建筑力学第二版：基本任务

各种建筑物在正常工作时总是处于平衡状态。所谓平衡状态是指物体相对于地球处于静止或作匀速直线运动的状态。一般地,处于平衡状态的物体上所受的力不止一个而是若干个,我们把这若干个力总称为力系,能使物体保持平衡状态的力系称为平衡力系,平衡力系所必须满足的条件称为力系的平衡条件。建筑力学的首要任务是研究各种力系的简化及平衡条件,并根据这些平衡条件,由作用于结构上的已知力求出各未知力。这个过程称为静力分析。静力分析是对结构和构件进行其他力学计算的基础。

结构或构件在承受和传递荷载的过程中会引起周围物体对它们的反作用。同时,构件因荷载的作用而产生变形,并有发生破坏的可能。但结构本身具有一定的抵抗变形和破坏的能力,即具有一定的承载能力,而构件承载能力的大小与构件的材料性质、横截面的几何形状和尺寸、受力状态、环境条件等有关。若构件的横截面尺寸过小,构件承受的荷载可能会超过其承载能力,构件将会破坏,或虽不破坏却因变形过大而不能正常工作;反之,若构件的截面尺寸过大,构件承受的实际荷载远小于其承载能力,则会因过多使用材料而造成浪费。因此,建筑力学在静力分析的基础上还需要解决以下几个问题:

(1)强度问题

所谓强度是指结构和构件抵抗破坏的能力。如果结构在预定荷载作用下能安全工作而不破坏,则认为它满足了强度要求。

(2)刚度问题

所谓刚度是指结构和构件抵抗变形的能力。一个结构受荷载作用,虽然有了足够的强度,但变形过大也会影响正常使用。例如:屋面檩条变形过大,屋面会漏水;吊车梁变形过大,吊车就不能正常行驶。如果结构在荷载作用下的变形在正常使用允许的范围内,则认为它满足了刚度要求。

(3)稳定性问题(www.xing528.com)

所谓稳定性是指结构和构件保持原有平衡状态的能力。例如受压的细长柱子,当压力增大到一定数值时,柱子就不能维持原来直线形式的平衡状态,就会在外界很小的不利因素影响下产生侧向弯曲,从而导致柱子破坏,这种现象称为“失稳”。如果结构的各受压构件在荷载作用下能够保持其原有的平衡状态,则认为它满足了稳定性要求。

(4)杆件结构几何组成问题

所谓杆件结构几何组成是指杆件必须按一定几何组成规律连接才能组成,在荷载作用下能维持杆件体系原有的几何形状,并承受荷载的结构体系。

综上所述,建筑力学的基本任务是对结构进行静力分析,并研究结构的承载能力(强度、刚度和稳定性)的计算方法和杆件结构体系的几何组成规律,为设计和建造体系合理、具有足够承载能力的适用结构打好理论基础。

一般来说,在具体的结构设计计算中,强度、刚度和稳定性三方面并不都是同等重要的,通常是其中某一个方面起着主要的控制作用,而其他两个方面的问题则处于次要地位。在结构设计中,一定要抓住主要矛盾并加以解决;主要矛盾解决好了,次要矛盾就会迎刃而解。