建筑力学第三章习题课与作业课件

建筑力学第三章 建筑结构的类型和结构计算简图n n了解常见建筑结构类型，掌握结构计算简图绘制和结构受力分析。本章回顾n n建筑结构和结构计算简图n n建筑荷载的分类与计算n n约束的简化和约束力n n结构受力分析图什么是结构计算简图?n n结构计算简图对建筑物力学本质的描述，是从力学的角度对建筑物的抽象和简化，这一抽象和简化过程包括三个环节：n n建筑物所受建筑物所受荷载荷载的抽象和简化；的抽象和简化；n n约束约束的抽象和简化；的抽象和简化；n n结构结构构件构件的简化和抽象。的简化和抽象。结构的简化必须符合结构的结构的简化必须符合结构的实际情况，不是随意的简化。实际情况，不是随意的简化。建筑荷载的分类（一）n n按照建筑荷载的性质分为：永久荷载、按照建筑荷载的性质分为：永久荷载、可变荷载、偶然荷载可变荷载、偶然荷载n n永久荷载永久荷载(恒载恒载)n n长期作用在结构上的不变的荷载。如屋面板、屋架、楼板、长期作用在结构上的不变的荷载。如屋面板、屋架、楼板、墙体、梁、柱等建筑物各部分的自重。墙体、梁、柱等建筑物各部分的自重。n n可变荷载可变荷载n n结构上可变动的荷载。如楼面活荷载（如民用建筑楼面活荷结构上可变动的荷载。如楼面活荷载（如民用建筑楼面活荷载是指民用建筑在使用期间，由人群、载是指民用建筑在使用期间，由人群、物件、家具、设备物件、家具、设备等产生的荷载）、吊车荷载、风荷载、雪荷载、积灰荷载等。等产生的荷载）、吊车荷载、风荷载、雪荷载、积灰荷载等。n n可变荷载的确定相对比较复杂，有较大的随机性。为了简化可变荷载的确定相对比较复杂，有较大的随机性。为了简化设计流程，设计流程，荷载规范荷载规范给出了各类建筑活荷载标准值。给出了各类建筑活荷载标准值。n n偶然荷载偶然荷载n n一般指爆炸力、撞击力等比较意外的荷载。一般指爆炸力、撞击力等比较意外的荷载。建筑荷载的分类（二）n n按照建筑荷载的分布方式分为：集中荷载、均布荷载、非均布荷载n n把次梁传到主梁的荷载作为集中力处理建筑荷载的分类（二）n n楼板的荷载直接传到框架梁上，这时框架梁承受均布荷载。建筑荷载的分类（二）水坝压力水坝压力非非均均布布荷荷载载建筑荷载的计算n n当建筑物给定后，其尺寸和各种建筑材料的用量就已经确定了，所以，只要根据材料用量和材料密度，就容易计算出作用在该结构上的永久荷载。n n同时，根据建筑物的使用环境和情况，依据规范还可以计算出建筑物上的可变荷载、偶然荷载。n n建筑结构荷载规范GB 50009-2001约束的简化和约束力n n众多杆件通过杆件和杆件之间的约束节点；杆件和地基之间的约束支座；节点、支座联系成为一个非自由的，可抵御外荷载的杆系结构。杆件、支座、节点 杆件和地基之间的约束杆件和地基之间的约束杆件和地基之间的约束杆件和地基之间的约束杆件和杆件之间的约束杆件和杆件之间的约束杆件和杆件之间的约束杆件和杆件之间的约束杆系结构支座的简化汇总反力数目反力性质位移性质计算简图支座名称1可有竖向反力水平反力为0约束力矩为0竖向位移为0可有水平位移可有角/转动位移辊轴支座2可有竖向反力可有水平反力约束力矩为0竖向位移为0水平位移为0可有角/转动位移铰支座2竖向反力为0可有水平反力可有约束力矩可有竖向位移水平位移为0角/转动位移为0滑移支座3可有竖向反力可有水平反力可有约束力矩竖向位移为0水平位移为0角/转动位移为0固定支座3.2.3 约束的简化和约束力杆件、支座、节点 杆件和地基之间的约束杆件和地基之间的约束杆件和地基之间的约束杆件和地基之间的约束杆件和杆件之间的约束杆件和杆件之间的约束杆件和杆件之间的约束杆件和杆件之间的约束杆系结构 众多杆件通过杆件和杆件之间的约束节点；杆件和地基之间的约束支座；节点、支座联系成为一个非自由的，可抵御外荷载的杆系结构。约束的简化和约束力节点节点结构中，把各个杆件结构中，把各个杆件连接连接在一起的在一起的区域区域称为称为节点节点。根据实际构造和受力特点，节点分为：根据实际构造和受力特点，节点分为：刚结点、铰结点、组合结点刚结点、铰结点、组合结点 1233.2.3 约束的简化和约束力杆件、支座、节点 杆件和地基之间的约束杆件和地基之间的约束杆件和地基之间的约束杆件和地基之间的约束杆件和杆件之间的约束杆件和杆件之间的约束杆件和杆件之间的约束杆件和杆件之间的约束杆系结构 众多杆件通过杆件和杆件之间的约束节点；杆件和地基之间的约束支座；节点、支座联系成为一个非自由的，可抵御外荷载的杆系结构。杆件的简化n n主要研究对象是平面杆系结构：n n梁、拱、刚架、桁架梁、拱、刚架、桁架结构受力分析图n n实际建筑物抽象成结构计算简图后，问题就转变成了一个纯粹的力学问题。n n结构的受力分析图，实际上是以结构某特定部分为对象的示力图结构受力分析图n n受力分析解题的基本要求n n结构整体分析结构整体分析n n取隔离体取隔离体，确定研究对象，建立坐标系，确定研究对象，建立坐标系n n进行受力分析进行受力分析：外力，约束反力：外力，约束反力n n分析平衡条件，选择合适的平衡方程求解未分析平衡条件，选择合适的平衡方程求解未知力知力n n结果表述，须说明力的三要素：大小，方向，结果表述，须说明力的三要素：大小，方向，作用点作用点例题与作业解答例题与作业解答解：解：1、取梁、取梁AB为研究对象。为研究对象。2、受力分析如图，其中、受力分析如图，其中Q=q.AB=1003=300N；作；作用在用在AB的中点的中点C。B BA AD DQ QN NAyAyN NAxAxN ND DC CM My yx xB BA AD D1m1mq q2m2mM M例：例：梁梁ABAB上受到一个均布载荷和一个力偶作用，已上受到一个均布载荷和一个力偶作用，已知载荷集度知载荷集度q q=100N/m=100N/m，力偶矩大小，力偶矩大小M=500 NM=500 Nm m。长度长度AB AB=3m=3m，DBDB=1m=1m。求活动铰支。求活动铰支D D 和固定铰支和固定铰支A A 的反力。的反力。3 3、列平衡方程：、列平衡方程：4、联立求解：、联立求解：ND=475 N NAx=0 NAy=-175 NB BA AD DQ QN NAyAyN NAxAxN ND DC CM My yx x例例 求图示结构的支座反力。求图示结构的支座反力。解：解：取取AB AB 杆为研究对象画杆为研究对象画受力图。受力图。由由 FX=0 ：由由 Fy=0 ：由由 MA=0 ：一一个个研研究究对对象象最最多多有有三三个个平平衡衡条条件件，因因此此研研究究对对象象上上最最多多只只能能有有三三个个未未知知力力。注意到注意到BCBC杆有三个未知力，杆有三个未知力，而而ABAB 杆未知力超过三个，所杆未知力超过三个，所以应先取以应先取BC BC 杆为计算对象，杆为计算对象，然后再取然后再取AB AB 杆为计算对象。杆为计算对象。例例 求图示结构的支座反力。求图示结构的支座反力。解：解：由由 F FX X=0 =0 ：由由 F Fy y=0 =0 ：由由 M MB B=0 =0 ：BCBC杆：杆：由由 F FX X=0 =0 ：由由 Fy=0 Fy=0 ：由由 M MA A=0 =0 ：ABAB杆：杆：注意作用与反作用关系，注意作用与反作用关系，所以：所以：3-4 作图示结构杆件AB的示力图。(a)解：受力分析，作示力图建立坐标系，列平衡方程FVDABFPll/2ABFPDFVAFHA说明受力方向FPl/2l/2ABFPABFVBFVAFHAMA（b）解：受力分析3-5 作图示结构ABCD的示力图。(a)解：受力分析，作示力图FPl/2l/2ABDClFPABDCFPl/2l/2ABDClFVAFHAFVAFHAMAFVDFPABDCFVDMD说明受力方向（b）解：受力分析3-6 求支座求支座A的反力的反力(a)解：首先进行取隔离体，受力分析解：首先进行取隔离体，受力分析建立坐标系，列平衡方程建立坐标系，列平衡方程2m3mAB10kN5kNmAB10kN5kNmFVAFHAFVB说明受力方向3-6 求支座求支座A的反力的反力(b)解：首先进行取隔离体，受力分析解：首先进行取隔离体，受力分析建立坐标系，列平衡方程建立坐标系，列平衡方程FVAFHAFVB2m3mAB10kN2mAB10kN 说明：说明：解题时需要注意规范性，列方程时解题时需要注意规范性，列方程时应写清楚具体是对整体或某一局部（或一点）应写清楚具体是对整体或某一局部（或一点）进行的受力分析，而且须有必要的文字说明。进行的受力分析，而且须有必要的文字说明。应该注意所求力实际方向与原假设应该注意所求力实际方向与原假设方向的关系。方向的关系。绘制梁AB和BC的受力分析图，并求支座A和C的约束反力。解：该结构体系由两个结构构件组成整体受力分析，需分别受力分析求解对BC建立隔离体，受力分析由由 MC=0 ：由由 Fx=0 ：由由 Fy=0 ：说明力的作用方向！取AB为隔离体，建立坐标系做示力图作用力反作用力原理平衡方程求解MMAA由由 Fx=0 ：由由 Fy=0 ：由由 MA=0 ：