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1、土建工长课程辅导广东奥林匹克中心体育馆广东奥林匹克中心体育馆 静力学基础物体的平衡状态物体相对地球处于静止状态或作匀速直线运动。就称为物体处于平衡状态。平衡条件物体在许多力作用下处于平衡状态，这些力(称为力系)之间就必须满足一定的条件，这个条件就称为力系的平衡条件静力学基础一、力的基本性质1、力的作用效果：什么是力？力是一个物体对另一个物体的作用或者物体之间的相互作用；力的单位：在我国法定计量单位中力的单位是牛顿，简称牛（N）或千牛(kN)力的作用效果有两个：（1）、使物体运动状态发生改变；（2）、使物体产生变形甚至破坏掌握平面力系的平衡方程和杆件内力分析1A411020一、力的基本性质1A4
2、110212、力的三要素：力对物体的作用效果与力的大小、方向和作用点三个因素有关,在力学中这三个因素称为力的三要素。力（矢量）的图示法：用一根带箭头，并以一定比例划出的线段表示力，线段长短表示力的大小；箭头的指向表示力的方向，箭头或箭尾表示力的作用点。图1力的三要素及图示法掌握平面力系的平衡方程和杆件内力分析1A411020一、力的基本性质1A411021力的作用线：通过力的作用点，沿着力的方向的直线3、作用与反作用力是物体之间的作用，其作用力与反作用力相等，方向相反，沿同一作用线相互作用。图2 压力是重力吗？掌握平面力系的平衡方程和杆件内力分析1A411020一、力的基本性质1A411021
3、图3平行四边形法则示意4、力的合成与分解（1）合成求几个力的合力叫做力的合成。或说作用在物体上的两个力用一个力代替叫做力的合成，实验实验表明可用平行四边形法则求合力。掌握平面力系的平衡方程和杆件内力分析1A411020一、力的基本性质1A411021（2）分解将一个力用两个力代替叫做力的分解力的合成的答案是唯一的；而力的分解有无穷个答案无穷个答案，力的分解是力的合成逆运算。图3力的分解示意图R掌握平面力系的平衡方程和杆件内力分析1A411020一、力的基本性质1A411021如果力的分解有限限定定条条件件，则答案就是唯一的，例如：将一个力分解成两个相互垂直的力x=cosy=sin图 4 力的分
4、解唯一解的条件例如互相垂直YXPxPxFO90o掌握平面力系的平衡方程和杆件内力分析1A411020一、力的基本性质1A4110215、约束与约束反力约束限制物体位置或运动的其它物体，则该物体就称为约束。凹槽就是约束，给小球的反作用力就是约束反力。GR1R2掌握平面力系的平衡方程和杆件内力分析1A411020一、力的基本性质1A411021约束的分类：1）绳索约束（只承受拉力）；2）光滑面约束；3）铰链约束。T1铰链掌握平面力系的平衡方程和杆件内力分析1A411020一、力的基本性质1A411021支座结构与地基之间的联系成为支座 固定铰支座固定铰支座（只能转动）;滚动铰支座滚动铰支座（限制上
5、下运）动计算简图二、平面汇交力系的平衡方程及应用力的投影:投影、有正负之分YXXYFO90o合合力力投投影影定定理理：合合力力在在某某坐坐标标轴轴上上的的投投影影等等于于各各分分力力在在同同一一坐坐标标轴轴上上投投影影的的代数和。代数和。XYXYOX1X2X3Y1Y2Y3X二、平面汇交力系的平衡方程及应用（3）平面汇交力系的平衡作用在物体上的许多力称为力系，若这力系交于一点且作用在一个平面内，则称为平面汇交力系，平面汇交力系的平衡条件则应是：合力，即X=0，Y=0（由合力投影定理可知）。平面汇交力系的平衡条件是：XYP1P2PyX二、平面汇交力系的平衡方程及应用（4）利用平衡条件求未知力1、取
6、出隔离体，2、做隔离体受力图，3、列平衡方程，4、求未知力T1、T2。45o30oWACB45o30oW=600NT2=439.1NT2=538.1N三、力偶、力矩的特点及应用1、力矩的概念力使物体绕某点转动的效果与力(P)的作用线至转动中心的距离(d)有关，故人们就以Pd来度量力P对物体的转动效果，称它为力矩M，其中d称为力臂力臂。力矩的单位：N.mm或kN.m力矩的方向：逆时针转动为+,顺时针转动转动中心称为力矩中心力矩中心。2、力矩的平衡(力矩平衡方程)物体绕某点没有转动的条件是：对该点顺时针的力矩和等与反时针的力矩和。力矩平衡方程M=0三、力偶、力矩的特点及应用3、力矩平衡方程的应用利
7、用力矩平衡方程求杆件的未知力PablBARBRAMB-RAl+Pb=0RAMARBl+Pa=0RBP blP al三、力偶、力矩的特点及应用4、力偶的特性两个大小相等方向相反作用线平行（不共线）的特殊力系称为力偶，其大小用力偶矩M来度量,d称为力偶臂。M=Pd(N.mm或kN.m)方向：逆时针转动为逆时针转动为+，顺时针转动为顺时针转动为。用带箭头的弧线表示转动的方向。+逆顺 -dPP三、力偶、力矩的特点及应用5、力的平移作用在物体某一点的力可以平移，但必须同时附加一个力偶。PaPPPPaMPPPaPPPa牛腿柱材料力学 杆件的基本受力形式 按杆件受力后的变形特点杆件的受力形式分为：拉、压、弯
8、、剪、扭五种。1）拉伸（压缩）当外力作用线与杆件的轴线重和时，杆件将发生拉伸（压缩），杆件受拉力（压力）。2）剪切当外力使杆件的一部分相对另一部分产生滑移或错动的趋势时，就发生剪切。3）弯曲当外力作用在梁截面的竖向对称平面内时就发生平面横向弯曲。4）扭转当力偶作用在垂直于杆轴线的平面时杆件就发生扭转。PMPablBARBRA梁的内力1、梁在荷载作用下的内力 内力是指在外荷载作用下，杆件本身的一部分与另一部分之间的相互作用力。梁的内力有：剪力V、弯矩M、轴力N为杆件截面上产生的内力。中性截面中性轴，受压区、受拉区杆件结构可以分为静定结构静定结构和超静定结构超静定结构两类。可以用静力平衡条件确定全
9、部反力和内力的结构叫静定结构静定结构P11VzNNaVVVMM梁的内力弯矩与剪力的方向方向2、剪力图和弯矩图剪力图图示梁上各个截面剪力变化规律的图形。弯矩图图示梁上各个截面弯矩变化规律的图形。+M-MVVPP+VVVPP-VVxlxMxMV+PPPPl梁的内力+M图V图+弯矩图剪力图lBARBRAl1BARBRAPl2qq-1/8ql21/2ql1/2qlM图V图-+P1/8ql2ql2+应力、应变的基本概念1、应力的概念作用在截面单位面积上的内力称为应力。正拉应力；正压应力。NANm2(Pa)kNm2(kPa)Nmm2(MPa)1N1m）21000（100001000N1m21 MPa1 N
10、mm2应力、应变的基本概念2、应变的概念弹性：杆件受拉力后，其长度将伸长，卸去作用力后，其长度将恢复到原来的长度，这种性质称为弹性。弹性体：具有弹性的物体称为弹性体。应变应变是单位长度的伸长（压缩）量。线应变LLLL1-LL杆件原长；L1杆件伸长（压缩）实长。PPLL1应力、应变的基本概念3、弹性定律（胡克定律）弹性变形弹性物体，在拉力或压力的作用下，物体将发生伸长或压缩变形，去掉拉力或压力后，物体将恢复到原来的状态，这种变形成为弹性变形。弹性定律在弹性范围内，应力与应变成正比。=E弹性模量比例常数成为弹性模量，用符号E来表示。是反映材料抵抗变形能力的物理量。其单位与应力单位相同Nmm2(MP
11、a)；钢筋HPB235E2.1105 Nmm2(MPa)；混凝土C20E2.55104Nmm2(MPa)。杆件强度、刚度和稳定性的基本概念 杆件强度的基本概念 结构杆件在规定的荷载作用下，保证不因材料强度发生破坏的要求成为强度要求。强度验算公式:NA MW 截面矩量W：矩形截面 W(16)bh2;圆形截面 W(132)d3拉伸压缩正应力弯曲正应力 杆件强度、刚度和稳定性的基本概念杆件刚度的基本概念 结构杆件在规定荷载作用下，虽有足够的强度，但其变形也不能过大，超过了允许的范围也会影响正常使用。限制过大变形的要求即为刚度要求。f f f允许变形值；砼受弯构件：电动吊车梁fl0 600屋盖、楼盖及
12、楼梯构件当l07m fl0 200压杆稳定1、基本概念 在工程结构中，受压杆件比较细长，当压力达到一定数时,杆件突然弯曲，以致引起整个结构破坏，这种现象称为失稳。PPljPPljP PljQP PljQQ压杆处于直线平衡状态压杆处于处于微弯临界状态，即极限平衡状态P=Plj杆件弯曲失稳压杆稳定 2、临界力Pli（欧拉公式）两端铰接压杆的临界力公式为：l0计算长度影响临界力的因素：1）压杆的材料E;2)压杆的截面形状I;3）压杆的长度L;4)压杆的支承情况。Pli与EI成正比，与l02成反比2EIl02Plil0=2lll0=ll压杆稳定3、临界应力li2EIl02A liANli 2Ei2l0
13、2 i2IAi称为回转半径 矩形i0.289b（短边）2E2园形id 4环形i14D2+d2回转半径i与截面的形状尺寸有关压杆稳定长细比是与截面形状、尺寸、计算长度有关的量，是影响临界力的综合因素。从构造构造上满足刚度刚度要求，则有长细比 杆件的充许长细比重要压杆=150一般压杆=200拉杆=400 l0i长细比钢筋混凝土结构一、混凝土结构的受力特点1、混凝土结构的优点优点1）强度高，两种材料的强度优点能充分利用；2）可模形好；3）耐久性和耐火性较好，维护费用低；4）现浇混凝土结构的整体性好，延性好，适用于抗震抗爆结构，同时，防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构；5）易于就地取材。混凝土结构
14、的缺缺点点：自重大，抗裂性较差ft小，施工复杂，工期较长。钢筋混凝土材料的力学性能1、钢筋：(1)钢筋分类：有有明明显显流流幅幅的的钢钢筋筋（热轧普通钢筋）：含碳量少、塑型好，延伸率大。没没有有明明显显流流幅幅的的钢钢筋筋（热处理钢筋、碳素钢丝、钢绞线）：含碳量多、强度高、塑型差、延伸率小、没有屈服台阶，脆性破坏。钢筋混凝土材料的力学性能有明显流幅的钢筋力学性能基本指标：屈服强度fy钢筋强度标准值fyk具有95的保证率，进行设计以标准值fyk为依据.钢筋强度设计值fy=fyk.（HPB235的材料分项系数1.08）延伸率（伸 长 增 量 与 原 长 的 百 分 比。HPB235的e=26%)）
15、强屈比（抗拉强度与屈服强度之比）冷弯性能（反映钢筋塑性性能的另一个指标）(2)钢筋的成分：铁、碳、锰、硅、钒、钛、硫、磷。钢筋混凝土材料的力学性能2、混凝土(1)混凝土的立方体抗压强度fcu和混凝土强度等级用标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体试块，在28天龄，用标准试验方法测得的抗压强度叫做立方体抗压强度，用fcu表示，单位Nmm2。（2）棱柱体强度fc（轴心抗压强度）（与实际接近）；（3）抗拉强度ft；（4）钢筋与混凝土共同工作粘结应力。钢筋混凝土材料的力学性能混凝土强度等级系根据混凝土立方体抗压强度标准值确定，例C20表示其fcu,k不应低于20Nmm2，C15C80,级差5Nm
16、m2。混凝土强度标准值具有95保证率的混凝土立方体抗压强度称为混凝土的强度等级，用fcu,k表示。fcu,kfcu-1.645其中：fcu混凝土立方体强度统计平均值；混凝土立方体强度统计标准差(离散情况)。例如：C20表明100试块中有95块合格，达到20Nmm2的要求。极限状态设计方法概念现行规范采用：以概率理论为基础的极限状态设计方法。1）结构功能：任何结构在规定的时间内，在正常的条件下，均能满足预定的功能要求。这些功能的要求是：（1）安全性。建筑结构应能承受在正常施工和正常使用过程中可能出现的各种作用（如荷载；、温度变化等），同时，应能在偶然事件（爆炸、强烈地震等）发生时及发生后，保持必
17、需的整体稳定性。（2）适用性。建筑结构在正常使用过程中，应具有良好的工作性能。例如构件应具有足够的刚度，以避免在荷载作用下产生过大变形。（3）耐久性。建筑结构在正常维护条件下应能完好地合用到设计所规定的年限。例如，不致出现混凝土保护层剥落或裂缝过宽而使钢筋锈蚀。2）可靠度 结结构构的的安安全全性性、适适用用性性和和耐耐久久性性总总称称为为结结构构的的可可靠靠性性。结构的可靠性以可靠度来度量。所谓结构的可靠度，是指结构在规定的时间内（一般规定50年）在规定的条件下（指正常设计、正常施工和使用），完成预定功能的概率。因此，结构的可靠度是其可靠性的一种定量描述。极限状态设计方法概念结构功能：戴高乐机
18、场候机厅戴高乐机场候机厅坍塌水泥顶棚与圆柱形金属支柱连接处出现了穿孔。穿孔导致了拱形顶棚中的一个弧度结构出现了折痕。连接顶棚外部金属支柱和水泥顶棚间的金属构件因此也受到了影响。这一金属构件本来也负担着顶棚的重量，但弧度结构上的裂痕使这个构件逐渐穿过了顶棚，不再支撑数十吨重的顶棚，最终导致拱形顶棚发生坍塌 极限状态设计方法概念3）极限状态设计使用表达式0SR0 结构重要性系数；S 内力组合设计值；R 结构构件的承载力设计值。S=GSGk+QSQk SGk 永久荷载标准值在计算截面产生的内力；SQk 可变荷载标准值在计算截面产生的内力；R=R(fc,fs,ad)fc混凝土的强度设计值；fs钢筋的强
19、度设计值；ad几何参数的标准值。受弯构件截面强度计算1、梁的截面尺寸（bxh)2、梁的配筋 纵向受力钢筋 箍筋 弯起钢筋 架力钢筋受弯构件截面强度计算根据梁内配筋率的不同将梁分为：1、适筋梁（结构计算中正截面强度计算的依据）min=Asbh0100%maxmin最小配筋率（0.2）防止脆性破坏max最大配筋率（通过临界受压区高度b来决定）防止脆性破坏2、超筋梁3、少筋梁受弯构件截面强度计算钢筋混凝土梁的配筋原理及构造要求1、适筋梁正截面受力阶段分析梁正截面各阶段应力分析：第阶段：弹性工作，砼应力c达到抗拉强度ft（抗裂验算的依据）第阶段：砼开裂，钢筋拉应力c=fy(裂缝宽度，挠度验算的依据）第
20、阶段：受拉钢筋屈服后。应力不增，变形继续中性轴上移受压区砼压碎，梁即破坏（承载力验算的依据）受弯构件截面强度计算2、梁的正截面受力简图3、梁的正截面承载力计算公式N=01fcbx=fyAsMs=0M1fcbx(h0-x2)Mc=0fyAs(h0-x2)受弯构件截面强度计算其中M荷载在该截面产生的弯矩设计值；1等效矩形应力系数（C50时，取1.0；C80时，取0.94，之间内插）。计算结果应满足：min=Asbh0100%maxH0截面有效高度受弯构件截面强度计算斜截面破坏的三种形式1、斜压破坏2、斜拉破坏3、剪压破坏（结构斜截面计算的依据）受弯构件截面强度计算梁的斜截面强度保证措施1）斜截面强
21、度：砼梁在M和V的共同作用下，可能产生斜裂缝。2）影响斜截面强度的主要因素：（1）剪跨比和高跨比；（2）砼强度等级；（3）腹筋（箍筋和弯起筋）的数量。3）防止斜截面破坏的措施（1）限制截面的最小尺寸：V0.25fcbh0；（2）配置箍筋；（3）非地震区，适当配置弯起钢筋。ah0剪跨比ah0砌体结构砌体结构的特点及适用范围砌体结构是指用砖、石或砌块为块材，用砂浆砌筑的结构。砌体结构根据所用块材的不同，又分为砖砌体、石砌体和砌块砌体三大类。优点：就地取材、造价低廉、有很好的耐火性和较好的耐久性、保温隔热性能好、施工方便。缺点：自重大、强度较低、抗震性能差、砌筑工作量大。砌体结构1）砌块砌块强度等级
22、MU（烧结普通砖）:MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五级2）砂浆n纯水泥砂浆、水泥混合砂浆n强度等级M;M15、M10、M7.5、M5、M2.5。n施工验算时，砂浆强度取03）砌体砌体中心受强度破坏压试验（开裂成小柱因横向便须过大而失稳破坏）破坏机理说明砌体的强度比砌块强度低。砌体结构影响砌体强度的因素：n砌块的强度等级；n砂浆的强度等级及其厚度；n砌筑质量：灰浆的饱满度；砖的含水量；工人的技术水平、如何确度砌的强度设计值f？通过砌块的强度等级MU和砂浆强度等级M由规范查得砌体结构墙、柱的高厚比验算高厚比验算是保证墙、柱稳定的构造措施。高厚比：H0h式中：H0计算高度（实质是约
23、束的影响）；h墙体厚度或砖柱短边长度。高厚比验算H0h 121非承重墙充许高厚比的修正系数，大于1；2有门窗筒口充许高厚比修正系数，小于1。多、高层房屋的结构体系1）多、高层房屋的结构体系10层及10层以上或房屋高度超过28m，成为高层结构。多层结构：（1）框架结构（2）剪力墙结构（3）框架剪力墙结构（4）筒体结构框架核心筒结构框筒结构筒中筒结构多筒结构熟悉常用房屋结构的形式、体系和受力特点（1）框架结构梁、柱组成的纵、横框架，承受竖向及水平荷载的结构平面布置灵活侧移刚度小北京长城饭店：全框架结构，十八层，首层柱1100mm熟悉常用房屋结构的形式、体系和受力特点 昆明世博圆国际馆，位于世博圆最
24、东端，该工程是以建筑平面圆形为主要形式的现浇钢筋砼框架结构，总建筑面积为12629.16平方米，大多为两层，局部为三层、四层或夹层，以及半地下室。层高5.5米，最高处24米。圆环中心采光中庭，直径18米，中庭四周柱网沿径向和环向布置。熟悉常用房屋结构的形式、体系和受力特点（2）剪力墙结构利用纵横墙承受竖向及水平荷载的结构侧移刚度大平面布置不灵活自重大北京西苑饭店23层熟悉常用房屋结构的形式、体系和受力特点（3）框架剪力墙结构在框架结构中适当设置剪力墙的结构综合框架与剪力墙结构的优点，各行其责 云南昆明市绿洲大酒店:该工程占地面积3800平方米，总建筑面积61302.5平方米。其结构形式为框架剪
25、力墙结构，基础为刚性桩箱复合基础。地下2层，地上裙房4层，主楼28层，高110.17米，主楼四角为四个半弧落地筒，中央为长方形剪力墙核心筒。熟悉常用房屋结构的形式、体系和受力特点（4）筒体结构框架核心筒结构框筒结构筒中筒结构多筒结构框筒结构红塔集团玉溪卷烟厂办公楼、科技楼地下大体积混凝土基础，主楼框筒结构25层总高94米，平面呈圆形，十层以下直径19米，十一层以上直径15米。熟悉常用房屋结构的形式、体系和受力特点（4）筒体结构 筒中筒结构佩重纳斯大厦俗称“国营石油双塔”马来西亚吉隆坡建成于1998年世界最高建筑，总高度达452.315m,共88层，由两座完全相似的塔楼组成，其第42层的人行天桥更显其特色。熟悉常用房屋结构的形式、体系和受力特点1A411040（4）筒体结构 多筒结构美国芝加哥美国芝加哥西尔斯大楼钢结构西尔斯大楼钢结构九个筒结合而成九个筒结合而成19741974年建成年建成地下三层地上地下三层地上110110层总高层总高442m442m包包括两根括两根TVTV天线高天线高475.18m475.18m设计水平风压设计水平风压3.5kg/m3.5kg/m2 2容许容许位移位移 1/5001/500，即，即9090厘米，厘米，实际实际 4646厘米。用钢量厘米。用钢量161161公斤公斤/米米2 2 谢谢！祝同志们顺利土建工长考试！