為了研究結(jié)構(gòu)與建筑設(shè)計(jì)之間的關(guān)系，必須了解建筑物在荷載作用下的荷載、建筑物在荷載作用下的變形以及抵抗這些變形的各種結(jié)構(gòu)形式。不同的結(jié)構(gòu)形式使得建筑物呈現(xiàn)出體形豐富、形態(tài)各異的特征和結(jié)構(gòu)美。
一、建筑荷載
像自然界中的所有物體一樣，建筑物承受著各種各樣的力。最常見(jiàn)的力是重力。建筑物的屋頂、墻柱、梁板和樓梯的重量稱為恒荷載；建筑物中人員、家具和設(shè)備對(duì)地板的影響稱為活荷載。這些荷載的作用方向是朝向地球中心，在這些力的作用下，嚴(yán)重的可使建筑物可能沉降甚至傾斜。另外,還有寒冷地區(qū)的積雪,熱帶的臺(tái)風(fēng)和雨水,地震、火山活動(dòng)區(qū)的地震力等。我們發(fā)現(xiàn),風(fēng)力地震力多是沿水平方向作用給建筑物的。
二、變形和位移
荷載作用下的建筑的變形位移通常有彎曲、扭曲、沉降、傾覆、裂縫等,很多時(shí)候,這些變形或位移并沒(méi)有被人們發(fā)現(xiàn),如建筑的沉降。特別值得注意的是，在力作用下建筑構(gòu)件的最重要的變形是彎曲。
一些材料，如鋼筋混凝土梁和板，允許有肉眼很難發(fā)現(xiàn)的微裂縫。當(dāng)裂紋發(fā)展到一定程度時(shí)，即使構(gòu)件沒(méi)有倒塌，也會(huì)因?yàn)椴痪邆渌璧膹澢芰Χ恍紴閾p壞。
構(gòu)件在力的作用下會(huì)變形,還會(huì)產(chǎn)生位移,例如高樓在大風(fēng)作用下出現(xiàn)的搖擺,越高處的位移可能越大。我們須設(shè)法抵抗或減弱這些位移,構(gòu)件的某些部位通過(guò)增加約束而使受力位移得到控制。從簡(jiǎn)易的獨(dú)木橋發(fā)展到桁架橋,又由木桁架橋啟發(fā)了桁架式建筑的產(chǎn)生,人們對(duì)力學(xué)的認(rèn)識(shí)逐步深入,對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的類型的選擇運(yùn)用也越來(lái)越科學(xué)。
我們初步地獲得了這樣一些概念,即不同的材料其強(qiáng)度各不相同,而對(duì)于相同材料組成的構(gòu)件,不同的構(gòu)造其剛度也不同。此外,還有一個(gè)重要的概念叫穩(wěn)定。