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绪论一、建筑结构的分类及应用1、建筑结构的定义建筑结构是由梁、板、墙、柱、基础等基本构件，按照一定组成规则，通过正确的连接方式所组成的能够承受并传递荷载和其他间接作用的骨架。2、建筑结构的分类一般可按照结构所用材料、承重结构类型、使用功能、外形特点、施工方法等进行分类。(一)按所用材料分类1.混凝土结构（1）定义混凝土结构包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构，其中钢筋混凝土结构应用最为广泛。（2）特点优点是强度高、整体性好、耐久性与耐火性好、易于就地取材、具有良好的可模性等。缺点是自重大、抗裂性差、施工环节多、工期长等。(一)按所用材料分类2.砌体结构（1）定义砌体结构是由块材和砂浆等胶结材料砌筑而成的结构，包括砖砌体结构、石砌体结构和砌块砌体结构，广泛应用于多层民用建筑。（2）特点优点是易于就地取材、耐久性与耐火性好、施工简单、造价低。缺点是强度(尤其是抗拉强度)低、整体性差、结构自重大、工人劳动强度高等。(一)按所用材料分类3.钢结构（1）定义钢结构是由钢板、型钢等钢材通过有效的连接方式所形成的结构，广泛应用于工业建筑及高层建筑结构中。随着我国经济建设的迅速发展钢产量的大幅度增加，钢结构的应用领域有了较大的扩展。可以预计，钢结构在我国将得到越来越广泛的应用。（2）特点钢结构与其他结构形式相比，其主要优点是强度高、结构自重轻、材质均匀，可靠性好、施工简单、工期短、具有良好的抗震性能。主要缺点是易腐蚀、耐火性差、工程造价和维护费用较高。(一)按所用材料分类4.木结构木结构是指全部或大部分用木材制作的结构。由于木材生长受自然条件的限制，砍伐木材对环境的不利影响，以及易燃、易腐、结构变形大等因素，目前已较少采用，本书对木结构将不再叙述。(二)按承重结构类型分类1.砖混结构（1）定义砖混结构是指由砌体和钢筋混凝土材料制成的构件所组成的结构。（2）特点通常房屋的楼(屋)盖由钢筋混凝土的梁、板组成，竖向承重构件采用砌体材料，它主要用于层数不多的住宅、宿舍、办公楼、旅馆等民用建筑。(二)按承重结构类型分类2.框架结构（1）定义框架结构是指由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。目前我国框架结构多采用钢筋混凝土建造。（2）特点框架结构具有建筑平面布置灵活，与砖混结构相比具有较高的承载力、较好的延性和整体性、抗震性能较好等优点，因此在工业与民用建筑中获得了广泛应用。但框架结构仍属柔性结构，侧向刚度较小，其合理建造高度一般为30m左右。(二)按承重结构类型分类3.框架-剪力墙结构（1）定义框架-剪力墙结构是指在框架结构内纵横方向适当位置的柱与柱之间，布置厚度不小160mm的钢筋混凝土墙体，由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。（2）特点这种结构体系结合了框架和剪力墙各自的优点，目前广泛使用于20层左右的高层建筑中。(二)按承重结构类型分类4.剪力墙结构（1）定义剪力墙结构是指房屋的内、外墙都做成实体的钢筋混凝土墙体，利用墙体承受竖向和水平作用的结构。（2）特点这种结构体系的墙体较多，侧向刚度大，可建造比较高的建筑物，目前广泛使用于住宅、旅馆等小开间的高层建筑中。(二)按承重结构类型分类5.筒体结构（1）定义筒体结构是指由单个或多个筒体组成的空间结构体系，其受力特点与一个固定于基础上的筒形悬臂构件相似。（2）特点一般可将剪力墙或密柱深梁式的框架集中到房屋的内部或外围形成空间封闭的筒体，使整个结构具有相当大的抗侧刚度和承载能力。根据筒体不同的组成方式，筒体结构可分为框架-筒体、筒中筒、组合筒三种结构形式。(二)按承重结构类型分类6.排架结构（1）定义排架结构是指由屋架(或屋面梁)、柱和基础组成，且柱与屋架铰接，与基础刚接的结构。（2）特点多采用装配式体系，可以用钢筋混凝土或钢结构建造，广泛用于单层工业厂房建筑。此外，按承重结构的类型还可分为深梁结构、拱结构、网架结构、钢索结构、空间薄壳结构等。(三)其他分类方法1、按使用功能可以分为建筑结构(如住宅、公共建筑、工业建筑等)；特种结构(如烟囱、水塔、水池、筒仓、挡土墙等)；地下结构(如隧道、涵洞、人防工事、地下建筑等)。2、按外形特点可以分为单层结构、多层结构、大跨度结构、高耸结构等。3、按施工方法可以分为现浇结构、装配式结构、装配整体式结构、预应力混凝土结构等。二、建筑结构的发展概况建筑结构有着悠久的历史，并随着人类社会的进步、科学技术的发展而不断发展，至今仍生机勃勃。1、最早的建筑结构金字塔、万里长城、河北省赵县的安济桥、山西省五台县的佛光寺大殿、山西省应县木塔以及许许多多宏伟的宫殿、寺院和宝塔等都是建筑结构发展史上的辉煌之作。二、建筑结构的发展概况2、混凝土结构、钢结构的产生19世纪20年代出现了钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构，使混凝土结构的应用范围更为广泛。二、建筑结构的发展概况马来西亚吉隆坡国营石油公司大厦(钢结构)高度达450m，我国香港特别行政区的中环广场(钢筋混凝土结构)高度达372m，我国江阴长江大桥跨度达1385m，列为我国第一，世界第四跨度的特大桥。二、建筑结构的发展概况3、设计理论方面随着理论的深入研究、计算机的广泛应用和现代测试技术的发展，建筑结构的计算理论和设计方法必将日趋完善，并向着更高的阶段发展。第一章建筑力学基本知识第一节静力学的基本概念一、力和平衡的概念1.力的概念（1)定义力是物体间相互的机械作用，这种作用引起物体运动状态的变化(外效应)，或者使物体发生变形(内效应)。静力学研究物体的外效应。一、力和平衡的概念（2）物体间相互的机械作用可分为两类一类是物体间直接接触的相互作用一类是场和物体间的相互作用。尽管相互作用力的来源和物理本质不同，但它们所产生的效应是相同的。一、力和平衡的概念（3）力的三要素力的大小反映物体间相互作用的强弱程度，我们必须规定力的单位来表示力的大小。在国际单位制中采用牛顿(N)作为力的基本单位。力的方向包含力的作用线在空间的方位和指向，如水平向左，铅垂向下等。力的作用点是指力对物体的作用位置。一、力和平衡的概念当接触面积与物体相比很小时，可近似看成是一个点，这个点称为力的作用点，该作用力称为集中力；如果接触面积较大而不能忽略时，该作用力称为分布力，用荷载集度q(N/m2)来表示。（4）力是矢量通常用一段带有箭头的线段来描述它。图1-1力的图示法（5）力可以分为外力和内力外力是指其他物体对所研究物体的作用力。内力是指物体系内各物体间相互作用的力。外力和内力的区分并非是绝对的,将由研究对象的不同而异。一、力和平衡的概念一、力和平衡的概念2.刚体和平衡的概念（1）刚体指在任何外力作用下忽略其几何形状改变的物体。（2）平衡指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动的状态。二、静力学基本公理（3）基本定义。力系同时作用在一个物体上的一群力，称为力系。等效力系两个力系对同一个物体分别作用后，其效果相同时，这两个力系互称为等效力系。平衡力系如果物体在某力系作用下处于平衡状态，则该力系称为平衡力系。二、静力学基本公理3、二力平衡公理作用在一个刚体上的两个力，若使刚体处于平衡，其充分和必要的条件是这两个力大小相等，方向相反，且作用线在同一直线上，如图1-2所示。二、静力学基本公理在两个力作用下处于平衡的刚体称为二力体，对杆件则称为二力杆。由二力平衡公理可知，作用在二力体上的两个力，它们必然通过两个力作用点的连线(与杆件的形状无关)，且等值、反向。图1-2二力平衡公理二、静力学基本公理4、加减平衡力系公理在作用于一个刚体上的已知力系中，加上或减去任意一个平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。二、静力学基本公理【推论】力的可传性原理作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任意一点，而不改变它对刚体的作用效应。图1-3力的可传性二、静力学基本公理由推论可知，力对刚体的作用决定于力的大小、力的方向和力的作用线，至于在作用线上的那一点则是无关紧要的。同样必须指出，力的可传性原理只适用于刚体而不适用于变形体。5、力的平行四边形公理作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，其大小和方向可以由以此两个力为边所构成的平行四边形的对角线表示，其作用点也在此二力的交点。二、静力学基本公理如图1-4所示，其矢量表达式为：FR＝F1＋F2(1-1)图1-4力的平行四边形法则二、静力学基本公理【推论】三力平衡汇交定理一刚体受共面不平行的三个力作用而平衡时，这三个力的作用线必汇交于一点。图1-7三力平衡汇交二、静力学基本公理6、作用力与反作用力公理若甲物体对乙物体有一个作用力，则乙物体同时对甲物体必有一个反作用力，并且这一对力总是大小相等，方向相反，沿同一直线，分别作用在这两个物体上。三、约束与约束反力（一）工程中常见的几种约束类型来介绍其约束反力的特征：1.柔体约束由柔软而不计自重的绳索、链条等构成的约束统称为柔体约束。如图1-8所示。图1-8柔体约束三、约束与约束反力2.光滑接触面约束物体间光滑接触(摩擦力很小，略去不计)时，只能限制物体沿着接触面的公法线方向且指向物体的运动，而不能限制物体在其他方向的运动，所以光滑接触面约束的约束反力为压力，通过接触点，沿着接触面的公法线指向物体，用符号FN表示，三、约束与约束反力如图1-9所示。图1-9光滑接触面约束3.圆柱铰链约束铰链约束构造是在具有圆孔的两个物体上用圆柱销钉连接起来，物体只能绕圆柱销钉转动，如图1-10(a)所示，其力学简图用图1-10(b)表示。三、约束与约束反力图1-10圆柱铰链约束三、约束与约束反力这种约束只能限制物体在垂直于销钉轴线的平面内沿任意方向的相对移动，而不能限制物体在其他方向的运动。因此，铰链的约束反力通过销钉中心，作用在与销钉轴线垂直的平面内，但方向待定。可用一个大小和方向都是未知的力FA来表示，如图1-10(c)所示。也可用互相垂直的两个分力FAX和FAY表示，如图1-10(d)所示。三、约束与约束反力4.链杆约束两端用铰链与物体连接，中间不受力的直杆叫做链杆，如图1-11(a)所示，其力学简图用图1-11(b)表示。这种约束只能限制物体沿着链杆轴线离开或趋近的运动，而不能限制物体在其他方向的运动。图1-11链杆约束三、约束与约束反力所以链杆约束的约束反力沿着链杆轴线，但指向待定，需根据物体的受力情况来确定，如图1-11(c)所示。5.支座与支座反力支座就是建筑物下面支承结构的约束，其反力不仅与荷载情况有关，而且与支座的约束性能有关。工程中常见的支座有：三、约束与约束反力(1)固定铰支座固定铰支座的构造简图如图1-12(a)所示，其力学简图用图1-12(b)表示。它可以限制结构或构件沿任意方向的移动，而不能限制其转动。其约束性能与圆柱铰链相同，支座反力与圆柱铰链的约束反力也相同。图1-12固定铰支座(2)可动铰支座可动铰支座的构造简图如图1-13(a)所示，其力学简图用图1-13(b)表示。它只能限制结构或构件沿垂直于支承面方向的移动，而不能限制其绕铰轴转动和沿支承面方向的移动。所以它的支座反力垂直于支承面，通过铰链中心，但指向待定，常用F或R表示，如图1-13(c)所示。三、约束与约束反力图1-13可动铰支座三、约束与约束反力(3)固定端支座如果把结构或构件的一端牢牢地嵌固在支承物里面，就构成固定端支座。它既能限制其移动，又能限制其转动。所以它的支座反力常用两个互相垂直的分力和反力偶三个反力分量来表示，但指向待定，如图1-14(b)所示。图1-14固定端支座四、物体的受力分析与受力图（二）物体的受力分析表示物体受力情况的图形称为物体的受力图。首先明确对哪一个物体进行受力分析，即明确研究对象。把该研究对象从与它相联系的周围物体(包括约束)中分离出来画出其简图，这个被分离出来的研究对象称为脱离体。四、物体的受力分析与受力图（三）受力图正确画出受力图是求解力学问题的关键，其主要步骤如下：1、明确研究对象，取出脱离体。2、根据已知条件，画出作用在研究对象上的全部主动力。3、根据约束类型和物体运动趋势，画出相应的约束反力。四、物体的受力分析与受力图（四）举例说