建筑力学

目 录

绪论 1

一、建筑力学内容简介 1

二、建筑力学的作用 1

三、学习建筑力学的目的 3

项目1 静力学基本知识 5

项目概述 5

预备知识 5

1.1 基本概念 5

1.1.1 力的概念 5

1.1.2 力的表示方法 6

1.1.3 力系 6

1.2 刚体和变形体 7

1.3 静力学公理 8

项目总结 10

项目强化 11

思考题 11

习题 11

项目2 构件的受力分析 13

项目概述 13

预备知识 13

2.1 约束与约束反力 13

2.1.1 约束和约束反力的概念 13

2.1.2 几种常见约束及其约束反力 14

2.2 工程结构的计算简图及分类 18

2.2.1 结构计算简图 18

2.2.2 荷载的分类 21

2.2.3 杆系结构的分类 22

2.3 物体的受力分析与受力图 24

2.3.1 脱离体和受力图 24

2.3.2 画受力图的步骤及注意事项 24

典型任务 25

任务 构件的受力分析及受力图 25

项目总结 29

项目强化 30

思考题 30

习题 31

项目3 平面体系的几何组成分析 33

项目概述 33

预备知识 34

3.1 自由度和约束 34

3.1.1 刚片 34

3.1.2 自由度 34

3.1.3 约束 35

3.2 几何不变体系的基本组成规则 37

3.2.1 二元体概念及规则 37

3.2.2 两刚片规则 38

3.2.3 三刚片规则 38

3.3 静定结构与超静定结构 40

典型任务 40

项目总结 43

项目强化 44

习题 44

项目4 静定结构的平衡计算 45

项目概述 45

预备知识 45

4.1 平面汇交力系 45

4.1.1 平面汇交力系的合成 46

4.1.2 平面汇交力系的平衡条件 48

4.2 平面力对点之矩与平面力偶 50

4.2.1 力对点之矩与合力矩定理 50

4.2.2 平面力偶 51

4.3 平面一般力系 54

4.3.1 平面一般力系的简化 55

4.3.2 平面一般力系的平衡条件 59

4.4 物体系统的平衡 61

4.4.1 静定与静不定问题 61

4.4.2 物体系统的平衡 62

4.4.3 求解物系平衡问题的步骤 62

典型任务 63

任务一 力在坐标轴上的投影 63

任务二 平面力系向一点的简化 63

任务三 平面力系的平衡问题 67

任务四 平面杆系结构的平衡计算 78

项目总结 81

项目强化 83

思考题 83

习题 85

项目5 杆件变形(轴向拉伸与压缩)的分析与计算 91

项目概述 91

预备知识 91

5.1 材料力学基本概念 91

5.1.1 材料力学的任务 91

5.1.2 材料力学的变形及基本假设 93

5.1.3 杆件的内力、应力、变形与应变 93

5.2 轴向拉伸和压缩时的内力与应力 96

5.2.1 轴向拉伸和压缩的概念及实例 96

5.2.2 轴向拉伸和压缩时的内力 97

5.2.3 轴向拉伸和压缩时的应力 98

5.3 轴向拉伸和压缩时的变形 101

5.3.1 绝对变形胡克定律 101

5.3.2 相对变形、泊松比 102

5.4 材料在轴向拉伸与压缩时的力学性能 103

5.4.1 材料的拉伸和压缩试验 103

5.4.2 低碳钢拉伸时的力学性能 104

5.4.3 其他金属材料在拉伸时的力学性能 107

5.4.4 金属材料在压缩时的力学性能 107

5.4.5 几种非金属材料的力学性能 109

5.4.6 塑性材料和脆性材料的主要区别 110

5.5 轴向拉压变形的强度条件 110

5.5.1 材料的极限应力 110

5.5.2 容许应力和安全系数 111

5.5.3 轴向拉(压)杆的强度条件和强度计算 112

典型任务 113

任务一 计算杆件轴力及画轴力图 113

任务二 轴向拉压杆件截面的应力计算 114

任务三 轴向拉压杆件的变形计算 115

任务四 轴向拉压杆件的强度计算 117

项目总结 121

项目强化 122

习题 122

项目6 杆件变形(剪切与扭转)的分析与计算 125

项目概述 125

预备知识 125

6.1 剪切与挤压的概念 125

6.1.1 剪切的概念 125

6.1.2 挤压的概念 126

6.2 剪切与挤压的实用计算 126

6.2.1 剪切的实用计算 126

6.2.2 挤压的实用计算 127

6.3 剪切的胡克定律及剪应力互等定理 128

6.3.1 剪切胡克定律 128

6.3.2 剪应力互等定理 128

6.4 圆轴扭转时的内力和应力 129

6.4.1 圆轴扭转时的内力 129

6.4.2 圆轴扭转时的应力 132

6.5 圆轴扭转时的强度条件 133

典型任务 133

任务一 杆件剪切与挤压的内力及强度计算 133

任务二 圆轴扭转的内力及强度计算 136

项目总结 137

项目强化 139

习题 139

项目7 杆件变形(弯曲)的分析与计算 143

项目概述 143

预备知识 143

7.1 弯曲的基本概念 143

7.1.1 基本概念 143

7.1.2 单跨静定梁的几种形式 144

7.2 弯曲的内力 145

7.2.1 截面法求内力 145

7.2.2 简易法求内力 146

7.2.3 用内力方程法绘制剪力图和弯矩图 147

7.2.4 微分关系法绘制剪力图和弯矩图 151

7.2.5 用叠加法画弯矩图 153

7.3 弯曲时的应力及强度计算 155

7.3.1 梁横截面上的正应力 155

7.3.2 梁横截面上的剪应力 156

7.3.3 梁的强度条件 158

7.4 弯曲的变形及刚度条件 161

7.4.1 挠度和转角 161

7.4.2 用叠加法求梁的变形 162

7.4.3 梁的刚度条件 163

7.4.4 提高梁的刚度措施 163

典型任务 164

任务一 梁的正应力强度计算 164

任务二 梁的变形及刚度计算 173

项目总结 177

项目强化 178

习题 178

项目8 杆件变形(组合变形)的分析与计算 183

项目概述 183

预备知识 183

8.1 组合变形的概念与分析方法及计算原理 183

8.2 斜弯曲问题的应力和强度条件 184

8.2.1 斜弯曲的概念 184

8.2.2 斜弯曲时杆件的内力、应力的计算 185

8.2.3 斜弯曲时的强度条件 186

8.3 拉压和弯曲组合变形的应力和强度条件 188

8.4 偏心拉压的应力和强度条件 190

8.4.1 偏心拉压的应力计算 190

8.4.2 截面核心 191

典型任务 192

任务一 斜弯曲的强度计算 192

任务二 拉伸(压缩)和弯曲组合变形的强度计算 193

任务三 偏心拉伸(压缩)的强度计算 194

项目总结 196

项目强化 197

习题 197

项目9 压杆稳定的分析 201

项目概述 201

预备知识 201

9.1 压杆稳定的概念 201

9.2 压杆稳定的临界力和临界应力 202

9.2.1 细长压杆临界力计算公式——欧拉公式 202

9.2.2 欧拉公式的适用范围 204

9.2.3 中长杆的临界力计算——经验公式、临界应力总图 205

9.3 压杆的稳定计算 207

9.3.1 压杆稳定条件 207

9.3.2 折减系数法 207

典型任务 209

任务一 压杆临界荷载与临界应力的计算 209

任务二 压杆稳定的实用计算 209

项目总结 211

项目强化 213

习题 213

项目10 静定结构的内力分析 215

项目概述 215

预备知识 216

10.1 多跨静定梁 216

10.1.1 多跨静定梁的几何组成特点 216

10.1.2 多跨静定梁的内力分析 217

10.2 静定平面刚架 218

10.2.1 静定平面刚架的分类 219

10.2.2 刚架的主要结构特征 220

10.2.3 静定平面刚架的内力分析 221

10.3 静定平面桁架 222

10.3.1 桁架的定义及组成 222

10.3.2 静定平面桁架的分类 223

10.3.3 静定平面桁架的内力计算 224

10.4 三铰拱 230

10.4.1 拱的分类与特点 230

10.4.2 三铰拱的内力分析 232

10.4.3 三铰拱的合理轴线 235

10.5 静定组合结构 235

典型任务 236

任务一 静定梁的内力计算和内力图的绘制 236

任务二 静定平面刚架的内力计算和内力图的绘制 240

任务三 桁架的内力计算 245

任务四 三铰拱的内力计算 249

任务五 静定组合结构的内力分析 252

项目总结 253

项目强化 255

习题 255

项目11 静定结构的位移计算 265

项目概述 265

预备知识 266

11.1 虚功原理及应用 266

11.1.1 虚功 266

11.1.2 变形体虚功原理 267

11.1.3 利用虚功原理求结构在荷载作用下的位移 268

11.2 静定结构在支座移动时的位移计算 271

11.3 图乘法 272

11.3.1 图乘法原理 272

11.3.2 公式应用条件及注意问题 272

典型任务 275

任务一 利用图乘法计算静定梁的位移 275

任务二 利用图乘法计算静定平面刚架的位移 276

任务三 静定平面桁架的位移计算 278

任务四 静定结构支座移动时的位移计算 279

项目总结 280

项目强化 281

习题 281

项目12 超静定结构的内力计算 283

项目概述 283

预备知识 283

12.1 超静定结构概述 283

12.1.1 静定结构和超静定结构的特点 284

12.1.2 超静定次数的确定及基本结构的取法 284

12.2 力法基本原理及典型方程 286

12.2.1 力法基本原理 286

12.2.2 力法典型方程 288

12.3 对称结构力法方程的简化 289

12.3.1 对称基本结构的选取 290

12.3.2 半刚架法 292

12.4 位移法的基本概念及典型方程 293

12.4.1 位移法的基本概念 293

12.4.2 位移法的基本未知量 297

12.4.3 位移法典型方程 299

12.5 力矩分配法的基本概念及基本原理 301

12.5.1 基本概念 301

12.5.2 力矩分配法的基本原理 303

12.5.3 力矩分配法的计算步骤 303

典型任务 304

任务一 使用力法计算超静定梁和平面刚架内力并绘制内力图 304

任务二 力法计算对称结构的内力并绘制内力图 307

任务三 位移法计算梁和平面刚架的内力并绘制内力图 309

任务四 力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架的内力并绘制内力图 315

项目总结 317

项目强化 319

习题 319

附录A 平面图形的几何性质 324

附录B 型钢表 341

附录C 部分项目习题答案 353

参考文献 363

本书依据高等职业教育培养技术技能型人才的目标要求，围绕知识的应用能力，用项目对能力进行反复训练，整合理论知识和实践知识，内容简明扼要，通俗易懂，图文配合紧密。全书共分为12个项目，内容涵盖了理论力学的静力学、材料力学和结构力学的主要内容，包括绪论，静力学基本知识，构件的受力分析，平面体系的几何组成分析，静定结构的平衡计算，杆件变形(包括轴向拉伸与压缩、剪切与扭转、弯曲、组合变形)的分析，压杆稳定的分析，静定结构的内力分析，静定结构的位移计算，超静定结构的内力计算等。附录中包含平面图形的几何性质及型钢表等内容。每个项目都有一定数量的强化习题，部分项目附有习题参考答案。本书可作为高等职业院校、成人高校、继续教育学院和民办高校的土建类各专业的教材，如建筑工程技术、工程监理、基础工程技术、工程管理、工程造价等相关专业，也可作为专升本考前复习、自学辅导用书，还可作为有关工程技术人员的参考用书。