工程结构与力学总结Word格式文档下载.docx
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三角形屋架和三铰拱屋架用于斜坡屋面，屋面坡度通常取；
梭形屋架的屋面坡度较平坦，取；
轻型钢屋架适用于跨度<
=18，柱距4~6m,设置有起重量<
=50kN的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑和跨度<
=18m的民用房屋⑤混凝土屋架：
有梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架等。
梯形屋架用于重型、高温及采用井式或横向天窗的厂房；
折线形屋架用于非卷材防水屋面的中型厂房或大中型厂房；
无斜腹杆屋架适用于采用井式或横向天窗的厂房⑥钢筋混凝土—钢组合屋架：
有折线形屋架、三铰屋架、两铰屋架。
折线形屋架适用于石棉瓦、瓦垄铁、构件自防水灯的屋面；
两铰、三铰组合屋架用于农村地区的中小型建筑。
第三章——单层刚架结构
1、单层刚结构：
①定义：
刚架结构是指梁、柱之间为刚性连接的结构，当梁与柱之间为铰接时，一般称为排架，多层多跨的刚结构则称为框架，单层刚架也称为门式刚架②分类：
从结构约束条件，分为无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架；
从结构材料分为胶合木结构、钢结构、混凝土结构；
从构件截面，分为实腹式刚架、空腹时刚架、格构式刚架、等截面与变截面；
从建筑形体，分为平顶、坡顶、拱顶、单跨与多跨；
从施工技术分为预应力刚架、非预应力刚架③适用范围：
A钢筋混凝土刚架：
适用于跨度不超过18m、檐高不超过10m的无吊车或吊车起重量不超过100kN的建筑中；
B实腹式刚架：
跨度不很大（50~60m）的结构，常做成两铰刚架；
C格构式刚架：
跨度较小可采用三铰式结构，跨度较大时采用两铰刚架或无铰刚架。
2、单层刚架结构构造及布置：
①单层刚架的外形：
平顶、坡顶或拱顶；
单跨、双跨、多跨连续；
根据通风、
采光的需要设置天窗、通风屋脊和采光带②刚架节点的连接构造：
节点构造与结构计算简图一致；
制造、运输、安装方便。
钢刚架：
实腹式、格构式；
混凝土刚架：
接头位置设在铰节点或弯矩为零的部位，倒L形、F形、Y形③单层刚架结构的布置：
平行布置、辐射状布置等；
④刚架结构的支撑系统：
刚架结构为平面受力体系，当多榀刚架平行布置时，在结构纵向实际上为几何可变的铰接四边形结构。
因此为保证结构的整体稳定性，应在纵向柱间布置联系梁及柱间支撑，同时在横梁的顶面设置上弦横向水平支撑，柱间支撑和横梁上弦横向水平支撑宜设置在同一开间内。
第四章——拱式结构
1、拱的分类：
按结构支承方式：
三铰拱、两铰拱、无铰拱
2、拱的受力特点：
①按支承方式分类：
三铰拱（静定结构）、两铰拱（一次超静定结构）、无铰拱（三次超静定结构）②支座反力：
竖向荷载作用下，拱脚支座内有水平推力；
竖向荷载作用下，拱脚水平推力的大小等于相同跨度简支梁在相同荷载作用下的弯矩除以拱的矢高f；
当结构跨度与荷载条件一定时，拱脚水平推力与拱的矢高f成反比
3、拱脚水平推力的平衡：
竖向荷载作用下，拱脚支座内有水平推力：
拱脚支座应能可靠地传递和承受水平推力，拱脚支座反力不能抵抗水平推力时，拱变成曲梁；
水平推力的平衡措施：
推力由拉杆承受，同时可以设吊杆，推力通过刚性水平结构传递给总拉杆，推力由竖向承重结构承受，框架、桁架、墙，具有足够的刚度，基底不允许出现拉应力，推力直接作用在基础上，通过基础传给地基，要求地质条件较好或拱脚推力较小
4、拱式结构的形式：
①按支承方式及力学计算简图：
无铰拱、两铰拱、三铰拱②按材料：
砖、石、混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土，木材和钢材③按拱身截面：
实腹式、格构式拱、等截面、变截面④钢结构拱有实腹式、格构式⑤钢筋混凝土拱：
实腹式
5、拱式结构的选型：
①结构支承方式：
A无铰拱：
三次超静定，刚度好、结构内力小，对地基和基础要求较高；
地基发生不均匀沉降时，结构产生附加内力，必须考虑较差地基的影响;
B两铰拱：
一次超静定，刚度较好，弯矩比无铰拱大，基础可转动；
C三铰拱：
静定，刚度较差，结构内力大，对地基和基础要求较低；
②拱的矢高：
综合考虑建筑空间的使用、建筑造型、结构受力、屋面排水构造。
矢高应满足建筑使用功能和建筑造型的要求：
矢高决定建筑物的体量、内部空间的大小；
不同的建筑对拱的形式要求不同。
矢高对拱的外形影响很大，它直接影响建筑造型和构造处理；
矢高的确定应使结构受力合理，矢高的大小还影响拱身轴力和拱脚推力的大小。
矢高应满足屋面排水构造的要求③确定拱轴线方程：
选择合理轴线，实际不可能。
荷载变化：
风荷载大小不定；
活荷载位置变化。
根据主要荷载确定，使拱身主要承受轴力。
在房屋建筑中拱结构的轴线一般采用抛物线，其方程为：
y=
身截面高度
6、拱式结构的布置：
根据平面的需要交叉布置，构成圆形平面或其他正多边形平面
第五章——薄壳结构
1、概念：
壳体结构一般是指由两个几何曲面构成的空间薄璧结构。
两曲面间的距离，即壳体的厚度t。
t不随坐标变化时称为等厚度壳体，反之称为变厚度壳体。
平分壳体厚度的曲面叫做壳体的中面。
4f
×
x×
（l-x）（f为拱的矢高。
L为拱的跨度）④拱l2
2、薄壳结构的分类：
在任意形状的壳的中面上某一点m可作法线mn。
包含该法线可作一系列的平面，各平面与中面相交可得许多具有确定方向的平面曲线，其中有两条相互垂直或正交的曲线r和t的曲率具有极值，一条曲率最大，另一条曲率最小，这两条曲线的曲率称为曲面在该点的主曲率，用k
1、k2表示。
曲面任意点上的高斯曲率K：
K＝k1k2。
3、薄壳的曲面形式：
按照形成的特点分为：
旋转曲面、平移曲面、直纹曲面、复杂曲面①旋转曲面：
一平面曲线绕其所在平面上的轴旋转所形成的曲面，称为旋转曲面。
该平面曲线可以有不同的形状，于是得到多种多样适应于圆形平面的穹窿（圆顶）屋盖。
分为：
球形曲面、椭球曲面、旋转抛物面、旋转双曲面②平移曲面：
一竖向曲线沿另一竖向曲线平移所形成的曲面称为平移曲面。
有椭球抛物面、双曲抛物面③直纹曲面：
A双曲抛物面：
一直线沿二固定曲线移动形成的曲面。
B柱面与柱状面：
柱面由直母线沿沿着两根曲率相同的竖向曲导线移动而形成的曲面。
柱状面由直母线沿着两根曲率不同的竖向曲导线移动，并始终平行于一导平面而形成。
C锥面与锥状面：
锥面是一直母线沿一竖向曲导线移动，并始终通过一定点而形成的曲面。
锥状面是由一直母线沿一根直导线和一根竖向曲导线移动，并始终平行于一导平面而形成的曲面。
也称劈锥壳
4、各种薄壳结构：
①圆顶薄壳：
旋转曲面、正高斯曲率，有球面壳、椭球面壳、旋转抛物面，由壳身、支座环、下部支撑构件构成。
适用于平面形状为圆形的建筑。
受力：
壳体的径向和环向弯矩极小，可以忽略；
壳体主要承受压力，压力沿整个球面呈扩散均匀分布，可以充分利用材料强度。
在轴向（旋转轴）对称荷载作用下，圆顶径向受压，环向上部受压，下部可能受压，也可能受拉，这是圆顶壳面中的主要内力。
由此，圆顶结构可以充分利用材料的强度。
支座对圆顶壳面起箍的作用，所以支座环承受壳面边缘传来的推力，其截面内力主要为拉力。
②筒壳：
组成：
壳身、侧边构件、横隔构件。
筒壳是空间结构，在荷载作用下产生的内力与普通梁板结构不同，内力的计算出比普通梁板结构复众很多。
内力计算薄壳计算中，弯曲内力可以忽略，只需计算薄膜内力。
薄膜内力在壳体内引起的应力是沿厚度均匀分布的，所以材料强度的利用比较充分，因而结构比较经济。
工程设计中常常尽可能减少弯曲应力。
壳体中实现薄膜内力状态需要满足的条件：
中面的曲率是连续变化的；
壳体的厚度是逐渐变化的；
荷载是连续分布的；
壳体的支座只在中面的切线方向上阻止位移并产生反力。
③双曲扁壳：
由壳板和周边竖直的边缘构件（或称横隔构件）组成。
受力合理，经济效果良好。
矢高偏小，当跨度不大时，它还可以应用在楼盖上面。
双曲扁壳适用于各种尺寸的矩形平面的建筑物屋盖上面。
满跨均布竖向荷载作用下，壳板主要内力以薄膜内力为主：
壳板受压，压应力数值很小；
边缘附近要考虑曲面外弯矩作用。
④折板：
由折板、边梁、横隔组成。
第六章——平板网架结构
1、网架：
优点：
①空间刚度大，整体性和稳定性，安全度高②具有良好的抗震性能③网架高度小，用钢量省④用小规格、短杆件构成大跨度结构⑤平面布置灵活⑥有利于管道和设备安装⑦杆件、阶段可标准化生产，运输、安装方便、快速⑧施工适应性强。
缺点：
①结构内力分布不均匀，边缘杆件“强度过剩”②造价偏高，需要专业队伍施工
2、平板网架结构的分类：
①按结构组成：
双层网架、三层网架、组合网架②按跨度：
小跨度网架、中跨度网架、大跨度网架③按杆件的布置规律及网格的格构原理：
交叉桁架体系、角锥体系
3、交叉桁架体系：
分类：
两向正交正放网架（井字形网架）、两向正交斜放网架、两相加斜交斜放网架、
三向交叉网架、单项折线形网架
4、角锥体系：
①四角锥体网架：
正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星形四角锥网架②三角锥体网架：
三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝型三角锥网架③六角锥体网架
5、平板网架的支承方式：
①周边支承：
周边支承网架是目前采用较多的一种形式，所有边界节点都搁置在柱或梁上，传力直接，网架受力均匀。
当网架周边支承于柱顶时，网格宽度可与柱距一致；
当网架支承于圈梁时，网格的划分比较灵活，可不受柱距影响。
②三边支承或两边支承网架：
在矩形平面的建筑中，由于考虑扩建的可能性或由于建筑功能的要求，需要在一边或两对边上开口，因而使网架仅在三边或两对边上支承，另一边或两对边为自由边③点支承网架：
一般有四点支承和多点支承两种情形，由于支承点处集中受力较大，宜在周边设置悬挑，以减小网架跨中杆件的内力和挠度。
④周边与点相结合支承的网架：
在点支承网架中，当周边没有围护结构和抗风柱时，可采用点支承与周边支承相结合的形式。
适用于工业厂房和展览厅等公共建筑
6、网架结构的受力特点：
①影响网架选型的因素：
建筑造型、建筑平面形状和尺寸；
网架的支承方式、荷载大小；
屋面构造和材料；
建筑构造与要求；
制作安装方法②周边支承网架：
A：
以交叉桁架体系网架为例，两个方向的桁架在各个交点处的竖向位移应分别相等（位移协调条件），空间工作的网架结构可看成是两个方向的平面桁架结构的组合，荷载沿桁架方向向周边支座传递。
B:
以正交斜放交叉网架为例，荷载沿桁架方向向周边支座传递。
克服了两向正交正放网架当建筑平面为长条矩形时接近单向受力状态的缺陷。
短桁架对长桁架起的支承作用，使长桁架在角部产生负弯矩，角部负弯矩的作用对四角支座产生较大的拉力，使四角翘起，需要设置特殊的拉力支座。
需要对网架四角锚拉，或把角柱去掉，使拉力分散至角部的两个柱子。
③四点支承及多点支承网架：
四点支承正交正放网架比正交斜放网架受力合理。
四点支承的网架，从平面图形看是几何可变的。
为了保证网架的几何不变性和有效地传递水平力，须适当地设置水平支撑④三边支承网架：
通过计算表明，其用钢量和刚度两项指标的对比情况与周边支承网架基本一致，可参照上述周边支承的分析结果进行选型
第七章——网壳结构
1、网壳结构：
①网壳结构的构件主要承受轴力，结构内力分布比较均匀，应力峰值较小，因而可以充分发挥材料强度作用。
②由于它可以来用各种壳体结构的曲面形式，在外观上可以与薄壳结构一样具有丰富的造型，无论是建筑平面或建筑形体，网壳结构都能给设计人员以充分的设计自由和想象空间，通过使结构动静对比、明暗对比、虚实对比，把建筑美与结构美有机地结合起来，使建筑更易于与环境相协调③由于杆件尺寸与整个网壳结构的尺寸相比很小，可把网壳结构近似地看成各向同性或各向异性的连续体，利用钢筋混凝土薄壳结构的分析结果进行定性的分析。
④网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆，即以折面代替曲面，如果杆件布置和构造处理得当，可以具有与薄壳结构相似的良好的受力性能。
⑤便于工厂制造和现场安装，在构造上和施工方法上具有与平板网架结构一样的优越性。
①杆件和节点几何尺寸的偏差以及曲面的偏离对网壳的内力、整体稳定性和施工精度影响较大，给结构设计带来困难②网壳结构可以构成大空间，但当矢高很大时，增加了屋面面积和不必要的建筑空间，增加建筑材料和能量的消耗。
③网壳结构虽然能跨越很大的跨度，但主要为承受压力，存在稳定问题，并不能充分利用材料的强度，
因此超过某一跨度后就会显得不经济。
2、网壳结构的分类：
①按杆件的布置方式：
单层网壳、双层网壳②按材料：
木网壳、钢筋混凝土网壳、钢网壳、铝合金网壳、塑料网壳、玻璃钢网壳等③按曲面形式：
单曲面、双曲面
3、受力特点：
①筒网壳结构：
A、拱式筒网壳：
以受压为主的平面拱，为单向平衡并传递外荷的平面结构。
既然梁可以构成双向的井字梁，同样拱也可以实现空间多向抗衡并传递外荷的空间结构——多向拱，多向拱具有良好的空间刚度，能抵抗纵向侧力，无需支撑。
B、xx筒网壳
C、两对边支承——筒拱结构：
当筒网壳结构以跨度方向为支座时，即为筒拱结构。
拱脚常支承于墙顶圈梁、柱顶连系梁或侧边桁架上，或者直接支承于基础上
D、两对边支承——纵向xx结构：
当筒网壳结构在波长方向设支座时，网壳以纵向梁的作用为主。
筒网壳的端支座若为墙，应在墙顶设横向端拱肋，承受内网壳传来的顺剪力，成为受拉构件；
其端支座若为变高度梁，则为拉弯构件
E、四边支承或多点支承：
四边支承或多点支承的简网壳结构可分为短壳、长壳和中长壳。
简网壳的受力同时有拱式受压和梁式受弯两个方面，两种作用的大小同网格的构成及网壳的跨度与波长之比有关：
短网先的拱式受压作用比较明显；
长网壳表现出更多的梁式受弯特性；
中长壳的受力特点则介于两者之间②球网壳结构：
格构化的球壳，受力状态与圆顶受力相似；
网壳的杆件为拉杆或压杆，节点构造也须承受拉力和压力。
球网壳的底座可设置环梁，也可不设环梁。
理论上，半球壳结构在竖向均布荷载作用下环梁内拉力为零，非半球壳结构则可通过设置斜向支承结构直接平衡球壳内的水平拉力。
一般情况下，设置环梁有利于增强结构的刚度。
随网壳支座约束的增强，球网壳内力逐渐均匀，且最大内力也相应减小，同时，整体稳定系数也不断提高。
球网壳周边支座支点以采用固定刚接支座为宜。
为增大刚度，单层球网壳也可再增设多道环梁，环梁与网壳节点用钢管焊接，为使球网壳的受力符合薄膜理论，球网壳应沿壳边缘设置连续的支承结构。
否则，在支座附近，应力向支座集中，内力分布将会与薄膜理论有较大出入。
③扭网壳：
单层扭网壳本身具有较好的稳定性，但在其平面外刚度较小，因此，控制扭网壳的挠度成了设计中的关键。
对于四边简支的组合型扭网壳，在十字脊线附近会出现负弯矩，而壳面上则以薄膜力为主、同时在十字脊线交叉点附近区域内产生明显的负挠度；
可考虑在十字脊线及边界处制作成带下弦和腹杆的局部桁架以提高网壳刚度。
扭网壳的支承考虑到其脊线为直线、会产生较大的温度应力、如采用固定约束，对网壳受力不利，对于支承柱也会产生较大的水平推力，因此做成橡胶文座，有助于放松水平约束。
为抵抗网壳的水平推力，可在相邻柱间设拉杆或做落地斜撑。
第八章——悬索结构
1、悬索结构：
①概念：
以一系列受拉钢索为主要承重构件，按照一定的规律组成各种不同形式的布置方式，并悬挂在边缘构件或支撑结构上而形成的一种空间结构。
②组成：
承重xx、锚xx、边缘构件、下部支承结构
2、受力特点：
①支座反力H：
A与索的下垂度f成反比B与索的跨度l的平方成正比②索的拉力：
A与索的下垂度f成反比B与索的跨度l的平方成正比③索的变形：
所属于柔性构件，索内仅有拉力，无弯矩与剪力，抗弯刚度可以忽略不计。
索的形状随荷载的不同而改变。
3、悬索结构的形式：
①按钢索的平面布置和索力的传递方向：
单向悬索结构、双向悬索结构、轮辐式悬索结构②按几何形态：
单曲面、双曲面悬索结构③按钢索的竖向布置方式：
单层悬索结构、双层悬索结构、交叉索网
第九章——膜结构
1、膜结构：
由多种高强薄膜材料及加强构件通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状，作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式，是依靠膜材自身的张拉力和特殊的几何形状而构成的稳定的承力体系。
膜只能承受拉力而不能受压和弯曲，其曲面稳定性是依靠互反向的曲率来保障。
②特点：
造型的艺术性；
良好的自洁性；
施工的快捷性；
较好的经济型；
结构自重轻，非常适合于建造大跨度空间结构。
2、膜材料组成和分类：
PTFE（聚四氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、PVC（聚氯乙烯）等第十章——大跨度建筑构造的其他形式
1、传统的大跨度建筑的结构形式主要有：
刚架结构、桁架结构、拱式结构、薄壳结构、平板网架结构、网壳结构、悬索结构
2、①张拉整体体系②索穹顶③弦支空间骨架结构④斜拉结构⑤混合空间结构：
A刚架—索混合空间结构B拱—网架混合空间结构C拱—悬索混合结构D悬索—拱—交叉索网混合空间结构⑥多面体空间刚架结构第十一章——多高层建造的体型与结构布置
1、建筑体型的变化：
①简单平面与简单立面的组合②复杂平面与简单立面的组合③简单平面与复杂立面的组合④复杂平面与复杂立面的组合
2、建筑结构布置：
①对称性：
A建筑平面的对称性B质量布置的对称性C结构抗侧刚度的对称性②连续性③周边作用④角部构件⑤多道防御
第十二章——多层建筑结构
1、多层框架结构：
①组成：
竖直的柱、水平xx②分类：
Ａ按所有材料不同：
钢框架、钢筋混凝土框架Ｂ钢筋混凝土框架结构按施工方法不同：
整体式、半现浇式、装配式、装配整体式③结构布置：
Ａ柱网布置Ｂ承重框架布置
第十三章——高层建筑结构
1、结构体系：
①框架结构体系：
由梁和柱刚性连接而成估价的结构②剪力墙结构体系③框架剪力墙结构体系：
框架承担竖向荷载，剪力墙承担水平荷载④筒体结构体系：
框筒结构、筒中筒结构、框架核心筒结构、多重筒结构、束筒结构
２、结构布置：
①带转换层的高层建筑结构②带水平加强层的高层建筑结构③悬挂式和悬挑式高层建筑结构④高层建筑板柱核心筒结构⑤钢结构支撑的布置
３、结构形式：
①巨型混凝土框架结构②巨型钢刚架结构③巨型框架—核心筒结构④巨型竖向桁架结构第十四章——楼梯结构
１、分类：
①按楼梯梯段布置方式：
直上式（单跑式）、曲尺式、双折式、先分后和或先合后分式、三折式、四折式、八角式、圆形、弧形等②按材料：
钢筋混凝土结构楼梯、木结构楼梯、钢结构楼梯、钢木混合结构楼梯、钢玻璃混合结构楼梯③按结构受力形式：
梁式楼梯、板式楼梯、悬挑式楼梯、螺旋式楼梯２、组成：
①xx：
斜梁、踏步板、平台板、栏杆、栏板②板式楼梯：
梯段板、平台板、xx
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