单层工业厂房
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取一榀计算，并化为平面体系。
杆件(Bar)简化：由杆的特征，截面应力可根据截面
内力确定，而内力只沿杆长方向变化，因此杆的简图可用 轴线代替。杆件连接点用结点表示；杆长用结点间的距离 表示；荷载作用点移到轴线上。
FP1 FP2
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连接(Joints)简化：杆件间的连接区按约束程度简化成
材料(Materials)简化:
将结构材料视为连续、均匀、各向同性、线弹性 或理想弹塑性、小变形。
§0-4 杆系结构的类型
实际是对计算简图进行分类，按结构的受力特性 和连接特征划分。
1.梁(beam)
q
FP
受弯构件。承受横向荷载
2.拱(arch)
轴线为曲线，力学特 征是在竖向荷载作用 下支座产生水平推力
载，包括:结构的自重和土压力；
活载（Living loading）：建筑物施工和使用期间可能
存在的荷载，包括：风载、雪载、吊车荷载、 屋面荷载
•按空间位置的变异分为
固定荷载（Fixed load） 位置上固定分布，或作用
位置不变的荷载,包括:结构自重、固定设备 等
可动荷载（Moving load） 位置上一定范围内可以
任意分布，或作用位置可以移动的荷载， 包括：人群荷载、吊车荷载等
•按作用性质分为
静力荷载（Static loading） 略去惯性力的影响，
大小方向作用点不随时间变化或变化极为 缓慢，无加速度。
动力荷载（Dynamic loading） 使结构产生不容忽
视的加速度，冲击、振动。
•按荷载规范分为
主要荷载：指结构在正常使用条件下经常作用着的荷
组成规律：保证结构各部分之间不能发生相对 运动，以承担预定的荷载；
合理形式：为了充分发挥结构的性能，更有效 地利用材料，以达到安全、经济的 目的；
计算简图：将实际结构变成理论模型（Structural idealization) ，便于研究和讨论。
2. 讨论结构内力和变形的计算原理和计算方法
研究结构在外界因素(如荷载、温度变化及支座 移动)的影响下，结构的反力、内力和位移的计 算原理和方法。为结构设计提供理论依据。
• 1、将杆件用其轴线取代 • 2、将杆件与杆件的连接点用结点符号取代 • 3、将结构与地基之间的联系用支座取代 • 4、荷载简化
杆可转动。
支座(Supports)简化:结构与基础相联结的部分称支座，
结构所受荷载通过支座传递到基础和地基。
Fy
可动铰支座
(Roller support)
Fx Fy
固定铰支座 (hinge support)
M
Fy
滑动支座(定向支座) (guide support)
细石混凝土填充
Fx M
Fy
固定端支座 (fixed support)
弹性力学 以实体和板壳结构为研究对象
结构力学 重点研究杆系结构，它为钢混结构、 钢木结构，水工结构和桥梁结构等专 业课提供力学基础和设计依据。
基本要求：
(1).注意与理论力学和材料力学的联系 (2).注意理论联系实际 (3).注意分析方法和计算能力的培养 (4).注意多练，认真做好作业，不盲目 (5).注意自学能力的培养
内力计算是为了保证结构强度和稳定性，使结 构安全经济；
变形计算是为了保证结构不发生过大位移，满 足使用要求
3. 讨论结构的稳定性及在动荷载作用下的结构反 应规律，利用控制理论寻找恰当的控制方法。
研究手段
1. 理论分析 2. 实验研究 3. 数值计算
首先把实际结构简化为计算 简图，再对计算简图进行理 论分析。
§0-1 结构的分类
结构的受力特性和承载能力 与结构的几何特征密切相关
杆系结构(structure of bar system) ： 构件的横截面尺寸<<长度尺寸；
板壳结构(plate and shell structure) ： 构件的厚度<<表面尺寸 ；
实体结构(massive structure) ： 结构的长、宽、厚三个尺寸相仿。
广义荷载：外力、温度改变、支座沉降、制造误 差、材料的收缩及松驰等
进行结构计算前，确定荷载大小很关键：若估计 过大，消耗材料，增加造价；若估计过小，无法 保证结构的安全。要做到既经济又安全，同时满 足刚度、强度和稳定性的要求。
•按作用时间久暂分为
恒载（Dead loading）：长期作用于结构的不变荷
3.桁架(truss)
由若干两端为理想 铰的直杆连接而成 体系。
4.刚架(rigid frame)
由梁柱组成，具有 刚结点，主要受弯
5.组合结构(composite structure)
兼有刚架和桁架的 组合体
§0-4 荷载分类
能使结构产生内力或变形的因素，统称荷载(loads)
狭义荷载：主动作用在结构上的外力。自重、风、 地震
实际工程中，支承部 分有一定的弹性。在 外荷载作用下支座产 生变形，从而影响结 构的内力和变形，其 反力与结构支承端相 应的位移成正比
弹性支座(elastic support)
荷载(Loads)简化:
荷载简化为作用在杆件轴线上。 作用面积不大：按集中荷载考虑； 作用面积较大：按分布荷载考虑； 相联作用给予的反作用力：力偶荷载； 最后化成三大作用：线荷载、集中荷载及力偶荷载
§0-2 结构力学的任务
分析——结构在外因作用下的反应。通过分 析使设计的结构既经济合理，又安 全可靠。
识别——通过系统的反馈信息，确定体系内 在实质（系统识别）或外界作用 （荷载识别）。
控制——通过控制理论和控制技术，智能化 地抵御外界作用下的结构反应。
基本任务
1. 研究结构的组成规律和合理形式以及计算简图 的合理选择；
研究结构合理形式及在 外界条件作用下反应的 规律性的学科。
由古
远古人的穴居陋室
人类为了生存和发展 建造了大量各式各样
的构筑物
现代太空站
至今
人类活动的各个领域都有形形色色的结构
静止的结构
商业大厦内景
公路大桥雄姿
天上飞的结构
洲际客机
直升机
陆地跑的结构
军车集锦
机车集锦
水上游的结构
航空母舰
巡洋舰
娱乐设施的结构
选取结构的计算简图的原则：
能反映结构的实际受力特点，保证计算精度和可靠性。 忽略次要因素，使计算切实可行。
计算简图要它能反映工程结构物的如下特征：
1．受力特性（荷载的大小、方向、作用位置） 2．几何特性（构件的轴线、形状、长度） 3．支承特性（支座的约束反力性质、杆件连接形式）
影响计算简图选取的主要因素：
结构性质 ： 次要结构——粗；重要结构——精；
设计阶段： 初步设计——粗；技术设计——精；
计算性质： 动力计算——粗；静力计算——精；
计算工具： 简陋——粗； 先进——精。
结构简化的几个主要方面
结构(Structure)简化：一般结构实际上都是空间结
构，各部相连成为一空间整体，以承受各方向可能出 现的荷载。在多数情况下，常忽略一些次要的空间约 束，而将实际结构分解为平面结构。
理想模型
l铰 结 点— 被连接的杆件在连接处不能移动但可转
动。即可以传递力，但不能传递力矩 (桁架结构示意)
铰结点(Hinge Joints)
l刚 结 点— 被连接的杆件在连接区不能移动亦不可相
对转动。即可以传递力，也可以传递力矩。
刚结点(Rigid joints)
l组合结点— 被连接的杆件在连接处不能移动但部分
旋转车
过山车
结构无所不在
物体的存在并不是为了受力，而是为了发挥某种 “功能”（Function）。
飞机要在蓝天翱翔
为了防汽车止要在结大地构奔失驰 效，保证其
安全性轮船就要在要海洋研游究弋 结构力学！
为了发挥它的功能，它们必须经受外力和内力， 因此它们又必须是“结构”。
结构由于受力过大而无法继续发挥功能时，就称为 “失效”(Faliure)，如果结构在预期的工作条件下， 正常使用，它就是具备“安全性”(Safety)的结构。
计算简图(computing model of structure )
为了结构计算，需要对实际结构进行一些 简化和假设，略去某些次要因素，保留其 主要受力特征和变形特点，以简化图形代 替实际结构，该图形称为计算简图。
选取结构的计算简图必要性、重要性：
实际结构错综复杂，面面俱到困难重重。 适当简化合理选型，存本去末关键一环。
§0-3 计算简图
计算工程实际问题的过程:
实际对象 力学模型
数学模型
计算
力学模型的合理性直接决定计算结果的正确性， 因此模型的概念和建立力学模型的思想是学习的一 个重点。计算简图的选用需要较深厚的力学概念， 并与工程实践相结合，以及实践的检验。需要通过 物体间的接触与联接方式的简化来体会建模思想和 建模过程。
结构力学分析要综合考虑三个方面的条件：
1.力系的平衡条件好运动条件； 2.变形的几何连续条件； 3.应力-应变间的物理条件。
将三个条件根据不同的具体情况结合起来就可以得 到不同的计算方法。
本课与其它课程的关系
高等数学 作为分析工具 理论力学 着重讨论物体的机械运动 材料力学 以单杆作为对象，讨论应力-应变关系
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
结构力学
土木工程学院 结构力学学科组Intro源自uction什么是结构力学 ?
The meaning of "Structural Mechanics"
顾名思义，结构力学是研究“结构”的“力
学”。