01 结构矛盾:作用效应 VS 结构抗力

02 几何静力学

“建筑力学”是专门为建筑师学习结构知识而设置的,是对理论力学、材料力学、结构力学的简化。静力学是理论力学的一个分支,静力学按研究的方法可分为几何静力学和分析静力学。

分析力学采用广义坐标描述,运用数学分析的方法,对建筑师来说过于抽象,也远远超过了大部分建筑师的数学水平。几何静力学采用笛卡尔坐标,将抽象与几何联系起来,更加具体与直观。因此,作为设计工具,几何静力学更符合建筑师的思维习惯与使用需求。

建筑师在定量计算方面的无能,不应成为漠视结构逻辑的理由。而且,结构优雅的建筑也绝不仅仅是计算的结果。

力系平衡计算与内力图 Force Diagram

把结构简化成平面杆系结构(Member Structure), 如梁、刚架、桁架等,根据内力对“结构截面”的作用 ,把内力定义成三个分量:轴力(Axial Force)、剪力(Shear force)、弯矩(Moment)。

通过力系平衡方程,用代数的方法求解内力。通过内力图了解不同截面上的内力变化,优化截面设计。

* 按照中国惯例,弯矩图一般画在受拉侧,因为钢筋混凝土使用最为广泛,反应钢筋的受拉特征。在钢结构为主的国家,通常画在受压侧,因为钢结构受压侧容易失稳,设计时更为关键。

主应力图 Principal stresses

主应力的思想无论从概念上还是计算上,都比 “结构截面”作用的假想模型要复杂得多, 但是主应力轨迹线比弯矩图和剪力图能更清楚地描述结构是如何作用的。对于不能抵抗有效拉力的材料,如混凝土,主应力路径表明薄弱点在哪,哪里需要抗拉钢筋。

图解静力学 Graphic Statics

即以力的多边形原理(Force Polygon)基础,用几何作图的方法来研究静力学问题。图解静力学的方法适用于主要承受轴力的结构,如悬索、拱等。这些结构的形式和力的传递有着直接的关联,通过图解来的得出“正确的形式”,使结构内部不产生弯曲应力。