建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)與計算方法

建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)與計算方法演講人：日期：CATALOGUE目錄建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)基本概念靜力學(xué)基礎(chǔ)與物體平衡條件桿件體系幾何組成與穩(wěn)定性分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與截面法應(yīng)用結(jié)構(gòu)位移計算與剛度校核方法結(jié)構(gòu)動力學(xué)基礎(chǔ)與地震響應(yīng)分析01建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)基本概念結(jié)構(gòu)力學(xué)是研究結(jié)構(gòu)在荷載作用下的內(nèi)力、變形和穩(wěn)定性規(guī)律的學(xué)科。結(jié)構(gòu)力學(xué)定義主要研究各種工程結(jié)構(gòu)如建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、路基結(jié)構(gòu)等，在外部因素作用下的受力狀況、變形和穩(wěn)定性。研究對象結(jié)構(gòu)力學(xué)定義及研究對象按材料可分為木結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等；按使用功能可分為民用建筑結(jié)構(gòu)和工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)。不同材料的建筑結(jié)構(gòu)具有不同的力學(xué)性能和特點，如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的抗壓和抗彎性能，而鋼結(jié)構(gòu)則具有較好的抗拉和抗震性能。建筑結(jié)構(gòu)分類與特點特點分類根據(jù)建筑設(shè)計要求，運用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識確定合理的結(jié)構(gòu)方案和構(gòu)件截面尺寸。確定結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化設(shè)計方案對結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析和變形計算，確保結(jié)構(gòu)在荷載作用下的安全性和穩(wěn)定性。通過對比分析不同結(jié)構(gòu)方案的力學(xué)性能和經(jīng)濟效益，選擇最優(yōu)設(shè)計方案。030201結(jié)構(gòu)力學(xué)在建筑設(shè)計中的作用主要解決結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下的內(nèi)力計算和變形問題，包括力矩分配法、力法、位移法等。靜力計算研究結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的動力響應(yīng)和穩(wěn)定性問題，如地震作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析和風(fēng)振分析等。動力計算一種數(shù)值計算方法，將連續(xù)體離散化為有限個單元，通過計算機程序進(jìn)行求解，適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計。有限元法計算方法簡介02靜力學(xué)基礎(chǔ)與物體平衡條件力的性質(zhì)力是物體之間的相互作用，具有大小、方向和作用點三個要素。靜力學(xué)的研究對象靜力學(xué)主要研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律，包括力、力矩、力偶等基本概念。力矩與力偶力矩是力和力臂的乘積，用于描述力對物體的轉(zhuǎn)動效應(yīng)；力偶是由兩個大小相等、方向相反、作用線平行的力組成的力系，使物體產(chǎn)生純轉(zhuǎn)動。靜力學(xué)基本概念及原理約束是限制物體運動的因素，分為幾何約束和運動約束。約束的概念光滑面約束、鉸鏈約束、固定端約束、滾動摩阻約束等。常見約束類型根據(jù)約束類型，分析約束對物體的作用力，包括約束反力的方向、大小和作用點。約束力分析約束類型與約束力分析平衡條件01物體在力系作用下保持平衡的條件，包括力的平衡條件和力矩的平衡條件。平衡條件的應(yīng)用02利用平衡條件求解未知力、判斷物體是否平衡、確定平衡位置等。靜定與超靜定問題03靜定問題是未知力數(shù)目等于平衡方程數(shù)目的問題，可唯一求解；超靜定問題是未知力數(shù)目多于平衡方程數(shù)目的問題，需結(jié)合變形協(xié)調(diào)條件求解。物體平衡條件及應(yīng)用03摩擦問題的處理方法根據(jù)摩擦類型和平衡條件，建立摩擦力與其他力的關(guān)系式，求解摩擦力或判斷物體運動狀態(tài)。01摩擦力的概念摩擦力是阻礙物體相對運動的力，與接觸面的正壓力和摩擦系數(shù)有關(guān)。02摩擦問題的分類靜摩擦、滑動摩擦和滾動摩擦。摩擦問題處理方法03桿件體系幾何組成與穩(wěn)定性分析

桿件體系幾何組成判斷方法幾何不變體系通過幾何構(gòu)造分析，判斷桿件體系是否為幾何不變體系，即體系在受到外部作用時，不會發(fā)生幾何形狀的改變。幾何可變體系與幾何不變體系相對，幾何可變體系在受到外部作用時，其幾何形狀會發(fā)生變化。瞬變體系一種特殊的幾何可變體系，在某些特定位置可以轉(zhuǎn)化為幾何不變體系，但在其他位置仍為幾何可變體系。指桿件在受到外部擾動后，能夠恢復(fù)到原始平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性概念包括桿件的截面形狀、尺寸、材料性質(zhì)、荷載大小及作用方式等。影響因素穩(wěn)定性概念及影響因素臨界力概念使壓桿保持直線形狀平衡的最小壓力，超過此值，壓桿將發(fā)生屈曲失穩(wěn)。壓桿穩(wěn)定計算通過歐拉公式或經(jīng)驗公式計算臨界力，進(jìn)而評估壓桿的穩(wěn)定性。歐拉公式適用于長細(xì)比較大的壓桿，而經(jīng)驗公式適用于短粗或中等長細(xì)比的壓桿。臨界力與壓桿穩(wěn)定計算增加截面慣性矩，提高抗彎剛度，從而提高壓桿的穩(wěn)定性。選擇合理的截面形狀和尺寸采用高強度材料制造壓桿，可以增加其承載能力，進(jìn)而提高穩(wěn)定性。提高材料強度在壓桿適當(dāng)位置設(shè)置支撐和約束，限制其位移和變形，從而提高穩(wěn)定性。設(shè)置支撐和約束避免在壓桿上作用過大的集中荷載或偏心荷載，以減少其對穩(wěn)定性的影響。合理布置荷載提高壓桿穩(wěn)定性的措施04結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與截面法應(yīng)用內(nèi)力定義內(nèi)力是指構(gòu)件內(nèi)部各質(zhì)點之間相互作用力的合力，是引起構(gòu)件變形和破壞的主要因素。截面法原理通過假想截面將構(gòu)件截開，研究截面上的內(nèi)力，從而推求構(gòu)件內(nèi)部各點的應(yīng)力、應(yīng)變和位移。內(nèi)力概念及截面法原理軸向拉壓概念軸向拉壓是指桿件受到沿其軸線方向的拉力或壓力作用，是工程中常見的受力形式。內(nèi)力計算步驟確定計算截面，列平衡方程求解軸力，根據(jù)軸力求解應(yīng)力。注意事項考慮桿件的變形和穩(wěn)定性問題，避免過度拉壓導(dǎo)致桿件破壞。軸向拉壓桿件內(nèi)力計算剪切是指構(gòu)件在受到一對相距很近、大小相等、方向相反的橫向外力作用時，其橫截面沿外力作用方向發(fā)生的相對錯動變形現(xiàn)象。剪切概念擠壓是指構(gòu)件在受到局部壓力作用時，其受壓處產(chǎn)生局部壓潰或壓入變形現(xiàn)象。擠壓概念對于剪切問題，通常采用剪切面假設(shè)和剪切胡克定律進(jìn)行求解；對于擠壓問題，則采用擠壓應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力進(jìn)行比較判斷。處理方法剪切和擠壓問題處理方法扭矩概念扭矩是指桿件受到一對轉(zhuǎn)向相反、作用面垂直于桿件軸線的力偶作用時，其橫截面產(chǎn)生的相對扭轉(zhuǎn)變形現(xiàn)象。彎曲概念彎曲是指桿件受到垂直于軸線的外力作用或力偶作用時，其軸線變?yōu)榍€的變形現(xiàn)象。解決方法對于扭矩問題，通常采用扭矩圖和扭矩平衡方程進(jìn)行求解；對于彎曲問題，則采用彎矩圖和彎曲正應(yīng)力公式進(jìn)行求解。同時，還需要考慮桿件的穩(wěn)定性和變形問題，避免過度變形導(dǎo)致桿件破壞。扭矩和彎曲問題解決方法05結(jié)構(gòu)位移計算與剛度校核方法位移概念及計算目的位移定義結(jié)構(gòu)位移是指結(jié)構(gòu)在荷載作用下產(chǎn)生的位置或形狀的變化。計算目的通過位移計算，可以了解結(jié)構(gòu)的變形情況，為結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用提供重要依據(jù)。虛功原理是結(jié)構(gòu)力學(xué)中的重要原理，用于求解結(jié)構(gòu)位移。虛功原理基本概念根據(jù)虛功原理，可以構(gòu)建虛位移和虛力的關(guān)系，進(jìn)而求解實際位移。虛功原理應(yīng)用步驟虛功原理在位移計算中的應(yīng)用單位荷載法概念單位荷載法是一種求解結(jié)構(gòu)位移的常用方法。單位荷載法求解步驟通過在結(jié)構(gòu)上施加單位荷載，利用疊加原理求解結(jié)構(gòu)在實際荷載作用下的位移。單位荷載法求解結(jié)構(gòu)位移剛度定義結(jié)構(gòu)剛度是指結(jié)構(gòu)在荷載作用下抵抗變形的能力。剛度校核目的通過剛度校核，可以判斷結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計要求，保證結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。剛度校核方法常用的剛度校核方法包括比較法、極限平衡法和有限元法等。這些方法可以通過比較結(jié)構(gòu)實際剛度與設(shè)計剛度，或者分析結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力情況來判斷結(jié)構(gòu)是否滿足剛度要求。結(jié)構(gòu)剛度校核方法06結(jié)構(gòu)動力學(xué)基礎(chǔ)與地震響應(yīng)分析結(jié)構(gòu)動力學(xué)基本概念及原理結(jié)構(gòu)動力學(xué)的分析方法包括解析法、數(shù)值法和實驗法，其中數(shù)值法應(yīng)用最廣泛，如有限元法、有限差分法等。結(jié)構(gòu)動力學(xué)的分析方法結(jié)構(gòu)動力學(xué)是研究結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的反應(yīng)和性能的學(xué)科，主要涉及建筑、橋梁、機械等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)振動問題。結(jié)構(gòu)動力學(xué)的定義和研究對象結(jié)構(gòu)動力學(xué)基于牛頓第二定律、達(dá)朗貝爾原理等力學(xué)原理，通過分析結(jié)構(gòu)的動力特性、荷載特性和邊界條件，研究結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)。結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本原理123單自由度體系是指只有一個自由度的振動系統(tǒng)，如質(zhì)點彈簧系統(tǒng)。其模型包括質(zhì)量、剛度和阻尼等參數(shù)。單自由度體系的定義和模型在無外力作用下，單自由度體系將以其固有頻率做簡諧振動，振幅和初相位由初始條件決定。單自由度體系的自由振動在周期性外力作用下，單自由度體系將產(chǎn)生強迫振動，其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的振幅和相位與外力頻率、體系固有頻率和阻尼比有關(guān)。單自由度體系的強迫振動單自由度體系振動分析多自由度體系是指具有多個自由度的振動系統(tǒng)，如多質(zhì)點體系、連續(xù)體等。其模型包括質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣等參數(shù)。多自由度體系的定義和模型多自由度體系的自由振動可轉(zhuǎn)化為多個單自由度體系的振動問題，通過求解特征值和特征向量得到體系的固有頻率和振型。多自由度體系的自由振動多自由度體系的強迫振動可采用振型疊加法、直接積分法等方法進(jìn)行求解，其中振型疊加法應(yīng)用最廣泛。多自由度體系的強迫振動多自由度體系振動分析方法地震響應(yīng)分析的方法地震響應(yīng)分析可采用時程分析法、振型分解反應(yīng)譜法等方法進(jìn)行。時程分析法能夠考慮地震波的三要素（振幅、頻譜、持時）和結(jié)構(gòu)非線性因素，