建筑力学基础教学课件

建筑力学基础教学课件欢础课习课华张迎参加建筑力学基程的学本程由清大学土木工程系教授主讲帮概实践应，旨在助学生掌握建筑力学的基本念、分析方法以及在工程中的用为础结构建筑力学作土木工程和建筑学的核心基学科，对于理解建筑的安全经济关过课习你够种问性、稳定性和性至重要通本程的学，将能分析各力学题为设计坚实础，未来的工程和施工打下基课程概述建筑力学的定义工程中的重要性本课程主要内容结构结构设计课内概建筑力学是研究建筑在外力作用下建筑力学是的根本掌握力学程容包括力学基本念、静力学原变内帮师设计经济结构动的形、力分布以及稳定性的科学原理可以助工程安全、且理、材料力学、分析以及力学基它结数实结构结构导础从论应合了物理学、学和工程学的原理，用的建筑，避免因失效致等方面，涵盖理到用的全面知为设计论础隐经济损识建筑提供理基的安全患和失体系建筑力学的发展历史古代时期罗时罗现最早的建筑力学可追溯到古埃及和古马期，如金字塔和马拱门的建造体了早期的虽时尚统论力学智慧，然当未形成系理理论形成期纪顿论础欧发弹17-18世，伽利略、牛等科学家奠定了力学理基拉、拉格朗日等人展了性结构数力学和分析的学方法现代应用期纪计发论应19-20世，随着新材料和算方法的展，建筑力学理得到全面用，支撑了摩天大楼桥现诞、大跨度梁等代建筑奇迹的生数字化时代计辅术动复杂当前，算机助分析、有限元方法和人工智能技正推建筑力学向更高精度、更结构发的分析方向展基本概念与术语力、应力与位移刚体与柔性体线性与非线性行为刚变线为结构响应力是描述物体相互作用体是理想化的不形性行指的单为顿实际载简的物理量，位牛物体，工程中不存与荷成正比，化了应单积计线为则N力是位面在柔性体在外力作用算非性行更单为产变实实况上的力，位帕斯卡下会生形，真的接近真情，包括材结构属线线Pa位移是物体在力建筑都于柔性料非性、几何非性产间线作用下生的空位置体和接触非性变化这概关实际们问掌握些基本念对理解建筑力学至重要在工程中，我常常根据题复杂选择简设变围内许的性和精度要求，合适的化假例如，在小形范，多结构为线弹简难可以近似性性体，大大化了分析度力的基本性质力的定义及单位合力与分力力的平衡条件种既个综个处状态时力是一矢量，有大小又有方向，在多力的合效果可以用一合力来表当物体于平衡，所有作用在物际单顿为单顿个为为国位制中以牛N位1牛示，也可以将一力分解沿不同方向体上的力的合力零，且所有力矩的代义为质产个数为这结构发定使1千克量的物体生1米/秒²的几分力力的合成与分解遵循平行和零是分析的基本出点还边则则加速度的力在建筑力学中，常用的四形法和三角形法有千牛kN和兆牛MN质结构关设计顶时虑载载种综过这理解力的基本性对分析建筑至重要例如，在屋梁，需要考重力、风和雪等多力的合作用，通分析些力的合力和状态结构平衡，确保的安全性和稳定性力的分类集中力、分布力和表面力线集中力指作用于一点的力；分布力指沿或面均匀或非均匀分布的力；表压实际面力指作用于物体表面的力，如力、摩擦力等工程中，真正的集远结构时简为中力并不存在，但当作用区域小于尺寸，可化集中力重力与惯性力质惯动统重力是地球对物体的吸引力，与物体量成正比；性力是加速运系现虚拟层设计时虑中表出的力，如离心力在高建筑中，需同考重力和风载惯、地震等引起的性力作用力与反作用力顿根据牛第三定律，作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在不同这结构时为物体上一原理在分析接点、支座反力尤重要实际识别类种结构桥时在工程中，准确和分各力是分析的第一步例如，分析一座梁，需虑桥辆载要考面自重分布力、车荷可能是集中力也可能是分布力、风力表面力以及地惯种类震作用性力等多型的力剪力与弯矩剪力基本定义弯矩的意义与作用剪力与弯矩关系构轴弯构弯内弯阶导数剪力是指作用在件截面上、垂直于矩是使件曲的力矩，通常用符剪力是矩对位置的一，即V=线内它试图构单为顿载阶导数的力，使件的一部分相对号M表示，位牛·米N·m或千dM/dx；荷强度是剪力的一，动弯构产弯这关绘图另一部分滑剪力通常用符号V表示，牛·米kN·m矩会使件生曲即q=dV/dx一系是制剪力和单为顿变纤维压纤维弯图论础位牛N或千牛kN形，上部受，下部受拉或矩的理基结构导相反这关过积在梁中，剪力会致梁的上下部分利用一系，可以通分或微分方产趋势过结构弯设计构从载从生相对滑移，如果剪力超材料在建筑中，矩是梁、板等法，荷分布求得剪力分布，再剪导关键数它响构弯的抗剪强度，会致剪切破坏件的参，直接影件的尺寸力分布求得矩分布，或反之选择和配筋要求静力学基本原理力系平衡原理为所有外力的合力和力矩零力的合成与分解基于向量运算原理力矩与平衡矩计算力×力臂=力矩静力学基本假设连续变设材料性与小形假础结构时们应条为为个简单静力学是建筑力学的基，其核心是平衡原理在分析，我常用力系平衡件∑F=0（合力零）和∑M=0（力矩和零）例如，分析一梁，可通过建立力平衡和力矩平衡方程求解支座反力决复杂问题实际们为简计计则结构设计力的合成与分解是解力系的重要工具在工程中，我常将斜向力分解水平和垂直分量，化算力矩算是的核心，尤其在梁、柱、框架构设计极为等承重件的中重要实践们设连续变较弹围内这设复杂问题简时够工程中，我假材料是的，形小且在性范，些假使得以化，同保持足精度刚体的平衡分析建立平衡方程绘制自由体图条识别作用力根据静力学平衡件，建立水平力平衡方程结构围环将与周境隔离，用合适的符号表示所有∑Fx=

0、垂直力平衡方程∑Fy=0和力矩平衡方结构图决问题过这首先确定所有外力，包括已知的外力和未知的支作用在上的外力自由体是解平衡程∑M=0通求解些方程，可以确定未知的问题它观内座反力在工程中，常见的外力包括集中的重要工具，直地展示了力的作用点、方向支座反力和力分布载则力、分布力、重力、风等未知反力包括支和相对位置处座的水平力、垂直力和力矩实际虑个悬过们这种结构设计案例分析考一臂梁，一端固定，另一端承受集中力P通自由体法，我可以确定固定端的反力和反力矩分析方法是的基础应从简单复杂结构种问题，可以用于的梁到的框架的各工程简支梁和悬臂梁简支梁应用场景悬臂梁特点剪力与弯矩图简简单悬图弯图支梁是两端支承的梁，只能承受垂臂梁是一端固定、一端自由的梁，固定剪力表示梁上各点的剪力分布，矩悬弯绘这图关键直反力，不能承受水平力和力矩其广泛端能承受垂直力、水平力和力矩臂梁表示各点的矩分布制些的应桥设计楼临时结构阳标结构悬载变处值用于梁、板支撑和常用于台、雨棚和大型志臂是确定荷化点、支点的，并利用简弯现弯现弯关进计这图中支梁的最大矩通常出在跨度中梁的最大矩出在固定端，随着到自由剪力与矩的系行算些对于设计减险设计关部，是的控制因素端距离的增加而小确定梁的危截面和尺寸至重要应力与应变的概念σε应力应变应单积它内应变变纲力是位面上的力，描述了材料部抵抗是材料在力作用下的相对形量，无量应为应它为变值应变外力的强度根据力的方向，力可分拉力、表示形量与原始尺寸的比正表示压应应单为负应变压缩力和剪力位帕斯卡Pa或兆帕拉伸，表示MPaσ-ε应力应变关系-应应变线弹力-曲反映了材料的力学性能，包括性弹内应区、屈服点、塑性区和断裂点在性区，应变力与成正比，符合胡克定律σ=E·ε应应变概结构为关设计钢时计理解力与的念对分析行至重要例如，在筋混凝土梁，需要算混凝土的压应钢应它们过许值应帮们预测力和筋的拉力，确保不超各自的用力分析也助我可能的破坏模式和从进针位置，而行对性加固弹性常数杨氏模量E剪切模量G压缩单为表示材料抵抗拉伸或的能力，位Pa变单为衡量材料抵抗剪切形的能力，位Pa泊松比ν体积模量K横应变轴应变值积变单为向与向的比，通常在0~

0.5描述材料抵抗体化的能力，位Pa间之弹数间关这数结构选择义钢杨约为性常之存在系E=2G1+ν=3K1-2ν些参在分析和材料中具有重要意例如，材的氏模量210GPa，混凝土约为则间25-35GPa，木材在10-12GPa之横变数间钢约为约为胶泊松比反映了材料的向形特性大多建筑材料的泊松比在

0.2-

0.3之例如，材

0.3，混凝土

0.15-

0.2，橡接近

0.5泊松比接轴压缩时变积侧胀近

0.5的材料在向几乎不改体，而是向面膨材料的工程性能类杨压应材料型氏模量GPa抗拉强度MPa抗强度MPa典型用结构钢210400-550400-550框架、梁、柱础墙楼混凝土25-352-520-60基、体、板纹楼观木材沿理10-1230-14015-80屋架、板、景铝轻质结构饰合金70150-400150-

400、装弹响结构为弹变复变钢显较变设计优势材料的性与塑性特性直接影行性形是可恢的，而塑性形是永久的材具有明的屈服点和大的塑性形能力，使其在地震中具有；混凝则没变钢结获综土几乎有塑性形，但与筋合可得良好的合性能选择综虑刚韧经济层钢减轻结构选预应刚结构则材料需合考强度、度、性、耐久性和性例如，高建筑中常采用高强度材自重；大跨度可能用力混凝土增加度；而木因其可续温睐持性和暖感在某些建筑中得到青拉伸与压缩实验实验设备试验试验进备测现设备连计拉伸通常使用万能机行，配精密的力和位移量装置代通常接算动记录数应应变线实验样标圆机，可自据并生成力-曲品按准尺寸制作，常见的有形截面种和矩形截面两试验过程标试试验夹渐压时记录变将准件安装在机具上，施加逐增大的拉力或力，同力和形量拉伸试验续试压缩试验则显现缝时通常持到件断裂，而可能在明屈服或出裂停止数据分析实验数绘应应变线从弹根据据制力-曲，中确定性模量、屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率关键数这数选择结构设计等参些参是材料和的重要依据实验结论过实验验证设计为论实际通，可以材料的力学性能是否符合要求，并理分析提供支持例实验证弹围内阶为如，明了胡克定律在性范的适用性，也揭示了不同材料在塑性段的行差异损伤与断裂的力学分析损伤机制损伤观结构杂质环载材料通常始于微缺陷，如晶体缺陷、气孔和在循荷作用这扩纹终导结构下，些微缺陷可能展形成裂，最致破坏应力集中变处围纹现应现应在截面突、孔洞周和裂尖端，会出力集中象局部力可能是名义应数为力的倍，成破坏的起始点断裂力学纹扩条应纹应场为断裂力学研究裂展件，引入力强度因子来表征裂尖端力强度，评结构论础估的安全性提供理基实应弯导产应节工程例中，力分布通常是不均匀的例如，梁的曲会致上下表面生最大力；框架处状变应设计锐变点由于几何形化也容易形成力集中在中，通常要避免角、尖角和突然化的截圆减应面，采用角、加强筋等措施小力集中损伤预属劳纹结构则理解机制有助于防工程事故例如，金疲断裂通常始于表面微裂；混凝土常内纹扩钢蚀检查维护设计结构关因部裂展和筋腐而失效定期、适当和合理是延长使用寿命的键扭转的基本力学轴扭转的特点扭转构绕轴线转变产应是件旋的形，生剪切力圆截面分析应线从轴递剪力分布呈性，心到表面增非圆截面分析应复杂现翘变力分布，易出曲形圆扭构应为扭为径为极惯实圆形截面是最理想的承受矩件形式，其最大剪力τmax=Tr/J，其中T矩，r半，J性矩对于心形截面，J=πr⁴/2；对于圆为这圆扭薄壁管，J≈2πr³t，其中t壁厚一特性使得薄壁管在相同材料用量下具有更高的抗效率圆构扭转时产应还产翘变扭转时应现边开非截面件在，除了生切力外，会生曲形例如，矩形截面在，最大剪力出在长中点，而不是角点对于口扭刚显设计时别薄壁截面，如工字形截面，其抗度著降低，需特注意扭变间关为为为扭转为构这关轴传动轴扭构础矩与角形之的系可表示T=GJθ/L，其中G剪切模量，θ角，L件长度一系是分析承、等受件的基弯曲应力与剪切应力梁弯曲的力学基础剪切力的分布规律应力分析方法弯时横变应内实际构内梁曲，截面保持平面且垂直于剪力在截面部分布不均匀，对于矩工程中，通常先确定受力件的轴设轴处线轴处计关键应状态形后的中性（平面假）中性形截面，呈抛物分布，中性最力分布，再算截面的力纵应为远轴纤维边缘处为复杂的向力零，而离中性的大，零对于截面，可采用有限元方法或截应进力最大应计为面分解法行分析剪力算公式τ=VQ/Ib，其中V弯应为轴阶为复构钢曲正力分布公式σ=My/I，其中M剪力，Q截面对中性的一矩，I合材料件，如筋混凝土梁，需考为弯为轴为惯惯为宽这虑应变协调应矩，y距中性距离，I截面截面性矩，b截面度一公式适不同材料的和力分布特种状换转换质性矩对于矩形截面，I=bh³/12，其中用于各形的截面点通常采用算截面法或成同为宽为进b度，h高度材料行分析轴力、剪力与弯矩之间的关系结构的刚度与挠度刚度的定义与影响因素挠度计算基本公式刚结构变简度是抵抗形的能力，通常对于支梁，集中力P作用下的最义为值挠为定力与位移的比K=P/δ大度δmax=PL³/48EI；均响刚弹载挠为影度的主要因素包括材料性布荷q作用下的最大度惯结构悬模量E、截面性矩I、形式和δmax=5qL⁴/384EI对于臂条刚样载挠为支撑件度越大，同荷下梁，集中力作用下的最大度变这的形越小δmax=PL³/3EI些公式是工设计程中的常用工具不同材料的刚度对比钢结构刚约为结构结构在相同几何尺寸下，的度混凝土的6-8倍，是木的20倍虑结构实际应优势钢左右但考到自重因素，不同材料的在用中各有例如，结构层结构则轻现适合大跨度和高建筑，而木在型住宅中表出色实际结构挠设计关键过挠仅响在工程中，的度控制通常是的大的度不影使用功能，还导结构构墙损规类结构挠可能致非件（如隔、天花板）的坏因此，范对不同型的严为度都有格限制，通常跨度的1/250至1/400结构静定与超静定系统静定结构超静定结构求解方法结构约数结构约数结构应静定是指束等于超静定是束大于静定直接用平衡方数结构数结构结构则自由度的，其支座自由度的，除平衡程求解；超静定需内仅还虑变协阵反力和力分布可以通方程外，需考形采用力法、位移法或矩过结调条刚计平衡方程求解平面件才能求解超静定度法等方法算机的构为间结义为约数复杂结构的自由度3，空度定多余束量普及使超静定的构为结结构较变的自由度6静定超静定具有高的冗分析得容易，但理解基构计简单计复论的特点是算，但余度和可靠性，但算本理仍然重要个杂温变冗余度低，一旦某支撑，对支座沉降和度个结构失效，整可能崩塌化敏感实个连续为设为简时仅虑个例分析以一两跨梁例假支梁，需考三支座的垂直反力；个为则统变为虑处弯约若将一支座改固定支座，系超静定，需考支座的矩束超静定结构载难度的增加通常提高了的承能力和安全性，但也增加了分析的度和对施工精度的要求弹性弯曲理论挠度方程的推导常见梁的弯曲变形实际应用意义弹弯论设过挠进积挠计设计过性曲理基于以下假材料遵循通对度方程行分，可得到不同度算在工程中十分重要，大变较横边条载挠达挠导胡克定律，形小，截面保持平界件和荷下梁的度表式的度会致面简间响结构对于支梁中集中力P

1.影的使用功能这设挠线在些假下，梁的度曲方程可表开为w_max=PL³/48EI

2.引起混凝土裂示悬饰构损对于臂梁端部集中力P

3.造成装件坏EId²w/dx²=Mx产视觉为弹为惯为w_max=PL³/3EI

4.生不良效果其中E性模量，I截面性矩，w为处弯垂直位移，Mx x的矩稳定性失效的概念结构稳定性定义失稳的类型结构结构结构临载处种稳定性是指在外力作用下保持分岔屈曲在界荷有多可状态达态原有平衡的能力当外力到某一能的平衡形临值时结构从种态跃结构从种状态界，可能一平衡形突跃种态这种现称跳屈曲突然一平衡跳跃种状态然跳到另一平衡形，象为到另一失稳或屈曲变载时间蠕屈曲在长期荷作用下，随缓发现慢展的屈曲象失稳计算方法欧铰压临载拉公式对于两端支的杆，界荷Pcr=π²EI/L²虑边条数欧有效长度法考不同界件，引入有效长度系K，修正拉公式统势复杂结构能量法基于系能最小原理分析的稳定性结构难设计须给够视压细的稳定性失效往往是灾性的，因此在中必予足重杆稳定性与其长关细发状构比L/r密切相，长比越大，越容易生屈曲失稳对于不同截面形的件，其抗屈曲显异钢轴能力也有著差，例如，H型在弱方向更易失稳强度理论简述论应论认为构应达时开这论铸铁第一强度理（最大正力理）当件中最大主力到材料的屈服强度，材料始屈服一理适用于脆性材料，如、论应论则认为应达时发属混凝土等第二强度理（最大剪力理）当最大剪力到材料剪切屈服强度生屈服，适用于金等塑性材料应复杂应状态转换为单轴应状态应义为等价力分析方法是将力等效的力最常用的是von Mises等效力，定σe=√[1/2σ1-σ2²+σ2-为个应实践种论应状态灵选结构σ3²+σ3-σ1²]，其中σ

1、σ

2、σ3三主力在工程中，各强度理根据材料特性和力活用，确保的安全可靠能量法分析应变能量基本概念能量法应用场景应变变过别结构能量是外力在形程中对物能量法特适用于超静定分储变复杂边条问题体所做的功，被存在形的物体析、界件以及求解位线弹单积转变中对于性材料，位体的移和角等形量常用的方法包应变为能量可表示U=1/2σε对于括卡氏第一定理、卡氏第二定理和个构总应变为积积势这处整件，能量体分U最小能原理些方法在理多结构时为=∫1/2σεdV次超静定尤高效单位变形能计算单载实术过虚拟单应位荷法是能量法中的用技，通位力求解特定点的位移用互等简计过种内时况总应变定理，可以大大化算程对于多力同作用的情，能是各部分压缩弯扭转的累加，包括拉伸、、曲和等优势获兴个连能量法的在于可以避免求解微分方程，直接得感趣点的位移例如，一双跨续过势设复杂梁的中支点反力可以通最小能原理求解，无需置和求解的微分方程能量法还虚拟论础现结构远响是功原理和有限元法的理基，对代分析具有深影结构体系的平衡和变形分析平衡分析构内确定所有件的力和支座反力变形分析计关键转算点的位移和角平衡与变形的关系过构联通本方程和几何方程系结构简实际结构类结构分析首先需要建立合适的力学模型，化，保留主要特征对于框架、拱和桁架等不同型的，其力学模型和分析方法各有特点例结构虑轴弯则轴压如，框架通常考力、剪力和矩的共同作用；桁架主要承受向拉力和力变计种积阵复杂结构骤内构关形量的算可采用多方法，包括直接分法、能量法和矩位移法等对于，常用的步是确定支座反力和力分布；利用材料本系计应变过关场计辅简这过师评计结算；最后通几何系求得位移算机助分析大大化了一程，但工程仍需理解基本原理，以估算果的合理性应问题应变结构节计温变结构响这问题既验论典型的力学用包括梁的力和形分析、框架的点位移算、度化对超静定的影等些考对基本理的理解，也需灵种要活运用各分析方法桁架结构的分析方法桁架的基本概念构过铰节连结构设条构桁架是由直杆件通接点接而成的体系理想桁架的假件所有轴压节铰传递弯件都是直杆，只承受向拉力或力；所有点都是接，不矩；外力只作用节这设简实际节刚构在点上些假化了分析，但桁架中点往往有一定度，件也可能承弯受矩节点法节个节点法是桁架分析的基本方法，将桁架的每点隔离出来，建立平衡方程对于平个节个间则个面桁架，每点有两平衡方程（水平和垂直方向）；空桁架有三方程解这轴节别简单计些方程可得到各杆件的力点法特适合于桁架和算机程序化截面法过条过轴截面法通假想截面将桁架分成两部分，利用整体平衡件求解截面所穿杆件的个间则个别力对于平面桁架，最多可以求解三未知力；空桁架可求解六截面法特轴个适合于求解特定杆件的力，而不需要求解整桁架实际应这种结关键轴在用中，两方法常合使用例如，对于大型桁架，可先用截面法求解杆件的力，节现结构软阵够动处种复杂结构再用点法求解其余部分代分析件通常采用矩位移法，能自理各桁架，虑节刚弯包括考点度和杆件曲等非理想因素影响线分析概述影响线的定义影响线绘制方法桥梁中的应用响线单载结构动单载单载结桥设计响线影是表示当位荷在上移位荷法将位荷依次放置在在梁中，影用于确定最不利时个内变载变构计标应值载计内产，某特定力或形随荷位置各点，算目效的荷位置和算最大力例如，要图它载结构响弯应载响线化的形是分析活作用下劳生最大正矩，将荷布置在影应桥为产负弯则应穆勒-布雷斯定理利用互等定理，通的重要工具，尤其适用于梁等长跨过标单转正的区域；要生最大矩，结构载响线为负在目点施加位位移或角，直接响线将荷布置在影的区域得到影简单说响线纵标单过响线计载组来，影的坐表示位荷结构通影，可以算任意荷合下载应时产应值横结构响应载载对于超静定，可采用力法或位移法在对位置生的特定效，结响线概进的，包括集中荷、分布荷标载动载合影念行分析坐表示荷的位置和移荷等常见建筑类型的力学特性钢筋混凝土建筑钢结构建筑结钢压优势层合筋抗拉与混凝土抗高强度重量比，适合高与大跨度砌体结构木结构建筑优层轻质环热良耐火性，适合低建筑保，良好隔性能钢结构优异维护压钢过结筋混凝土是当前最广泛使用的建筑形式，其特点是耐久性好，造价适中，抗火性能，成本低混凝土提供抗强度，筋提供抗拉强度，二者通粘力共同工设计钢预应纤维种作根据要求，可采用普通筋混凝土、力混凝土或增强混凝土等多形式钢结构轻优别层结构较钢结构连焊铆优具有强度高、自重、施工速度快等点，特适合高建筑和大跨度但其防火、防腐要求高，造价相对高接方式包括接、螺栓和接，各有劣设计钢结构睐在抗震中，因其良好的延性和能量耗散能力而受到青结构传统现结构环温热关湿响木建筑在我国建筑中占有重要地位，代木以其保、保隔性能好、施工便捷等特点重新受到注然而，木材易燃、耐久性差，且受虫害和度影大，使用层观受到一定限制，主要适用于低住宅和景建筑施工中可能遇到的力学问题施工荷载与安全临时结构分析阶载状况终状态临时结构钢施工段的荷常与最使用支撑如脚手架、模板支架和浇时专结构设计这不同例如，混凝土筑，模板和支管支撑等，需要门的些较湿设备结构虽时间架承受大混凝土重量；大型安然使用短，但安全要求不过临时结构为它们导严装程中，吊装可能承受高集低，因的失效常致重事故载员设备楼中荷；施工人和在板上移设计临时结构虑载响动动态变载需考风荷影、地，形成化的活构连基沉降可能、件稳定性、接可靠性应检查统过安全措施包括定期支撑系，及拆除程中的力重分布过载载实避免，合理布置荷，以及施必要的加固措施非线性和动态效应过预线动态应构过摆动动问施工程中常见非期的非性和效，如大型件吊装程中的、振题旧结构连处应开挖动护结构变；新接的力集中；土方引起的土体移和支形等决计设监测统解方法包括增加阻尼装置、使用更精确的算模型和增系等案例分析一幢高层建筑的力学模型案例背景层钢结构办楼宽某30筋混凝土框架-核心筒公大，高度120米，平面呈矩形，长60米，为设压为标评30米所在地区8度抗震防区，基本风

0.65kPa，地基中硬土分析目是结构载估在风荷和地震作用下的安全性和舒适性建模过程软维墙楼构采用有限元件建立三模型，包括柱、梁、剪力、板等主要承重件材料数弹钢弹参混凝土C40，性模量

3.25×10^4MPa；筋HRB400，性模量边条虑结构弹拟载

2.0×10^5MPa界件考地基-相互作用，采用簧支撑模荷包括结构载员设备载载自重、装修荷、人荷、风荷和地震作用计算与验证计规载组应变动计结构频静力分析算常荷合下的力和形；力特性分析算的固有率时评响应检验验证和振型；程分析估地震；舒适度分析风振加速度方法包括与规值较构载层间检查结显该结构满范限比、件承力校核和位移角果示，足强度、刚顶层议度和稳定性要求，但风振舒适度略有不足，建增加阻尼装置动力学基础知识动时变动规虑惯响结构临动载力学研究物体在力作用下的运律，与静力学相比，需要考性力和阻尼力的影建筑可能面的力荷包括地震、动击这载时间变时间较动响应远应风振、机械振、爆炸和撞等，些荷的特点是强度随化，作用短，但引起的力可能大于静力效动动概结构构围绕动动为动动类动结振是力学中的核心念，指或件平衡位置的周期性或非周期性运振可分自由振和强迫振两自由振是构扰动没时动动则时变续动结构动质刚决在初始下，有外力作用的振；强迫振是在外力持作用下的振的振特性由其量、度和阻尼特性定，频通常用固有率、振型和阻尼比来描述简谐振动系统共振对建筑物的危害共振现象危害与后果应对措施频结构频时导结构变过调结构刚共振是指外力率接近固有率，共振可能致的危害包括形大避免共振的主要措施包括整度动响应显现没够结构构损构内过设质变频结构振著放大的象如果有足引起的非件坏；件力超或量，改固有率；增加阻尼，计值导动设统动的阻尼来耗散能量，振幅会不断增大，最致破坏；大幅度振引起的使用功如加装阻尼器；置隔振系，隔离振终导结构损导丧连续动导构劳调谐质动可能致坏或倒塌共振是致能失；振致的件疲破坏源；采用量阻尼器TMD，主抵许难严频动设计多工程灾的主要原因，包括著名的塔在重地震中，如果地震波的主要率与消振在地震区，通常避免固有周桥频严结构科马坍塌事件建筑物固有率接近，可能引起重的共期与当地地震波主周期接近的振破坏地震荷载下的建筑力学地震作用特性频续时间关键强度、率和持是因素规范设计流程从场结构响应计地分析到算抗震核心原理刚规则适当的度、强度、延性和性种动载较过传递结构动响应响决地震作用是一特殊的力荷，其特点是具有强的随机性和破坏性地震波通地基到建筑物，引起的振地震对建筑的影主要取于频谱动地震强度、特性和建筑物的力特性设计规设计设设计关键骤场类别设计组计响抗震范基于小震不坏、中震可修、大震不倒的思想，采用多水准防的方法步包括确定地和地震分；算地震影数选择构进结构动应谱时系；适当的抗震造措施；行力分析（反法或程分析法）设计结构竖规则侧刚层间够结构发时够变抗震的核心原理包括合理的布置，避免平面和向不；适当的向度，控制位移；足的延性，确保生大震能塑性形耗能础减层墙结构结构侧而不倒塌；有效的基隔震或消能震措施在高建筑中，常采用框架-剪力、筒体等抗力体系风荷载作用分析

30.65-

2.02-5主要影响因素风压系数范围安全系数状决载个关键状压数异显载设计虑数决风速、高度和建筑形是定风荷大小的三不同建筑形和表面位置的风系差著迎风风荷通常考2-5倍的安全系，取于建筑物压为压侧为负压棱条层结构因素风与风速的平方成正比，随高度增加而增大，面通常正，背风面和面突出的角和的重要性和当地气候件高建筑和大跨度需状积关顶产较压数并且与建筑物的形和迎风面密切相尖会生大的局部风要更高的安全系载层响现个态压弯变涡脱横动问题态压虑压数过规计风荷对高建筑的影主要表在三方面静风引起的曲形；流落引起的向振；风振舒适度静风主要考风速和风系，通范算；动态应则虑结构动过试验计动拟而风效需要考风的湍流特性和的力特性，通常通风洞或算流体力学CFD模分析试验评复杂状载过缩拟场进测试获压关键数风洞是估形建筑风荷的最可靠方法通制作建筑物的比模型，在模自然风的风洞中行，可以得风分布、抗风稳定性和舒适度等据现还结数值拟术应实层设计过优态显代风工程合模技，提高了分析的精确性和效率用例包括上海中心大厦等超高建筑的，通化建筑形和增加阻尼措施，著改善了抗风性能建筑结构优化设计定义优化目标刚标标优明确最小重量、最小造价、最大度或最佳性能等具体目多目化需要建立合适权优级设计变构数的重或先体系量通常包括件尺寸、材料参和拓扑形式等建立约束条件2约构应过许值刚约关键约强度束确保所有件力不超用；度束限制点的最大位移；稳定性结构实约虑维护束防止失稳；用性束考施工便捷性和后期等因素选择优化算法数规划连续变问题遗传拟启发变学方法适用于量；算法、模退火等式算法适用于离散量线问题优结构实际综应种和非性；拓扑化算法用于确定形式工程通常合用多方法方案评估与实施过专评审规试验验证优虑变设计通仿真分析、家和小模化方案的可行性；考更对造价、综响终实进监工期和性能的合影；最施方案并行施工控先进力学工具与软件计软复杂线问题专软常用力学算件包括ANSYS（通用有限元分析，适合非性）；SAP2000（土木工程用分析件，界面友好，功能全面）；级线复杂问题专为设计优桥结构专业软ABAQUS（高非性分析，适合材料性）；ETABS（建筑化的分析工具）；MIDAS（梁和地下分析的专业这软选择时应虑件）；以及ADINA、DIANA等分析工具些件各有特长，考具体工程需求实际应层设计结构载响应进关键节用案例某超高建筑中，采用ETABS建立整体模型，分析在风荷和地震作用下的；使用ANSYS行点的精细验证应应设计构转换层综应种够化分析，局部力集中区域；用SAP2000特殊件如和巨型桁架成果展示表明，合用多分析工具能更全面评结构设计质地估性能，提高量和可靠性耐久性与可靠性分析耐久性影响因素可靠度指标分析方法结构种响结构标极状态耐久性受多因素影，可靠性通常用可靠度指β常用分析方法包括限质它结构概虑载包括材料性（如混凝土强度表示，与失效率Pf相法，考荷和抗力的随机性；级钢级环关标拟过等、材防腐等）、境Pf=Φ-β，其中Φ是准蒙特卡洛模，通大量随机条温湿蚀态数结构样拟结构为预测件（度、度、腐性气正分布函一般建筑本模行；寿命盐载历标标为规预测体、分等）、荷史（反的目可靠度指

3.0-

3.7，模型，基于材料劣化律复载载频构设应概约为结构时间变险荷、超率）和造对的失效率10^-3至性能随的化；风计护层统结构评综虑概（保厚度、排水系）10^-4，特殊重要可能要求估，合考失效率和后严等更高的可靠度果重性结构设计关键预测过钢结构碳氯蚀耐久性的是和控制材料劣化程例如，筋混凝土中的化和离子侵是导钢锈蚀过护层实蚀致筋的主要机理，需通增加保厚度、提高混凝土密度和使用防腐措施等手段控制钢结构则关焊质层结构则视处主要注接量和防腐涂性能，木重防腐、防虫和防火理设计虑结构响过概统计评结构险现规设可靠性考所有随机因素对安全的影，通率方法估失效风代范计极状态设计经隐过数证结构方法（如限法）已含了可靠性原理，通引入部分安全系来保具有适当的别复杂结构还进专满可靠度水平对于特重要或的，需行门的可靠性分析，确保足安全要求模型实验方法梁与柱的缩比模型实验装置与方法力度校准与数据处理缩试验复杂结构为现试验设备载统压载试验数关键骤比模型是研究行的重要手段相代模型包括加系（如液加器、力度校准是确保据准确性的步包括论试验础实动测统应变传载设备传标数统似理是模型的基，要求模型与物在几何、振台）、量系（如片、位移感器、加加的校准、感器的定和据采集系的动缩为计数统实现验证过标测计试进物理和力学特性上保持相似尺比通常1:5速度）和据采集系精密的控制装置可校准程通常使用准力和参考件决实验设备观测种复杂载态环载动态至1:20，取于和精度各的加方案，如准静循加、激行励构关弯轴载数处滤值统计术等对于梁和柱件，常注曲、剪切和向承能据理涉及波、插和分析等技，目的测应变数测术数图关过力，需量力分布、形和破坏模式等参模非接触式量技如字像相法DIC和激光是消除噪声、提取有效信息并量化不确定性通实调满扫获场变极观测数值拟结较验证进论型材料可使用与物相同材料或配特殊材料以描等，可取全形信息，大提高了精与模果比，可以和改理模型，围摄术则击足相似要求度和范高速影技适用于冲和爆炸等瞬提高分析方法的可靠性态过观程的察复习与知识点梳理材料力学结构分析应应变关结构力与系静定与超静定刚计类结构强度与度算各的解法变计稳定性判断方法形算方法静力学基础动力学基础概类动论力的念与分振理要点条载平衡件与方程地震与风荷内计动响应力算与分析力分析识讲概础图绘决问题关键应应变关弯论计重点知点解理解力与平衡的念是建筑力学的基，掌握自由体的制和平衡方程的建立是解静力的；材料力学部分重点把握力-系、梁的曲理和强度算方结构种条计骤动则简谐动论载法；分析中需重点理解各分析方法的适用件和算步；力学部分要掌握振基本理和地震、风荷的作用特点习议论实践结议过题试验实际观结概彻记为习过学建建筑力学是一门需要理与合的学科，建通解、模型和工程察相合的方式加深理解对基本念和原理的透理解比公式的死硬背更重要学程中养间觉这复杂问题关要注重培空想象能力和力学直，对分析工程至重要经典理论问题解析弹性梁大挠度问题圣维南原理应用2挠较时线变论圣维载够远当梁的度大，性小形理不再适南原理指出，距离荷作用点足的虑线应决应仅决用，需考几何非性效解方法是采区域，力分布取于力和力矩的合力，挠载关这用精确的度微分方程EId²θ/ds²=M，而与具体的荷分布形式无一原理常线这问题悬简复杂载问题计连节远其中θ是切角，s是弧长一在臂用于化荷，如算接点变时为处应状态够远梁承受大形尤重要，如风力作用下的离接触面的力但需注意足耸结构构标为构高或大跨度柔性件的判断准通常件特征尺寸的1-2倍复杂截面分析3计惯应难决轴对于T形、工字形等非矩形截面，算其性矩和剪力分布是常见点解方法是利用平行复杂为简单状综计开还虑定理和截面分解法，将截面分解几何形，再合算在薄壁口截面中，需考翘应扭转响这开钢设计为曲效对性能的影，在口型截面的中尤重要论实践结壳结构设计线弹论过发现实理与相合的案例某大跨度网中，初步分析采用性性理，但施工程中际变显计值进变线应视过虑应形明大于算一步研究表明，大形引起的几何非性效不容忽通考P-Δ效的阶结试验验证终获实际况计结证结构二分析，并合模型，最得了与情吻合的算果，保了的安全性这说实践础论虑种复杂响论础一案例明，工程中往往需要超越基理，考各因素的影深厚的理基和丰富的经验结决实际问题这习终极标仅论够灵应工程相合，才能解也是建筑力学学的目不掌握理，更要能活复杂变实际用于多的工程习题解析弯矩图实例问题描述解答过程剪力图和弯矩图为简为计值一根长度6米的支梁，左端A点，右

1.算支座反力剪力为载侧端B点梁上承受以下荷1A点右载处侧均布荷合力5kN/m×2m=10kN，0-2m段V=10kN2米有10kN集中力向下；2A点右3米处间载作用点在4米到5米之有均布荷5kN/m向下求支2-3m段V=0kN图弯图座反力、剪力和矩对B点力矩平衡RA×6-10kN×4-从渐变为3-5m段V0逐-10kN骤计10kN×2=0分析步如下首先算支座反力；然后计弯绘5-6m段V=-10kN沿梁长度分段算剪力和矩；最后制求得RA=10kN图弯图标关键值弯值剪力和矩，并注点矩力的平衡RA+RB-10kN-10kN=0弯现处最大矩出在2m，Mmax=20kN·m求得RB=10kN处3m M=20kN·m处5m M=10kN·m习题解析跨度梁问题实例讨论楼板受力分析楼板受力模式内力分布特点分析与计算要点楼条为单宽楼弯线值现传统楼弹论线现板根据支承件分向板和双向板当板的长比板中的矩分布呈抛物形，最大出在跨中或支的板分析方法包括性板理和屈服法代时现为单宽时处连续内弯约为负设计简规设大于2，主要表向受力；当长比小于2，座对于板，跨的正矩ql²/10，支座通常采用有限元分析或化的范方法，如直接现为单内类弯约为渐减计别楼连表双向受力向板的力分布似于一系列平行矩ql²/8剪力在支座附近最大，向跨中逐法和等效框架法特注意的是，板与梁和柱的简则虑个弯扭这关处应处放置的支梁；双向板需要考两方向的矩和小些特点对确定板的厚度和配筋量至重要接可能存在力集中，需要特殊理，如增加局部配设钉矩筋或置剪力个办楼楼为设楼为为载为载为宽为这个以一典型的公板例，假板尺寸6m×8m，厚度120mm，支承在四周梁上，活3kN/m²，恒2kN/m²由于长比

1.332，是一双向板根据弹论弯现约为为总载计这个值决性板理，最大正矩出在板中心，

0.048ql²，其中q荷强度算得到Mmax≈

0.048×5×6²≈

8.64kN·m/m，将定板的配筋量现楼设计还虑变开问题挠时挠设计阶预够预楼开仅响观还导代板需考长期形和裂等例如，混凝土板的长期度可能是即度的2-3倍，需要在段留足的起拱；板的裂不影美，可能致楼饰层损楼缝宽设计内面装坏，因此控制板的裂度和分布也是重要的容小组任务建筑力学模拟实验任务目标设计个简桥测试载条过实验观应变并制作一易梁模型，其在不同荷件下的力学性能通察力分布、验证课习论识务养团队协动形特点和可能的失效模式，堂上学的理知本任旨在培学生的作能力、实践觉手技能和力学直步骤指导团队组组设计备测试数建每4-5人，分配、材料准、制作、和据分析等角色设计阶桥类桥桥桥绘设计图进计段确定梁型（梁、拱或桁架），制，行初步算阶选条纸设计图制作段用合适材料（如木、板、塑料管等），按精确制作测试阶设计载记录载过变数段加方案，加程中的形据，直至模型失效阶较实测数论计结异总结经验训分析段比据与理算果，分析差原因，教成果展示组备钟报设计绍过实验数每需要准10分的演示告，包括理念介，制作程展示，据分析，以论计讨论别说组决过问题从实验获及与理算的对比特注重明小如何解程中遇到的，以及中启得的示评标设计创质载报质团分准包括新性20%，模型量20%，承能力25%，告量20%和队协作15%建筑力学总结理论基础分析方法结构设计种计决复杂问题力学原理是的核心多算手段解创新探索工程应用术动发论导实践新材料、新技推展理指，确保安全可靠习喻为设计论础它预测结构为识够种构选择建筑力学学的重要性不言而作工程的理基，提供了分析和行的科学方法掌握建筑力学知，能理解各件的受力特性，合理材料构结构经济复杂变环养师应关键和造形式，确保的安全性、适用性和性在当今多的建筑境中，深厚的力学素是工程对挑战的能力从实际应经数实证值现楼够桥够这开论效果来看，建筑力学的用已在无工程例中明了其价代摩天大能安全地矗立在城市中心，大跨度梁能跨越江河，些都离不力学理的指导历桥罗规认识这们规而史上的工程事故，如塔科马坍塌、南角大厦倒塌等，也多源于对力学律的不足些案例都提醒我，尊重力学律是工程成功的第一步学术研究前沿结构健康监测韧性结构设计计算力学新方法传络数术实时监测结变带极韧设计为热计创利用感器网和大据分析技，面对气候化来的端事件，性成算方法新包括无网格法、等几何分析、多尺构状态预测问题关键术线传结构响应拟这拟复杂，潜在技包括无感点研究重点包括多灾害作用下的、快度模等些方法能更精确地模几何、动损伤识别这领复应设计这线为场问题为复杂结构器、振分析算法和模型一域正速恢机制和适性策略一方向打破了非性行和多物理耦合，的变传统结构维护从发现问题复传统单设结构种结为改的方式，后修的一灾害防思路，追求在多不确分析提供新工具人工智能与力学的合也成转预测维护况综兴热向性定情下的合性能新研究点个领发过为变传统结构设计钢新材料力学性能研究是另一前沿域高性能混凝土的展使混凝土强度超200MPa成可能，改了理念；超高强度材将屈服强度提高到减轻结构复碳纤维蚀结构应800MPa以上，大大了自重；合材料如增强聚合物CFRP因其高强重比和抗腐性能，在加固和新建工程中日益广泛用这带劳异复杂构数些新材料来的挑战包括高强材料的脆性增加，需要更精确的断裂和疲分析；材料性能的各向性需要更的本模型；长期性能和耐久性据的缺乏需要试验监测员过种纳复观结构设计这综加速老化和研究人正通多手段，包括米改性、多相合和微等，不断改善些新材料的合性能考试重点内容提示核心概念计算技能个应础图弯图绘这实静力平衡原理三平衡方程及其用是基，剪力和矩的制是最常考的用技别内计练绘特是力算和支座反力求解能，需熟掌握制方法和特点应应变义计变计积力与理解基本定、算方法和物理形算包括直接分法和能量法求解位移义种论转意，掌握各强度理和角弯论惯计应应结构曲理截面性矩算、正力和切力超静定分析掌握力法或位移法的基本步弯关骤够简单分布，以及与剪力和矩的系，能分析的超静定梁和框架综合应用结构类识别够结构刚型能判断的静定性、度特性和可能的失效模式论识应实际问题设计结构评工程案例分析将理知用于工程，如梁的或改造方案估动问题动论频计概力基本振理，包括固有率算和共振念试项论题记忆应概导逻辑计题规书骤考注意事理重在理解而非，掌握核心念和推；算要范写，步清晰，注意单综题灵种识问题质简单错误位一致性；合需要活运用多知，分析本而非套用公式常见失分点包括符号、条应边条处错误关误平衡件用不当、界件理、几何系理解有等备议从概过题题进类归纳总结题结考策略建核心念入手，通做加深理解；对典型型行分，解思路和技巧；合实际养觉顾课数论关内复习关工程案例思考，培工程直；适当回先修程如高等学、理力学的相容；考前重点注师课调内历题问题时间态优异绩教堂强的容和年考中的共性合理安排，保持良好心，相信大家都能取得成学习资源推荐线资样为课习补内华济在源丰富多，可以作堂学的有力充国平台如中国大学MOOCicourse

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一、量至上的理念，出安全、、美的建筑作品，社会展做出。