力薦！一文詳解工程結構受力分析和計算
2022/04/15
在工程行業(yè)中，結構是一個讓新入行和入行多年的工程師都感到困惑的難題，結構究竟受哪些力的影響，要如何分析？下面，我們一起來深入了解工程結構受力分析和計算方式。
01結構力學
結構的受力分析和計算涉及到結構力學。結構力學是固體力學的一個分支，它主要研究工程結構受力和傳力的規(guī)律，以及如何進行結構優(yōu)化。
結構力學研究的內(nèi)容包括結構的組成規(guī)則，結構在各種效應（外力，溫度效應，施工誤差及支座變形等）作用下的響應，包括內(nèi)力（軸力，剪力，彎矩，扭矩）的計算，位移（線位移，角位移）計算，以及結構在動力荷載作用下的動力響應（自振周期，振型）的計算等。
02結構優(yōu)劣的評定
在了解結構如何分析計算前，我們先要學會如何評定一個結構的優(yōu)劣。
評定結構的優(yōu)劣，從力學角度看，主要是結構的強度和剛度。工程結構設計既要保證結構有足夠的強度，又要保證它有足夠的剛度。
強度不夠，結構容易破壞；剛度不夠，結構容易皺損，或出現(xiàn)較大的振動，或產(chǎn)生較大的變形。皺損能夠?qū)е陆Y構的變形破壞，振動能夠縮短結構的使用壽命，皺損、振動、變形都會影響結構的使用性能。
03結構動力分析
結構動力研究的是結構在動力荷載作用下的振動問題。在動力荷載作用下，我們要考慮慣性力影響，和位移、內(nèi)力、速度、加速度均隨時間變化的影響。在動力分析中，結構一般包塊特征值分析、反應譜分析、時程分析三大塊。
1.特征值分析也稱結構自振特性分析，主要求解結構的自振周期和振型向量。
2.反應譜分析基于振型分解反應譜理論，是一種工程上最常用的計算地震作用下結構動力響應方法，但這種方法只限于線彈性結構，彈塑性階段振型分解法不再適用。
3.時程分析包括線彈性時程分析和彈塑性時程分析兩大類，與振型分解法的主要區(qū)別在于采用實測的地震波輸入結構計算結構的響應，彈塑性時程分析具體還可分為靜力彈塑性時程分析（也稱Pushover分析）和動力彈塑性時程分析兩類。
上述結構動力分析中，特征值分析和反應譜分析比較常用。而時程分析一般僅針對重要建筑以及體型非常復雜的建筑。小震水準下可進行結構線彈性時程分析，大震水準下需要采用結構彈塑性時程分析方法。
04結構內(nèi)力分析
結構內(nèi)力指的是因荷載等作用而引起的內(nèi)部產(chǎn)生抵抗變形的力。建筑構件通常承受的內(nèi)力有軸力、剪力、彎矩、扭矩等。
1.軸力：指與桿件軸線相重合的內(nèi)力。當桿件受拉時，軸力為拉力，當桿件受壓時，軸力為壓力。
2.剪力：又叫剪切力，指垂直于桿件的力。剪力會產(chǎn)生彎矩。對一個建筑桿件截面而言，剪力主要分布于截面中性軸。增加抗剪性能最直接的方法就是增加桿件寬度。
3.彎矩：一般由剪力產(chǎn)生，多余有偏向的軸力也會產(chǎn)生。是使建筑構件產(chǎn)生撓度的主要原因。主要分布在建筑桿件截面遠離中性軸的兩端。故增加抗彎最直接的方法就是增加桿件高度。
4.扭矩：造成桿件轉(zhuǎn)動的內(nèi)力。由于剛度及荷載不均產(chǎn)生。對建筑物而言是非常不利的內(nèi)力?！陡邔咏ㄖ炷两Y構技術規(guī)程》中也規(guī)定，建筑前兩階振型中不應出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，應通過調(diào)整桿件剛度避免建筑受扭。
05結構計算分析方法
近年來，隨著BIM技術在工程行業(yè)的深入應用，許多設計院，設計企業(yè)在進行結構設計時，都會選擇利用結構分析BIM軟件STAAD，對結構進行進一步的計算和分析。
STAAD 是一個全面集成的有限元分析和設計解決方案，包括良好的用戶界面、可視化工具和國際設計規(guī)范。能用于分析受靜力載荷、動力響應、土壤結構相互作用或風力、地震及移動載荷影響的幾乎所有結構類型。
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