[正版新书]建筑力学 苏振超 薛艳霞 陆海翔 清华大学出版社 建筑力学 教学用书 建筑学专业 工程管理专业 景观

苏振超，男，副教授，厦门大学硕士研究生导师。本科应用数学专业毕业，研究生攻读一般力学专业。公开发表20多篇教学和科研论文，其中含多篇中文核心期刊论文、多篇国外EI期刊论文。有近30年大学力学相关课程的教学经验。曾在清华大学出版社、高等教育出版社、大连理工大学出版社、西安交通大学出版社等出版力学类教材。作为第一主编，曾编写的力学类教材有：《理论力学》、《材料力学》、《结构力学》、《工程力学》等。

本书可用作高等学校本科工程管理、建筑学、城市规划、给排水、景观设计等专业的《建筑力学》教材用书，也可供高职高专相关专业的师生及工程技术人员学习参考。

绪论……………………………………………………………………………………………… 1
0.1 建筑力学的内容和任务 …………………………………………………………… 1
0.1.1 结构与构件………………………………………………………………… 2
0.1.2 建筑力学的任务与研究内容……………………………………………… 3
0.2 变形固体的基本假设 ……………………………………………………………… 4
0.3 荷载的分类及简化 ………………………………………………………………… 5
0.3.1 荷载及其分类 …………………………………………………………… 6
0.3.2 两种均布荷载的简化 …………………………………………………… 6
0.4 杆件的基本变形 …………………………………………………………………… 8
第1章 静力学的基础知识…………………………………………………………………… 9
1.1 力及力系 …………………………………………………………………………… 9
1.1.1 力 ………………………………………………………………………… 9
1.1.2 力系 ……………………………………………………………………… 10
1.2 刚体静力学的基本公理…………………………………………………………… 11
1.3 力矩 力偶及力偶矩……………………………………………………………… 13
1.3.1 力对点的矩 ……………………………………………………………… 13
1.3.2 力偶及力偶矩 …………………………………………………………… 14
1.4 约束及约束力……………………………………………………………………… 15
1.4.1 柔索约束 ………………………………………………………………… 16
1.4.2 光滑接触面约束 ………………………………………………………… 16
1.4.3 铰连接与铰支座 ………………………………………………………… 16
1.4.4 轴承 ……………………………………………………………………… 18
1.4.5 定向支座 ………………………………………………………………… 19
1.4.6 固定端约束 ……………………………………………………………… 19
1.5 结构的计算简图…………………………………………………………………… 20
1.5.1 构件的简化 ……………………………………………………………… 20
1.5.2 荷载的简化 ……………………………………………………………… 20
1.5.3 结点及支座的简化 ……………………………………………………… 20
1.6 物体的受力分析…………………………………………………………………… 22
Ⅳ 选择题 …………………………………………………………………………………… 28
习题 ……………………………………………………………………………………… 30
第2章 平面汇交力系与平面力偶系 ……………………………………………………… 34
2.1 平面汇交力系的合成……………………………………………………………… 34
2.1.1 平面汇交力系合成的几何法 …………………………………………… 34
2.1.2 平面汇交力系合成的解析法 …………………………………………… 35
2.2 平面汇交力系的平衡……………………………………………………………… 36
2.2.1 平面汇交力系的平衡方程 ……………………………………………… 36
2.2.2 平面汇交力系平衡方程的应用 ………………………………………… 36
2.3 平面力偶系的合成和平衡………………………………………………………… 39
2.3.1 平面力偶系的合成 ……………………………………………………… 39
2.3.2 平面力偶系的平衡方程 ………………………………………………… 39
2.3.3 平面力偶系平衡方程的应用 …………………………………………… 39选择题 …………………………………………………………………………………… 42
习题 ……………………………………………………………………………………… 43
第3章 一般力系的合成与平衡 …………………………………………………………… 47
3.1 力的平移定理……………………………………………………………………… 47
3.2 平面一般力系的简化……………………………………………………………… 48
3.2.1 平面一般力系向平面内一点的简化 …………………………………… 48
3.2.2 平面一般力系的简化结果分析 ………………………………………… 49
3.3 平面一般力系的平衡方程及其应用……………………………………………… 52
3.3.1 平面一般力系平衡方程的基本形式 …………………………………… 52
3.3.2 平面一般力系平衡方程的其他形式 …………………………………… 53
3.3.3 平面平行力系的平衡方程 ……………………………………………… 54
3.4 静定与超静定问题 平面物体系统的平衡问题………………………………… 55
3.4.1 静定与超静定问题 ……………………………………………………… 55
3.4.2 平面物体系统的平衡问题 ……………………………………………… 56
3.5 考虑摩擦的平衡问题……………………………………………………………… 60
3.5.1 静滑动摩擦力 …………………………………………………………… 60
3.5.2 最大静滑动摩擦力 静滑动摩擦定律 ………………………………… 61
3.5.3 动滑动摩擦力 动滑动摩擦定律 ……………………………………… 61
3.5.4 摩擦角和自锁现象 ……………………………………………………… 62
3.5.5 考虑摩擦时物体系统的平衡 …………………………………………… 63
3.6 空间一般力系的合成与平衡……………………………………………………… 66
3.7 重心和形心………………………………………………………………………… 66
3.7.1 重心的基本公式 ………………………………………………………… 66
3.7.2 形心的基本公式 ………………………………………………………… 67
Ⅴ
3.7.3 组合形体的形心 ………………………………………………………… 69
选择题 …………………………………………………………………………………… 69
习题 ……………………………………………………………………………………… 70
第4章 轴向拉伸与压缩 …………………………………………………………………… 77
4.1 拉压杆件的内力及内力图………………………………………………………… 77
4.1.1 轴向拉伸与压缩的工程实例 …………………………………………… 77
4.1.2 拉、压杆件的轴力与轴力图……………………………………………… 77
4.2 轴向拉压杆件的应力……………………………………………………………… 79
4.2.1 拉、压杆件横截面上的应力……………………………………………… 79
4.2.2 拉、压杆件斜截面上的应力……………………………………………… 81
4.2.3 圣维南原理 ……………………………………………………………… 82
4.3 轴向拉压杆件的变形……………………………………………………………… 83
4.3.1 轴向变形和胡克定律 …………………………………………………… 83
4.3.2 横向变形和泊松比 ……………………………………………………… 84
4.3.3 简单桁架结点的位移计算 ……………………………………………… 86
4.4 材料的力学性能…………………………………………………………………… 87
4.4.1 拉伸试验与应力-应变图 ………………………………………………… 87
4.4.2 低碳钢拉伸的力学性能 ………………………………………………… 88
4.4.3 其他材料的拉伸力学性能 ……………………………………………… 91
4.4.4 材料在压缩时的力学性能 ……………………………………………… 92
4.5 轴向拉压杆件的强度条件………………………………………………………… 93
4.5.1 失效与许用应力 ………………………………………………………… 93
4.5.2 强度条件 ………………………………………………………………… 94
4.6 应力集中的概念…………………………………………………………………… 96
4.7 剪切与挤压的实用计算…………………………………………………………… 97
4.7.1 剪切的实用计算 ………………………………………………………… 97
4.7.2 挤压的实用计算 ………………………………………………………… 98选择题…………………………………………………………………………………… 100
习题……………………………………………………………………………………… 102
第5章 扭转………………………………………………………………………………… 109
5.1 受扭圆轴的内力及内力图 ……………………………………………………… 109
5.1.1 扭转的工程实例………………………………………………………… 109
5.1.2 功率、转速与扭力偶矩之间的关系 …………………………………… 110
5.1.3 扭矩与扭矩图…………………………………………………………… 110
5.2 圆轴的扭转切应力 ……………………………………………………………… 112
5.2.1 圆轴扭转的变形特点…………………………………………………… 112
5.2.2 圆轴扭转的切应力……………………………………………………… 113
Ⅵ
5.2.3 最大扭转切应力………………………………………………………… 114
5.2.4 极惯性矩 扭转截面系数……………………………………………… 115
5.3 受扭圆轴的强度与刚度条件 …………………………………………………… 116
5.3.1 圆轴扭转的强度条件…………………………………………………… 116
5.3.2 圆轴扭转的变形………………………………………………………… 118
5.3.3 圆轴扭转的刚度条件…………………………………………………… 119
5.4 非圆截面杆的扭转 ……………………………………………………………… 120 选择题与思考题………………………………………………………………………… 121
习题……………………………………………………………………………………… 122
第6章 平面弯曲…………………………………………………………………………… 126
6.1 梁的内力及内力图 ……………………………………………………………… 126
6.1.1 平面弯曲的基本概念…………………………………………………… 126
6.1.2 梁的约束及类型………………………………………………………… 127
6.1.3 剪力和弯矩……………………………………………………………… 128
6.1.4 剪力方程和弯矩方程 剪力图和弯矩图……………………………… 130
6.1.5 叠加法绘制弯矩图……………………………………………………… 134
6.2 弯矩、剪力与荷载集度之间的关系及其应用…………………………………… 135
6.2.1 弯矩、剪力与荷载集度之间的关系 …………………………………… 135
6.2.2 利用微分关系绘制静定梁的剪力图和弯矩图………………………… 138
6.3 惯性矩 惯性积和惯性半径 …………………………………………………… 138
6.3.1 截面的静矩……………………………………………………………… 138
6.3.2 惯性矩 惯性积和惯性半径…………………………………………… 139
6.3.3 平行移轴公式…………………………………………………………… 141
6.3.4 主惯性轴与形心主惯性轴……………………………………………… 143
6.4 梁的弯曲正应力与强度计算 …………………………………………………… 143
6.4.1 纯弯曲与横力弯曲……………………………………………………… 143
6.4.2 纯弯曲时横截面上的正应力 ………………………………………… 144
6.4.3 横力弯曲时横截面上的正应力………………………………………… 147
6.4.4 梁的正应力强度条件 ………………………………………………… 148
6.5 梁的弯曲切应力与强度计算 …………………………………………………… 151
6.5.1 弯曲切应力 …………………………………………………………… 151
6.5.2 弯曲切应力强度条件…………………………………………………… 155
6.6 梁的弯曲变形 …………………………………………………………………… 155
6.6.1 弯曲变形的基本概念…………………………………………………… 155
6.6.2 梁的挠曲线近似微分方程及其积分…………………………………… 156
6.7 叠加法计算梁的变形 …………………………………………………………… 159
6.7.1 叠加法基础……………………………………………………………… 159
6.7.2 叠加法举例……………………………………………………………… 160
Ⅶ 选择题与填空题………………………………………………………………………… 162
习题……………………………………………………………………………………… 164
第7章 应力状态与强度理论及其应用…………………………………………………… 174
7.1 应力状态的概念及分类 ………………………………………………………… 174
7.2 平面应力状态分析 ……………………………………………………………… 175
7.2.1 解析法 ………………………………………………………………… 175
7.2.2 应力圆法(图解法)……………………………………………………… 177
7.2.3 主平面和主应力 ……………………………………………………… 179
7.3 空间应力状态与广义胡克定律 ………………………………………………… 181
7.4 强度理论 ………………………………………………………………………… 181
7.4.1 脆性断裂的强度理论…………………………………………………… 182
7.4.2 塑性屈服的强度理论…………………………………………………… 182
7.4.3 强度理论的应用 ……………………………………………………… 183
7.5 梁的斜弯曲 ……………………………………………………………………… 185
7.5.1 斜弯曲及横截面上的正应力…………………………………………… 185
7.5.2 斜弯曲时梁的中性轴方程与强度条件………………………………… 186
7.6 拉压与弯曲的组合变形 ………………………………………………………… 188
7.6.1 拉压与弯曲组合的强度条件…………………………………………… 188
7.6.2 偏心拉伸(压缩)………………………………………………………… 188
7.6.3 截面核心………………………………………………………………… 189
7.7 弯曲与扭转的组合受力 ………………………………………………………… 192 选择题…………………………………………………………………………………… 195
习题……………………………………………………………………………………… 196
第8章 压杆稳定…………………………………………………………………………… 202
8.1 压杆稳定的概念 ………………………………………………………………… 202
8.2 欧拉公式 ………………………………………………………………………… 203
8.2.1 两端铰支细长压杆的临界力…………………………………………… 203
8.2.2 一端固定、一端自由细长压杆的临界力 ……………………………… 205
8.2.3 两端固定细长压杆的临界力…………………………………………… 205
8.2.4 细长中心受压直杆临界力的统一公式………………………………… 206
8.3 压杆的临界应力 ………………………………………………………………… 208
8.3.1 临界应力………………………………………………………………… 208
8.3.2 欧拉公式的适用范围…………………………………………………… 208
8.3.3 超过比例极限σp 时压杆的临界应力 ………………………………… 209
8.4 压杆的稳定计算 ………………………………………………………………… 212
8.4.1 稳定安全因数法………………………………………………………… 212
8.4.2 折减系数法……………………………………………………………… 214
Ⅷ
8.5 提高压杆承载力的措施 ………………………………………………………… 219 选择题与填空题………………………………………………………………………… 220
习题……………………………………………………………………………………… 221
第9章 平面体系的几何组成分析………………………………………………………… 225
9.1 几何组成分析的基本概念 ……………………………………………………… 225
9.1.1 几何不变体系与几何可变体系………………………………………… 225
9.1.2 自由度与约束 ………………………………………………………… 226
9.2 几何不变体系的组成规则及其应用 …………………………………………… 230
9.3 体系的几何组成与静力特性的关系 …………………………………………… 235 判断题与选择题………………………………………………………………………… 236
习题……………………………………………………………………………………… 237
第10章 静定结构的内力计算 …………………………………………………………… 240
10.1 静定梁的内力计算 …………………………………………………………… 240
10.1.1 单跨静定梁 ………………………………………………………… 240
10.1.2 多跨连续梁 ………………………………………………………… 242
10.2 静定平面刚架 ………………………………………………………………… 243
10.2.1 刚架的特点 ………………………………………………………… 244
10.2.2 静定平面刚架内力分析 …………………………………………… 244
10.3 三铰拱 ………………………………………………………………………… 249
10.4 静定平面桁架 ………………………………………………………………… 249
10.4.1 概述 ………………………………………………………………… 249
10.4.2 桁架内力的求解方法 ……………………………………………… 251
10.5 静定组合结构 ………………………………………………………………… 256
10.6 静定结构的一般性质 ………………………………………………………… 258 选择题 ………………………………………………………………………………… 258
习题 …………………………………………………………………………………… 260
第11章 静定结构的位移计算 …………………………………………………………… 266
11.1 概述 …………………………………………………………………………… 266
11.2 虚功原理 ……………………………………………………………………… 267
11.2.1 功、实功、虚功 ……………………………………………………… 267
11.2.2 刚体的虚功原理 …………………………………………………… 268
11.2.3 变形体系的虚功原理 ……………………………………………… 270
11.3 单位荷载法 …………………………………………………………………… 272
11.3.1 结构位移计算的一般公式 ………………………………………… 272
11.3.2 结构位移计算的一般步骤 ………………………………………… 274
11.3.3 广义位移的计算 …………………………………………………… 275
Ⅸ
11.4 静定结构在荷载作用下的位移计算 ………………………………………… 276
11.5 图乘法 ………………………………………………………………………… 279
11.5.1 图乘法的条件及其公式 …………………………………………… 280
11.5.2 常用图形的面积及形心位置 ……………………………………… 280
11.5.3 复杂图形的图乘 …………………………………………………… 281
11.5.4 用图乘法计算梁和刚架的位移举例 ……………………………… 283
11.6 静定结构由于温度变化所引起的位移 ……………………………………… 284
11.7 互等定理 ……………………………………………………………………… 286 判断题与选择题 ……………………………………………………………………… 288
习题 …………………………………………………………………………………… 290
第12章 力法 ……………………………………………………………………………… 297
12.1 超静定结构概述 ……………………………………………………………… 297
12.1.1 超静定结构 ………………………………………………………… 297
12.1.2 超静定次数的确定 ………………………………………………… 297
12.2 力法的基本原理 ……………………………………………………………… 298
12.2.1 力法的基本思路 …………………………………………………… 298
12.2.2 力法的计算步骤 …………………………………………………… 301
12.3 力法的典型方程 ……………………………………………………………… 301
12.3.1 关于基本体系的选择 ……………………………………………… 301
12.3.2 关于基本方程的建立 ……………………………………………… 301
12.4 用力法计算超静定结构在荷载作用下的内力 ……………………………… 303
12.4.1 超静定梁和刚架 …………………………………………………… 303
12.4.2 铰接排架 …………………………………………………………… 305
12.4.3 超静定桁架 ………………………………………………………… 306
12.4.4 超静定组合结构 …………………………………………………… 306
12.5 用力法计算超静定结构在支座移动和温度变化时的内力 ………………… 307
12.5.1 支座移动时的内力计算 …………………………………………… 308
12.5.2 温度改变时的内力计算 …………………………………………… 308
12.6 对称结构的计算 ……………………………………………………………… 309
12.6.1 简化的前提条件 …………………………………………………… 309
12.6.2 简化的主要目标 …………………………………………………… 309
12.6.3 选取对称的基本结构———简化方法之一 ………………………… 310
12.6.4 选取半边结构计算———简化方法之二 …………………………… 312
12.7 超静定结构的位移计算 ……………………………………………………… 315
12.8 超静定结构计算结果的校核 ………………………………………………… 317
12.9 超静定结构的特性 …………………………………………………………… 318 选择题 ………………………………………………………………………………… 319
习题 …………………………………………………………………………………… 321
Ⅹ
第13章 位移法 …………………………………………………………………………… 326
13.1 位移法的基本概念 …………………………………………………………… 326
13.2 等截面直杆的转角位移方程 ………………………………………………… 327
13.2.1 杆端内力和杆端位移的正负号规定 ……………………………… 327
13.2.2 单跨超静定梁的形常数 …………………………………………… 328
13.2.3 单跨超静定梁的载常数 …………………………………………… 329
13.2.4 等截面直杆的转角位移方程 ……………………………………… 330
13.3 位移法的基本未知量及确定方法 …………………………………………… 332
13.3.1 位移法的基本未知量 ……………………………………………… 332
13.3.2 确定位移法的基本未知量的数目 ………………………………… 332
13.4 位移法的基本体系与位移法方程 …………………………………………… 334
13.4.1 位移法的基本结构 ………………………………………………… 334
13.4.2 位移法的基本体系 ………………………………………………… 334
13.4.3 位移法方程 ………………………………………………………… 335
13.5 用典型方程法计算超静定结构在荷载作用下的内力 ……………………… 336
13.5.1 典型方程的一般形式 ……………………………………………… 336
13.5.2 典型方程法的计算步骤 …………………………………………… 337
13.5.3 位移法计算示例 …………………………………………………… 337
13.6 支座移动和温度变化时超静定结构的位移法计算 ………………………… 341 选择题 ………………………………………………………………………………… 341
习题 …………………………………………………………………………………… 343
第14章 渐近法 …………………………………………………………………………… 348
14.1 力矩分配法的基本概念 ……………………………………………………… 348
14.1.1 力矩分配法的基本思路 …………………………………………… 348
14.1.2 力矩分配法的基本要素 …………………………………………… 350
14.1.3 用力矩分配法计算单刚结点结构 ………………………………… 353
14.2 多结点的力矩分配法 ………………………………………………………… 353
14.3 无剪力分配法 ………………………………………………………………… 355
14.3.1 无剪力分配法的应用条件 ………………………………………… 355
14.3.2 无剪力分配法的计算过程 ………………………………………… 355
14.4 剪力分配法 …………………………………………………………………… 358
14.4.1 铰结排架在柱顶水平荷载作用下的内力 ………………………… 358
14.4.2 横梁刚度无限大刚架在柱顶水平荷载作用下的内力 …………… 359 14.4.3 柱间有水平荷载作用时的内力计算 ……………………………… 360
选择题 ………………………………………………………………………………… 361
习题 …………………………………………………………………………………… 363
Ⅺ
第15章 影响线 …………………………………………………………………………… 367
15.1 移动荷载及影响线的概念 …………………………………………………… 367
15.2 静力法作影响线 ……………………………………………………………… 368
15.2.1 支座反力影响线 …………………………………………………… 368
15.2.2 剪力影响线 ………………………………………………………… 369
15.2.3 弯矩影响线 ………………………………………………………… 369
15.2.4 内力影响线与内力图的比较 ……………………………………… 370
15.3 结点荷载作用下的影响线 …………………………………………………… 371
15.4 用静力法作静定桁架的影响线 ……………………………………………… 373
15.5 用机动法作静定梁的影响线 ………………………………………………… 373
15.5.1 机动法概述 ………………………………………………………… 374
15.5.2 机动法作静定梁内力影响线 ……………………………………… 375
15.6 影响线的应用 ………………………………………………………………… 376
15.6.1 利用影响线求固定荷载作用的量值 ……………………………… 376
15.6.2 确定最不利荷载位置 ……………………………………………… 378
15.7 简支梁的绝对最大弯矩与内力包络图 ……………………………………… 382
15.7.1 简支梁的绝对最大弯矩 …………………………………………… 382
15.7.2 简支梁的内力包络图 ……………………………………………… 384判断题与选择题 ……………………………………………………………………… 385
习题 …………………………………………………………………………………… 387
第16章 计算机软件在建筑力学中的应用 ……………………………………………… 390
16.1 MDSolids软件在建筑力学中的应用………………………………………… 390
16.2 结构力学求解器在建筑力学中的应用 ……………………………………… 390
16.3 PKPM 软件在建筑力学中的应用 …………………………………………… 390
习题 …………………………………………………………………………………… 391
附录Ⅰ 型钢规格表(摘自GB/T706—2016)…………………………………………… 394
附录Ⅱ 部分习题参考答案………………………………………………………………… 407
参考文献……………………………………………………………………………………… 424