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律，以及如何進行結構優化。
結構力學研究的內容包括結構的組成規則，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劣。
評定結構的優劣，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，或出現較大的振動，或產生較大的變形。皺損能夠導致結構的變形破壞，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結構內力分析
結構內力指的是因荷載等作用而引起的內部產生抵抗變形的力。建筑構件通常承受的內力有軸力、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：一般由剪力產生，多余有偏向的軸力也會產生。是使建筑構件產生撓度的主要原因。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：造成桿件轉動的內力。由于剛度及荷載不均產生。對建筑物而言是非常不利的內力?！陡邔咏ㄖ炷两Y構技術規程》中也規定，建筑前兩階振型中不應出現扭轉，應通過調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技術在工程行業的深入應用，許多設計院，設計企業在進行結構設計時，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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