《建筑工人职业技能培训教材-架子工》知识点整理 (2)

1/122《建筑工人职业技能培训教材-架子工》知识点整理一、建筑基础知识（一）建筑力学基础知识1、力的基本概念2、建筑结构荷载在建筑中，由若干构件（如柱、梁、板等）连接而构成的能承受荷载和其他间接作用（如温度变化、地基不均匀沉降等）的体系，叫做建筑结构（简称结构）。建筑结构的各组成部分（如梁、柱、屋架等）称为结构构件（简称构件）。建筑结构在施工过程中和使用期间承受的各种作用有：施加在结构上的集中力或分布力（如人群、设备、构件自重等），是使其发生运动趋势的主动力，称为直接作用，也称荷载；引起结构外加变形或约束变形的原因，如地基变形、混凝土收缩、焊接变形、温度变化或地震等，称为间接作用。我国现行《建筑结构荷载规范》GB50009-12中将结构荷载作如下分类：（1）按荷载随时间的变异性和出现的可能性，分为永久荷载和偶然荷载。1）永久荷载：在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。例如结构各部分构件的自重、土压力、预应力等均属永久荷载，也叫做恒荷载。脚手架工程的永久荷载（恒荷载）可分为：①脚手架结构自重，包括立杆、纵向水平杆、横向水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件等的自重。②构配件自重，包括脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的自重。2）可变荷载：在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。例如家具等楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等均属可变荷载，也叫活荷载。脚手架工程的可变荷载（活荷载）可分为：①施工荷载，包括作业层上的人员、器具和材料的自重。②风荷载。3）偶然荷载：在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其量值可能很大而持续时间很短的荷载。如地震作用、爆炸力、撞击力等。按荷载作用的范围可分为集中荷载和分布荷载。2/122当荷载的作用面积远远小于构件的尺寸时，可将荷载作用面积集中简化于一点，称为集中荷载。如吊车梁传给柱子的荷载。连续分部在一块面积上的荷载称为分布荷载。包括分别作用在体积、面积和一定长度上的体荷载、面荷载和线荷载。重力属于体荷载，风、雪的压力等属于面荷载。分布荷载以N/m²、kN/m²、N/m或kN/m（线荷载）为单位。3、约束和约束反力物体受到限制，使其在某些方向的运动成为不可能，这种物体称为非自由体。不受任何限制，在空间可以自由运动的物体称为自由体。结构和结构的各构件是非自由体。限制非自由体运动的限制物体称为非自由体的约束。例如地面是房屋、桥梁的约束，柱子或墙是梁的约束。约束限制物体运动的力称为约束反力或约束力。约束反力的方向总是与它所限制的位移方向相反。与约束反力相对应，凡能主动使物体运动或使物体有运动趋势的力，称为主动力。例如，重力、土压力等。主动力在工程上也称荷载。工程上的物体，一般同时受到主动力和约束反力的作用。通常主动力是已知的，约束反力是未知的。约束形式有柔性约束、光滑面约束、铰链约束、铰支座约束、固定端约束（固定支座）、链杆约束和定向支座约束等。（1）柔性约束，例如，柔绳、胶带、链条等柔体用于阻碍物体的运动时，都是柔性约束。（2）光滑面约束，由光滑的接触面所构成的约束称为光滑面约束。例如，轨道对于车轮的约束。（3）铰链约束，由圆柱形铰链所构成的约束，称为圆柱铰链约束，简称铰链约束。门窗用的合页、活塞销等都是圆柱铰链的实例。铰链约束只能限制物体在垂直于销钉轴线的平面内沿任意方向的运动，而不能限制物体绕销钉的转动和沿其轴线方向的移动。（4）铰支座有固定铰支座和可动铰支座两种。固定铰支座可以限制构件沿任何方向移动，而不限制其转动。可动铰支座只能限制物体垂直于支承面方向的运动，而不能限制物体绕销钉的转动和沿支承面的运动。（5）固定端约束（固定支座）（6）链杆约束，就是两端用光滑铰链与物体相连，不计自重且中间不受力的杆件。链杆只在两铰链处受力的作用，又称二力杆。（7）定向支座，将构件用两根相邻的等长、平行链杆与地面相连接，这种支座允许杆端沿与链杆3/122垂直的方向移动，限制了沿链杆方向的移动，也限制了转动。约束反力的作用点就是约束与被约束物体的接触点；约束反力的方向总是与约束所能阻碍的物体的运动或运动趋势的方向相反。约束反力的大小一般是未知的，要根据被约束物体的受力情况确定。4、物体受力分析：对物体进行受力分析，包括两个步骤：（1）将所要研究的物体从与它有联系的周围物体中单独分离出来，画出其受力简图，称做取研究对象或取分离体。（2）在分离体图上画出周围物体对它的全部作用力，包括主动力和约束反力，称做画受力图（分离体图）。选取合适的研究对象与正确画出受力图是解决力学问题的前提和依据。画受力图时应注意：①明确研究对象②不要漏画力③不要多画力④不要画错力的方向5、平面汇交力系：为了便于研究问题，我们常将力系按其各力作用线的分布情况分为平面力系和空间力系两大类。凡各力的作用线都在同一平面内的力系称为平面力系，凡各力的作用线不在同一平面内的力系称为空间力系。在平面力系中，如果各力的作用线都交汇于一点，则称为平面汇交力系。它是力系中最简单的一种。（1）力在坐标轴上的投影与合力投影原理1）力在坐标轴上的投影分力是矢量，其效果与其作用点或作用线有关；而力在轴上的投影是代数量，在所有正向相同的平行轴时，同一个力的投影均相同。所以不能将分力与投影混为一体。2）合力投影定理：力系的合力在任一轴上的投影，等于力系中各力在同一轴上投影的代数和。（2）平面汇交力系合成的几何法作力多边形时，若改变各力的顺序，则力多边形的形状将不相同，但合力失的大小和方向并不改变。平面汇交力系平衡的必要和充分的几何条件是：力多边形自行闭合，即原力系中各力画成一个首尾相接的封闭的力多边形。或者说力系的合力等于零。4/122（3）平面汇交力系的解析法1）平面汇交力系的合成当物体受到平面汇交力系作用时，可以用一个合力代替该力系，这个代替过程是平面汇交力系的合成。平面汇交力系合成的解析法，是应用力在直角坐标轴上的投影来计算合力的大小，确定合力的方向。2）平面汇交力系平衡的解析条件平面汇交力系平衡的必要和充分的解析条件是：力系中所有各力在两个坐标轴中每一轴上的投影的代数和均等于零。6、平面力偶系（1）力矩的概念通常规定：力使物体按逆时针方向转动时力矩为正，按顺时针方向转动时为负。可见，力的转动效果与力的大小成正比，与力到转动中心的垂直距离（力臂）成正比。合力矩定理：合力对平面内任一点之矩，等于力系中各分力对同一点力矩的代数和。（2）合力矩定理合力对平面内任一点之矩，等于力系中各分力对同一点力矩的代数和。（3）力偶及力偶矩大小相等、方向相反、而作用线不在一直线上的两个平行力，称为力偶。力偶的转动效果用力偶矩度量。（4）力偶的性质：1）力偶没有合力，所以不能用一个力来代替。2）力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力偶距，而与矩心位置无关。3）在同一平面内的两个力偶，如果他们的力偶矩大小相等、力偶的转向相同，则这两个力偶是等效的，称为力偶的等效性。力偶可在其作用面内任意移动，而不改变它对物体的转动效果（力偶的可移动性）。在保持力偶矩大小合力偶转向不便的情况下，可任意改变力偶中的大小和力偶臂的长短，而不改变它对物体的转动效应（力偶的可调整性）。量度转动效应的三要素是：力偶距的大小、力偶的转动方向、力偶作用面的方位。（5）平面力偶系的合成与平衡1）平面力偶系的合成平面力偶系可以合成为一个合力偶，其力偶矩等于各分力偶矩的代数和。5/1222）平面力偶系的平衡条件平面力偶系可合成为一个合力偶，当合力偶矩等于零时，则力偶系中各力偶对物体的转动效应相互抵消，物体处于平衡状态；反之，若合力偶矩不等于零，则物体必有转动效应而不平衡。所以，平面力偶系平衡的必要和充分条件是：力偶系中所有各力偶的各力偶矩的代数和等于零。7、平面任意力系力系中各力的作用线都在同一平面内，且任意地分布，这样的力系称为平面任意力系。（1）力的平移定理作用于刚体上的力F，可以平移到同一刚体上的任一点O，但必须同时附加一个力偶，其力偶矩等于原力F对于新作用点O的矩。（4）平面力系的合力矩定理平面任意力系的合力对作用面内任意一点的矩等于力系中各力对同一点的矩的代数和。（5）平面任意力系的平衡条件平面任意力系平衡的必要和充分条件是：力系的主矢和力系对于任一点的主矩都等于零。平面任意力系平衡的必要与充分条件可表达为：力系中所有力在两个任选的坐标轴中每一轴上的投影的代数和分别等于零，以及各力对任意一点的矩的代数和等于零。9力与变形（1）强度、刚度和稳定性的基本概念凡是处在稳定与平衡状态的结构必须同时满足以下三方面的要求：1）结构构件在荷载的作用下不会发生破坏，这就要求构件具有足够的强度。强度就是结构或构件在外力作用下抵抗破坏的一种能力。2）结构构件在荷载作用下所产生的变形应在工程允许的范围以内，这就要求结构构件必须具有足够的刚度。刚度是指结构或构件在外力作用下抵抗变形的能力。3）结构构件在荷载的作用下，应能保持其原有形状下的平衡，即稳定的平衡，也就是结构构件必须具有足够的稳定性。稳定性是指结构或构件保持其原有平衡状态的能力。（2）杆件的变形一个方向尺寸比其他两个方向尺寸大得多的构件称为杆件，简称杆。有四种基本变形：①（轴向）拉伸、压缩②剪切③弯曲④扭转1）（轴向）拉伸、压缩6/122直杆两端承受一对方向相反、作用线与杆轴线重合的拉力或压力时产生的变形，主要是长度的改变（伸长或缩短），称为轴向拉伸或轴向压缩。单位横截面上的内力叫做应力。垂直于横截面的应力称为正应力。拉伸与压缩时横截面上的内力等于外力，应力在横截面内是均匀分布的。2）剪切构件承受与杆轴线垂直、方向相反、互相平行的力的作用时，构件的主要变形是在平行力之间产生的横截面沿外力作用方向发生错动，称为剪切变形。剪切时截面内产生的应力与截面平行，称为剪应力。3）弯曲在杆件的轴向对称面内有横向力或力偶作用时，杆件的轴线由直线变为曲线时的变形为弯曲变形。4）扭转在一对方向相反、位于垂直物件的两个平行平面内的外力偶作用下，构件的任意两截面将绕轴线发生相对转动，而轴线仍维持直线，这种变形形式称为扭转。变形为扭转变形。工程中最常见的扭转现象为雨篷梁。（2）压杆稳定工程中把承受轴向压力的直杆称为压杆。有时杆件虽有足够的强度和刚度，但并不能保证杆件就是安全的。实践表明，细长的杆件在轴向压力作用下，杆内的应力并没有达到材料的容许应力时，就可能发生突然弯曲而破坏。压杆直线状态的平衡由稳定平衡过渡到不稳定平衡，叫压杆失去稳定，简称失稳。压杆处于稳定平衡和不稳定平衡之间的临界状态时，其轴向压力称为临界力。工程实践表明，脚手架钢管受压失稳时的临界力要比发生强度破坏时的压力小几十倍。一个脚手架，由于其中一根或几根管子失稳，将可能导致整个架子的倒塌。近几年脚手架失稳造成的倒塌事故时有发生，因此，对脚手架的钢管，要特别注意其9、结构几何稳定分析在不考虑材料变形的条件下，体系受力后，能保持其几何形状和位置的不变，而不发生刚体形式的运动。这类体系称为几何不变体系。否则，称为几何可变体系。几何可变体系不能作为建筑结构使用。脚手架中各杆组成的体系必须是几何不变体系。7/122几何可变体系可以通过增加杆件的方法转化为几何不变体系。（二）建筑结构体系根据建筑物承重结构类型划分，建筑结构常见的结构体系有：混合结构、框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构、大板结构、大跨空间结构1、混合结构混合结构是指由不同材料制成的构件所组成的结构。混合结构有取材和施工方便，整体性、耐久性和防火性好，造价便宜等优点。多用于7层以下、层高较低，空间较小的住宅、旅馆、办公楼、教学楼以及单层工业厂房中。混合结构建造的房屋最高可达9层。2、框架结构框架结构是由纵、横梁和柱刚性连接组成的结构。框架结构强度高、自重轻、整体性和抗震性好。墙体不承重，内外墙仅分别起分隔和围护作用。钢筋混凝土框架结构体系在非抗震设防地区用于15层以下的房屋，抗震设防地区多用于10层以下建筑。3、剪力墙结构剪力墙结构是全部由纵横钢筋混凝土