建筑力学北方工业大学建筑工程学院建 筑 力 学
Architectural Mechanics
（理论力学、材料力学、结构力学）
教材：
《建筑力学》杨其伟等 社会出版社参考书：
《建筑力学》周国瑾等 同济大学出版社
《工程力学》范钦珊 高等教育出版社
《建筑力学》李前程、安学敏 中国建筑工业出版社第一章总 论
§ 1-1 概述一、建筑力学的研究对象研究对象 —— 建筑（工程）结构和构件。
结构：建筑物中承担荷载的体系（承重骨架）。
如：梁柱体系、板壳体系、网架体系、水塔、
桥梁、水坝、挡土墙等。
构件：组成结构的各单独部分。
如：基础、柱、梁、屋面板等。
建筑结构按几何特征分类：
（ 1） 杆件结构（杆系结构）：构件长度远远大于横截面尺寸。
（ 2） 薄壁结构（板壳结构）：板壳的厚度比长度和宽度小得多。
（ 3） 实体结构：结构的长、宽、高三个尺寸等量级。
建筑力学以杆系结构为研究对象。
二、建筑力学的任务和内容任务：
1,研究结构的几何组成规律和合理形式。
2、讨论结构和构件的强度、刚度、稳定性问题。
3、培养能力：分析问题和解决实际建筑工程问题的能力、自学能力、计算能力。
内容：
１,力系的简化和平衡问题。
２,研究构件和结构的强度问题。
研究基本构件在各种基本变形形式下，强度计算的理论和方法；使结构满足强度条件。
３,研究构件和结构的刚度问题。
构件和结构抵抗变形的能力。
4、研究构件和结构的稳定性问题。
三、建筑力学在建筑设计中的作用
（建筑师与结构）
建筑师要设计出适用、经济、美观的建筑物，必须具备美学、艺术、生产等各方面的理论知识。其中包括建筑力学和结构方面的知识，以便在建筑设计工作中，
能够选择合理的结构形式。在安全和经济的前提下，实现自己的建筑构思，体现力与美的完美结合。
建筑师要在各专业工程师之间作好协调工作。在初步设计阶段作出选用何种承重结构的决定，向结构工程师提出合理的结构要求；在整个设计过程中，与结构工程师共同研究和解决建筑和结构之间可能出现的矛盾。
例如，要建造一栋展览馆。当场地、
层高、跨度等确定后，屋架选用什么形式，
用什么材料，柱子采用什么形式，哪些地方放置梁等问题。都要用到结构的知识，
而结构受力知识的基础是力学。
结构是建筑美的载体。
所以，建筑师必须比较全面地了解各种结构的受力特性、经济性和适用范围，能够对结构作出定性分析，并较快地对各种结构形式的受力特性作出正确的估量和判断。
§ 1-2 荷载的分类结构工作时所承受的外力 — 荷载。
荷载的确定是结构设计中极为重要的工作。需周密、谨慎；应根据国家建筑规范、
进行现场调查等。
荷载分类：
一,作用时间恒载 — 长期作用在结构上的不变荷载（重量、
位置）。如：自重、固定设备。
活载 — 暂时作用在结构上的可变
（位置）荷载。
人群、风雪、车辆、吊车等。
二、作用范围：
分布荷载 — 分布作用在结构或构件的体积、面积或线段上的荷载，可分别称为体荷载、面荷载和线荷载。
集中荷载 — 荷载作用范围与构件尺寸相比十分微小，可认为荷载集中在一点。
三、作用性质：
静力荷载 — 数量、方向、位置不随时间变化或变化缓慢，无显著加速度的荷载。
动力荷载 — 随时间迅速变化、产生显著的加速度，有不可忽视的惯性力。
§ 1-3 平面结构的支座及支座反力一、支座将结构物与基础或地面联结在一起的装置。
注：支座也称为约束，其作用是限制被约束体的自由运动。
二、支座反力（约束反力）
支座（约束）对物体的作用力称为支座反力（或约束反力）。支座（约束）
反力的方向总与它所限制的位移方向相反。
三、几种常见的支座（约束）及反力的性质
1、柔索约束,（ 软绳或链条）
只能承受拉力，
限制被约束物体在柔索受拉方向的位移。
柔索的约束反力
T通过接触点，沿柔索而背离物体。
2、光滑面约束两物体光滑接触。
两物体可以脱离，
也可以沿光滑面相对滑动。但沿接触面法线方向，且指向接触面的位移受到限制。
光滑面的约束反力作用于接触面，沿接触面法线，且指向物体。
3、光滑圆柱铰链约束铰链约束是连接两个构件的常见的约束形式。
构成：见右图。
约束功能：两物体铰接处，允许有相对转动，不允许有相对移动。
铰链约束有两个相互垂直的约束反力，指向是未知的。
简 图
4、活动铰支座（滚轴支座）
构成：见右图。
约束功能：限制 A点沿支承面法线方向的移动。
活动铰支座只有反力 V,通过铰 A
中心。
A
简 图
5、固定铰支座（不动铰支座）
构成：见右图。
约束功能：限制 A点沿水平和竖直方向的移动（限制线位移）。允许结构绕 A点转动。
固定铰支座有水平反力 H和竖向反力 V,通过
A铰中心。也可合成为一个力，但方向不知。
简 图
A
6、固定支座
构成：见右图。
构件 A端被牢固地固定。
约束功能：杆端
A不能发生移动也不能发生转动。
固定支座（端）
反力为水平反力 H，
竖向反力 V,反力矩
M。
简图
7、定向支座
构成：见右图。
约束功能；允许结构沿辊轴滚动方向移动，但不能发生竖直移动和转动。
定向支座反力可简化为垂直于滚动方向的反力 V和反力矩 M。
简图
§ 1-4 结构的计算简图一、计算简图（计算模型）
对结构进行力学分析和计算时，用以代表实际结构的简化图形。
1、简化的必要性,
（１）完全符合实际常不可能；
（２）采用十分精确的计算简图，对工程需要和节省人力财力来说常不必要。
２、简化原则：
(1)反映实际：留主要因素，以反映结构的主要受力性能；
(2) 计算简单（力求）,忽略次要因素。
二、杆件结构体系可简化的因素
（结构体系的简化 ）
1、空间结构简化为平面结构杆件结构可分为空间、平面两大类型。实际结构体系均为空间结构体系，
不是所有的体系都能简化为平面体系。
2、杆件的轴线代替杆件直杆、曲杆均可，条件：（１）小变形、（２）平截面假定。
3、结点（杆件间连接）的简化杆件结构中，两个或两个以上的杆件共同连接处称为结点。
(1)、铰结点特点,连接的各杆在连接处不能相对移动（传递力）,
可相对自由转动（不传递力矩 ）。
(2)、刚结点特点,连接的各杆在连接处，
不能相对移动
（传递力），不能相对转动（传递力矩）。
变形前后在结点处各杆端切线夹角不变。
4、结构与基础间连接（支座）的简化
支座的计算简图 —— 用支座链杆表示支座
优点：支座对结构的约束条件比较明确支座反力的数目＝链杆的数目支座可根据实际的构造和约束情况，对照上节各类不同情况，进行简化。
细石混凝土 沥青麻丝固定端支座 不动铰支座
5、荷载的简化
作用在结构上的荷载的确定是一个复杂的问题。
其中包括：
体积力（自重、惯性力等） ;
表面力（其它物体通过接触面传来的力）。
可以简化为：
较为均匀的分布力 —— 均布荷载
短段分布力 —— 集中荷载
温度改变，支座移动，材料收缩也可视为荷载，称为广义荷载。
6、结构计算简图举例
§ 1-5 杆件结构分类
这里杆件结构分类指的是：结构计算简图的分类 (按结构特性分 )。
应注意各类结构的构造特点，
以及由此而产生的受力特点。
（ 1）、梁：受弯杆，可单跨、可多跨。
（ 2）、拱：杆轴一般为曲线，
竖向荷载作用下，有水平支座反力
（推力）。
（ 3）、桁架：由直杆组成，结点为铰结点。
（ 4）、刚架：受弯构件组成，
直杆、结点形式主要为刚结点。
（ 5）、组合结构：梁或刚架与桁架组合在一起，有组合结点。
§ 1-6 变形固体及其基本假定建筑力学中将结构物抽象为两种计算模型。
一、刚体模型刚体：受力作用后不变形的物体。
二、理想变形固体模型当研究结构或构件的内效应（内力，
应力，变形，应变能等）时，与组成结构或构件的材料变形特性有关，视体系为变形体。
为简化计算，将一般变形固体的材料特性加以理想化，作出如下假定：
1、连续性假设：
材料体积内部充满了物质，密实而无孔隙连续分布（可用连续函数表示）。
2、均匀性假设：
材料内部各部分的力学性能完全相同，可取任一微元体作研究对象。
3、各向同性假设：
材料沿各方向的力学性能完全相同，
物体的力学性能不随方向的不同而改变。
本教材对构件和结构进行强度、
刚度、稳定性的力学分析时，把构件视为连续、均匀、各向同性材料构成的，是在弹性范围内的可变形固体。
§ 1-6 杆件的几何特性与基本变形形式杆件的基本变形形式：
1、轴向拉伸或压缩
2、剪切杆件的几何特征（补充 P5）
3、扭转
4、弯曲
Architectural Mechanics
（理论力学、材料力学、结构力学）
教材：
《建筑力学》杨其伟等 社会出版社参考书：
《建筑力学》周国瑾等 同济大学出版社
《工程力学》范钦珊 高等教育出版社
《建筑力学》李前程、安学敏 中国建筑工业出版社第一章总 论
§ 1-1 概述一、建筑力学的研究对象研究对象 —— 建筑（工程）结构和构件。
结构：建筑物中承担荷载的体系（承重骨架）。
如：梁柱体系、板壳体系、网架体系、水塔、
桥梁、水坝、挡土墙等。
构件：组成结构的各单独部分。
如：基础、柱、梁、屋面板等。
建筑结构按几何特征分类：
（ 1） 杆件结构（杆系结构）：构件长度远远大于横截面尺寸。
（ 2） 薄壁结构（板壳结构）：板壳的厚度比长度和宽度小得多。
（ 3） 实体结构：结构的长、宽、高三个尺寸等量级。
建筑力学以杆系结构为研究对象。
二、建筑力学的任务和内容任务：
1,研究结构的几何组成规律和合理形式。
2、讨论结构和构件的强度、刚度、稳定性问题。
3、培养能力：分析问题和解决实际建筑工程问题的能力、自学能力、计算能力。
内容：
１,力系的简化和平衡问题。
２,研究构件和结构的强度问题。
研究基本构件在各种基本变形形式下，强度计算的理论和方法；使结构满足强度条件。
３,研究构件和结构的刚度问题。
构件和结构抵抗变形的能力。
4、研究构件和结构的稳定性问题。
三、建筑力学在建筑设计中的作用
（建筑师与结构）
建筑师要设计出适用、经济、美观的建筑物，必须具备美学、艺术、生产等各方面的理论知识。其中包括建筑力学和结构方面的知识，以便在建筑设计工作中，
能够选择合理的结构形式。在安全和经济的前提下，实现自己的建筑构思，体现力与美的完美结合。
建筑师要在各专业工程师之间作好协调工作。在初步设计阶段作出选用何种承重结构的决定，向结构工程师提出合理的结构要求；在整个设计过程中，与结构工程师共同研究和解决建筑和结构之间可能出现的矛盾。
例如，要建造一栋展览馆。当场地、
层高、跨度等确定后，屋架选用什么形式，
用什么材料，柱子采用什么形式，哪些地方放置梁等问题。都要用到结构的知识，
而结构受力知识的基础是力学。
结构是建筑美的载体。
所以，建筑师必须比较全面地了解各种结构的受力特性、经济性和适用范围，能够对结构作出定性分析，并较快地对各种结构形式的受力特性作出正确的估量和判断。
§ 1-2 荷载的分类结构工作时所承受的外力 — 荷载。
荷载的确定是结构设计中极为重要的工作。需周密、谨慎；应根据国家建筑规范、
进行现场调查等。
荷载分类：
一,作用时间恒载 — 长期作用在结构上的不变荷载（重量、
位置）。如：自重、固定设备。
活载 — 暂时作用在结构上的可变
（位置）荷载。
人群、风雪、车辆、吊车等。
二、作用范围：
分布荷载 — 分布作用在结构或构件的体积、面积或线段上的荷载，可分别称为体荷载、面荷载和线荷载。
集中荷载 — 荷载作用范围与构件尺寸相比十分微小，可认为荷载集中在一点。
三、作用性质：
静力荷载 — 数量、方向、位置不随时间变化或变化缓慢，无显著加速度的荷载。
动力荷载 — 随时间迅速变化、产生显著的加速度，有不可忽视的惯性力。
§ 1-3 平面结构的支座及支座反力一、支座将结构物与基础或地面联结在一起的装置。
注：支座也称为约束，其作用是限制被约束体的自由运动。
二、支座反力（约束反力）
支座（约束）对物体的作用力称为支座反力（或约束反力）。支座（约束）
反力的方向总与它所限制的位移方向相反。
三、几种常见的支座（约束）及反力的性质
1、柔索约束,（ 软绳或链条）
只能承受拉力，
限制被约束物体在柔索受拉方向的位移。
柔索的约束反力
T通过接触点，沿柔索而背离物体。
2、光滑面约束两物体光滑接触。
两物体可以脱离，
也可以沿光滑面相对滑动。但沿接触面法线方向，且指向接触面的位移受到限制。
光滑面的约束反力作用于接触面，沿接触面法线，且指向物体。
3、光滑圆柱铰链约束铰链约束是连接两个构件的常见的约束形式。
构成：见右图。
约束功能：两物体铰接处，允许有相对转动，不允许有相对移动。
铰链约束有两个相互垂直的约束反力，指向是未知的。
简 图
4、活动铰支座（滚轴支座）
构成：见右图。
约束功能：限制 A点沿支承面法线方向的移动。
活动铰支座只有反力 V,通过铰 A
中心。
A
简 图
5、固定铰支座（不动铰支座）
构成：见右图。
约束功能：限制 A点沿水平和竖直方向的移动（限制线位移）。允许结构绕 A点转动。
固定铰支座有水平反力 H和竖向反力 V,通过
A铰中心。也可合成为一个力，但方向不知。
简 图
A
6、固定支座
构成：见右图。
构件 A端被牢固地固定。
约束功能：杆端
A不能发生移动也不能发生转动。
固定支座（端）
反力为水平反力 H，
竖向反力 V,反力矩
M。
简图
7、定向支座
构成：见右图。
约束功能；允许结构沿辊轴滚动方向移动，但不能发生竖直移动和转动。
定向支座反力可简化为垂直于滚动方向的反力 V和反力矩 M。
简图
§ 1-4 结构的计算简图一、计算简图（计算模型）
对结构进行力学分析和计算时，用以代表实际结构的简化图形。
1、简化的必要性,
（１）完全符合实际常不可能；
（２）采用十分精确的计算简图，对工程需要和节省人力财力来说常不必要。
２、简化原则：
(1)反映实际：留主要因素，以反映结构的主要受力性能；
(2) 计算简单（力求）,忽略次要因素。
二、杆件结构体系可简化的因素
（结构体系的简化 ）
1、空间结构简化为平面结构杆件结构可分为空间、平面两大类型。实际结构体系均为空间结构体系，
不是所有的体系都能简化为平面体系。
2、杆件的轴线代替杆件直杆、曲杆均可，条件：（１）小变形、（２）平截面假定。
3、结点（杆件间连接）的简化杆件结构中，两个或两个以上的杆件共同连接处称为结点。
(1)、铰结点特点,连接的各杆在连接处不能相对移动（传递力）,
可相对自由转动（不传递力矩 ）。
(2)、刚结点特点,连接的各杆在连接处，
不能相对移动
（传递力），不能相对转动（传递力矩）。
变形前后在结点处各杆端切线夹角不变。
4、结构与基础间连接（支座）的简化
支座的计算简图 —— 用支座链杆表示支座
优点：支座对结构的约束条件比较明确支座反力的数目＝链杆的数目支座可根据实际的构造和约束情况，对照上节各类不同情况，进行简化。
细石混凝土 沥青麻丝固定端支座 不动铰支座
5、荷载的简化
作用在结构上的荷载的确定是一个复杂的问题。
其中包括：
体积力（自重、惯性力等） ;
表面力（其它物体通过接触面传来的力）。
可以简化为：
较为均匀的分布力 —— 均布荷载
短段分布力 —— 集中荷载
温度改变，支座移动，材料收缩也可视为荷载，称为广义荷载。
6、结构计算简图举例
§ 1-5 杆件结构分类
这里杆件结构分类指的是：结构计算简图的分类 (按结构特性分 )。
应注意各类结构的构造特点，
以及由此而产生的受力特点。
（ 1）、梁：受弯杆，可单跨、可多跨。
（ 2）、拱：杆轴一般为曲线，
竖向荷载作用下，有水平支座反力
（推力）。
（ 3）、桁架：由直杆组成，结点为铰结点。
（ 4）、刚架：受弯构件组成，
直杆、结点形式主要为刚结点。
（ 5）、组合结构：梁或刚架与桁架组合在一起，有组合结点。
§ 1-6 变形固体及其基本假定建筑力学中将结构物抽象为两种计算模型。
一、刚体模型刚体：受力作用后不变形的物体。
二、理想变形固体模型当研究结构或构件的内效应（内力，
应力，变形，应变能等）时，与组成结构或构件的材料变形特性有关，视体系为变形体。
为简化计算，将一般变形固体的材料特性加以理想化，作出如下假定：
1、连续性假设：
材料体积内部充满了物质，密实而无孔隙连续分布（可用连续函数表示）。
2、均匀性假设：
材料内部各部分的力学性能完全相同，可取任一微元体作研究对象。
3、各向同性假设：
材料沿各方向的力学性能完全相同，
物体的力学性能不随方向的不同而改变。
本教材对构件和结构进行强度、
刚度、稳定性的力学分析时，把构件视为连续、均匀、各向同性材料构成的，是在弹性范围内的可变形固体。
§ 1-6 杆件的几何特性与基本变形形式杆件的基本变形形式：
1、轴向拉伸或压缩
2、剪切杆件的几何特征（补充 P5）
3、扭转
4、弯曲
