0建筑結構力學上海大學2014.31一、結構概述建筑物和構筑物中承受荷載、傳遞荷載起骨架作用的部分稱為工程結構，簡稱為結構。2歐洲教堂一、結構概述3穹頂：羅馬萬神廟一、結構概述4巴塞羅那圣家族教堂一、結構概述5古建筑一、結構概述6古建筑一、結構概述7上海地標結構概述8房屋建筑：框架結構香港中國銀行大廈，地上70層，高315m，建成時為香港最高、世界第五的建筑物。混凝土廠房框架一、結構概述9南京紫峰大廈，地上89層，建筑高度為450m。房屋建筑：框架——核心筒混合結構

一、結構概述10一、結構概述橋梁工程——拱橋趙州橋，約1400年，空腹式圓弧形石拱橋，凈跨37m。錢塘江四橋，全長1376m，主橋跨徑組合為2×190m+9×85m。11一、結構概述橋梁工程——懸索橋金門大橋（1937年）建于1900多米的金門海峽上總長度：2737m橋塔高度：342m12一、結構概述結構的選型原則：建筑功能安全可靠造價經(jīng)濟造型美觀結構造型的選擇稱為結構選型。結構選型合理的基礎：了解結構受力特點，發(fā)揮材料性能。13一、結構概述使用功能、結構效應、建筑藝術完美統(tǒng)一。

在原場館上加上兩根大型拱，再用鋼纜拉起總面積超過10000㎡，總重量16000t的屋頂。有蓋座位由35%增加至95%。傳力路線清晰合理；造型簡潔優(yōu)雅；功能最大化滿足?？ɡ乩?4一、結構概述創(chuàng)作理念：

建筑的美能夠由力學的工程設計表達出來，大自然中的形態(tài)美同時也有驚人的力學效應。15一、結構概述法國里昂TGV車站

美國密爾沃基美術館

卡拉特拉瓦作品16一、結構概述

結構力學的研究任務（1）研究結構的組成規(guī)律和合理形式；（2）研究結構內(nèi)力、位移的計算方法，以保證結構強度、剛度和穩(wěn)定性設計的科學性。17（二）結構分類按照結構的力學特點來分類1.梁——通常由水平方向的受彎桿組成二、結構的計算簡圖及分類18二、結構的計算簡圖及分類2.剛架——通常由受彎的梁、柱組成，常含有剛結點193.桁架——由拉壓桿組成，僅結點受荷載二、結構的計算簡圖及分類204.拱——在豎向荷載下產(chǎn)生水平推力的曲桿結構二、結構的計算簡圖及分類其他還有板殼結構、索膜結構和組合結構21按照計算特性來分類靜定結構：桿件的內(nèi)力可由平衡條件唯一確定。二、結構的計算簡圖及分類超靜定結構：桿件的內(nèi)力不能由平衡條件唯一確定，必須同時考慮變形條件才能唯一確定。22結構力學中定量計算的方法主要有：計算靜定結構內(nèi)力的隔離體平衡法；計算結構位移的虛功法；計算超靜定結構的力法和位移法；用計算機計算的方法——有限單元法。三、結構造型的學問：結構的力學分析結構的力學分析：定量的計算和定性的分析

23三、結構造型的學問：結構的力學分析1.簡單構件塊體間抗剪不足時，不能傳遞剪力柱傳遞水平荷載作用下的剪力以及彎矩M24三、結構造型的學問：結構的力學分析柱的彎矩和位移25三、結構造型的學問：結構的力學分析2.框架式空間結構四根獨立的柱柱之間用連桿連接26三、結構造型的學問：結構的力學分析變成平面問題來討論鉸接剛性連接結論：剛性連接的位移僅為鉸結的1/427框架結構的受力討論三、結構造型的學問：結構的力學分析單跨與雙跨單層與雙層下一頁28三、結構造型的學問：結構的力學分析返回單層單跨水平位移8.70cm單層雙跨水平位移5.69cm結論：位移比值為１:0.65

29三、結構造型的學問：結構的力學分析

單層水平位移8.70cm雙層水平位移2.58cm結論：位移比值為1:0.30

返回30三、結構造型的學問：結構的力學分析

單層單跨水平位移8.70cm雙層雙跨水平位移1.55cm結論：位移比值為1:0.18

返回31三、結構造型的學問：結構的力學分析

結論：增加框架結構剛度的方法有（1）加設更多或更剛的水平梁；（2）在框架內(nèi)加設內(nèi)柱；（3）增大邊柱的尺寸。問題：加設內(nèi)柱和增大邊柱的尺寸哪一種效果更好？32加設內(nèi)柱與增加柱剛度比較三、結構造型的學問：結構的力學分析加設兩根內(nèi)柱比較加設四根內(nèi)柱比較下一頁33三、結構造型的學問：結構的力學分析加設兩根內(nèi)柱水平位移4.22cm增加邊柱的剛度水平位移1.40cm

結論：位移比值為１:0.33

返回34

加設四根內(nèi)柱水平位移2.79cm增加柱的剛度水平位移0.60cm結論：位移比值為１:0.21

返回三、結構造型的學問：結構的力學分析35三、結構造型的學問：結構的力學分析

結論：增加邊柱剛度效果顯著！

對于超高型建筑物可以通過設置剪力墻、筒體結構的方法提高整體剛度和承載力。問題：筒體太薄會出現(xiàn)屈曲破壞!.......36三、結構造型的學問：結構的力學分析剪力墻筒體核心筒束筒

可以將框架和它們結合形成：框架——剪力墻、框架——筒體混合結構。南京紫峰大廈就是框架——核心筒混合結構。37三、結構造型的學問：結構的力學分析上弦桿受壓上下弦桿軸力FN與力臂h形成力矩，所以剪力由腹桿承受。上下弦桿的軸力是中間大，兩頭小。3.桁架結構下弦桿受拉同跨簡支梁的彎矩圖38三、結構造型的學問：結構的力學分析

折線式桁架可調整折線形式使軸力均勻，受力合理。圖示荷載，用拋物線屋架最合理，但施工最繁瑣。平行弦桁架施工最簡單，要綜合考慮。3.桁架結構同跨簡支梁的彎矩圖39三、結構造型的學問：結構的力學分析4.拱結構拱的受力特點水平推力與拱高成反比（對地基作用大）(2)軸力為壓力；(3)因推力的作用，拱的彎矩遠小于簡支梁；(4)調整拱軸線可減小拱的彎矩。同跨簡支梁的彎矩圖C40三、結構造型的學問：結構的力學分析合理拱軸線：只有軸力，無彎矩，無剪力均布荷載下，拱軸線取拋物線時，拱截面的彎矩和剪力全部為零。

5.索結構索的受力情況正好和拱相反C41三、結構造型的學問：結構的力學分析拱殼體42三、結構造型的學問：結構的力學分析為什么不用簡支梁？6.梁式結構43三、結構造型的學問：結構的力學分析連續(xù)梁和簡支梁的彎矩圖比較：連續(xù)梁和簡支梁比較：連續(xù)梁的最大彎矩和位移小于同跨度的簡支梁。44三、結構造型的學問：結構的力學分析7.水工建筑——大壩三峽大壩（2006）:混凝土重力壩最大壩高181m；壩址處河谷寬闊，U形。二灘拱壩（1999）:混凝土拱壩壩高240m；壩址處河谷狹窄，V形。45三、結構造型的學問：結構的力學分析壩的主要荷載為水壓力。重力壩依靠自身的重力維持平衡，壩體越高，混凝土用量越大。

問題：壩高181m，為什么不用拱壩？46拱壩三、結構造型的學問：結構的力學分析受力特點：拱壩在水荷載作用下產(chǎn)生很大的拱端推力，對兩側山體的堅固性要求較高，適合V型河谷。

拱壩體積小，造型優(yōu)美47三、結構造型的學問：結構的力學分析實例分析：失事建筑2007年8月13日，湖南省鳳凰縣堤溪沱江大橋發(fā)生垮塌，64人死亡。

原因：1.拱產(chǎn)生水平推力，高橋墩應用鋼筋混凝土。2.連拱橋橋墩兩邊拱的推力可以抵消，拆腳手架時要保持對稱性。3.地基沉陷對無鉸拱產(chǎn)生很大內(nèi)力。4.主拱圈未達到設計強度就開始拆腳手架。48三、結構造型的學問：結構的力學分析美國明尼阿波利斯市大都會球場,巨大充氣屋頂。2010年12月12日倒塌。原因：歸咎于強風、低溫和大雪負荷的組合。失事建筑49三、結構造型的學問：結構的力學分析爭議建筑丹麥建筑師烏特松的得獎方案因結構選型與施工工藝兩方面的失誤，無法把原設計的殼體選型付之實現(xiàn)。開工后的第五年，不得不修改原設計，采用預制的預應力混凝土落地三鉸拱。施工工期長達14年，于1973年建成，造價5000萬英鎊，是預算的14倍。

藝術造型違背結構選型所致50爭議建筑造型新奇、大膽，因為扭曲的塔樓和大尺度的懸挑，使結構傳力不合理，飽受爭議。三、結構造型的學問：結構的力學分析51幕墻結構三、結構造型的學問：結構的力學分析52迪拜建筑三、結構造型的學問：結構的力學分析53迪拜建筑三、結構造型的學問：結構的力學分析54三、結構造型的學問：結構的力學分析

建筑杰作

香港中國銀行大廈55三、結構造型的學問：結構的力學分析建筑杰作：美國雷里競技館兩組曲率相反的拉索：承重索、穩(wěn)定索邊緣構件為兩個落地交叉斜拱：斜拱承受索的拉力，拱底部的倒V型鋼架傳遞拱的壓力，下部的基礎拉桿平衡水平分力。中間低兩端高的形狀，合理地利用建筑空間。馬鞍形懸索結構56結構造型有學問建筑之美源于結構之美，結構之美源于力學之美！57南京紫峰大廈(381

m)在7度地震下大廈頂部位移近2.0m。迪拜“公主塔”全球最高住宅建筑107層，高413.4m。高層建筑在風載、地震作用下的振動結構抗震58

已建和開工建設的小灣、大崗山、二灘和溪洛渡等工程，都是300

m級高壩，壩址都位于高烈度地震區(qū)(>8度)，抗震安全成為工程設計的控制工況。大壩在地震作用下的振動結構抗震59分析工程對象，提煉力學模型。建立數(shù)學模型，通常是微分方程組或代數(shù)方程組。方程求解，解析解或數(shù)值解。1.2研究思路60

理論計算法試驗量測法計算-試驗混合法1.3研究方法61軍隊行軍經(jīng)過橋梁時，長官為什么會命令士兵“便步走”？1.4共振現(xiàn)象為了避免有節(jié)奏的行軍導致橋梁產(chǎn)生共振。62-增大結構剛度和強度抵御地震作用。

地震時承重構件（梁,柱,節(jié)點）通過產(chǎn)生裂縫或破壞，實現(xiàn)消能，導致在強烈地震下工程結構由于關鍵承重構件的破壞而喪失承載力。截面增大質量增大地震荷載增大如何解決這一問題呢？2.1

地震災害傳統(tǒng)結構如何抵御地震作用？63什么是工程振動控制？能量原結構控制裝置吸能響應減小控制裝置2.2基本概念64

被動控制

附加控制裝置使原結構動特性發(fā)生變化，受控結構的響應達到預期目標，控制過程不需能量。

主動控制

除附加控制裝置外，還能外加能量，產(chǎn)生與振動反向的控制力，以衰減受控結構的響應。

混合控制

需部分輸入能量，如：基底隔震與MR或TMD組合等。2.2基本概念65隔震支座多層鋼板夾多層橡膠3.3控制形式663.3控制形式67調頻質量阻尼器(TMD)

振動時附加質量產(chǎn)生反向的慣性力，并增加阻尼消耗能量，使受控結構的響應衰減。3.3控制形式68244m悉尼塔2個TMD3.3控制形式278mCiticorpBuilding，紐約

410噸混凝土塊和兩個彈簧阻尼器組成的TMD安裝在63層。日本千葉港觀光塔125m69阿聯(lián)酋迪拜海上人工島上的七星級酒店

阿拉伯之塔12個TMD3.3控制形式321m70主動質量阻尼系統(tǒng)(AMD)3.3控制形式71296m京橋成和大廈(1989)Yo