���ĕH圖書在版編目（ＣＩＰ）數據建築力學／王培興，馬慶華，朱熙主編．—２版．—南京：南京大學出版社，２０１７．６ＩＳＢＮ９７８７３０５１７３６８４Ⅰ．①建…Ⅱ．①王…②馬…③朱…Ⅲ．①建築力學－高等學校－教材Ⅳ．①ＴＵ３中國版本圖書館ＣＩＰ數據核字（２０１６）第１７８４８０號出版發行南京大學出版社社址南京市漢口路２２號郵編２１００９３出版人金鑫榮書名建築力學（第２版）主編王培興馬慶華朱熙責任編輯董薇吳華編輯熱線：０２５８３５９７４８２照排南京理工大學資產經營有限公司印刷南京京新印刷有限公司開本７８７×１０９２１／１６印張２６．７５字數６５０千版次２０１７年６月第２版２０１７年６月第１次印刷ＩＳＢＮ９７８７３０５１７３６８４定價５９．００元網址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｊｕｐｃｏ．ｃｏｍ官方微博：ｈｔｔｐ：／／ｗｅｉｂｏ．ｃｏｍ／ｎｊｕｐｃｏ微信服務號：ｎｊｕｙｕｅｘｕｅ銷售谘詢熱線：（０２５）８３５９４７５６版權所有，侵權必究凡購買南大版圖書，如有印裝質量問題，請與所購圖書銷售部門聯係調換書編委會主任：袁洪誌（常州工程職業技術學院）副主任：陳年和（江蘇建築職業技術學院）湯金華（南通職業大學）張蘇俊（揚州工業職業技術學院）委員：（按姓氏筆畫為序）馬慶華（連雲港職業技術學院）玉小冰（湖南工程職業技術學院）劉如兵（泰州職業技術學院）劉霽（湖南城建職業技術學院）朱熙（湖北工程職業學院）湯進（江蘇商貿職業學院）李晟文（九州職業技術學院）楊建華（江蘇城鄉建設職業學院）何隆權（江西工業貿易職業技術學院）徐永紅（常州工程職業技術學院）常愛萍（湖南交通職業技術學院）前言為了適應當前建築大類專業的建設與改革要求，滿足培養建築大類專業施工、管理、服務第一線的高技能應用型專門人才的教學教育需要，編寫了本教材。本書在編寫中緊扣“教學基本要求”，注重“需用、有用為主，應用、夠用為度”的編寫原則，著重介紹建築力學的基本概念，加強對力學現象的分析，突出了知識的實踐性和應用性要求。通過學習和課後練習，使學生具有紮實的力學基礎知識，同時提高學生的綜合素質，能將力學分析的方法與相關專業課程結合起來，具備應用力學方法解決在生產第一線中遇到的有關力學問題的能力。
本教材按照示範專業核心課程建設的高度要求，融入了編者近３０年的教學實踐與經驗，並同時借鑒了多版本相關教材的優點，具有以下特點：１．符合高職教育人才培養模式對於課程體係和教學內容改革的要求，按照專業建設培養目標，進一步加強教學內容的針對性和實用性，按照知識單元之間的內在聯係，針對高職學生的知識結構實際情況，進行教學內容的組織編寫。
２．實施開放式的教材編審模式，聘請生產第一線專家和工程技術人員研討教材教學內容，使教學內容具有實用性。
３．適應高等教育的應用型人才培養需求，精簡了部分公式的推導，注重工程實際應用。
本教材內容包括力學基本概念，靜力學基礎及物體的受力分析，力係的簡化、平衡方程及其應用，截麵幾何性質，軸向拉伸與壓縮，扭轉，梁的彎曲，壓杆穩定，應力狀態分析與強度理論，組合變形，平麵杆件體係的幾何組成分析，靜定結構的內力，靜定結構的位移，力法，位移法等，共１８章，另有附錄。每章均包含一定數量的習題，並提供部分習題的參考答案。本書可作為高職院校土建大類專業通用教材，也可作為相關工程技術人員培訓使用教材。
本教材是在第一版的基礎上，根據課程在教學實施中的具體情況和學時條件，進行了修訂。主要表現為兩個方麵，一是對內容進行了精簡，將漸進法、移動荷載與影響線、用ＰＫＰＭ軟件計算平麵杆件結構三章內容刪去；二是將第十四章的一個重要概念“計算自由度”，重新定義為“理論自由度”，並與“實際自由度”對應，使學生更加容易理解與學習，避免了概念中的動詞與名詞的混淆不清。
本書采用基於二維碼的互動式學習平台，讀者可通過微信掃描二維碼獲取本教材相關的電子資源，體現了數字出版和教材立體化建設的理念。
本教材由江蘇建築職業技術學院王培興、連雲港職業技術學院馬慶華和湖北工程職業學院朱熙擔任主編，江蘇建築職業技術學院郭楊、九州職業技術學院李晟文和揚州工業職業技術學院張文娟擔任副主編，江蘇建築職業技術學院楊梅和江西工業貿易職業技術學院趙思炯參與編寫。在編寫過程中得到許多施工企業一線專家和工程技術人員的大力支持，在此表示衷心的感謝。
編者２０１７年３月第一章緒論掃一掃可見本章電子資源【學習目標】掌握建築力學中力、剛體、變形體、平衡的概念，了解力係、結構的概念及分類，理解合力與分力的概念，理解建築力學的研究對象和基本任務，理解對變形固體的基本假設，了解杆件變形的基本形式。
１．１建築力學基本概念一、力１．力的概念力是物體間的相互作用，這種作用使物體的運動狀態或形狀發生改變。
力的概念是從勞動中產生的。人們在生活和生產中，由於對肌肉緊張收縮的感覺，逐漸產生了對力的感性認識。隨著生產的發展，又逐漸認識到：物體運動狀態和形狀的改變，都是由於其他物體對該物體施加力的結果。這些力有的是通過物體間的直接接觸產生的，例如物體之間的壓力、摩擦力，風對建築物的作用力等；有的是通過“場”對物體的作用，如地球萬有引力對物體作用產生的重力、電場對電荷產生的引力或斥力等。雖然物體間這些相互作用力的來源和產生的物理本質不同，但它們對物體作用的結果都是使物體的運動狀態或形狀發生改變，因此，將它們概括起來加以抽象而形成了“力”的概念。
２．力的效應力對物體的作用效果稱為力的效應。可以分為兩類：（１）力使物體運動狀態發生改變的效應稱為運動效應或外效應；（２）力使物體的形狀發生改變的效應稱為變形效應或內效應。
力的運動效應又分為移動效應和轉動效應。例如，在乒乓球運動中，如果球拍作用於乒乓球上的力通過球心（推球），則球隻向前運動而不會繞球心轉動，即球拍對球隻有移動效應；如果球拍作用於乒乓球上的力不通過球心（拉弧圈球），則球在向前運動的同時還繞球心轉動，即球拍對球除了有移動效應，還有轉動效應。
３．力的三要素實踐證明，力對物體的作用效應取決於力的大小、方向和作用點，即力的三要素。
（１）力的大小表示物體相互間機械作用的強弱程度，通過由力所產生的效應的大小來測定。在國際單位製（ＳＩ）中，力的單位為Ｎ（牛頓）或ｋＮ（千牛頓）。
（２）力的方向是指靜止物體在該力作用下可能產生的運動（或運動趨勢）的方向，包含·１·書建築力學方位和指向。例如，力的方向“水平向右”，其中“水平”是表示力的方位，“向右”則是表示力的指向。
（３）力的作用點是指物體承受力作用的部位。實際上，兩個物體之間相互作用時，其接觸的部位總是占有一定的麵積，力總是按照各種不同的方式分布於物體接觸麵的各點上。
當接觸麵麵積很小時，則可以將微小麵積抽象為一個點，這個點稱為力的作用點，該作用力稱為集中力；反之，如果接觸麵積較大而不能忽略其麵積時，則力在整個接觸麵上分布作用，此時的作用力稱為分布力。
當力分布在一定的體積內時，稱為體分布力，例如物體自身的重力；當力分布在一定麵積上時，稱為麵分布力，如風對物體的作用；當力沿狹長麵積或體積分布時，稱為線分布力。
分布力的大小用力的分布集度表示。體分布力集度的單位為Ｎ／ｍ３或ｋＮ／ｍ３；麵分布力集度的單位為Ｎ／ｍ２或ｋＮ／ｍ２；線分布力集度的單位為Ｎ／ｍ或ｋＮ／ｍ。
４．力的性質及其表示方法力既有大小又有方向，所以力是矢量。對於集中力，我們可以用帶有箭頭的直線段表示（圖１１）。該線段的長度按一定比例尺繪出，表示力的大小；線段的箭頭指向表示力的方向；線段的始點Ａ或終點Ｂ表示力的作用點；矢量所沿的直線稱為力的作用線。規定用黑斜體字母Ｆ表示力，而用普通斜體字母Ｆ隻表示力的大小。
二、剛體與變形體的概念圖１１１．剛體的概念生活實際和工程實踐表明，任何物體受力作用後，總會產生一些變形。但在通常情況下，絕大多數物體（如結構、構件或零件）的變形都是很微小的。研究證明，在某些情況下，這種微小的變形對改變物體的運動位置或者物體的運動狀態來說影響是很微小的，在計算中大多可以忽略不計，即不考慮力對物體作用時物體產生的變形，而認為物體的幾何形狀保持不變。我們把這種在受力作用後能保持原有形狀而不產生變形的物體稱為剛體。
剛體是對實際物體進行科學的抽象和簡化後而得到的一種理想模型，在自然界幾乎不存在。對剛體而言，當其受到力的作用後，隻會發生運動位置或者運動狀態的改變而不會產生形狀的改變。反過來，如果變形在所研究的問題中成為主要問題時（如在後麵研究變形杆件在外力作用下產生的變形、應力等問題），剛體的概念就不再適用，當然就不能再把物體看作是剛體了，此時，就應該把物體視為變形物體了。
２．變形體的概念與剛體相對應，變形體是指在受力作用時會產生變形的物體。在各種實際的工程結構中，構件或者杆件受到外力作用後，或多或少都會發生變形，即其形狀和尺寸總會有所改變。
這些改變，有的可以直接觀察得到，有些則需要通過儀器才能測出。由於物體具有這種可變形的性質，所以有時又稱其為變形體。例如，房屋結構中的柱子，在柱頂壓力的作用下會有所縮短；大梁在受橫向力作用後會變微彎；鋼板的連接部分，在鋼板受力作用後，會產生錯動等都是變形體的實例。但是，上麵所說的這些變形，相對於物體本身的尺寸來說，實際上都是非常微小的。在進行受力計算時，經常先不予考慮，隻是在需要知道變形的大小時才對其·２·第一章緒論進行計算。
變形體在外力作用下產生的變形，就其變形的性質可以分為彈性變形和塑性變形。所謂彈性，是指變形物體在外力撤除後能恢複其原來形狀和尺寸的性質。例如彈簧在拉力作用下會伸長，如果拉力不太大，則當緩慢撤除拉力後，彈簧能恢複原狀，這表明彈簧具有彈性。在外力撤除後彈性物體上可消失的變形稱為彈性變形。如果撤除外力後，變形不能全部消失而留有殘餘，此殘餘部分就稱為塑性變形或殘餘變形。
撤除外力後能完全恢複原狀的物體，稱為理想彈性變形體或稱理想彈性體。實際上，在自然界並不存在理想彈性體，但通過實驗研究表明，常用的工程材料如金屬、木材等，當外力不超過某一限度時（稱為彈性階段），很接近於理想彈性體，這時可以將它們近似地視為理想彈性體；而如果外力超過了這一限度，物體就會產生明顯的塑性變形（稱為彈塑性階段）。
三、平衡的概念所謂平衡，是指物體在各種力的作用下相對於慣性參考係處於靜止或作勻速直線平動的狀態。在一般工程技術問題中，平衡常指物體相對於地球而言保持靜止或作勻速直線運動。例如，靜止在地麵上的房屋、路橋工程中的橋梁、水利工程中的水壩等建築物或構築物，相對於地球而言均保持靜止；在直線軌道上正常運行的火車，相對於地球而言，則是在作勻速直線運動；等等，都是物體在各種力作用下處於平衡的狀態。顯然，平衡是機械運動的特殊形態，因為靜止是暫時的、相對的、有條件的；而運動才是永恒的、絕對的、無條件的。
在建築力學課程中，經常需要研究物體在許多力同時（即力係）作用下保持平衡時必須滿足的條件，即物體的平衡條件。如果將平衡條件用數學方程表示出來，即為物體的平衡方程。
四、荷載荷載是主動作用於物體上的外力。在實際工程中，構件或結構受到的荷載是多種多樣的，如建築物的樓板傳給梁的重量、鋼板對軋輥的作用力等。這些重量和作用力統稱為加載在構件上的荷載。
根據荷載的作用以及計算的需要，可以對荷載進行分類：１．荷載按其作用在結構上的時間久暫，可分為恒載和活載恒載是長期作用在構件或結構上的不變荷載，如結構的自重和土壓力。
活載是指在施工和建成後使用期間可能作用在結構上的可變荷載，它們的作用位置和範圍可能是固定的（如風荷載、雪荷載、會議室的人群重量等），也可能是移動的（如吊車荷載、橋梁上行駛的車輛等）。
２．荷載按其作用在結構上的分布情況可分為分布荷載和集中荷載分布荷載是連續分布在結構上的荷載。當分布荷載在結構上均勻分布時，稱為均布荷載；當沿杆件軸線均勻分布時，則稱為線均布荷載，常用單位為“Ｎ／ｍ或ｋＮ／ｍ”。
當作用於結構上的分布荷載麵積遠小於結構的尺寸時，可認為此荷載是作用在結構的一點上，稱為集中荷載。如火車車輪對鋼軌的壓力，屋架傳給磚牆或柱子的壓力等，都可認為是集中荷載，常用單位為“Ｎ或ｋＮ”。
·３·建築力學３．荷載按其作用在結構上的性質可分為靜力荷載和動力荷載靜力荷載是指從零開始逐漸緩慢地、連續均勻地增加到終值後保持不變的荷載。
動力荷載是指大小、位置、方向都隨時間迅速變化的荷載。在動力荷載下，構件或結構產生顯著的加速度，故必須考慮慣性力即動力的影響，如動力機械產生的振動荷載、風荷載、地震作用產生的隨機荷載等。
五、力係、合力與分力１．力係的概念同時作用在同一物體上的一組力，稱為力係。在一個力係中，如果各力作用線都位於同一個平麵內，則該力係稱為平麵力係，反之為空間力係。不論是平麵力係，還是空間力係，按照其各力作用線分布的不同形式，都可分為：（１）彙交力係：力係中各力作用線（或者其延長線）彙交於一點，如圖１２所示。
（２）力偶係：力係中各力全部可以組成若幹力偶（見第四章）或力係由若幹力偶組成，如圖１３所示。
（３）平行力係：力係中各力作用線相互平行，如圖１４所示。
（４）一般力係：力係中各力作用線既不完全交於一點，也不完全相互平行，即處於一般位置，如圖１５所示。
圖１２圖１３圖１４圖１５２．等效力係、合力與分力的概念如果某一力係對剛體產生的效應，可以用另外一個力係來代替，即兩個力係對剛體的作用效應相同，則稱這兩個力係互為等效，或者說，其中任一力係為另一個力係的等效力係。
當一個力與一個力係等效時，則稱該力為力係的合力；而該力係中的每一個力稱為其合力的分力。把力係中的各個分力代換成合力的過程，稱為力係的合成；反過來，把合力代換成若幹分力的過程，稱為力的分解。
·４·第一章緒論１．２建築力學的研究對象一、構件與結構的概念建築、機械和橋梁等工程在建造過程中會廣泛地應用各種工程結構和機械設備。構成結構的部件和機械的零件，統稱為構件。由若幹構件按照各種合理方式組成，用來承擔荷載並起骨架作用的部分，稱為結構。最簡單的結構可以是一根梁或一根柱。在正常使用狀態下，一切構件或工程結構都要受到相鄰構件或其他物體對它的作用，即荷載的作用。
在實際建築工程中的結構形式，常見有如圖１６所示的單層工業廠房、圖１７所示的民用建築和圖１８所示的橋梁等多種形式。
圖１６某工業廠房圖１７某房屋結構屋蓋·５·建築力學圖１８某橋梁二、構件與結構的承載力在荷載作用下，構件及工程結構的幾何形狀和尺寸要發生一定程度的改變，這種改變統稱為變形。當荷載達到某一數值時，構件或結構就可能發生破壞，如吊索被拉斷、鋼梁斷裂等。如果構件或結構的變形過大，會影響其正常工作，如機床主軸變形過大時，將影響機床的加工精度；樓板梁變形過大時，下麵的抹灰層就會開裂、脫落等。此外，對於受壓的細長直杆，兩端的壓力增大到某一數值後，杆會突然變彎，不能保持原狀，這種現象稱為失穩。靜定桁架中的受壓杆件如果發生失穩，則桁架可變成幾何可變體係而失去承載力。
在工程中，為了保證每一構件和結構始終能夠正常地工作而不致失效，在使用過程中要求構件和結構的材料不發生破壞，即具有足夠的強度用以抵抗破壞；要求構件和結構的變形在工程允許的範圍內，即具有足夠的剛度用以抵抗變形；要求構件和結構能夠維持其原有的平衡形式，即具有足夠的穩定性用以抵抗失穩。強度、剛度與穩定性統稱為構件與結構的承載力。
三、結構的分類工程中結構的類型是多種多樣的，可按不同的觀點進行分類。
１．按幾何特征分類（１）杆件結構由杆件組成的結構稱為杆件結構。杆件的幾何特征是它的長度ｌ遠大於其橫截麵的寬度ｂ和高度ｈ（圖１９）。橫截麵和軸線是杆件的兩個主要幾何因素，前者指的是垂直於杆件長度圖１９方向的截麵，後者則為所有橫截麵形心的連線（圖１１０）。如果杆件的軸線為直線，則稱為直杆［圖１１０（ａ）］；若為曲線，則稱為曲杆［圖１１０（ｂ）］。如圖１６所示的工業廠房、圖１７所示的樓蓋中主次梁、圖１８所示的橋梁等都是杆件結構。
圖１１０·６·第一章緒論（２）板殼結構由薄板或薄殼組成的結構稱為板殼結構。薄板和薄殼的幾何特征是它們的長度ｌ和寬度ｂ遠大於其厚度δ［圖１１１（ａ）、（ｂ）］。當構件為平麵狀時稱為薄板［圖１１１（ａ）］，當構件為曲麵狀時稱為薄殼［圖１１１（ｂ）］。板殼結構也稱為薄壁結構。如圖１７所示樓蓋中的平板就是薄板，如圖１１２（ａ）、（ｂ）所示屋頂分別是三角形折板結構和長筒殼結構。
圖１１１圖１１２（３）實體結構如果結構的長ｌ、寬ｂ、高ｈ三個尺度為同一量級，則稱為實體結構。如圖１１１（ｃ）所示，工程上如擋土牆［圖１１３（ａ）］、水壩［圖１１３（ｂ）］和塊形基礎等都是實體結構。
圖１１３２．按空間特征分類（１）平麵結構凡組成結構的所有構件的軸線及外力都在同一平麵內，這種結構稱為平麵結構。
·７·建築力學（２）空間結構凡組成結構的所有構件的軸線及外力不在同一平麵內，這種結構稱為空間結構。
實際上，一般結構都是空間結構。但在計算時，有許多空間結構根據其實際受力特點，可簡化為若幹平麵結構來處理，例如圖１６所示的廠房結構支撐係統，就可以簡化為若幹屋架來計算。而有些空間結構則不能簡化為平麵結構，必須按空間結構來分析。
四、建築力學的研究對象在各類建築工程中，杆件結構是應用最為廣泛的結構形式。杆件結構又可分為平麵杆件結構和空間杆件結構兩類。建築力學的主要研究對象是杆件與杆件結構。本書主要研究平麵杆件結構。常見的平麵杆件結構形式有以下幾種：１．梁梁是一種受彎杆件，其軸線通常為直線。梁可以是單跨的和多跨的（圖１１４）。
２．桁架桁架是由若幹根直杆在兩端用鉸連接而成的結構（圖１１５）。當荷載隻作用在結點時，各杆隻產生軸力。
圖１１４圖１１５３．剛架剛架是由直杆組成並具有剛結點的結構（圖１１６）。