建筑工程技术专业毕业论文1.doc

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1、永城职业学院Yongcheng Vocational College建筑工程系毕业论文 建筑力学在建筑工程中的应用专 业： 建筑工程技术 班 级： 建技113班 学 号： 201163302 2013年6月37永城职业学院建筑工程系毕业论文摘要从遥远的古石器时代到而今日益发达的社会，力学总是和人类的发展与进步息息相关。人类在远古时代就开始制造各种器物，如弓箭、房屋、舟楫以及乐器等，这些都是简单的结构。随着社会的进步，人们对于结构设计的规律以及结构的强度和刚度逐渐有了认识，并且积累了经验，这表现在古代建筑的辉煌成就中，如埃及的金字塔，中国的万里长城、赵州安济桥、北京故宫等等。尽管在这些结构中隐含

2、有力学的知识，但并没有形成一门学科。随着人类的进步发展，人们逐渐从这些结构和实践中总结经验，发展成现代的力学理论与方法。这些理论和方法几乎被应用到了所有的领域。建筑的发展和力学是密不可分的，可以说没有可靠的力学与结构分析就没有安全而又实用的优秀建筑。尤其是对于现代建筑的意义更为重要，每一座好的建筑在建造前都要通过很多次的实验验证与安全评估，否则将产生诸多不好的后果，损失难以估计。首先是建筑结构的合理性，如何在实际情况下选取合适节省材料的结构方式完成工程很重要。尤其要考虑到安全因素，从整体的静力分析到有线单元的桁架与混凝土结构再到外部环境因素，如风载荷、地震波、特殊场地的特殊设计要求等，这些都是

3、我们要关注的。力学是美丽的也是要我们认真对待的，他几乎应用到了所有角落。建筑是随着人类文明进步一起发展的，再好的理论都需要可靠地实践来证明，同理好的理论和方法也尤为重要，如计算机的发展，模拟软件的开发，模块的受力及有限单元法的使用等极大地促进了力学分析和复杂问题的计算，所以他们实相符促进和影响的。总之，力学与建筑是分不开的，我们作为力学学习者，特别是对我这样对建筑土木感兴趣的学生来说，掌握最基本的分析方法和培养良好的科学习惯尤为重要，并为以后的学习和工作打下坚实基础。当一个工程在我们手中像长城一样伫立不随着人类社会的进步和发展，人类逐渐从建筑建构和实践中总结经验，发展成现代的力学理论与方法。这

4、些理论和方法几乎被应用到了所用领域。建筑的发展和力学是不可分的，可以说没有可靠的力学与结构分析就没有安全而又实用的优秀建筑。尤其是对于现代建筑的意义更为重要，每一座好的建筑建造前都要通过很多次的实验验证。如何用最少的材料建造最安全适用的房屋是有一套过程的，通过对建筑模型的力学分析，如它的抗弯能力,弹性性能等。尤其在一些大型桥梁建筑中使用的钢筋结构和拉杆等，在长期的负荷作用下如何保持结构的受力均衡和稳定，在做工程建造前必须有着严密的计算分析及准备方案。例如，在建设青藏铁路时，为了保证铁路地基的长年冷冻状态，在铁路两旁的地基中插入了数千根散热棒，否则地基会由于长期的工作解冻，坍塌裂缝，造成铁轨受力

5、不均，造成不可预计的损失，这些都是要在实际工程中考虑和解决的问题，只有正确地利用力学才能把一座座优美坚固的建筑呈现在大地上。关键词：建筑工程、建筑力学、结构力学、应用目录第一章引言51.1 概述51.2 力学的由来61.3 古代力学的应用61.4建筑力学发展示柜81.5 建筑力学的范围9第二章材料力学的应用122.1 材料力学的定义122.2 材料力学的任务122.3材料力学基本假设122.4 材料力学的研究对象122.4.1 杆件122.4.2 杆件变形的基本形式132.5 组合变形142.6 组合变形在建筑工程的应用142.6.1 组合变形强度计算142.6.2 组合变形位移计算142.7

6、 压杆稳定152.8提高压杆稳定性的措施15第三章 结构力学的应用163.1 结构的定义及分类163.2 建筑结构的应用163.3 结构的基本要求18第四章 建筑力学的应用194.1. 建筑力学在工程中的应用194.1.1固体力学方面：194.1.2流体力学方面：194.1.3一般力学方面：204.1.4力学与其他学科的交叉：204.1.5力学与物理学的进一步交叉：204.2 施工力学的大跨度应用21第五章 建筑力学在工程中的实例2251 薄圈石拱桥的承载力225. 2 刚架拱振动与加固2953 双支座薄壁墩连续梁桥31第一章 引言1.1 概述力学是数学方法研究机械运动的学科。“力学”一词译自

7、英语mechanics源于希腊语机械，因为机械运动是由力引起的。mechanics在19世纪50年代作为研究力的作用的学科名词传人中国后沿用至今。力学是一门基础科学，它所阐明的规律带有普遍的性质。为许多工程技术提供理论基础。力学又是一门技术科学，为许多工程技术提供设计原理，计算方法，试验手段。力学和工程学的结合促使工程力学各个分支的形成和发展。力学按研究对象可划分为固体力学、流体力学和一般力学三个分支。固体力学和流体力学通常采用连续介质模型来研究；余下的部分则组成一般力学。属于固体力学的有弹性力学、塑性力学，近期出现的散体力学、断裂力学等；流体力学由早期的水力学和水动力学两个分支汇合而成，并衍

8、生出空气动力学、多相流体力学、渗流力学、非牛顿流体力学等；力学间的交叉又产生粘弹性理论、流变学、气动弹性力学等分支。 力学在工程技术方面的应用结果则形成了工程力学或应用力学的各种分支，诸如材料力学、结构力学、土力学、岩石力学、爆炸力学、复合材料力学、天体力学、物理力学、等离子体动力学、电流体动力学、磁流体力学、热弹性力学、生物力学、生物流变学、地质力学、地球动力学、地球流体力学、理性力学、计算力学等等。建筑力学是基础科学，又是技术科学，建筑力学在工程中的应用与各行业的结合是非常密切的。与力学相关的基础学科有数学、物理、化学、天文、地球科学及生命科学等，与力学相关的工程学科有机械、土木、航空航天

9、、交通、能源、化工、材料、环境、船舶与海洋等等。由于相关行业的发展与国民经济和科学技术的发展同步，使得力学在其中多项技术的发展中起着重要的甚至是关键的作用。力学专业毕业生既可以从事力学教育与研究工作，又可以从事与力学相关的机械、土木、航空航天、交通、能源、化工等工程专业的设计与研究工作，还可以从事数学、物理、化学、天文、地球或生命等基础学科的教育与研究工作。从这个意义上讲，力学专业培养人才的对口是非常宽的，社会对力学人才的需求也是很多的。 随着力学学科的发展，在本世纪将产生一些新的学科结合点，如生物医学工程、环境与资源、数字化信息等。经典力学与纳米科技一起孕育了微纳米力学将力学知识应用于生物领

10、域产生了生物力学和仿生力学；这些都是近年来力学学科发展的亮点。可以预料，随着社会的发展，力学学科与环境和人居工程等专业的学科交叉也将会进一步加强。而鉴于力学的应用及本论文简述以下几个方面的应用：1. 材料力学2. 结构力学3. 平衡力系在建筑工程中的应用除此之外论文还将力学的基本知识穿插在各章节中以便与解释应用中所用到基本原理。1.2 力学的由来力学知识最早起源于对自然现象的观察和在生产劳动中的经验。人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水器具，逐渐积累其对平衡物体受力情况的认识。1.3 古代力学的应用中国是世界上最早进入农业时期的国家之一。距离现在约有四五千年的仰韶文化时期，农业在生产部

11、门中已占有重要的地位。这个时期相当于传说中的神农氏时代结束以后，黄帝、尧、舜相继起来的时期。 二千多年前的春秋(公元前772年公元前481年)战国(公元前403年公元前221年)时期，生产关系的变革促使社会面貌发生了重大的变化。随着冶铁手工业的出现和铁制工具的使用，农田水利的发达，都邑建筑的兴盛，特别是各种原动力和简单机械的应用，劳动人民在生产实践中积累了相当丰富的关于力学的生产技术经验，作为中国古代物理学的最早分支之一的古代力学，也就随着生产的发展而发展起来了。 力和力矩的概念是古代人在长期劳动实践中，在应用简单机械如杠杆、滑车、轮轴、桔槔、辘轳等的过程中发展起来的。有关的论述集中在战国时期

12、的著作墨经一书中。墨经是以鲁国人墨翟为首的墨家的著述。墨家学派的成员多数是一些直接参加生产劳动的劳动者。墨子本人就是极精于机械制作的能工巧匠。因此，他们的著作中有许多自然科学知识。 墨经中关于力的概念是从人的体力对外界物体的作用中引伸出来的。墨经把人体叫做“刑”，即“形”；把人体通过举、持、掷、踢、蹬等方式使物体发生运动变化的过程叫做“奋”。这样，它定义力是：“力，刑之所以奋也。”这就是说，力是人使物体运动发生变化的原因。它在解释这定义的时候，更明确地指出：“力：重之谓。下、与，重奋也。”这里“下”指物体下坠；“与”，举之省文，是举物向上。意思是说，力与重相当，重是一种力。物体下落，举物向上分

13、别是重的作用和人体发奋反抗重力作用的结果。墨经的论述，讲的是外力，有一些古籍则涉及内力的概念，这就是内力不能使物体产生运动变化的问题。几本古籍都有关于能够举起千钧(1钧=15kg)的大力士不能举起自己的议论。公元前3世纪的荀子子道写道：“孔子曰：虽有国士之力，不能自举其身，非无力也，势不可也。”东汉思想家王充(27年97年)在论衡效力篇中写道：“古之多力者，身能负荷千钧，手能决角伸钩，使之自举，不能离地。”意思是说，一个力大无比的人，即使他能身负千钧，折断牛角，拉直铁钩，但他却“不能自举”，使自己离地。这个说法和近代动力学中关于质点组内诸内力的总和等于零的原理是一致的。力学在中国古代有着很大的

14、成就，上述仅是一例。在古代有多的关于力学的成就，在中国古建筑中力学的巧妙应用例子也是非常的多应用程度深度也是世界上叹为观之的。不仅在古代中国在古希腊中力学同样有着不可思议的成就。古希腊劳动人民在生产中也积累了不少力学知识。亚里士多德和阿基米德是古希腊力学知识的集大成者。 亚里士多德(Aristotle，公元前384年公元前322年)是古希腊伟大的思想家，他是柏拉图的学生，曾做过亚历山大一世的教师。公元前335年，亚里士多德回到雅典建立了他的学院。据说，由于他和弟子们常在散步时进行哲学讨论，所以被称为“逍遥学派”。他的遗著很多，包括著名的形而上学、物理学、伦理学、工具篇等，被称为古希腊思想史上的

15、“百科全书”。 亚里士多德的力学理论着眼于对“运动的原因”的探索，属于动力学性质的。他把运动分为两类：自然运动和受迫运动。他认为地上万物是由四个基本元素“土、水、气、火”组成的。它们都有一个自然的运动，轻的元素火与空气趋向于上升的运动，重的元素土与水趋向于向下的运动。他认为由于重的物体包含的土元素比轻的物体更多，所以重物落向地面的倾向性也更大，经过相等的时间，重的东西比轻的东西运动得快一些。在论天一书中他写道：“一定的重量在一定的时间内运动一定的距离；一较重的重量在较短的时间内走过同样的距离，即时间同重量成反比。比如，一物的重量为另一物重量的二倍，则它走过一给定距离只需一半的时间。”这就是说，

16、物体下落的快慢，与它的重量成正比。当然除此之外古代力学的应用及成就数不胜数，本论文不再一一讲解。历史的车轮始终是向前走的。对于力学探索和应用还有很长的一段路要走。1.4建筑力学发展示柜托勒密(Ptolemy,100-170)在大汇编(Almagest)中建立了建筑力学的托勒密体系。希罗(Hero of Alexandria,约公元60)在建筑力学(Pneumatics)中涉及了真空、水与空气的压力、虹吸管、玩具和一种用正气驱动的高层建筑力学。在建筑力学(Mechanics)中介绍了荷载、特征值和简单低应变的知识。帕普斯(Pappus Alexandrinus，300-350)在建筑汇编第八卷(

17、Mathematical Collec-tion Book 8)中汇集了古希腊对建筑力学研究的成果。1022约旦努(Jordanus de Nemore,1220)在建筑奇观的论述(Liber de ponderibus)中讨论了物体的抗震问题，包含了设计原理的萌芽。1533布德白达(Nicholas Copernicus,1473-1543)在建筑力学论(De revolutionibus orbium celestium)中提出了布德白尼系统。1543凯普勒(Johannes Kepler,1571-1630)在建筑力学的和谐(Harmonice mindi)中总结了建筑力学的三大定律。1

18、619斯梯芬(Semon Stevin,1548-1620)的静力学原理(Staticae elementis)是静力学体系标志性著作。1586默森(Marin Mersenne,1588-1648)在我的建筑观(Traite de lHarmonie Universelle)是最早把力的特征分析完整的著作。1627邓玉函(Joannes Terrens,1576-1630)王徵在远西奇器图说中最早介绍了西方建筑力学知识。1627伽利略(Galileo Galilei，1564-1642)在关于托勒密与哥白尼两大世界体系的对话(The system of the world:in four d

19、ialogues where-in the two grand systemes of Ptolemy and Copernicus)中系统地论证了布斯莱斯顿系统，提出了建筑惯性运动的概念。1632关于两门新学科的对话总结了材料强度、自由落体和抛物体的运动规律。1638托里拆利(Evangelista Torrielli，1608-1647)在论建筑物的振动(De motu gravium)中证明了孔口出流的速度与液高的平方根成比例(即托里拆利定理)，还指出位置最低时平衡得好，是平衡稳定性的最早提法。1644 波义耳(Boyle, Hobert,1627-1691)在关于建筑的变性及其效果的建

20、筑力学新实验(New experiments physico-mechanicall, tou-ching the spring of the air and its effects)中以系统的实验论证了气体的弹性。1660科恩(A. Korn)在关于抗震性理论与转轴弯曲的不等式(Uber einige ungleichungen welche in der theorie der elastoschen und elektrischen schwingungen eine rolle spoelen)中给出了建筑力学能量正定性的不等式。1909索维菲(Arnold Sommerfeld,18

21、68-1951)在对建筑震动转变为荷载的解释(Ein beitrag zur hydrodynamichen erklaung der turbulent flus-sigkeit-sbewegungen)是对建筑物稳定性的较早研究，得到了非自共轭的Orr-Sommerfeld偏微分方程。1909冯.米赛斯(Richard von Mises,1883-1953)在塑性变形固体的力学(Mechanik der fes-ten korper in plastisch deformablen)中提出固体在一定应力状态下的一种屈服条件，被称为米赛斯条件。1913伽辽金( , 1871-1945)在在

22、建筑问题中的级数(俄文)中提出一种直接离散的近似方法，被称为伽辽金(Galerkin)方法。1915诺特(Emmy Noether,1882-1935)在建筑问题的不变量(Invariante Variations prob-leme)中给出了两个关于动力系统的不变量定理，对20世纪建筑力学在工程中的应用发展产生了深刻的影响。1918格里菲斯(Alan Arnold Griffith,1893-1963)在建筑力学与断裂现象(The phenomena of Rupture and Flow in Solids)是断裂力学的最早文献。1920从上述简单介绍中可以看到以下结论：16世纪以前建筑力

23、学发展较慢；中国虽然在建筑水利、桥梁、土木等等的伟大工程，却没有发表过建筑力学方面的文献；建筑力学与工程关系紧密、建筑力学力学的发展与工程的需要密不可分；一辈子能为后人留下有用的宝贵知识并不容易。1.5 建筑力学的范围工程中的建筑力学是研究有关物质宏观运动规律，及其应用的科学。工程给力学提出问题，力学的研究成果改进工程设计思想。从工程上的应用来说，工程力学包括：质点及刚体力学，固体力学，流体力学，流变学，土力学，岩体力学等。 人类对建筑力学的一些基本原理的认识，一直可以追溯到史前时代。在中国古代及古希腊的著作中，已有关于力学的叙述。但在中世纪以前的建筑物是靠经验建造的。 1638年3月伽利略出

24、版的著作关于两门新科学的谈话和数学证明被认为是世界上第一本材料力学著作，但他对于粱内应力分布的研究还是很不成熟的。 纳维于1819年提出了关于粱的强度及挠度的完整解法。1821年5月14日，纳维在巴黎科学院宣读的论文在一物体的表面及其内部各点均应成立的平衡及运动的一般方程式，这被认为是弹性理论的创始。其后，1870年圣维南又发表了关于塑性理论的论文水力学也是一门古老的学科。 早在中国春秋战国时期(公元前5前4世纪)，墨翟就在墨经中叙述过物体所受浮力与其排开的液体体积之间的关系。欧拉提出了理想流体的运动方程式。物体流变学是研究较广义的力学运动的一个新学科。1929年，美国的宾厄姆倡议设立流变学学

25、会，这门学科才受到了普遍的重视。 土力学在二十世纪初期即逐淅形成，并在40年代以后获得了迅速发展。在其形成以及发展的初期，泰尔扎吉起了重要作用。岩体力学是一门年轻的学科，二十世纪50年代开始组织专题学术讨沦，其后并已由对具有不连续面的硬岩性质的研究扩展到对软岩性质的研究。岩体力学是以工程力学与工程地质学两门学科的融合而发展的。 从十九世纪到二十世纪前半期，连续体力学的特点是研究各个物体的性质，如粱的刚度与强度，柱的稳定性，变形与力的关系，弹性模量，粘性模量等。这一时期的连续体力学是从宏观的角度，通过实验分析与理论分析，研究物体的各种性质。它是由质点力学的定律推广到连续体力学的定律，因而自然也出

26、现一些矛盾。 于是基于二十世纪前半期物理学的进展，并以现代数学为基础，出现了一门新的学科理性力学。1945年，赖纳提出了关于粘性流体分析的论文，1948年，里夫林提出了关于弹性固体分析的论文，逐步奠定了所谓理性连续体力学的新体系。 随着结构工程技术的进步，工程学家也同力学家和数学家一样对工程力学的进步做出了贡献。如在桁架发展的初期并没有分析方法，到1847年，美国的桥梁工程师惠普尔才发表了正确的桁架分析方法。电子计算机的应用，现代化实验设备的使用，新型材料的研究，新的施工技术和现代数学的应用等，促使工程力学日新月异地发展。 质点、质点系及刚体力学是理论力学的研究对象。所谓刚体是指一种理想化的固

27、体，其大小及形状是固定的，不因外来作用而改变，即质点系各点之间的距离是绝对不变的。理论力学的理论基础是牛顿定律，它是研究工程技术科学的力学基础。 固体力学包括材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、复合材料力学以及断裂力学等。尤其是前三门力学在土木建筑工程上的应用广泛，习惯上把这三门学科统称为建筑力学，以表示这是一门用力学的一般原理研究各种作用对各种形式的土木建筑物的影响的学科。 在二十世纪50年代后期，随着电子计算机和有限元法的出现，逐渐形成了一门交叉学科即计算力学。计算力学又分为基础计算力学及工程计算力学两个分支，后者应用于建筑力学时，它的四大支柱是建筑力学、离散化技术、数值分析和计算机软

28、件。其任务是利用离散化技术和数值分析方法，研究结构分析的计算机程序化方法，结构优化方法和结构分析图像显示等。 如按使结构产生反应的作用性质分类，工程力学的许多分支都可以再分为静力学与动力学。例如结构静力学与结构动力学，后者主要包括：结构振动理论、波动力学、结构动力稳定性理论。由于施加在结构上的外力几乎都是随机的，而材料强度在本质上也具有非确定性。 随着科学技术的进步，20世纪50年代以来，概率统计理论在工程力学上的应用愈益广泛和深入，并且逐渐形成了新的分支和方法，如可靠性力学、概率有限元法等第二章 材料力学的应用2.1 材料力学的定义材料力学：主要探讨作用力对物体的内效应(物体形状的改变)，研

29、究杆件的拉压弯剪扭变形特点，对其进行强度、刚度及稳定性分析计算。2.2 材料力学的任务1. 研究材料在外力作用下破坏的规律 ； 2. 为受力构件提供强度，刚度和稳定性计算的理论基础条件； 3. 解决结构设计安全可靠与经济合理的矛盾。 2.3材料力学基本假设 1.连续性假设组成固体的物质内毫无空隙地充满了固体的体积：2.均匀性假设在固体内任何部分力学性能完全一样：3.各向同性假设材料沿各个不同方向力学性能均相同：4.小变形假设变形远小于构件尺寸，便于用变形前的尺寸和几何形状进行计算研究。在人们运用材料进行建筑、工业生产的过程中，需要对材料的实际承受能力和内部变化进行研究，这就催生了材料力学。运用

30、材料力学知识可以分析材料的强度、刚度和稳定性。材料力学还用于机械设计使材料在相同的强度下可以减少材料用量，优化机构设计，以达到降低成本、减轻重量等目的。在材料力学中，将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的线性弹性物体，但在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料，所以须要各种理论与实际方法对材料进行实验比较。材料在机构中会受到拉伸或压缩、弯曲、剪切、扭转及其组合等变形。根据胡可定律(Hookes law)，在弹性限度内，材料的应力与应变成线性关系。2.4 材料力学的研究对象2.4.1 杆件构件的形状可以是各式各样的。材料力学主要研究对象是杆件。所谓杆件，是指是指长度远大于其他两个方向尺寸的变

31、形体。如房屋中的梁、柱、屋架中的各根杆等等。轴线为直线、横截面相同的杆称为等直杆。材料力学主要研究等直杆。2.4.2 杆件变形的基本形式杆件的受力有各种情况，相应的变形就有各种形式。杆件变形的基本形式有四种：图2.11拉伸或压缩：这类变形是由大小相等方向相反，力的作用线与杆件轴线重合的一对力引起的。在变形上表现为杆件长度的伸长或缩短。截面上的内力称为轴力。横截面上的应力分布为沿着轴线反向的正应力。整个截面应力近似相等。（见图2.1a.b）2剪切：这类变形是由大小相等、方向相反、力的作用线相互平行的力引起的。在变形上表现为受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生相对错动。截面上的内力称为剪力。横截面上

32、的应力分布为沿着杆件截面平面内的的切应力。整个截面应力近似相等。（见图2.1c）图2.13扭转：这类变形是由大小相等、方向相反、作用面都垂直于杆轴的两个力偶引起的。表现为杆件上的任意两个截面发生绕轴线的相对转动。截面上的内力称为扭矩。横截面上的应力分布为沿着杆件截面平面内的的切应力。越靠近截面边缘，应力越大。（见图2.1d）4弯曲：这类变形由垂直于杆件轴线的横向力，或由包含杆件轴线在内的纵向平面内的一对大小相等、方向相反的力偶引起，表现为杆件轴线由直线变成曲线。截面上的内力称为弯矩和剪力。在垂直于轴线的横截面上，弯矩产生垂直于截面的正应力，剪力产生平行于截面的切应力。另外，受弯构件的内力有可能

33、只有弯矩，没有剪力，这时称之为纯剪构件。越靠近构件截面边缘，弯矩产生的正应力越大。（见图2.1e）工程实际中的杆件，可能同时承受不同形式的荷载而发生复杂的变形，但都可以看做以上四种基本变形的组合。2.5 组合变形在外力作用下，构件同时产生两种或两种以上的基本变形，称为组合变形。例如斜弯曲，是相互垂直的两个平面弯曲的组合；轴向拉伸(压缩)与弯曲的组合；以及扭转和弯曲的组合等。2.6 组合变形在建筑工程的应用2.6.1 组合变形强度计算根据材料符合胡克定律、圣文南原理，小变形条件下，应的叠加原理，对组合变形构件的强度分析计算方法，可概括为：分解简明化按照基本算分析叠加法。具体方法：1将外力分解或简

34、化为符合各基本变形外力作用条件的静力等效力系。 2按照各基本变形，计算出横截面上内力确定危险截面位置及其内力分量。根据应力分布规律，确定危险点的位置及其应力分量。 3分析叠加作出危险点的应力状态，选择适当的强度理论建立强度条件，进行强度计算。由于受力方式的不同，组合变形在危险截面上危险点处叠加后的应力状态分别有两种情况；一种是仍处于单向拉伸或压缩应力状态，可直接应用拉伸(压缩)的强度条件。如斜弯曲，拉伸(压缩)和弯曲的组合(包括偏心拉、压)等。另一类同时存在有正应力和剪应力作用处于复杂应力状态，则须用强度理论建立强度条件。如弯曲与扭转的组合等2.6.2 组合变形位移计算1将外力分解或简化为符合

35、各基本变形外力作用条件的静力等效力系。2按照各基本变形计算相应的位移。3对于不同变形性质的位移相互独立，对于同一变形性质的位移进行叠加。2.7 压杆稳定压杆稳定是指当细长的受压杆当压力达到一定值时，受压杆可能突然弯曲而破坏，即产生失稳现象。由于受压杆失稳后将丧失继续承受原设计荷载的能力，而失稳现象又常是突然发生的，所以，结构中受压杆件的失稳常造成严重的后果，甚至导致整个结构物的倒塌。工程上出现较大的工程事故中，有相当一部分是因为受压构件失稳所致，因此对受压杆的稳定问题绝不容忽视。所谓压杆的稳定，是指受压杆件其平衡状态的稳定性。当压力P小于某一值时，直线状态的平衡为稳定的，当P大于该值时，便是不

36、稳定的，其界限值P称为临界力。当压杆处于不稳定的平衡状态时，就称为丧失稳定或简称失稳。显然，承载结构中的受压杆件绝对不允许失稳。由于杆端的支承对杆的变形起约束作用，且不同的支承形式对杆件变形的约束作用也不同，因此，同一受压杆当两端的支承情况不同时，其所能受到的临界力值也必然不同。工程中一般根据杆件支承条件用“计算长度”来反映压杆稳定的因素。不同材料的压杆，在不同支承条件下，其承载力的折减系数也不同，所用的名称也不同，例如钢压杆叫长细比，钢筋混凝土柱叫高宽比，砌体墙、柱叫高厚比，但这些都是考虑压杆稳定问题。2.8提高压杆稳定性的措施1.选择合理截面形状在其他条件相同情况下，截面的惯性矩I越大，则

37、临界力Per越大，压杆稳定性就越好。其临界力越大，因此稳定性最好。所以房屋的柱子多采用正方形、圆形和空心圆形等截面稳定性好。2.减小压杆的长度减小压杆的长度，以增大临界力，是提高压杆稳定性最有效的措施。在条件允许时，应尽量使压杆的长度减小。例如塔架、井架、脚手架等。隔一定距离就要加横向支撑，就是这个缘故。3.加强杆端约束结合拉（压）杆的变形概念，在两端铰支压杆中，其长度系数为1，压杆两端铰支约束较弱，临界小容易失稳，若将压杆两端改为两端固定，可见临界力增大了三倍，从而提高了压杆的稳定性，因此在条件允许时，应尽可能加强杆段约束。4.合理选择材料由欧拉公式可知，临界力与材料的弹性横量E成正比，选用

38、E值较大的材料，可以增大压杆的临界力，从而提高压杆的稳定性。但应注意，各种钢材的E值大致相同，因此，选用高强度钢对提高细长压杆的临界力是没有意义的。第三章 结构力学的应用3.1 结构的定义及分类建筑结构是指在建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。建筑结构因所用的建筑材料不同，可分为混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。建筑结构中常见结构受力体系类型及施工方法分：1.混合结构：砖混或砖木，块材砌筑墙体（或用大型预制墙材安装）、（木、预制或现浇混凝土）楼板 2.框架结构：梁柱钢接而成的受力体系，（钢筋混凝土或者钢材）预制

39、柱、梁、板装配；现浇混凝土柱、梁，预制板；全现浇钢筋混凝土 3.框架剪力墙结构：现浇混凝土墙，现浇混凝土柱、梁，现浇板 4.剪力墙结构：全装配大板；内浇外挂；全现浇（大模板、滑模）；配筋砌块墙体，现浇构造柱、芯柱和圈梁 5.框筒结构：全现浇（大模板、滑模）； 6.筒中筒结构：内外各做成筒，一般内筒为全现浇；外筒（现浇混凝土、钢）做成密柱深梁形成筒体 7.钢网架、悬索结构3.2 建筑结构的应用按所用材料分类：1.混凝土结构 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。其主要有点事强度高、整体性好、耐久性与耐火性好、易于就地取材、具有良好的可模型等

40、。主要缺点是自重大、抗裂性差、施工环节多、工期长等。 2.砌体结构 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，广泛应用于多层名用建筑。其主要有点事易于就地取材、耐久性与耐火性好、施工简单、造价低。主要缺点是强度（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。 3.钢结构（图3.1） 钢结构是由钢板、型钢等钢材通过有效的链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。随着我国经济建筑的迅速发展，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。钢结构与其他结构形式相比，其主要有

41、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。 4.木结构 木结构是指全部或大部分用木材料之所的结构。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。按承重结构类型分类：1.砖混结构 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。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，她主要用于层数不多的住宅、宿舍、办公楼、旅馆等民用建筑。 2.框架结构 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

42、我国框架结构多采用钢筋混凝土建造。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。 3.框架剪力墙结构 框架激励强结构是指在框架结构内纵横方向适当位置的柱与柱之间，布置厚度不小于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。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。 4.剪力墙结构 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。

43、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。5.筒体结构 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。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。 6.排架结构 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。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。3.3 结构的基本要求

44、一个好的建筑结构必须能满足安全、稳定性的要求。结构力学所研究的内容就是所有杆系结构在满足强度、刚度、稳定性要求时的力学原理和方法。1.强度要求当结构或构件达到最大承载力、疲劳破坏或达到不适于继续承载的变形状态时，称该结构达到承载能力极限状态。当结构出现下列状态之一时，即认为超出了承载能力极限状态：整个结构的一部分做为刚体失去平衡（如滑移或倾覆等）；结构构件或连接因其应力超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不适于继续承载；结构转变为机动体系而丧失承载能力；结构因达到临界荷载而丧失稳定。2.刚度要求结构的刚度是指结构能够限制作用力所产生的变形的一种性质，这是属于结构正常使用极限

45、状态的问题。可见，在荷载不变的情况下，结构的刚度大，结构的相应变形小；结构的刚度小，结构的变形大。一栋建筑物在施加各种设计所允许的作用力后，即不应该发生倒塌性的破坏，也不应该出现过大的变形。结构一旦由于过分柔软（即刚度很小，而柔度很大）而出现过大的变形，超越正常使用极限状态，结构便失去了它的使用功能。例如，吊车梁或楼板梁在荷载等因素作用下，虽然满足强度要求，即不至破坏，但梁的变形过大，超出所规定的范围，也影响正常工作和使用。3.稳定性要求稳定问题。对于比较细长的中心受压杆，当压力超过某一定压力时，杆就不能保持直线形状，而突然从原来的直线形状变成曲线形状，改变它原来受压的工作性质而发生破坏。例如

46、，房屋承重的柱子，过细、过高，就可能由于柱子的失稳而导致整个房屋的突然倒塌。工程中由于结构失稳而导致的事故时有发生，加拿大魁北克大桥、美国华盛顿剧院的倒塌事故，1983年北京某科研楼兴建中脚手架的整体失稳等都是工程结构失稳的典型例子。随着工程结构向高层、大跨方向发展，所用材料向高强度方向发展，结构中部件或整体平衡状态丧失稳定性的可能性增大。因此，结构设计除须保证足够的强度和刚度外，保证结构具有足够的稳定性也就日显重要。第4章 建筑力学应用4.1. 建筑力学在工程中的应用4.1.1固体力学方面：建筑力学在工程中的应用，经典的连续介质力学的模型和体系可能被突破，它们可能将包括某些对宏观力学行为起敏

47、感作用的细观和微观因素，以及它们的演化，从而使复合材料的强化、韧化和功能化立足于科学的认识之上固体力学将融汇力-热-电-磁等效应，机械力与热、电、磁等效应的转换和控制，从而解决微机械、微工艺、微控制等方面急需解决的问题。固体力学中非线性动力学、非平衡统计和热力学的概念和方法将大大丰富起来。随着计算机的飞速发展，分子动力学等微观模拟方法、复杂结构的仿真分析将更大规模更迅速地在固体力学和工程设计中得到应用和发展。固体力学的上述发展，必将推动科学和工程技术的巨大进步。4.1.2流体力学方面：建筑力学在工程中的应用为了尽可能多地开采地下油气，需要深入研究渗流机理并定量化。它的研究还有助于了解各种新陈代谢的宏观机制。化工流程的设计，很大程度上归结为流体运动的计算问题。由于流动的复杂性，针对若干典型化工设备进行深入的研究，将为化工设计和生物技术产业化等提供新方法和基础。而复杂流场计算需要各种计算方法和理论，必须发展新的计算机软硬件，这就必须在计算流体力学上投入更大的力量。为了尽可能多地开采地下油气，需要深入研究渗流机理并定量化。它的研究还有助