内 容 简 介

本教材是根据高职高专院校建筑工程类专业建筑力学课程的教学要求编写的，全书共分为三篇。第一篇为静力学，内容包括：静力学基础、平面汇交力系、力矩及平面力偶系、平面一般力系、空间力系及重心共5章。第二篇为材料力学，内容包括：材料力学基础、轴向拉伸和压缩、剪切、扭转、截面的几何性质、弯曲内力、弯曲应力、弯曲变形、应力状态理论和强度准则、组合变形的强度计算、压杆稳定共11章。第三篇为结构力学，内容包括：结构的计算简图、平面结构体系的几何组成分析、静定结构的内力分析、静定结构的位移计算、力法、位移法、力矩分配法、影响线共8章。

本教材在编写中尽量体现“新”和“精”的特色，在内容的组织编写上以“必需、实用、够用”为原则，简化理论推导过程，剔除较为复杂、难以理解的高深内容，注重教材的科学性及实用性。

本教材可作为建筑工程类各专业高职高专教材，也可作为相关专业普通专科、电大、职大、函大等自学培训的教学用书，还可作为设计人员和工程技术人员的参考书。

 

前    言

　　我国传统的高等教育，一直以培养高、精、尖研究型人才为目标。近年来，随着我国经济的高速发展，各行各业都急需大批的实用型技术人才，传统的高等教育已不能满足经济快速发展的需要了。

　　近几年国家大力扶持高职高专和各种层次的职业教育，目前，我国的职业教育已初具规模，但由于受传统教学方式的影响，教材建设已严重滞后。为了满足培养建筑工程类专业实用型技术人才对建筑力学高职教材的需求，清华大学出版社和所有编者经过精心策划，仔细调研，以编者多年的建筑力学的教学及工程实践经验为基础，以易懂、易掌握、够用、能够满足结构类课程的需要为原则，对建筑力学的知识进行重新组织，简化常规力学教材中的冗繁内容，注重实用性，特编写了这本建筑力学教材。

　　本教材在编写过程中参考了一些已出版的教材，在内容组织上以必需、实用及够用为原则，一方面注重理论教学的系统性，另一方面针对重点内容，着重增加练习。本教材对知识的讲解深入浅出，淡化理论推导，注重实用性，具备较强的教学适用性，每章前均有“本章的学习要求”，每章后均有“思考题”与“习题”，既便于教师教学和学生学习，也有利于自学。

　　本教材由张毅、董桂花任主编，潘立常、张凤玲、孙巨凤、徐继忠任副主编，谷长水、杨勇、于付锐、华艳秋等参加编写。具体分工为：董桂花编写静力学第1章、第2章、第3章、第4章及第5章；张毅编写材料力学第6章、第7章、第8章、第10章、第14章及结构力学第7章；张凤玲编写材料力学第9章、第11章、第12章、第13章及结构力学第8章；潘立常编写结构力学第3章、第4章、第5章；孙巨凤编写材料力学第15章和第16章；谷长水与杨勇编写结构力学第1章、第2章、第6章。本教材由张毅、董桂花负责统稿、书稿的初审及版面的初步规划等工作，华艳秋参编材料力学第7章，并与刘伟进行部分文字编辑工作，于付锐在教材修订中承担了所有习题图片的绘制和原图片错误的修改工作。

　　本教材的编者均为从事力学课程教学十几年的一线双师型教师，本教材经过清华大学出版社和各位编者的精心策划，定位准确，注重与其他相关课程的联系和衔接，具有较强的教学适用性及较宽的专业适应面。

　　本教材在编写过程中得到了山东城市建设职业学院和清华大学出版社的鼓励和支持，全体编者在此表示深切的谢意。编写过程中参阅了其他一些院校的教材，在参考文献中一并列出。

　　由于编者的水平有限，时间仓促，书中缺点和错误在所难免，敬请同行及读者朋友提出宝贵意见，以便不断完善。

　　

 

　　编  者

 

上册   目    录

绪论 1

第一篇  静  力  学

 

第1章  静力学基础 5

1.1  基本概念 5

1.1.1  刚体 5

1.1.2  力 5

1.1.3  平衡 6

1.1.4  力系 6

1.1.5  荷载 6

1.2  静力学公理 7

1.2.1  作用力与反作用力公理 7

1.2.2  二力平衡公理 7

1.2.3  加减平衡力系公理 8

1.2.4  力的平行四边形公理 9

1.3  约束与约束反力 11

1.3.1  约束与约束反力的概念 11

1.3.2  工程中常见的约束及其约束

反力 11

1.3.3  支座及其反力 14

1.4  受力图 16

1.4.1  单个物体的受力图 16

1.4.2  物体系统的受力图 18

1.5  小结 20

1.6  思考题 20

1.7  习题 22

第2章  平面汇交力系 24

2.1  力系的类型概述 24

2.2  平面汇交力系合成的几何法 24

2.3  平面汇交力系平衡的几何条件 26

2.4  平面汇交力系合成的解析法 28

2.4.1  力在坐标轴上的投影 28

2.4.2  合力投影定理 29

2.4.3  用解析法求平面汇交力系的

合力 30

2.5  平面汇交力系平衡的解析条件 32

2.6  小结 34

2.7  思考题 35

2.8  习题 36

第3章  力矩及平面力偶系 40

3.1  力对点的矩及合力矩定理 40

3.1.1  力对点的矩 40

3.1.2  合力矩定理 42

3.2  力偶及其特性 44

3.2.1  力偶 44

3.2.2  力偶的性质 45

3.3  平面力偶系的合成与平衡 47

3.3.1  平面力偶系的合成 47

3.3.2  平面力偶系的平衡条件 48

3.4  小结 49

3.5  思考题 50

3.6  习题 52

第4章  平面一般力系 55

4.1  力的平移定理 56

4.2  平面一般力系向作用面内任一点

简化 58

4.2.1  简化方法和结果 58

4.2.2  主矢和主矩 58

4.2.3  结论 59

4.2.4  简化结果的讨论 59

4.2.5  平面一般力系的合力矩定理 60

4.3  平面一般力系的平衡方程 60

4.3.1  平衡方程的基本形式 60

4.3.2  平衡方程的其他形式 63

4.3.3  应用平衡方程的解题步骤 64

4.4  平面平行力系的平衡方程 66

4.5  物体系统的平衡 69

4.6  考虑摩擦时物体的平衡 74

4.6.1  滑动摩擦 74

4.6.2  考虑摩擦时物体的平衡问题 77

4.7  小结 80

4.8  思考题 82

4.9  习题 84

第5章  空间力系及重心 93

5.1  空间汇交力系 94

5.1.1  力在空间直角坐标轴上的

投影 94

5.1.2  力沿空间直角坐标轴的

分解 96

5.1.3  空间汇交力系的合成 96

5.1.4  空间汇交力系的平衡条件 98

5.1.5  几种空间约束的类型 99

5.2  空间一般力系 101

5.2.1  力对轴的矩 101

5.2.2  空间一般力系的平衡方程 102

5.3  重心 105

5.3.1  重心的概念 105

5.3.2  重心和形心的坐标公式 106

5.3.3  确定物体重心的几种方法 108

5.4  小结 112

5.5  思考题 114

5.6  习题 114

 

第二篇  材 料 力 学

 

第6章  材料力学基础 121

6.1  材料力学的任务 121

6.1.1  结构材料的基本要求 121

6.1.2  材料力学的研究对象及几何

特征 122

6.2  变形固体的性质及其基本假设 122

6.2.1  变形固体的概念 122

6.2.2  变形固体的基本假设 122

6.3  杆件变形的基本形式 123

6.4  内力、截面法及应力的概念 124

6.4.1  内力 124

6.4.2  截面法 124

6.4.3  应力 125

6.5  小结 126

6.6  思考题 126

第7章  轴向拉伸和压缩 127

7.1  轴向拉压的概念 127

7.2  轴向拉压时的内力 128

7.2.1  轴力 128

7.2.2  轴力图 129

7.3  轴向拉(压)杆横截面上的应力 131

7.3.1  轴向拉(压)杆横截面上的应力

概述 131

7.3.2  正应力公式的使用条件及应力

集中的概念 133

7.4  轴向拉(压)杆斜截面上的应力 134

7.5  轴向拉压时杆件的强度计算 135

7.6  拉(压)杆的变形及胡克定律 140

7.6.1  纵向变形及线应变 140

7.6.2  胡克定律 141

7.6.3  横向变形及泊松比 141

7.7  材料在拉伸和压缩时的力学性能 144

7.7.1  材料拉伸时的力学性能 144

7.7.2  材料在压缩时的力学性能 148

7.7.3  两类材料力学性能的比较 150

7.7.4  许用应力与安全系数 152

7.8  拉压超静定问题 152

7.8.1  超静定的概念 152

7.8.2  超静定问题的解法 153

7.8.3  装配应力及温度应力 156

7.8.4  讨论 158

7.9  小结 158

7.10  思考题 158

7.11  习题 160

第8章  剪切 165

8.1  剪切的概念 165

8.2  剪切与挤压的实用计算 166

8.2.1  剪切强度的实用计算 166

8.2.2  挤压强度的实用计算 167

8.3  小结 171

8.4  思考题 171

8.5  习题 172

第9章  扭转 175

9.1  扭转的概念 175

9.2  外力偶矩的计算和扭转时的内力 176

9.2.1  力偶矩的计算 176

9.2.2  扭转时的内力——扭矩 177

9.2.3  扭矩图 178

9.3  薄壁圆筒的扭转 179

9.3.1  薄壁圆筒扭转时横截面上的

剪应力 180

9.3.2  剪应力互等定理 181

9.3.3  剪切胡克定律 182

9.4  等直圆轴扭转时横截面上的应力 182

9.4.1  几何变形方面 182

9.4.2  物理关系方面 183

9.4.3  静力学关系方面 184

9.4.4  公式的适用范围 185

9.5  极惯性矩和抗扭截面系数 185

9.6  圆轴扭转时的强度条件和刚度

条件 187

9.6.1  强度条件 187

9.6.2  圆轴扭转时的变形 187

9.6.3  刚度条件 188

9.6.4  计算举例 189

9.7  小结 191

9.8  思考题 192

9.9  习题 193

第10章  截面的几何性质 196

10.1  静矩和形心 196

10.2  惯性矩与惯性积 198

10.2.1  惯性矩 198

10.2.2  惯性积 199

10.2.3  极惯性矩 200

10.3  平行移轴定理及组合截面惯性矩的

计算 200

10.3.1  平行移轴定理 200

10.3.2  组合截面惯性矩的计算 202

10.4  转轴定理、主惯性轴及主惯性矩 203

10.4.1  转轴定理 203

10.4.2  形心主轴与形心主惯性矩 204

10.5  小结 206

10.6  思考题 208

10.7  习题 208

第11章  弯曲内力 211

11.1  梁的平面弯曲 211

11.1.1  弯曲变形和平面弯曲 211

11.1.2  梁的基本形式 212

11.2  梁的内力 213

11.2.1  剪力和弯矩 213

11.2.2  剪力和弯矩的正负号

 规定 213

11.2.3  用截面法计算指定截面上的

 剪力和弯矩 214

11.3  剪力方程和弯矩方程以及梁的

内力图 217

11.3.1  剪力方程和弯矩方程 217

11.3.2  剪力图和弯矩图 218

11.4  弯矩、剪力与分布荷载集度三者之间的

 微分关系及其应用 223

11.5  叠加法画弯矩图 227

11.5.1  叠加原理 227

11.5.2  叠加法画弯矩图 228

11.6  小结 231

11.7  思考题 232

11.8  习题 233

第12章  弯曲应力 238

12.1  梁横截面上的正应力 238

12.1.1  纯弯曲时梁横截面上的

 正应力 239

12.1.2  正应力公式的适用条件 242

12.2  梁的正应力强度计算 244

12.2.1  梁的正应力强度条件 244

12.2.2  梁的正应力强度计算 245

12.3  梁横截面上的剪应力 248

12.3.1  矩形截面梁的剪应力 248

12.3.2  工字形截面梁的剪应力 249

12.3.3  圆形截面和圆环形截面梁的

 最大剪应力 250

12.4  梁的剪应力强度计算 252

12.4.1  梁的剪应力强度条件 252

12.4.2  梁的剪应力强度计算 252

12.5  提高梁抗弯强度的措施 255

12.5.1  合理安排梁的受力情况 255

12.5.2  选择合理的截面形状 257

12.5.3  采用变截面梁和等强度梁 258

12.6  弯曲中心的概念 258

12.7  小结 259

12.8  思考题 261

12.9  习题 262

第13章  弯曲变形 267

13.1  弯曲变形的概念 267

13.1.1  挠度和转角 267

13.1.2  梁的挠曲线及挠曲线方程 268

13.1.3  挠曲线近似微分方程 268

13.2  积分法计算梁的变形 269

13.3  叠加法计算梁的变形 272

13.4  梁的刚度校核及提高弯曲刚度的

 措施 277

13.4.1  梁的刚度校核 277

13.4.2  提高梁弯曲刚度的措施 278

13.5  小结 279

13.6  思考题 280

13.7  习题 281

第14章  应力状态理论和强度准则 284

14.1  一点的应力状态概述 284

14.1.1  一点应力状态的概念 284

14.1.2  一点的应力状态的描述 285

14.2  平面应力状态分析 286

14.2.1  平面应力状态的数解法 286

14.2.2  平面应力状态的图解法——

 应力圆 289

14.3  主应力与最大剪应力 292

14.3.1  主应力与主平面的位置 292

14.3.2  最大剪应力 293

14.4  平面应力状态下的应力-应变

 关系 295

14.5  强度准则 297

14.5.1  强度准则的概念 297

14.5.2  常用的强度准则 297

14.5.3  强度理论的适用范围及

 应用 300

14.6  小结 303

14.7  思考题 305

14.8  习题 305

第15章  组合变形的强度计算 309

15.1  组合变形 309

15.1.1  组合变形的概念 309

15.1.2  组合变形的解题方法 310

15.2  斜弯曲 310

15.2.1  外力分解 310

15.2.2  内力分析 311

15.2.3  应力计算 311

15.2.4  强度条件 311

15.3  偏心压缩(拉伸) 314

15.3.1  单向偏心压缩(拉伸)时的

 应力和强度条件 314

15.3.2  双向偏心压缩(拉伸)时的

 应力和强度条件 318

15.3.3  截面核心的概念 320

15.4  小结 321

15.5  思考题 322

15.6  习题 323

第16章  压杆稳定 326

16.1  压杆稳定的概念 326

16.1.1  问题的提出 326

16.1.2  平衡状态的稳定性 327

16.2  细长压杆的临界力 328

16.2.1  两端铰支压杆的临界力 328

16.2.2  其他支承情况下细长压杆的

 临界力 329

16.3  欧拉公式的适用范围临界应力

 总图 331

16.3.1  临界应力 331

16.3.2  欧拉公式的适用范围 332

16.3.3  中长杆的临界应力计算 333

16.3.4  临界应力总图 334

16.4  压杆的稳定计算 335

16.4.1  压杆的稳定条件 335

16.4.2  折减系数 335

16.4.3  稳定计算 340

16.5  提高压杆稳定性的措施 343

16.5.1  柔度方面 343

16.5.2  材料方面 344

16.6  小结 344

16.7  思考题 345

16.8  习题 346

附录  型钢规格表 349

 

 

下册  目    录

 

绪论 1

 

　　

第三篇  结 构 力 学

 

第1章  结构的计算简图 5

1.1  结构及其类型 5

1.1.1  结构 5

1.1.2  结构的类型 6

1.1.3  结构、构件的基本要求 6

1.2  荷载的分类 6

1.2.1  按荷载作用范围分类 7

1.2.2  按荷载作用时间的长短分类 7

1.2.3  按荷载作用性质分类 7

1.3  结构的计算简图 8

1.3.1  选择计算简图的原则 8

1.3.2  杆系结构的简化 8

1.3.3  平面杆系结构的分类 11

1.4  小结 13

1.5  思考题 13

第2章  平面结构体系的几何组成

分析 14

2.1  几何组成分析的目的 14

2.1.1  几何不变体系和几何可变

体系 14

2.1.2  几何组成分析的目的 15

2.2  平面体系的自由度 15

2.2.1  自由度 15

2.2.2  约束 16

2.3  几何不变体系的组成规则及原理 17

2.3.1  几何不变体系的组成规则 17

2.3.2  几何不变体系组成规则

原理 17

2.4  几何组成分析举例 19

2.4.1  能直接观察出的几何不变

部分 20

2.4.2  先拆除不影响几何不变性的

部分再进行几何组成分析 21

2.4.3  利用等效代换措施进行几何

组成分析 21

2.5  小结 24

2.6  思考题 24

2.7  习题 25

第3章  静定结构的内力分析 28

3.1  多跨静定梁 28

3.1.1  多跨静定梁的组成 28

3.1.2  多跨静定梁的计算 29

3.2  静定平面刚架 32

3.2.1  刚架的特点及分类 32

3.2.2  刚架的内力计算 33

3.3  静定平面桁架 38

3.3.1  静定平面桁架的组成与分类 38

3.3.2  静定平面桁架的内力计算 39

3.3.3  几种主要桁架受力性能的

比较 43

3.4  三铰拱 44

3.4.1  三铰拱的组成 44

3.4.2  三铰拱的反力和内力 44

3.4.3  三铰拱的合理拱轴 48

3.5  小结 48

3.6  思考题 49

3.7  习题 49

第4章  静定结构的位移计算 53

4.1  结构位移计算的目的 53

4.2  变形体的虚功原理 54

4.2.1  功、广义力及广义位移 54

4.2.2  外力实功 55

4.2.3  内力实功(应变能) 56

4.2.4  虚功 56

4.2.5  虚功原理 57

4.3  荷载作用下位移计算的一般公式 58

4.4  静定结构在荷载作用下的位移计算 59

4.5  图乘法 62

4.6  静定结构在支座移动时位移计算 66

4.7  功的互等定理和位移互等定理 68

4.7.1  功的互等定理 68

4.7.2  位移互等定理 69

4.8  小结 70

4.9  思考题 70

4.10  习题 71

第5章  力法 74

5.1  超静定结构概述 74

5.1.1  超静定结构的概念 74

5.1.2  超静定结构的类型 75

5.1.3  超静定次数的确定 77

5.2  力法原理 78

5.3  力法的典型方程 80

5.4  力法的应用举例 82

5.5  利用对称性简化计算 89

5.6  支座移动时超静定结构的计算 93

5.7  单跨超静定梁的杆端弯矩和杆端

剪力 94

5.8  小结 96

5.9  思考题 96

5.10  习题 97

第6章  位移法 101

6.1  位移法的基本概念 101

6.2  位移法的基本未知量 102

6.2.1  结点转角 102

6.2.2  独立节点线位移 103

6.3  等截面直杆的形常数和载常数 104

6.3.1  杆端位移和杆端力的

正负号规定 104

6.3.2  等截面直杆杆端位移

引起的杆端力(形常数) 105

6.3.3  等截面直杆荷载引起的

杆端力(载常数) 105

6.4  直接平衡法建立位移法方程 106

6.4.1  等截面直杆的转角位移

方程 106

6.4.2  用直接平衡法计算超静定

结构 107

6.4.3  有节点线位移的超静定

结构计算 112

6.5  位移法方程 116

6.5.1  位移法方程的建立 116

6.5.2  位移法方程的典型形式 118

6.6  用位移法计算超静定结构 120

6.6.1  无节点线位移情况下

超静定结构的计算步骤 120

6.6.2  位移法计算有侧移刚架 126

6.7  小结 130

6.8  思考题 130

6.9  习题 131

第7章  力矩分配法 134

7.1  概述 134

7.2  力矩分配法的基本要素 134

7.2.1  符号规定 134

7.2.2  节点力偶的分配 134

7.2.3  力矩分配法的基本要素 136

7.3  力矩分配法的基本运算 139

7.3.1  单节点的力矩分配 139

7.3.2  多节点的力矩分配法 142

7.4  小结 153

7.5  思考题 154

7.6  习题 154

第8章  影响线 158

8.1  影响线的概念 158

8.2  单跨静定梁的影响线 159

8.2.1  支座反力影响线 159

8.2.2  剪力影响线 160

8.2.3  弯矩影响线 161

8.3  用机动法作梁的影响线 163

8.3.1  用机动法作单跨静定梁的

影响线 163

8.3.2  用机动法作连续梁的

影响线 164

8.4  影响线的应用 165

8.4.1  当荷载位置固定时求某

量值的大小 165

8.4.2  求最不利荷载位置 169

8.5  简支梁的内力包络图和绝对最大

弯矩 173

8.5.1  简支梁的内力包络图 174

8.5.2  简支梁的绝对最大弯矩 174

8.6  连续梁的内力包络图 177

8.7  小结 181

8.8  思考题 181

8.9  习题 182

参考文献 182