本書將原《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《建筑結(jié)構(gòu)》兩門課程綜合成本教材, 重構(gòu)建筑力學(xué)到結(jié)構(gòu)的知識應(yīng)用體系, 以適應(yīng)職業(yè)崗位能力培養(yǎng)目標的需要。教材框架構(gòu)成是: 先從力學(xué)基本知識出發(fā), 介紹靜定結(jié)構(gòu)和簡單超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析及梁的變形計算, 分析基本桿件的強度、剛度和穩(wěn)定性的條件和提高措施。以上構(gòu)成力學(xué)基礎(chǔ)。然后, 在考慮結(jié)構(gòu)材料性能、荷載取值及設(shè)計方法后, 分別介紹混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)定及構(gòu)造要求。
根據(jù)對21世紀進行素質(zhì)教育和創(chuàng)新意識培養(yǎng)的要求，本書適當降低了對結(jié)構(gòu)力學(xué)深度和難度的要求，更加注重于基本理論、基本方法和基本計算的訓(xùn)練。本書內(nèi)容的選取借鑒了國內(nèi)的優(yōu)秀教材，其特點為注重基礎(chǔ)訓(xùn)練，淡化純理論推導(dǎo)，注重公式物理意義的講解和基本方法的學(xué)習(xí)和掌握。
本書共12章，采用了*新國家標準。本次再版對原版的某些重點章節(jié)進行了修訂，使其力學(xué)概念更加清晰準確。
本書是為普通高等院校土木工程類各專業(yè)及工程力學(xué)等專業(yè)中多學(xué)時結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)而編寫的。
根據(jù)對21世紀進行素質(zhì)教育和創(chuàng)新意識培養(yǎng)的要求，本書適當降低了對結(jié)構(gòu)力學(xué)深度和難度的要求，更加注重于基本理論、基本方法和基本計算的訓(xùn)練。本書內(nèi)容的選取借鑒了國內(nèi)的優(yōu)秀教材，其特點為注重基礎(chǔ)訓(xùn)練，淡化純理論推導(dǎo)，注重公式物理意義的講解和基本方法的學(xué)習(xí)和掌握。
本書共12章，采用了*新國家標準。本次再版對原版的某些重點章節(jié)進行了修訂，使其力學(xué)概念更加清晰準確。
本書由吉林建筑大學(xué)宋非非、長春工程學(xué)院設(shè)計研究院韓芳、吉林建筑大學(xué)姜維成擔(dān)任主編，浙江建效工程監(jiān)理有限公司甄頌、浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院宋平、中國建筑第二工程局有限公司北京分公司董亞興擔(dān)任副主編，宋平同時擔(dān)任主審。具體編寫分工如下：第1、2、8章由宋非非、董亞興編寫，第3、6章由韓芳編寫，第4、5、7章由宋平編寫，第9、10、11、12章由姜維成、甄頌編寫。全書由宋非非、姜維成負責(zé)統(tǒng)稿。
由于編者水平有限，不妥之處在所難免，希望廣大讀者批評指正，以利于本書的進一步完善和提高。
編者
第1章 緒論 1
1.1 結(jié)構(gòu)的分類 1
1.2 荷載的分類 2
1.3 結(jié)構(gòu)的計算簡圖 3
1.4 結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象和任務(wù) 5
第2章 平面體系的幾何組成分析 7
2.1 概述 7
2.2 平面體系的計算自由度 7
2.2.1 自由度 7
2.2.2 聯(lián)系 8
2.2.3 體系的計算自由度 8
2.2.4 平面體系計算自由度結(jié)
果分析 9
2.3 幾何不變體系的簡單組成規(guī)則 10
2.3.1 三剛片規(guī)則 10
2.3.2 二元體規(guī)則 11
2.3.3 兩剛片規(guī)則 11
2.4 瞬變體系 12
2.5 機動分析舉例 13
2.6 幾何構(gòu)造與靜定性的關(guān)系 15
習(xí)題 15
第3章 靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析 19
3.1 靜力平衡 19
3.1.1 利用靜力平衡求解支座反力 19
3.1.2 利用靜力平衡求解桿件內(nèi)力 22
3.2 靜定梁 24
3.2.1 內(nèi)力圖 24
3.2.2 利用微分關(guān)系作內(nèi)力圖 24
3.2.3 疊加法作彎矩圖 25
3.2.4 斜梁 29
3.2.5 多跨靜定梁 31
3.3 靜定平面剛架 34
3.3.1 剛架概述 34
3.3.2 剛架內(nèi)力分析 34
3.3.3 少求或不求反力繪制彎矩圖 39
3.4 三鉸拱 42
3.4.1 拱結(jié)構(gòu)概述 42
3.4.2 三鉸拱的反力和內(nèi)力計算 42
3.4.3 三鉸拱的合理軸線 47
3.5 靜定平面桁架及組合結(jié)構(gòu) 50
3.5.1 桁架的概念 50
3.5.2 桁架的內(nèi)力計算 51
3.5.3 靜定組合結(jié)構(gòu) 58
3.5.4 靜定結(jié)構(gòu)的特性 60
習(xí)題 60
第4章 靜定結(jié)構(gòu)的位移計算 67
4.1 結(jié)構(gòu)位移的概念 67
4.1.1 結(jié)構(gòu)位移 67
4.1.2 結(jié)構(gòu)位移計算的目的 68
4.1.3 位移計算的有關(guān)假設(shè) 68
4.2 變形體系的虛功原理 68
4.2.1 虛功和剛體系虛功原理 68
4.2.2 變形體系虛功原理 69
4.3 結(jié)構(gòu)位移計算的一般公式 71
4.3.1 結(jié)構(gòu)位移計算的一般公式 71
4.3.2 單位荷載的設(shè)置 72
4.4 靜定結(jié)構(gòu)在荷載作用下的位移計算 73
4.5 圖乘法 78
4.6 靜定結(jié)構(gòu)溫度變化引起的位移計算 83
4.7 靜定結(jié)構(gòu)支座移動時的位移計算 85
4.8 線彈性結(jié)構(gòu)的互等定理 86
習(xí)題 89
第5章 力法 93
5.1 超靜定結(jié)構(gòu)概述 93
5.2 力法原理和力法方程 95
5.3 用力法計算超靜定結(jié)構(gòu) 98
5.4 對稱性的利用 111
5.5 溫度變化和支座移動時超靜定結(jié)構(gòu)
的計算 117
5.6 超靜定結(jié)構(gòu)的位移計算和*終內(nèi)力圖
的校核 122
5.7 超靜定結(jié)構(gòu)的特性 126
習(xí)題 127
第6章 影響線及其應(yīng)用 131
6.1 移動荷載和影響線的概念 131
6.2 用靜力法作靜定結(jié)構(gòu)的影響線 131
6.3 機動法作靜定結(jié)構(gòu)的影響線 137
6.4 超靜定結(jié)構(gòu)的影響線 141
6.5 利用影響線求量值 143
6.6 *不利荷載位置的確定 144
6.7 簡支梁的絕對*大彎矩 150
6.8 內(nèi)力包絡(luò)圖 152
習(xí)題 155
第7章 位移法 159
7.1 基本概念 159
7.2 等截面直桿的轉(zhuǎn)角位移方程 160
7.3 基本未知量數(shù)目的確定 164
7.4 位移法典型方程及計算步驟 166
7.5 直接由平衡條件建立位移法基本
方程 175
7.6 對稱性的利用 177
習(xí)題 180
第8章 漸近法 183
8.1 概述 183
8.2 力矩分配法的基本原理 183
8.2.1 勁度系數(shù)和傳遞系數(shù)的
概念 183
8.2.2 力矩分配法的基本原理 184
8.3 用力矩分配法計算連續(xù)梁和無側(cè)移
剛架 187
8.4 無剪力分配法 193
8.4.1 無剪力分配法的計算方法 193
8.4.2 無剪力分配法應(yīng)用推廣 197
習(xí)題 198
第9章 矩陣位移法 203
9.1 概述 203
9.2 單元分析 203
第2章 平面體系的幾何組成分析
2.1 概 述
桿件結(jié)構(gòu)是由若干桿件相互聯(lián)結(jié)而組成的體系，但組成的不合理體系是不能成為結(jié)構(gòu)的，所以我們要對桿件組成的體系進行分析。只有組成的體系為幾何不變的體系方可作為結(jié)構(gòu)。
幾何不變體系：在任意荷載作用下，若不考慮材料的變形則體系的幾何形狀與位置保持不變，如圖2.1(a)所示。
幾何可變體系：在任意荷載作用下，雖不考慮材料的變形，但其幾何形狀與位置均不能保持不變，如圖2.1(b)所示。
圖2.1
判別體系是否幾何不變，這一工作稱為體系的幾何機動分析，或稱幾何構(gòu)造分析。
在幾何機動分析中，由于不考慮材料的變形，可以把一根桿件或已知是幾何不變的一部分體系看成一個剛體。在平面體系中又將剛體稱為剛片。
工程中的結(jié)構(gòu)必須是幾何不變體系(方能承受荷載、傳遞荷載)。
2.2 平面體系的計算自由度
2.2.1 自由度
為了判定體系的幾何可變性，有時要先計算它的自由度。
物體的自由度：物體運動時獨立變化的幾何參數(shù)的數(shù)目稱為物體的自由度，也可理解為確定物體位置所需的獨立坐標數(shù)。
物體的自由度=物體運動的獨立參數(shù)=確定物體位置所需的獨立坐標數(shù)
平面上的一個點，它的位置用坐標和完全可以確定，它的自由度等于2，如圖2.2(a)所示。
平面上的一剛片，它的位置用、和完全可以確定，它的自由度等于3，如圖2.2(b)所示。
圖2.2
2.2.2 聯(lián)系
體系有自由度，加入限制運動的裝置可使自由度減少，減少自由度的裝置稱為聯(lián)系。能減少一個自由度的裝置稱為一個聯(lián)系或一個約束。常用的聯(lián)系有鏈桿和鉸。
1) 鏈桿
一個剛片有3個自由度，加上了一個鏈桿，自由度為2，減少了一個自由度，則稱鏈桿為一個聯(lián)系或一個約束，如圖2.3(a)所示。
2) 鉸
兩個剛片用一個鉸連接，可減少兩個自由度，我們稱連接兩個剛片的鉸為單鉸，相當于兩個聯(lián)系，如圖2.3(b)所示。連接幾個剛片的鉸稱為復(fù)鉸(n>2)，相當于(n-1)個單鉸，相當于2×(n-1)個聯(lián)系，如圖2.3(c)所示。
圖2.3
2.2.3 體系的計算自由度
體系的計算自由度為組成體系各剛片自由度之和減去體系中聯(lián)系的數(shù)目。
設(shè)體系的計算自由度為w，體系的單鉸數(shù)為h，支座鏈桿數(shù)為r，體系的剛片數(shù)為m，則
(2-1)
【例2.1】 求如圖2.4所示體系的計算自由度w。
解：體系剛片數(shù)m=7，單鉸數(shù)h=9，支座鏈桿數(shù)r=4(其中固定端支座相當于3個鏈桿)，則
【例2.2】 求如圖2.5所示體系的計算自由度w。
圖2.4 圖2.5
解：體系剛片數(shù)m=9，單鉸數(shù)h=12，支座鏈桿數(shù)r=3，則
w=3×9-(2×12+3)=0
如圖2.5所示，這種完全由兩端鉸結(jié)的桿件所組成的體系，稱為鉸結(jié)鏈桿體系，其自由度除可用式(2-1)計算外，還可用下面的簡便公式來計算。
設(shè)體系的結(jié)點數(shù)為j，桿件數(shù)為b，支座鏈桿數(shù)為r，則體系計算自由度w為
(2-2)
對于例2.2，如按式(2-2)計算，則有
2.2.4 平面體系計算自由度結(jié)果分析
上面討論了平面體系的計算自由度的計算方法，那么計算自由度或是否一定表明平面體系幾何不變呢？平面體系的計算自由度與體系可變性是什么關(guān)系呢？下面結(jié)合圖2.6來說明這個問題。
圖2.6
圖2.6(a)中，，體系是幾何可變的。
圖2.6(b)中，，體系是幾何不變的，且無多余聯(lián)系。
圖2.6(c)中，雖是，體系卻是幾何可變的，有一個多余聯(lián)系(剛片體系上的A點用兩個支座鏈桿和地基相連就可以了，另一個就是多余的)。
圖2.6(d)中，，體系是幾何不變的，且有一個多余聯(lián)系。
圖2.6(e)中，雖，體系卻是幾何可變的，且有兩個多余聯(lián)系。
以上分析可推廣到一般情況，即平面體系的計算自由度與體系的可變性的關(guān)系有如下3種結(jié)論。
(1) ，表明體系缺少足夠的聯(lián)系，因此可以肯定體系是幾何可變的。
(2) ，表明體系具有成為幾何不變所需的*少聯(lián)系數(shù)目。
(3) ，表明體系具有成為幾何不變所需的聯(lián)系并有多余聯(lián)系。
由上可知，體系成為幾何不變需要滿足的條件，此條件也是體系成為幾何不變的必要條件。
前面所講w是相對于地球而言，工程中常先考慮體系本身(或稱體系內(nèi)部)的幾何不變性。當不考慮體系與地球相聯(lián)的問題，而僅考慮體系本身的幾何不變性時，其成為幾何不變的必要條件變?yōu)椤?
這里還要說明一點，體系的計算自由度和體系的實際自由度是不同的。這是因為實際中每一個聯(lián)系不一定能使體系減少一個自由度，這與聯(lián)系的具體布置有關(guān)。如圖2.6(c)所示，雖，但其實際自由度為1。
以上我們知道了判斷體系幾何不變性的必要條件，其充分條件將在幾何不變體系的組成規(guī)則中給出。
2.3 幾何不變體系的簡單組成規(guī)則
2.3.1 三剛片規(guī)則
三個剛片用不在同一直線上的三個單鉸兩兩聯(lián)接，組成的體系是幾何不變的，且無多余聯(lián)系。
如圖2.7所示的鉸結(jié)三角形，每個桿件都可看成一個剛片。若剛片Ⅰ不動(看成地基)，暫把鉸C拆開，則剛片Ⅱ只能繞鉸A轉(zhuǎn)動，C點只能在以A為圓心以AC為半徑的圓弧上運動；剛片Ⅲ只能繞B轉(zhuǎn)動，其上的C點只能在以B為圓心、以BC為半徑的圓弧上運動。但由于C點實際上用鉸聯(lián)接，C點不能同時發(fā)生兩個方向上的運動，它只能在交點處固定不動。
如圖2.8所示的三鉸拱，將地基看成剛片Ⅲ，左、右兩半拱可看作剛片Ⅰ、Ⅱ，此體系是由三個剛片用不在同一直線上的三個單鉸A、B、C兩兩相聯(lián)組成的，為幾何不變體系，而且沒有多余聯(lián)系。
……
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