建筑力学（第3版）-结构的计算简图

2023-08-26 理论教育版权反馈

【摘要】：在选取其计算简图时，可根据实际构造和约束情况进行。在计算简图中，通常可将结点分为铰结点和刚结点两种。事实上，结构在荷载作用下，杆件之间所产生的转动也相当小，所以，该结点应视为铰结点。因而，刚结点对杆端有阻止相对转动的约束力存在，既除产生杆端轴力和剪力外，还引起杆端弯矩。计算时这种结点应视为刚结点，其计算简图如图1-23所示。

实际结构是很复杂的，完全按照结构的实际情况进行力学分析是不可能的，也无此必要。因此，在对实际结构进行力学计算前，需将它简化为既能反映其主要力学性能又便于计算的理想模型。这种在结构计算中用来代替实际结构的理想模型，称为结构的计算简图。

（一）结构计算简图的选择原则

一般来说，确定结构计算简图的原则如下：

（1）从工程实际出发：计算简图要能够反映实际结构的受力和变形特点，使计算结果安全可靠。

（2）简化计算：抓住主要因素，略去次要因素，力求计算简便。

（二）结构计算简图的简化方法

（1）荷载的简化。荷载也称为力，是物体之间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生改变。实际结构受到的荷载，一般是作用在构件内各处的体荷载及作用在某一面积上的面荷载，常见的有结构自重、楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、车辆荷载、吊车荷载、设备动力荷载，以及风、雪、裹冰、波浪等自然荷载。在计算简图中，常将它们简化为作用在构件纵向轴线上的线荷载、集中力和集中力偶。

（2）支座的简化。支座其实就是前面说的约束。在实际工程结构中，各种支撑的装置随着结构形式或者材料的差异而各不相同。在选取其计算简图时，可根据实际构造和约束情况进行。常用的平面杆系结构的支座有以下三种：

1）可动铰支座。如图1-21（a）所示，可动铰支座只能限制物体垂直于支承面方向的移动，但不能限制物体沿支承面的切线方向的运动，也不能限制物体绕铰心A转动。

2）固定铰支座。如图1-21（b）所示，固定铰支座能限制构件在平面内任意方向的移动，而不能限制构件绕铰心A的转动。

3）固定端支座。如图1-21（c）所示，固定端支座能限制构件沿任何方向移动，也能限制构件绕杆端A的转动。

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图1-21

（a）可动铰支座；（b）固定铰支座；（c）固定端支座

（3）结点的简化。杆件相互连接处称为结点。在计算简图中，通常可将结点分为铰结点和刚结点两种。

1）铰结点。铰结点的特征是各杆端可以绕结点中心自由转动，但不能有任何方向的相对移动，因而，铰结点只产生杆端轴力和剪力，不引起杆端弯矩。图1-22（a）所示为某木屋架的结点构造。此时各杆端虽不能绕结点任意转动，但由于联结不可能很严密牢固，因而杆件之间仍有微小相对转动的可能。事实上，结构在荷载作用下，杆件之间所产生的转动也相当小，所以，该结点应视为铰结点。其计算简图如图1-22（b）所示。

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图1-22

2）刚结点。刚结点的特征是汇交于结点的各杆端之间既不能发生相对移动，也不能发生相对转动。因而，刚结点对杆端有阻止相对转动的约束力存在，既除产生杆端轴力和剪力外，还引起杆端弯矩。图1-23（a）所示为钢筋混凝土刚架的结点，上、下柱和横梁在该处用混凝土浇筑成整体，钢筋的布置也使各杆端能够抵抗弯矩。计算时这种结点应视为刚结点，其计算简图如图1-23（b）所示。当结构发生变形时，汇交于刚结点各杆端的切线之间的夹角将保持不变[图1-23（c）]。

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