建筑结构的类型和计算简图(课堂PPT).ppt

13.1 3.1 常见建筑结构的类型常见建筑结构的类型3.2 3.2 结构计算简图结构计算简图3.3 3.3 结构受力分析图结构受力分析图3.4 3.4 本章小结本章小结3.3.建筑结构的类型及计算简图建筑结构的类型及计算简图要求：了解建筑结构的含义和分类方法；掌握常见支座和节点的类型和性质；掌握结构计算简图的简化过程；熟练掌握结构受力分析图的画法。建筑力学建筑力学223.1 3.1 常见建筑结构的类型常见建筑结构的类型一、建筑结构和建筑结构设计 对建筑物进行承载能力分析时，首先要对建筑物进行抽象，去掉其中繁杂的无关内容，只保留和承载能力有关的核心骨架。这种决定建筑物承载能力的核心骨架就是建筑结构，简称结构。+建筑物的主题设计：建筑设计；结构设计。+结构设计的对象是建筑结构。+建筑力学是解决结构分析过程中遇到各种问题的一门学科。结构分析：内力计算结构设计：构件设计在建筑物中，起主要受力、传在建筑物中，起主要受力、传力及支承作用的部分。力及支承作用的部分。2024/11/1 周五3二、建筑结构的分类1、结构的一般分类（不同角度有不同分类方法）+建筑材料：砖石结构、混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢结构、木结构、组合结构等；+空间角度（结构传力的单向性或多向性）：平面结构、空间结构等；+结构型式：砖混结构、框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等；2024/11/1 周五4+构件的几何特征：、杆系结构：由杆件组成。几何特征：横截面长度、板壳（薄壁:薄板、薄壳）结构 几何特征：厚度长度和宽度、实体结构 几何特征：结构的长、宽、高属同一量级2024/11/1 周五52024/11/1 周五6示例示例1 1高层建筑高层建筑 高耸结构高耸结构（杆系结构、框架结构、钢筋混凝土结构等）（壳体结构、钢筋混凝土结构、空间结构等）2024/11/1 周五示例示例2 2大跨结构大跨结构（杆系结构、空间网架结构、薄壳结构、钢结构等）示例示例3 3桥梁结构桥梁结构（杆系结构、悬索结构等）9二、建筑结构的分类二、建筑结构的分类2、杆系结构的分类 在一般民用建筑中，杆系结构应用最广，分析流程相对简单，本书主要介绍杆系结构的分析方法。+根据节点的连接方式和空间形态一般分为：+刚架：各杆之间以刚接方式连接（混凝土结构）。+桁架：各杆之间以铰接方式连接（工业厂房）。+网架：铰接；平面；双层。+网壳：铰接；曲面；单层或双层。2024/11/1 周五102024/11/1 周五11112024/11/1 周五123.23.2结构计算简图结构计算简图 一、结构计算简图一、结构计算简图 在结构计算中，用以代替实际结构，并反应实在结构计算中，用以代替实际结构，并反应实际结构主要际结构主要受力和变形受力和变形特点的计算模型。特点的计算模型。二、结构计算简图的简化原则二、结构计算简图的简化原则 1 1、反映实际结构的主要、反映实际结构的主要受力和变形受力和变形特点：计算特点：计算结果安全可靠；结果安全可靠；、便于计算：简化程度与计算手段以及对结果、便于计算：简化程度与计算手段以及对结果的要求相一致。的要求相一致。三、结构计算简图的简化过程三、结构计算简图的简化过程 1 1、建筑物所受荷载的抽象和简化；、建筑物所受荷载的抽象和简化；2 2、约束的抽象和简化；、约束的抽象和简化；3 3、结构构件的抽象和简化。、结构构件的抽象和简化。2024/11/1 周五13+荷载：荷载：所有作用在结构上的外力（建筑自重、用所有作用在结构上的外力（建筑自重、用户重量、自然风力、雪的压力）。户重量、自然风力、雪的压力）。+响应（反应）：响应（反应）：结构在荷载作用下产生的内力结构在荷载作用下产生的内力和位移。和位移。+广义荷载：广义荷载：导致结构产生响应的导致结构产生响应的非力非力外因（温外因（温度变化、基础沉降、材料收缩等）。度变化、基础沉降、材料收缩等）。+结构分析：结构分析：求结构系统的特定输入（外部作用）求结构系统的特定输入（外部作用）下的输出（响应）。下的输出（响应）。1 1、建筑物所受荷载的抽象和简化、建筑物所受荷载的抽象和简化荷载或广义荷载荷载或广义荷载内力、位移内力、位移结构系统2024/11/1 周五14（1 1）建筑荷载的分类）建筑荷载的分类a.a.按照荷载的性质：按照荷载的性质：+永久荷载（恒载）：永久荷载（恒载）：长期作用在结构上的不变长期作用在结构上的不变荷载（楼板、墙体、梁、柱等）。荷载（楼板、墙体、梁、柱等）。+可变荷载（活载）可变荷载（活载）：作用在结构上的可变动作用在结构上的可变动的荷载（楼面活荷载、风载、雪载等）。的荷载（楼面活荷载、风载、雪载等）。+偶然荷载：偶然荷载：一般指爆炸力、冲击力等比较意外一般指爆炸力、冲击力等比较意外的荷载。的荷载。b.b.按照分布方式：按照分布方式：集中荷载、均布荷载和非集中荷载、均布荷载和非均布荷载均布荷载荷载的抽象和简化荷载的抽象和简化建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范2024/11/1 周五15（2 2）建筑荷载的计算）建筑荷载的计算 例例3-1 3-1 如图为南京某建筑物平顶楼盖的剖面图。根据如图为南京某建筑物平顶楼盖的剖面图。根据建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB50009-2001GB50009-2001）计算其屋）计算其屋面永久荷载和可变荷载。面永久荷载和可变荷载。荷载的抽象和简化荷载的抽象和简化2024/11/1 周五162 2、约束的简化和约束力、约束的简化和约束力+自由体和非自由体自由体和非自由体+约束：约束：对自由体进行限制，使之成为非自对自由体进行限制，使之成为非自 由体的部件称为约束。由体的部件称为约束。+支座：支座：杆件与地基之间的约束。杆件与地基之间的约束。+节点：节点：杆件与杆件之间的约束。杆件与杆件之间的约束。+众多杆件通过节点和支座联系成一个非自众多杆件通过节点和支座联系成一个非自由的、可以抵御外荷载的杆系由的、可以抵御外荷载的杆系结构结构。2024/11/1 周五17（1 1）支座：）支座：固定支座固定支座、铰支座、滑移支座和、铰支座、滑移支座和 辊轴支座辊轴支座 +固定支座：固定支座：不允许有任何方向的移动和转动，产生水平、竖直及限制转动的约束力。约束的简化和约束力约束的简化和约束力2024/11/1 周五18（1 1）支座：固定支座、）支座：固定支座、铰支座铰支座、滑移支座和、滑移支座和 辊轴支座辊轴支座 +铰支座：铰支座：允许绕固定铰铰心的微小转动。过铰心产生任意方向的约束力（分解成水平和竖直方向的两个力）。约束的简化和约束力约束的简化和约束力2024/11/1 周五19（1 1）支座：固定支座、铰支座、）支座：固定支座、铰支座、滑移支座滑移支座和和 辊轴支座辊轴支座 +滑移支座：滑移支座：允许产生沿链杆垂直方向的微小移动，但不允许有转动和另一方向的移动。约束的简化和约束力约束的简化和约束力2024/11/1 周五20（1 1）支座：固定支座、铰支座、滑移支座和）支座：固定支座、铰支座、滑移支座和 辊轴支座辊轴支座+辊轴支座：辊轴支座：允许微小转动和沿支座链杆垂直方向的微小移动。沿支座链杆方向产生约束力。约束的简化和约束力约束的简化和约束力2024/11/1 周五21约束的简化和约束力约束的简化和约束力（1 1）支座：固定支座、铰支座、辊轴支座和）支座：固定支座、铰支座、辊轴支座和 滑移支座滑移支座2024/11/1 周五22（2 2）节点：）节点：刚节点刚节点、铰接点和组合节点、铰接点和组合节点+刚节点：刚节点：汇交于一点的杆端是用一个完全不变形的刚性结点连结，形成一个整体。刚结点所连各杆端相互之间的夹角不能改变。约束的简化和约束力约束的简化和约束力2024/11/1 周五23（2 2）节点：刚节点、）节点：刚节点、铰接点铰接点和组合节点和组合节点+铰接点：铰接点：汇交于一点的杆端是用一个完全无磨擦的光滑铰连结。铰结点所连各杆端可独自绕铰心自由转动，即各杆端之间的夹角可任意改变。约束的简化和约束力约束的简化和约束力2024/11/1 周五24（2 2）节点：刚节点、铰接点和）节点：刚节点、铰接点和组合节点组合节点+组合节点（半铰组合节点（半铰)：刚结点与铰结点的组合体。刚结点与铰结点的组合体。约束的简化和约束力约束的简化和约束力2024/11/1 周五252024/11/1 周五261 1、结构体系和构件的简化、结构体系和构件的简化 空间杆系结构 平面杆系结构 杆系结构的杆件 其杆件轴线代替。用杆轴线构成的几何轮廓代替原结构的几何尺寸，并且所有杆件轴线都位于同一平面内，且通过结点的中心，全部结点都当作理想铰结点。2 2、材料性质的简化、材料性质的简化 结构为连续、均匀、各项同性，完全弹性体3 3、构件的简化、构件的简化2024/11/1 周五274、工程实例、工程实例+例例3 32 2：某预制楼板的实际构造如图，试绘：某预制楼板的实际构造如图，试绘制楼梯的计算简图。制楼梯的计算简图。2024/11/1 周五285、几种常见的杆系结构的计算简图、几种常见的杆系结构的计算简图2024/11/1 周五293.3 结构受力分析图结构受力分析图+物体受力分析包含两个步骤：物体受力分析包含两个步骤：+1 1取分离体：取分离体：是把所要研究的物体或物体的一部分是把所要研究的物体或物体的一部分解除全部约束解除全部约束，即解除研究对象与其它部分的联系，即解除研究对象与其它部分的联系，得到一个与外界完全隔离的得到一个与外界完全隔离的隔离体隔离体；+2 2画受力图（示力图）画受力图（示力图）（1 1）主动力：画出分离体上受到的主动力（外荷载）；主动力：画出分离体上受到的主动力（外荷载）；（2 2）约束反力：约束反力：用相应的约束反力代替解除的约束对研用相应的约束反力代替解除的约束对研究对象的作用。究对象的作用。+注：受力图是画出分离体上所受的全部外力，即主动注：受力图是画出分离体上所受的全部外力，即主动力与约束力。主动力是荷载产生的力，实际作用的力；力与约束力。主动力是荷载产生的力，实际作用的力；约束反力是解除联系后作用力。约束反力是解除联系后作用力。+例题例题2024/11/1 周五30受力分析步骤：受力分析步骤：+1 1取研究对象；画分离体图；取研究对象；画分离体图；+2 2在分离体上画所有主动力；在分离体上画所有主动力；+3 3在分离体上解除约束处按约束性质画出全部约束在分离体上解除约束处按约束性质画出全部约束力，假设一个正方向。力，假设一个正方向。2024/11/1 周五31（1）分离体要彻底分离。（2）约束反力、外力一个不能少。（3）约束反力要符合约束类型的性质。（4）未知力不能判定实际方向的先假设方向，经 计算结果为正时假设方向就是实际方向，为负时假设方向与实际方向相反。（5）分离体内力不能画出。（6）作用力与反作用力方向相反，需分别画在相互作用的两个不同的隔离体上。分离体受力图不能错，否则皆错。画分离体图注意：画分离体图注意：2024/11/1 周五32n n例例1 1 如图所示如图所示,简支梁简支梁AB,AB,跨中受到集中力跨中受到集中力F,F,A A端为固定铰支座约束端为固定铰支座约束,B,B端为可动铰支座约束端为可动铰支座约束.试画出梁的受力图试画出梁的受力图.F F F Fy yA A A AB B B BF F F Fx xC C C CF FA A A AB B B BC C C CF FF F F Fy yA A A AB B B BC C C CF FD D D DF F F FB BF F F FA A2024/11/1 周五33F F F FA AAP P P PF F F FBC C C CP P P PBF F F FBCB B B BCA A A AB B B B二二二二力力力力构构构构件件件件F F F FC例例例例2 2 2 2 如图三角铰刚架及如图三角铰刚架及如图三角铰刚架及如图三角铰刚架及受力情况如图所示，试分受力情况如图所示，试分受力情况如图所示，试分受力情况如图所示，试分别画出构件别画出构件别画出构件别画出构件ACACACAC、BCBCBCBC和整和整和整和整体体体体ABCABCABCABC的受力图。的受力图。的受力图。的受力图。2024/11/1 周五34YAXA XyABaaq qPq qPaa/2YAXAYcXcYAXcYBXBYBXB C例例例例3 3 如图三角铰刚架如图三角铰刚架如图三角铰刚架如图三角铰刚架及受力情况如图所及受力情况如图所及受力情况如图所及受力情况如图所示，试分别画出构件示，试分别画出构件示，试分别画出构件示，试分别画出构件ACAC、BCBC和整体和整体和整体和整体ABCABC的的的的受力图。受力图。受力图。受力图。2024/11/1 周五35GGF FT Tn n例例例例4 4 起吊架由杆件起吊架由杆件起吊架由杆件起吊架由杆件ABAB和和和和CDCD组成及滑轮构成，起吊组成及滑轮构成，起吊组成及滑轮构成，起吊组成及滑轮构成，起吊重物的重量为重物的重量为重物的重量为重物的重量为QQ。不计杆件自重，作杆件。不计杆件自重，作杆件。不计杆件自重，作杆件。不计杆件自重，作杆件ABAB的受的受的受的受力图。力图。力图。力图。CDDFDFAXFAYF FBxF FByABF F BxF F ByABGGF FT T2024/11/1 周五36n n习题习题:图中所示结构中，构件图中所示结构中，构件AB和和BC的自重分的自重分别为别为P1和和P2，BC上受荷载上受荷载F的作用。作构件的作用。作构件AB、BC及结构整体的受力图。及结构整体的受力图。ABCDFFP1FP2FP1ABDFAxFAyFDFByFBxBCFFP2FBxFByFC2024/11/1 周五37 补充题补充题 多跨静定梁如图所示多跨静定梁如图所示,已知已知q=5kN/m,P=10kN,q=5kN/m,P=10kN,试画出该多试画出该多跨梁的受力图。跨梁的受力图。P Pq qYFYDYBYA 1m2m2m4m1m1mH H H HE E E EA A A AB B B BC C C CD D D DF F F FH H H HP PF F F FE EF FB BF FA Aq qF FC CF F F FD DF F F FE EF FC CF FE E=F FY Y=5kN=5kNF FC C=5kN,=5kN,F FD D=10kN=10kNF FAxAx=11.25kN,=11.25kN,F FBy By=3.75kN=3.75kN2024/11/1 周五38B BA APP/2PPPPP/2简单桁架：由基础简单桁架：由基础简单桁架：由基础简单桁架：由基础或一个基本铰接三或一个基本铰接三或一个基本铰接三或一个基本铰接三角形开始逐次增加角形开始逐次增加角形开始逐次增加角形开始逐次增加二杆结点，组成的二杆结点，组成的二杆结点，组成的二杆结点，组成的桁架。桁架。桁架。桁架。思考：思考：思考：思考：作作作作-截面以左部分的受力图？截面以左部分的受力图？截面以左部分的受力图？截面以左部分的受力图？2024/11/1 周五39n n例2-1 起吊架由杆件AB和CD组成，起吊重物的重量为Q。不计杆件自重，作杆件AB的受力图。ACDBQABTDNDXAYAQT2024/11/1 周五40n n图中所示结构中，构件图中所示结构中，构件ABAB和和BCBC的自重分别为的自重分别为P1P1和和P2P2，BCBC上受荷载上受荷载F F的作用。作构件的作用。作构件ABAB、BCBC及结构整体的受力图。及结构整体的受力图。ABCDFP1P2P1ABDXAYANDXBYBBCFP2XBYBNC2024/11/1 周五41n n习题习题2-11 2-11 按图示系统作（按图示系统作（1 1）杆）杆CDCD、轮、轮OO、绳索及重物、绳索及重物所组成系统的受力图。（所组成系统的受力图。（2 2）折杆）折杆ABAB的受力图。（的受力图。（3 3）折）折杆杆GEGE的受力图。（的受力图。（4 4）系统整体的受力图。）系统整体的受力图。XGYGNFNAOWABCDEFG2024/11/1 周五42WTXDYDXCYCYDXDNFXDYDXCYCNENBT NA2024/11/1 周五