力荐！一文详解工程结构受力分析和计算
2022/04/15
在工程行业中，结构是一个让新入行和入行多年的工程师都感到困惑的难题，结构究竟受哪些力的影响，要如何分析？下面，我们一起来深入了解工程结构受力分析和计算方式。
01结构力学
结构的受力分析和计算涉及到结构力学。结构力学是固体力学的一个分支，它主要研究工程结构受力和传力的规律，以及如何进行结构优化。
结构力学研究的内容包括结构的组成规则，结构在各种效应（外力，温度效应，施工误差及支座变形等）作用下的响应，包括内力（轴力，剪力，弯矩，扭矩）的计算，位移（线位移，角位移）计算，以及结构在动力荷载作用下的动力响应（自振周期，振型）的计算等。
02结构优劣的评定
在了解结构如何分析计算前，我们先要学会如何评定一个结构的优劣。
评定结构的优劣，从力学角度看，主要是结构的强度和刚度。工程结构设计既要保证结构有足够的强度，又要保证它有足够的刚度。
强度不够，结构容易破坏；刚度不够，结构容易皱损，或出现较大的振动，或产生较大的变形。皱损能够导致结构的变形破坏，振动能够缩短结构的使用寿命，皱损、振动、变形都会影响结构的使用性能。
03结构动力分析
结构动力研究的是结构在动力荷载作用下的振动问题。在动力荷载作用下，我们要考虑惯性力影响，和位移、内力、速度、加速度均随时间变化的影响。在动力分析中，结构一般包块特征值分析、反应谱分析、时程分析三大块。
1.特征值分析也称结构自振特性分析，主要求解结构的自振周期和振型向量。
2.反应谱分析基于振型分解反应谱理论，是一种工程上最常用的计算地震作用下结构动力响应方法，但这种方法只限于线弹性结构，弹塑性阶段振型分解法不再适用。
3.时程分析包括线弹性时程分析和弹塑性时程分析两大类，与振型分解法的主要区别在于采用实测的地震波输入结构计算结构的响应，弹塑性时程分析具体还可分为静力弹塑性时程分析（也称Pushover分析）和动力弹塑性时程分析两类。
上述结构动力分析中，特征值分析和反应谱分析比较常用。而时程分析一般仅针对重要建筑以及体型非常复杂的建筑。小震水准下可进行结构线弹性时程分析，大震水准下需要采用结构弹塑性时程分析方法。
04结构内力分析
结构内力指的是因荷载等作用而引起的内部产生抵抗变形的力。建筑构件通常承受的内力有轴力、剪力、弯矩、扭矩等。
1.轴力：指与杆件轴线相重合的内力。当杆件受拉时，轴力为拉力，当杆件受压时，轴力为压力。
2.剪力：又叫剪切力，指垂直于杆件的力。剪力会产生弯矩。对一个建筑杆件截面而言，剪力主要分布于截面中性轴。增加抗剪性能最直接的方法就是增加杆件宽度。
3.弯矩：一般由剪力产生，多余有偏向的轴力也会产生。是使建筑构件产生挠度的主要原因。主要分布在建筑杆件截面远离中性轴的两端。故增加抗弯最直接的方法就是增加杆件高度。
4.扭矩：造成杆件转动的内力。由于刚度及荷载不均产生。对建筑物而言是非常不利的内力。《高层建筑混凝土结构技术规程》中也规定，建筑前两阶振型中不应出现扭转，应通过调整杆件刚度避免建筑受扭。
05结构计算分析方法
近年来，随着BIM技术在工程行业的深入应用，许多设计院，设计企业在进行结构设计时，都会选择利用结构分析BIM软件STAAD，对结构进行进一步的计算和分析。
STAAD 是一个全面集成的有限元分析和设计解决方案，包括良好的用户界面、可视化工具和国际设计规范。能用于分析受静力载荷、动力响应、土壤结构相互作用或风力、地震及移动载荷影响的几乎所有结构类型。
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