據(jù)跨度、高度和吊車起重量等因素分類：混合結(jié)構(gòu)；混凝土結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)

依據(jù)施工方法分類：

現(xiàn)澆式；裝配式

依據(jù)承重結(jié)構(gòu)形式分類：排架結(jié)構(gòu)；剛架結(jié)構(gòu)2023/1/1035廠房結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖

排架結(jié)構(gòu)：柱與屋架為鉸接，與基礎(chǔ)為固接。2023/1/1036剛架結(jié)構(gòu)：柱與橫梁為剛接，與基礎(chǔ)為鉸接，也可采用剛接。2023/1/1037廠房結(jié)構(gòu)柱腳節(jié)點(diǎn)做法階梯形基礎(chǔ)——實(shí)線（低杯口基礎(chǔ)）高杯口基礎(chǔ)——虛線錐形基礎(chǔ)——實(shí)線（柔性基礎(chǔ)）剛性基礎(chǔ)——虛線2023/1/1038a)、b)平板式鉸接柱腳c)、d)剛性柱腳剛接柱腳：傳遞彎矩、剪力、軸力。填充細(xì)石混凝土鉸接柱腳：傳遞剪力、軸力。填充瀝青麻刀1:2水泥砂漿2023/1/1039五、全國(guó)大學(xué)生第二屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽作品欣賞

——彩虹倒影

材料：230g白卡紙、蠟線、膠水結(jié)點(diǎn)處，所有桿件做成實(shí)的圓柱體，并與線、膠連接，防止結(jié)點(diǎn)破壞為了防止受壓桿件的失穩(wěn)問題，增加結(jié)構(gòu)的整體受力性能，在豎向腹桿之間用線構(gòu)造“X”的聯(lián)系；為了減少上弦桿在平面內(nèi)和平面外的計(jì)算長(zhǎng)度，在順橋向和橫橋向用線和桿件設(shè)置聯(lián)系；為了充分發(fā)揮各構(gòu)件空間協(xié)同工作性能，除用紙形成橋面鋪裝層外，在桁架的側(cè)面上蒙上半層厚的紙，發(fā)揮蒙皮效應(yīng)，使整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力均勻和變形協(xié)調(diào)，提高壓桿的歐拉臨界力，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。2023/1