《建筑結(jié)構(gòu)的受力》課件

建筑結(jié)構(gòu)的受力建筑物的結(jié)構(gòu)必須能夠承受各種荷載,如重力、風(fēng)荷載和地震等,確保建筑物的穩(wěn)定和安全。本課程將深入探討建筑結(jié)構(gòu)受力的各種機(jī)制,幫助學(xué)生全面理解結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理。什么是力?1物體間的相互作用力是物體間相互作用的過程中產(chǎn)生的影響,能夠改變物體的狀態(tài)和運(yùn)動。2方向和大小力具有大小和方向兩個基本屬性,可以用大小和方向來表示和描述。3引起變形或運(yùn)動力能夠引起物體的變形或運(yùn)動,是造成結(jié)構(gòu)變形和運(yùn)動的根本原因。4作用和反作用力的相互作用遵循作用力和反作用力的規(guī)律,總是成對出現(xiàn)。力的類型集中力集中在一個特定點(diǎn)上的力,例如一個支撐點(diǎn)或支架上的載荷。分布力作用在整個區(qū)域或面上的力,例如建筑物上的風(fēng)荷載或地震荷載。靜力不會引起物體加速運(yùn)動的力,在物體保持靜止或勻速狀態(tài)時存在。動力會引起物體加速運(yùn)動的力,在物體發(fā)生加速或減速時存在。力的作用使物體產(chǎn)生位移力能夠使物體產(chǎn)生位移、旋轉(zhuǎn)或形變。這些變化會導(dǎo)致物體狀態(tài)的改變,進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。引發(fā)內(nèi)力及應(yīng)力當(dāng)外力作用于結(jié)構(gòu)時,會產(chǎn)生內(nèi)力和應(yīng)力分布。合理的受力分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ),關(guān)系到構(gòu)件尺寸和材料選擇。影響物體的運(yùn)動力還會影響物體的運(yùn)動狀態(tài),包括加速度、速度、軌跡等。這些因素對于分析結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)和抗震性能很關(guān)鍵。造成物體的變形受力會導(dǎo)致物體產(chǎn)生變形,如伸長、壓縮、彎曲等。合理控制變形是結(jié)構(gòu)使用性能的重要要求。受力分析的重要性安全性正確的受力分析可以確保結(jié)構(gòu)的安全性,防止發(fā)生意外事故?？煽啃酝ㄟ^受力分析可以評估結(jié)構(gòu)的可靠性,確保建筑物能長期安全使用。優(yōu)化設(shè)計分析受力狀態(tài)有助于優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計,提高建筑的功能性和美觀性。經(jīng)濟(jì)性合理的受力分析可以減少材料使用,降低建筑成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。構(gòu)件的受力狀態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承受外力作用時,會產(chǎn)生內(nèi)力和變形,這就是構(gòu)件的受力狀態(tài)。理解構(gòu)件的受力狀態(tài)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計的基礎(chǔ)。常見的受力狀態(tài)包括拉力、壓力、剪力、彎矩等,需要對這些內(nèi)力進(jìn)行全面的分析和計算,以確保結(jié)構(gòu)安全可靠。平衡條件受力平衡建筑結(jié)構(gòu)要達(dá)到受力平衡,內(nèi)部受力與外加荷載的合力必須相等且方向相反,整個結(jié)構(gòu)才能保持靜止或勻速運(yùn)動狀態(tài)。荷載分布結(jié)構(gòu)受力分析需要考慮各種荷載作用下的實(shí)際荷載分布情況,以確保整個結(jié)構(gòu)處于平衡狀態(tài)。受力分析通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析,可以準(zhǔn)確確定各構(gòu)件的受力狀態(tài),為后續(xù)設(shè)計提供依據(jù)。集中力的作用力的集中作用集中力作用于結(jié)構(gòu)上的某一單一點(diǎn)。這種作用形式會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在該點(diǎn)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中,從而引發(fā)破壞。需要采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計措施來分散集中力。典型案例常見的集中力作用包括柱頂?shù)暮奢d、鋼結(jié)構(gòu)柱腳的支座反力等。這些都需要采取加強(qiáng)措施,如增大接觸面積、增設(shè)加勁肋等。分布力的作用均勻分布分布力會均勻地作用在整個結(jié)構(gòu)表面或體積上,不會集中在某一個特定點(diǎn)。廣泛覆蓋分布力可以廣泛地覆蓋整個結(jié)構(gòu),形成整體性的作用,而不是局部性的作用。連續(xù)作用分布力會持續(xù)不斷地作用于結(jié)構(gòu)表面或體積,而不是間歇性作用。彎矩的定義力矩的定義彎矩是一種使建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生旋轉(zhuǎn)的力矩,它是由于外力作用于建筑物某點(diǎn)而產(chǎn)生的。彎矩的大小取決于外力的大小和作用點(diǎn)的位置。彎矩的重要性分析和計算結(jié)構(gòu)中的彎矩是設(shè)計中的關(guān)鍵步驟,它決定了構(gòu)件的尺寸和配筋等,對確保建筑物的安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。彎矩的種類彎矩可以分為正彎矩和負(fù)彎矩兩種,正彎矩使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生凸曲,負(fù)彎矩使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生凹曲。這兩種彎矩在設(shè)計中都必須予以充分考慮。剪力的定義力的作用方向剪力是指作用在某一截面上的力,其作用方向垂直于該截面。結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力剪力會引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到切向應(yīng)力,從而可能造成構(gòu)件的變形或破壞。分析和計算對結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到的剪力進(jìn)行分析和計算是結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。軸力的定義軸向作用軸力是沿著構(gòu)件軸線方向作用的力,會引起構(gòu)件的拉伸或壓縮變形。斷面分析分析軸力時需要考慮構(gòu)件整體的受力狀態(tài),并確定軸力在任意截面上的大小。力的平衡軸力的受力平衡分析是確定結(jié)構(gòu)安全性的基礎(chǔ),需要滿足靜力學(xué)的平衡條件。幾何條件1尺寸限制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺寸必須滿足設(shè)計要求,以確保結(jié)構(gòu)在受力時能夠正常工作。2穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何形狀和尺寸必須確保結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下保持足夠的穩(wěn)定性。3位移控制結(jié)構(gòu)在受力作用下的位移必須控制在合理范圍內(nèi),以確保結(jié)構(gòu)的安全性和使用功能。4變形協(xié)調(diào)各構(gòu)件的相對變形必須能夠協(xié)調(diào)一致,避免局部過度變形造成整體失穩(wěn)。材料強(qiáng)度條件抗壓強(qiáng)度建筑結(jié)構(gòu)材料必須具有足夠的抗壓強(qiáng)度,以承受施加在其上的壓力載荷,保證建筑物的安全性?？估瓘?qiáng)度材料還要具有足夠的抗拉強(qiáng)度,以承受結(jié)構(gòu)中的拉應(yīng)力,例如梁柱連接處或吊桿等。抗剪強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料在受剪力作用時也需要有足夠的強(qiáng)度,以防止剪切破壞。這在樓板、墻體等處特別重要。抗彎強(qiáng)度結(jié)構(gòu)中承受彎矩的構(gòu)件,如梁等,必須具有足夠的抗彎強(qiáng)度,以抵抗彎曲應(yīng)力。變形條件結(jié)構(gòu)變形能力建筑物在受力下會發(fā)生一定程度的變形,需要滿足結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)件的變形能力,確保不會出現(xiàn)過大的變形而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞。應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系通過測試材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,可以確定材料的強(qiáng)度極限和變形極限,從而設(shè)計出滿足使用要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。變形分析通過受力分析和有限元計算,可以預(yù)測出建筑物在各種荷載作用下會產(chǎn)生的變形情況,為設(shè)計提供依據(jù)。結(jié)構(gòu)設(shè)計的三大基本要求承載能力結(jié)構(gòu)必須能承受各種作用于其上的荷載,并保持在安全的狀態(tài)下運(yùn)行。使用性結(jié)構(gòu)在使用過程中應(yīng)保持合理的變形和運(yùn)動,滿足使用要求。穩(wěn)定性確保結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下保持穩(wěn)定,不會發(fā)生整體或局部失穩(wěn)。荷載的種類死荷載由建筑物自身重量引起的永久性荷載,如構(gòu)件、裝修等?；詈奢d由使用過程中可變的荷載引起,如人員、設(shè)備、積雪等。環(huán)境荷載由風(fēng)、地震、溫度變化等自然因素引起的荷載。特殊荷載由爆炸、撞擊等非常規(guī)因素引起的臨時性荷載。死荷載死荷載是指恒定作用在建筑物上的穩(wěn)定載荷,例如建筑物自身的重量、內(nèi)部固定設(shè)備和裝修材料的重量等。這些載荷在建筑物使用過程中保持不變,不會隨著時間而發(fā)生變化。持續(xù)時間恒定,不會隨時間變化大小事先可以確定作用方式自重、固定載荷等準(zhǔn)確計算死荷載是進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析和設(shè)計的基礎(chǔ),可確保建筑物的安全性和穩(wěn)定性?；詈奢d活荷載是指建筑物在使用過程中所承受的不固定的可變荷載,例如人員、家具、設(shè)備、存貨等。這些荷載會隨時變化,構(gòu)成對結(jié)構(gòu)的不確定性和動態(tài)性影響。因此,在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮合理的活荷載計算,確保建筑物能夠承受各種使用條件下的荷載需求。風(fēng)荷載風(fēng)荷載是由于建筑物受到風(fēng)力作用而產(chǎn)生的外部荷載。風(fēng)荷載取決于風(fēng)速、風(fēng)向、建筑物形狀尺寸等因素。合理計算風(fēng)荷載對確保建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要。120km/h設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速2.2kN/㎡最大風(fēng)荷載$500K成本加強(qiáng)措施投資地震荷載地震荷載是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要考慮的一種重要外部作用力。它是由地震引起的水平和垂直方向振動所產(chǎn)生的慣性力。地震荷載的大小受地震動的加速度幅值、頻率和持續(xù)時間等因素的影響。正確評估地震荷載極為關(guān)鍵,以確保建筑物在地震作用下能夠保持足夠的穩(wěn)定性和承載能力。不同地震強(qiáng)度等級下,建筑物所承受的地震荷載也存在明顯差異。評估地震荷載時需要結(jié)合具體的地質(zhì)環(huán)境和建筑類型等因素進(jìn)行科學(xué)分析。組合荷載的概念1多種荷載疊加真實(shí)建筑結(jié)構(gòu)通常會受到多種荷載的作用,如自重、樓面荷載、風(fēng)荷載和地震荷載等,這些荷載需要合理組合考慮。2荷載組合設(shè)計通過合理的荷載組合方式,可以確定結(jié)構(gòu)在最不利的情況下仍能安全承受各種作用力。3不同荷載的關(guān)系不同類型荷載之間存在相互影響和相互作用,需要合理考慮各荷載之間的相互關(guān)系。4極限狀態(tài)設(shè)計結(jié)構(gòu)安全性評估需要對不同荷載組合下的極限狀態(tài)進(jìn)行綜合分析和驗(yàn)證。荷載組合的情況1死荷載包括建筑結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備、裝修等2活荷載來自人員、車輛、窗戶等可變因素3環(huán)境荷載如風(fēng)荷載、地震荷載等特殊因素在實(shí)際設(shè)計中,建筑結(jié)構(gòu)往往需要承受多種荷載的組合作用,這包括永久性的死荷載、可變的活荷載,以及特殊環(huán)境條件下的風(fēng)荷載和地震荷載等。合理的荷載組合是確保結(jié)構(gòu)安全性的關(guān)鍵所在。結(jié)構(gòu)安全性校核確認(rèn)荷載條件全面考慮各類荷載的組合作用,確保結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)能承受預(yù)期的外部力作用。進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析采用合適的分析方法,準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)構(gòu)在受力下的內(nèi)力分布和變形情況。滿足規(guī)范要求確保結(jié)構(gòu)各關(guān)鍵部位的應(yīng)力、變形等指標(biāo)符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到安全可靠的水平。結(jié)構(gòu)安全性指標(biāo)承載能力結(jié)構(gòu)在受到各種荷載作用時,不會出現(xiàn)斷裂或過大的變形,能夠可靠地承受作用力。使用功能結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下,能夠?yàn)槭褂谜咛峁┦孢m、安全的環(huán)境,并不會產(chǎn)生不利影響。穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)在受到外力作用時,能夠保持整體平衡,不會發(fā)生傾斜、倒塌等現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)定義結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在承載能力達(dá)到最大值時的狀態(tài)。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵指標(biāo)之一,要確保結(jié)構(gòu)在此極限狀態(tài)下不會發(fā)生失效或塑性變形過大。評估方法通過有限元分析、材料試驗(yàn)等手段,可以評估結(jié)構(gòu)在極限荷載作用下的應(yīng)力、變形狀態(tài),進(jìn)而判斷是否符合承載能力的要求。設(shè)計要求結(jié)構(gòu)在承載能力極限狀態(tài)下,應(yīng)具有足夠的安全儲備,避免出現(xiàn)突然失效或塌陷。設(shè)計時應(yīng)確保結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力和變形能力。重要性結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)是評判結(jié)構(gòu)安全性的關(guān)鍵指標(biāo),確保其滿足設(shè)計要求是確保整體結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)使用極限狀態(tài)安全性要求在結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)下,需確保結(jié)構(gòu)可靠、安全、舒適,滿足使用服役要求。需防止結(jié)構(gòu)因過度變形或振動而影響使用功能。承載能力評估通過分析計算,評估結(jié)構(gòu)在正常使用條件下的承載能力,確保結(jié)構(gòu)在使用范圍內(nèi)不會超過其承載極限。變形控制限制結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下的變形,保證建筑物使用的舒適性、美觀性及二次構(gòu)件的正常使用。結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)承載能力結(jié)構(gòu)在正常使用下應(yīng)能承擔(dān)所有預(yù)期荷載,確保安全可靠、無損壞。變形控制結(jié)構(gòu)變形應(yīng)控制在允許范圍內(nèi),確保使用便利性和審美性。耐久性結(jié)構(gòu)應(yīng)經(jīng)得住長期使用,不會因材料老化、腐蝕等而喪失性能。結(jié)構(gòu)抗震極限狀態(tài)1地震荷載分析根據(jù)建筑物所在地的地震烈度對建筑物可能承受的地震荷載進(jìn)行分析和計算。2抗震設(shè)計要求確保建筑物在遭遇地震時能夠保持整體穩(wěn)定,不產(chǎn)生過大的變形和損壞。3抗震構(gòu)造措施采取合理的抗震加固措施,如設(shè)置剪力墻、加強(qiáng)配筋等,增強(qiáng)建筑物的抗震能力。4極限狀態(tài)檢驗(yàn)根據(jù)抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對建筑物的抗震性能進(jìn)行全面的極限狀態(tài)檢驗(yàn)和分析。結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性力的平衡建筑結(jié)構(gòu)必須維持力的平衡,以確保整體穩(wěn)定性。任何不平衡的力都可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。失穩(wěn)的危害結(jié)構(gòu)失穩(wěn)可能導(dǎo)致嚴(yán)重的損壞,甚至坍塌,因此必須加以防范和及時處理。受力分析通過對結(jié)構(gòu)內(nèi)部各部位的受力狀況進(jìn)行分析和計算,可以確保結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)分析方法分析計算通過數(shù)學(xué)模型和計算方法,確定結(jié)構(gòu)各