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　　结构力学是力学的一种，主要研究建筑物的结构，是土木工程和机械学科的必修科目，在建筑、工业等领域中多所应用。

　　结构力学内容包括建筑结构的组成、规则，必须考量在各种载重、材质等因素下的作用力变化，涵盖轴力、剪力、弯矩、与扭力四种力学及其组合。

　　本书从基础的力学开始介绍，以简洁而详尽的解说方式，循序连接每一个阶段，使学生不需在消化不良的状态追赶进度，而可以依照自己的步调来学习。

　　本书务将结构力学与实际应用结合，使得结构力学不只是一门学问，更是一门实用科学。

本书特色

　　从基础的力学开始介绍「结构力学」，
　　依序从简单到复杂应用，即使是新手都可以依照自己的步调来学习。

　　本书由国立台湾大学工程科学及海洋工程系林辉政教授审订，分成6大部分、105小节、10个加强练习题组，清晰的插图、表格，鉅细靡遗的解说，即使是再复杂的例题，都不需要害怕。照着做，就对了！

　　．力学里用的单位有哪些
　　．力的基本性质
　　．什么是外力、内力、反力
　　．构件所产生的应力
　　．桁架的原理与解法
　　．如何设计构件的尺寸/截面
　　．如何设计壁量

作者简介

高木任之（Tadayuki Takagi）

　　西元1932年生。西元1955年自北海道大学工业部建筑工学科毕业。进入日本政府建设省，历任千叶县建筑指导课课长、住宅都市整备公团都市开发事业部部长等职，西元1983退休。

　　历任（财团法人）住宅保证机构专务理事、（社团法人）日本木造住宅产业协会专务理事。期间亦担任一级建筑士考试委员、一级建筑士考试委员、东洋大学建筑学科讲师、芝浦工业大学建筑学科讲师。具一级建筑士资格。

　　主要着作有《读懂建筑基准法的诀窍》、《图说建筑基准法》、《图说都市计画法》（学艺出版社出版）、《图解杂学　建筑基准法》（NATSUME社出版）、《图解结构力学》、《图解建筑法规》（日本实业出版社出版）等。

审订者简介

林辉政  教授
　　
专长：
　　复合材料、结构力学、风力能源
　　
现职：
　　国立台湾大学工程科学及海洋工程系教授
　　
学历：
　　国立台湾大学造船工程博士
　　
经历：
　　国立澎湖科技大学校长、副校长
　　国立澎湖科技大学海洋资源暨工程学院院长
　　台大与工研院合设奈米科技研究中心副主任
　　Visiting Professor, Dept. of Information and Electrical Eng., UMBC, U.S.A.
　　Visiting researcher, Lab. of Material Science and Engineering, NIST, U.S.A.
　　国立台湾大学 工程科学及海洋工程系教授、系主任、所长
　　国立台湾大学 造船及海洋工程系教授、系主任、所长
　　Visiting scholar, School of Aeronautics and Astronautics, Purdue University, U.S.A.

译者简介

陈铭博

　　国立台湾科技大学电子工程系毕。踏入职场三年后前往日本就读语言学校，回国后任职于专利事务所负责日文专利文件业务。目前为专职译者。

前言

Part0力学里用的单位有哪些？
0.1单位的基础来自于地球
0.2重量的单位是不固定的
0.3从重量单位转换成质量单位（牛顿）
0.4压力．应力的单位是帕（Pa）
◎练习问题──熟练SI单位

Part 1力的基本性质
1.1结构力学的特色在于「静止」
1.2「力」看不见，因此令人难以理解
1.3重量也是一种力
1.4力以箭头表示
1.5力的特性（力矩．向量）
1.6什么是力矩？
1.7槓桿原理也是力矩的应用
◎练习问题──计算力矩
1.8纯量与向量
1.9向量能够合成与分解
1.10力的合成（画出平行四边形）
1.11力的分解（画出平行四边形）
1.12将平行四边形置换成三角形的「力线图」
1.13力线图就是力走过的路线图
1.14合成多个力．分解成多个力
1.15平行的力如何合成与分解？
◎练习问题──合成平行力
1.16力偶无法合成也无法分解
◎练习问题──求力偶的大小
1.17任何力都能够以垂直力．水平力．力矩来表现
◎练习问题──力的合成与分解─11个问题
＊Part 0， Part 1总结

Part 2 什么是外力、内力、反力？
2.1外力、内力、反力以及三者间的关系
2.2简单结构物的外力、内力、反力及稳定
2.3外力有哪些？
2.4垂直荷重与水平荷重
2.5集中荷重与等均佈荷重
2.6结构物的支承反力
2.7每个构造构件都有反力
2.8支承结构物的支点有3种
2.9移动端．转动端．固定端
2.10什么是简支梁？
2.11反力数3个是重点
2.12枢接（铰接）与节点
2.13枢接节点与刚性节点的不同
2.14什么是构架结构？
2.15外力、内力、反力的总整理
◎练习问题──求出反力─12个问题

Part 3构件所产生的应力？
3.1构件内部所产生力，即应力（stress）
3.2破坏构件
3.3应力有3种
3.4应力的正负
3.5绘制应力图
3.6分析结构物
◎练习问题──分析简支梁．悬臂梁─18个问题
＊总结Part 2．Part 3

Part 4 桁架的原理与解法
4.1什么是桁架（Truss）？
4.2三角形桁架可使力分散
4.3三角形是最稳定的形状
4.4各种桁架种类
4.5桁架的分析
4.6以力线图表现
4.7什么是克里蒙纳图解法？
4.8克里蒙纳图解法~之一
4.9克里蒙纳图解法~之二
4.10克里蒙纳图解法~之三
4.11克里蒙纳图解法~之四
4.12克里蒙纳图解法~之五
4.13克里蒙纳图解法~之六
4.14克里蒙纳图解法~之七
4.15克里蒙纳图解法~之八
4.16克里蒙纳图解法~之九
4.17克里蒙纳图解法~之十

Part 5如何设计构件的尺寸（截面）？
5.1终于要进入结构设计
5.2拉伸构件的设计
5.3发挥材料的强度
5.4压缩构件要注意拱起
5.5挫曲受长度和截面形状影响
5.6细长比与挫曲系数
5.7计算构件的挫曲
5.8柱子的短边长在建筑基准法中的限制
5.9确认剪力方面的安全性
5.10单面剪与双面剪的不同
5.11弯曲构件所产生的应力
5.12不易弯曲的截面形状
5.13截面二次矩与截面系数
5.14截面二次矩与截面系数的关系
5.15各种截面的截面二次矩
◎练习问题──求截面二次矩
◎练习问题──求截面系数
5.16抗弯曲构件的设计
◎练习问题──设计抗弯构件
＊总结Part 4．Part 5

Part 6如何设计壁量
6.1设计耐地震、耐风压力的建筑物
6.2壁量计算的基本概念
6.3壁量计算的流程
6.4投影面积的推算（计算前的准备）
6.5计算时使用的投影面积
6.6投影面积的计算
6.7必要壁量的计算（单位壁量）
6.8必要壁量的计算（实际壁量）
6.9壁倍率（日本建筑基准法施行令第46条第4项）
6.10壁倍率（昭和56年建设省告示第1100号）
6.11墙壁配置的1/4规则（平衡的配置）
6.12实际检查壁量
6.13柱头．柱脚．斜撑之端部的横向接合
6.14墙壁．加入有斜撑的构造其柱头．柱脚的横向接合（1）
6.15墙壁．加入有斜撑的构造其柱头．柱脚的横向接合（2）
6.16纵向接合．横向接合的样式…A
6.17纵向接合．横向接合的样式…B
6.18纵向接合．横向接合的样式…C
6.19纵向接合．横向接合的样式…D
6.20纵向接合．横向接合的样式…E
6.21纵向接合．横向接合的样式…F
6.22纵向接合．横向接合的样式…G
6.23纵向接合．横向接合的样式…H
6.24纵向接合．横向接合的样式…I
6.25纵向接合．横向接合的样式…J
6.26斜撑端部的横向接合…A
6.27斜撑端部的横向接合…B
6.28斜撑端部的横向接合…C
6.29斜撑端部的横向接合…D
6.30斜撑端部的横向接合…E
＊总结 Part6

索引

Part 2 什么是外力、内力、反力？

2.1外力、内力、反力以及三者间的关系

在本章中，我们要学的方法，是如何确认当实际施加力在建筑物等结构物时的安全性。

为了确认结构物的安全性，首先要将作用于结构部位的力分成①外力、②内力、③反力这三种力，接着探讨这三种力的影响。

[外力]
所谓的[外力]，指的是从外部施加至该结构物的力。外力也称作荷重。堆积在屋顶上的雪、放在建筑物里的物品的重量、建筑物所承受的地震和风的力等等，这些都算是外力。

[内力]
构成建筑物的构件（柱子、梁）等的内部会因上述外力（荷重）而产生力（应力）。这种在结构构件的内部产生的力，称为「内力」。

[反力]
外力会经由内力而于最后传递至地盘。该地盘的耐力（地耐力）是否够大也是非常重要。像这样子支承结构物的力称为「反力」。

2.2简单结构物的外力、内力、反力与稳定

在这一节，我们利用简单结构物来思考「外力、内力、反力」的关系。首先，我们以形状简单的独木桥来做例子。

以河边的独木桥为例，讨论「外力、内力、反力」

外力
横渡独木桥者的重量，属于外力。这个重量不只有人的体重，还包括他的背包重量等。此外，还必须考虑到会有多人同时过桥的情形。而独木桥本身的重量也是外力的一种。

当上述外力施加于独木桥上时，独木桥若断裂，就麻烦了。如果独木桥断裂，代表因外力而于独木桥内部产生的内力，超过了独木桥的耐力极限。

反力
反力的思考重点，在于支撑独木桥的是什么？如果只是靠河边的砂石将独木桥撑起，独木桥的重量应该会压垮砂石。桥也有可能会被河水给沖走，因此必须以大石头固定独木桥，让桥不会产生移动的情形。

结构物的稳定
结构物的稳定，指的是「外力、内力、反力」这三种力保持平衡。如果三种力能保持平衡，结构物就能够处于静止的状态。

˙外力大于反力，独木桥沈陷（倾斜）
˙若因外力而生的内力大于独木桥的耐力，独木桥就会断裂

2.3外力有哪些？

如前所述，我们把这些外力称为「荷重」。从外部施加在结构物上上的力有哪些呢？

荷重依其作用方向，分成「垂直荷重」与「水平荷重」。

垂直荷重指的是因地球引力（重力）而生的重量，因此垂直荷重多属于长期作用的荷重。

水平荷重指的是从水平方向作用，会使结构物发生横向摇动的荷重。此种荷重很少属于长期作用，大多像是地震力或风压力等，只会暂时对结构物产生作用。

除了垂直和水平方向的荷重，还有斜向的荷重，这种例子较少。斜向荷重能够分解成水平方向和垂直方向的分力，因此可以再转换为水平荷重与垂直荷重。

2.4垂直荷重与水平荷重

外力（荷重）的分类如下。

（1）垂直荷重
垂直荷重可再分为下面3种，每一种都是因地球引力而生的重量所引起的。

①固定荷重（自重）：包括构成结构物的柱子、梁、屋顶、地板等结构物本身的重量。如何承受固定荷重，是最初步的问题。

②装载荷重：指收容在建筑物里的物品和进入建筑物内的人重量。仓库等建筑物的装载荷重特别大。

③积雪荷重：即下雪后堆积在屋顶的重量。在经常下雪的地方，积雪荷重会是比较大的荷重。

（2）水平荷重
水平荷重以风压力、地压力为代表。

①风压力：刮风时，由于风压力而可能造成建筑物倾斜。风压力的作用方向通常为水平方向。在屋顶等斜面部分，风压力会对斜面造成垂直的作用力。

②地震力：地震力原来为一种震动，会产生使建筑物横摇的效应，在地震时会转换为造成建筑物倾倒的水平力。震动本身亦可作为荷重，来进行计算。

③水压．土压：例如地下室的外墙，由于直接与土壤接触，因此会产生土压及地下水的水压作用力，必须确保结构在这些压力下（通常是水平力）的安全。

④其他震动．撞击：若在室内设置有吊车和机械，这些设备运转时产生的震动与撞击会传递到建筑物上，因此必须确保建筑物在这些荷重作用下安全无虞。

日本建筑基准法施行令第36条之3中规定，对于「产生作用力的自重、装载荷重、积雪荷重、风压、土压、水压以及地震等其他的震动及撞击」，必须确保建筑物的安全。

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