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【001体系】轻松搞定一级注册建筑师考试建筑结构

环球网校·2018-12-20 10:20:00浏览154 收藏61
摘要 为了帮助大家备考2019年一级注册建筑师考试,环球网校为大家整理了 " 【001体系】轻松搞定建筑结构 ",供大家参考。更多复习资料及模拟试题请持续关注环球网校注册建筑师考试频道和微信公众号:注册建筑师考试网。

下面请看建筑结构第1题。

【题目】

ABCD,选哪个呢?

不知道,无所谓;知道,记下你心中的答案,待会核对。

【解题思路】

我的解题思路,就是用二元体规则(在一个体系上加减二元体不影响原体系的机动性质)来进行感性判断。

从左侧开始做减法,虽然出现了一条弧形的杆,但只要两段连线之后与垂直的那根杆不共线,则这两个就构成一个二元体,可以直接去掉。

然后是中间的两个,虽然杆件的形状比较怪异,是个树杈形,但也是二元体,也可以直接消掉。消除后,中间会留下两个不动铰支座,核心也是二元体,消不消都无所谓。

最后是右侧,有三个杆相较于一个铰点,两两都不共线,任意消掉其中一个就行。

最后,整体体系剩余了一个连接,也就是说原有体系是几何不变体系,且有一个多余约束。选C。

在解题的下面,我还画了一幅图,主要是说明,去掉多余练习后,体系是一个无多余约束的静定结构,因为历年题目中有很多是问几次超静定。其实,很简单,一般情况下,去掉多余联系之后,体系成为静定结构,那么去掉联系的个数就是超静定的次数。

这是感性判断法,还有一种是理性计算法,有兴趣地可以在网上找一下相关资料,核心思路输出杆件数量和约束数量,然后看两者关系,从而判定出是什么体系。

如果,你最开始做对了题目,并且能大概能看懂上面所说的内容,那你可以直接去看文章最后的三道练习题,再测试一下。

如果感觉有点吃力,那就可以看一下下面的内容。

【相关知识】

有位大咖曾经说过,看一个人的头脑是否清晰够用,只需要关注两点:

一是清晰的概念,二是正确的关联。

要想正确解答这个题目,首先要做的就是弄明白题目和选项当中提到的一些概念,比如,平面体系、几何可变、几何不变、多余约束。搞明白这些,其实有些问题就迎刃而解。

这就好比方案作图,如果你能理解题目中的分区明确,相对独立,流线交叉,基本就能及格,反之,不知道什么是对,想做对就更会能难。

那我们就来一起看看这几个概念:

1、平面体系。

四个字,由两个词组成,平面+体系。平面不用多说,是三维立体空间在某个方向的投影,我们的日常工作就是通过在二维的平面里分析和设计,去指挥三维空间中的建造。

体系的话,前段时间刚好看了一本书叫《Thinking in systems:A Primer》,systems 就是指系统、体系,里面提到一个体系有三个组成部分:

要素、联系、目标

平面和体系这两个词组合到一起,再以建筑结构为前提,那是不是说这个词可以这么理解,在平面内,将杆件(要素)进行连接(联系),最终构建一个稳定的结构体系(目标)。

红色箭头所指就是作为要素的杆件,有各种形状,直的、弧形的、树杈形的。

绿色箭头所指就是作为联系的连接点,都用一个圈来代表。

两者组合在一起,就构成了一个结构体系,或者说结构系统,隶属于建筑系统之中,目标就是充当建筑的骨架,支撑全部的荷载。

有了结构系统,然后再植入建筑功能系统、暖通系统、给排水系统和强弱电系统等等,这样,我们就完善出了整个建筑系统。整个建筑系统,映射到注册考试,就是一注的九门科目。

这样,我们就懂了,结构体系是目标,通过元素之间形成联系而实现。在二维的平面体系中,我们一般涉及的元素常常就是以线性形式存在的杆件,连接就是线和线交叉的点。画几个简单的结构体系:

第一个图是个十字架,两条线可以随意绕交点转动;

第二个图是个三角形,小学的时候就学过,三角形是比较稳定的,不会变形。这里蕴含着一个法则,就是三角形法则,是解答类似题目的简单粗暴的重要工具。

三角形法则:三个杆件,用不在一条直线上的三个铰,两两相连,构成无多余联系的几何不变体系。

二元体法则也同理,是三角形法则延伸出来的,其实就是在原来的图形上加减了一个三角形而已。其实不光加减二元体,加减静定结构装置也是一样。

第三个是个平行四边形,它也可以随意变形,从趋近于直线到正方形。

平面中的直线,在平面体系中,历年的考题里出现以下多种形态的构件:

只要他是连续不间断,且不成环的,都可以看做是一个元素,并且都成简化抽象成一条直线,一条连接两个端点的直线。

构件有了,再看历年考题中经常出现的联系,结构中我们一般把他们叫做铰点,其实就是平面中线和线的交点:

图1和图3是两个杆件相交,只不过交点一个是在a杆的端头,一个是在中间位置;图2是三个杆件相交。

小结:一个完善的体系中,包括:元素、联系和目标,映射到结构平面体系中就是杆件和铰点,共同构成一个结构体系。

2、几何可变、几何不变。

这里的几何,应该是数学里的几何(形状),不是语文的几何(人生几何),几何可变是说形状可以发生变化,简称形变,与之对应还有一个叫应变。

受外力时,构件在没有发生应变的前提下,就直接产生几何形变,这样的结构体系就叫做几何可变体系。

几何不变体系:受外力时,体系几何形状基本未发生变化,只是有构件有略微的材料应变,这样的结构体系就叫做几何不变体系。

当然,这个外力不能说是巨大,比如一颗陨石把一栋楼给砸烂了,发生变形了吧,那原来的建筑是个可变体系吗?显然不是。

列个脑图,同时做个延伸;

脑图一共分了三层,第一层是结构体系,第二层是可变和不可变,第三层分别是:常变体系、瞬变体系、静定结构体系和超静定结构体系。前两层已经讲过,看下第三层的含义。

常变体系,顾名思义就是总是在变化,给外力就变形。瞬变体系,是指瞬间变化,形成静定结构体系。静定结构体系,也按字面意思解读吧,就是能老老实实待在哪儿,不变形的结构体系。超静定结构体系,就是说比静定还要静定的结构体系。感性理解就是这样,理性的判断后面文章再说。

如果你仔细观察就能发现,常变和瞬变后面没有加结构两个字,静定和超静定后面加了,因为在建筑结构当中,一般不会出现几何可变体系。注意限定词,建筑结构当中,其他结构当中会出现可变体系,并且很多,随便举例。

3、多余约束。

多余好理解,就是多了,富余。约束是啥?

约束就是联系,确切地说约束由联系所产生。

说到约束,平面体系中的约束。我们画一个笛卡尔坐标系来代表平面,平面中存在着一个杆件可以看成是元素。在没有任何约束的前提下,这个杆件游荡在整个坐标系当中。

现在,我们就来增加约束,限制它的游荡,让他固定下来。

选定杆件的任意一点,当然我们可以选它的形心、重心、端点、1/3处都可以,为了方便,以及符合建筑结构考试的出题思路,我们选端点,左侧一端。

假设,我们想要把这个杆件固定在图1的按个位置,首先我们限定他的X坐标,但是杆件依然可以上下移动并且旋转。然后,限定他的Y坐标,这样杆件就只能绕固定点进行转动。最后把杆件的方向固定,那么这个杆件就被固定下来,没有办法活动。

通过这个过程,我们可以得出来一个结论,要想让一个杆件在平面体系中固定下来,至少需要三个约束。

那问题来了,在结构体系当中,通过什么手段去固定他的X、Y坐标和角度呢?

一般是他通过以下方式来实现:

左边两个分别限定了Y轴和X周坐标,中间那个图是个联合体,相当于两个链杆相较于一点,作用也是限定了杆件的XY坐标,右图在杆件另一端又加入了限定坐标的构件,这样角度也就被锁死了。

下面代表的数字,就是这种图示所具有的联系数,或者叫约束数。

前三个,如果杆件无其他约束,那么它就是可变体系,最后一个因为具有三个约束,即便在杆件其他段没有其他约束的前提下,也是一个静定结构体系。

不知道你对约束和几何不变体系的概念是否理解,如果还不能,再给你举个例子。

比如说一个人,当他是单身的时候,没有什么约束,挣了工资想怎么花怎么花,想去哪玩去哪玩,甚至有时候不想工作了,就直接辞职,比较洒脱。

但是当他买了房,约束就多了一层,因为有房贷了,不能像以前那么嘚瑟,得收敛一些。然后买了车,又多了一层约束,活动空间又小了。最后结婚生子,需要养活一大家子,完蛋拜拜,没啥自由度了,但是也换来了安定的生活。

如果,你是公司老板,能有这样的几个员工,从单身男,到负债男,再到成家男,相对来说,稳定性逐级上升,只要能给拉家带口的员工开个理想的工资,稍微欺负一下,增加点额外的任务量,基本是没有什么问题的。

不静定的,可变的员工就不行,尤其现在稍年轻一点,一言不合就辞职,因为约束太少嘛。

当然如果成家男,又买了一套房,或者要了二胎,那基本上就会再升级一层,变成超静定结构体系,只要钱到位,啥姿势他都会。

【总结】

1、几何可变体系:受外力时,构件在没有发生应变的前提下,就直接产生几何形变,这样的结构体系就叫做几何可变体系。

2、几何不变体系:受外力时,体系几何形状基本未发生变化,只是有构件有略微的材料应变,这样的结构体系就叫做几何不变体系。

3、三角形法则:三个杆件,用不在一条直线上的三个铰,两两相连,构成无多余联系的几何不变体系。

除了这些,还提到关于体系中的元素、联系,结构体系中的杆件和铰,同样重要,为了方便记忆和理解,最好寻找一种可以类比的实体,让枯燥的理论具象化,从而方便在大脑中思考。

【小试牛刀】

上面罗里吧嗦讲了一堆,也不知道你有没有听懂,可以试着做做下面的三个小题目,检验一下。

第一题:

第二题:(问题可以升级一下,分别是什么体系)

第三题:

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