高瑞霞建筑结构与力学大纲.doc

建筑结构与力学课程标准课程标准适用专业：建筑工程技术专业（三年制）适用学时：96学时一、 课程的性质与任务本课程是建筑工程技术专业的一门职业基础课程。本课程的基本教学内容是掌握正确的受力分析和力系的破坏平衡条件。对杆件的强度问题具有明确的概念和一定的计算能力。初步掌握杆件体系的分析方法，初步了解常用结构形式的受力性能及承载能力的计算方法，使学生具备一定的力学思维能力，为后续课程作准备。通过本课程的学习，学生可以对建筑物各构件传力途径的分析，建立建筑及构件的力学模型，进行内力分析与计算。开发学生的智力，培养学生敏锐的观察能力、丰富的想象能力、科学的思维能力以及解决生产实际问题的能力。二、 课程教学目标（一）知识目标1、会从简单的物体系中选取脱离体并画出其受力图；2、能熟练地运用平衡方程求解单个物体和简单物体系的平衡问题；3、能熟练地分析单个杆件的内力并绘制内力图；包括杆件的拉、压、扭转和弯曲变形4、了解四个强度理论及简单应用；5、能分析简单结构的几何组成，确定超静定次数；6、会计算静定结构的内力，包括梁、刚架、三铰拱、桁架；7、会计算简单结构的位移（图乘法）；8、了解超静定结构的解法，初步掌握力法、位移法、力矩分配法的基本原理；（二）能力目标1.能正确地进行物体的受力分析，具有受力分析的技能。2.能正确对构件进行强度、刚度和稳定性的计算，具有构件设计的初步技能。3.能正确进行安全与经济矛盾的处理，具有选择材料、截面设计和选择安全系数的初步技能。4.能进行材料的机械性能的测定，具有一定的实验技能。三、课程内容及教学要求（一）绪论 静力学基本概念和静力学公理1.教学目的了解力学的研究对象，研究任务和研究方法，并指出建筑工程技术专业学生学习力学的目的及其重要性。2.教学内容(1-1) 静力学基本概念，力的概念、刚体的概念、平衡的概念。(1-2) 理解并掌握静力学公理的内容。(1-3) 约束和约束反力的概念。(1-4) 物体受力分析和画受力分析图的方法。3.教学方法建议 力、平衡等基本概念学生已经掌握，只需要简单复习。在复习的同时重点对力的合成、分解，投影和力偶等重要的新力学概念加以介绍。 静力学基本公理及其推论是静力系分析的基本依据，将其集中介绍不易于学生的理解，将其分散到相关内容中介绍更易于学生理解和掌握。 约束及约束反力对物体的受力分析来说是关键的概念，这部分内容结合物体受力分析做了重点介绍。 以培养学生技能为主，结合生活和专业工程实际列举了大量实例。4.作业建议本章练习题包括计算题和作图题，要求学生规范、熟练的画出物体的受力图。（二）平面力系1.教学目的掌握平面平衡力系的基本概念和理论。2.教学内容（2-1）平面汇交力系的解析法合成的方法。（2-2）力矩的概念，合力矩定理，力偶和力偶矩的概念和性质。平面力偶系的合成方法和平衡条件。（2-3）力的平移定理及适用范围。（2-4）力的平移定理（2-5）平面任意力系向作用面内任一点简化的方法，分析简化结果。（2-6）平面任意力系的平衡条件；掌握应用平衡条件解平面任意力系的平衡问题；熟悉平衡方程的三种形式。（2-7）平面平衡力系的平衡问题3.教学方法建议将二力平衡作为最简单力系平衡，介绍平面汇交力系的平衡和平面力偶系的平衡，便于学生对力系的作用效应，对刚体的移动和转动效果有清晰的理解。将复杂力系，尤其是平面一般力系的平衡理论及其应用作为静力学的重点内容。使用Flash、3Dmax制作的课件，使复杂枯燥的理论内容，变得活龙活现，栩栩如生。特别是力的平移定理的推导。4.作业建议本章练习题应包括判断题、选择题和计算题，要求学生掌握力矩、力偶的性质。灵活运用平衡方程三种形式，求解未知力。（三）轴向拉伸和压缩1.教学目的（1）初步了解构件的强度、刚度和稳定性等基本概念。（2）建立内力的概念，能熟练地运用截面法求轴力，并画出轴力图。2.教学内容（3-1）变形固体及其基本假设（3-2）杆件变形的基本形式，拉压杆的概念（3-3）内力和应力的概念（3-4）拉压杆的内力和应力（3-5）许用应力和强度计算（3-6）拉压杆的变形计算3.教学方法建议 集中讨论材料力学的基本问题，使学生对强度、刚度和稳定性计算有清晰的理解，便于建立学生应用知识的技能。 构件内力计算引入截面法后转化为静力学问题。4.作业建议：本章的重点应是截面法的运用，为以后章节作准备。练习题以计算题为主，以建筑工程中的轴向受力构件为例，使学生可以将所学理论与实际联系。（四）剪切与扭转1.教学目的掌握构件受扭和受剪时的受力特点，能够计算其内力。2.教学内容（4-1）剪切的概念。（4-2）剪应力互等定理（4-3）剪切虎克定律（4-4）扭转变形及内力图（4-5）圆轴扭转时的剪应力计算（4-6）圆轴扭转时的相对扭转角的计算3.教学方法建议 在教学过程中，讲述和看录像相结合，讲述和投影片相结合以及启发式、讨论式等多种教学方法，激发学生的学习兴趣。4.作业建议本章的重点是运用截面法求内力。练习题以计算题为主，以建筑工程中的轴向受扭构件为例。同时，注意与第三章的内容作比较。（五）截面的几何性质1.教学目的截面的几何性质是纯粹的几何问题，与研究对象的力学性质无关，但是截面的几何性质会影响到构件的承载能力。通过本章的学习，学生可以掌握如何选择合理的界面形状和尺寸。2.教学内容（5-1）静矩、形心及其关系（5-2）惯性矩、惯性积、极惯性矩（5-3）惯性矩的平行移轴公式（5-4）形心主轴和形心主惯性矩3.教学方法建议弱化公式的推导，将重点放在规律、措施的总结。使学生理解截面的几何特征对构件的影响。注意与正应力计算公式的联系，使学生做到将所学知识融会贯通。4.作业建议本章应适量设计部分思考题，以帮助学生掌握主要内容。（六）弯曲内力1、 教学目的准确地计算梁的支座反力，并会校核。熟练地计算梁上任意指定截面的内力（剪力和弯矩）。会确定弯矩为极值的截面位置并计算弯矩极值。正确地列出剪力方程和弯矩方程，了解根据内力方程画内力图的方法。掌握M、Q与q之间的微分关系，并理解其几何意义。牢固地掌握荷载与剪力图、弯矩图之间应服从的规律；并熟练地运用这些规律画Q图、M图和校核Q图、M图。2、教学内容（6-1）平面弯曲的概念（6-2）梁及其反力计算（6-3）平面弯曲梁的内力（6-4）内力方程和内力图（6-5）弯矩M、剪力Q与荷载集度q之间的微分关系及其应用3、教学方法建议 在教学过程中，讲述和看录像相结合，讲述和投影片相结合以及启发式、讨论式等多种教学方法，激发学生的学习兴趣。4、作业建议本章是全课程的重点和难点，练习题主要是计算题，要增加作业量，规范作题。还可以增加阶段性考试。（七）弯曲应力1、教学目的正确理解和掌握梁弯曲时的正应力计算公式；了解公式的推导过程；明确公式的适用范围和正应力沿截面高度的分布规律；能熟练地运用该公式计算梁任一横截面上任意点处的正应力以及最大正应力。掌握梁弯曲时的剪应力计算公式；明确剪应力沿截面高度的分布规律；能熟练地计算矩形截面梁和工字型、T型截面梁腹板上任一点处的剪应力以及最大剪应力。灵活运用梁的正应力强度条件，解决三类强度计算问题：强度校核、截面设计、确定许用荷载。掌握梁的剪应力强度条件，并会进行剪应力强度校核。2、教学内容（7-1）纯弯曲梁横截面上的正应力计算公式（7-2）梁弯曲时的剪应力计算公式（7-3）梁的强度计算3、教学方法建议强度问题除了知道哪个截面的内力最大，还要知道截面上哪个位置最容易破坏，即应力的分布，本章理论性较强，但结合高职的特点，应减少公式推倒内容，增强概念，理论的总结。4、作业建议本章是全课程的难点，练习题主要是计算题，要增加作业量，规范作题。还可以增加阶段性考试。注意，与前几章的比较与联系。(八) 弯曲变形 1、教学目的掌握挠曲线、挠度、转角的概念及挠度、转角间的关系。掌握叠加法求梁的位移，会对梁进行刚度校核。2、教学内容（8-1）挠曲线概念（8-2）平面弯曲时梁横截面的位移（8-3）叠加法求位移（8-4）刚度校核3、教学方法建议本章的内容已由强度计算过渡到刚度计算，由于13章还要讨论结构的变形，所以，本章减弱了对计算的要求，增加提高梁刚度的措施。4、作业建议本章应设计思考题，让学生掌握提高梁刚度的措施。（九）应力状态和强度理论 1、教学目的建立应力状态概念及其研究方法。掌握平面应力状态下，斜截面上的应力计算法；掌握主应力和最大剪应力的计算。正确理解、应用广义虎克定律。了解强度理论的概念以及金属材料破坏的主要形式；理解四个强度理论的基本观点、强度条件；掌握用强度理论对杆件进行强度校核。2、教学内容（9-1）平面应力状态的分析（9-2）广义虎克定律（9-3）四个强度理论3、教学方法建议1. 本章应侧重概念、理论的理解。为结构设计作知识储备。在教学中，应注意教法的灵活运用。充分利用教具、模型增加学生的直观认识，应充分利用现代化多媒体教学手段。制作高质量的课件。4、作业建议本章应设计思考题。重点是使学生了解应力状态和四个强度理论。（十）压杆稳定1、教学目的掌握压杆稳定、失稳现象、临界力、临界应力、长度系数、柔度、稳定安全系数和折减系数的概念。掌握细长压杆临界力的计算公式。掌握欧拉公式的适用范围及临界应力的公式，会计算细长压杆的临界应力和临界力。掌握压杆的稳定条件。会运用安全系数法和折减系数法对压杆进行稳定性计算。2、教学内容（10-1）压杆稳定性的概念。（10-2）细长压杆的临界力公式（欧拉公式）。（10-3）提高压杆稳定性的措施。3、教学方法建议压杆破坏在工程上具有很大的危险性，因为压杆失稳破坏之前没有先兆。所以，建筑工程技术专业的学生应掌握提高压杆稳定性的措施。本章同样应减少计算的要求，使学生通过计算公式总结出提高压杆稳定的方法即可。4、作业建议本章应设计思考题。（十一）静定结构的内力分析1、教学目的了解结构的计算简图和简化分析的过程。了解平面杆件结构的分类、荷载的分类。熟练掌握静定梁的内力计算。内容：单跨静定梁，斜梁，多跨静定梁。熟练掌握静定平面刚架的内力计算。熟练地掌握求截面内力的截面法和直接计算方法。牢记内力与荷载之间的对应关系，并能灵活地应用这些关系绘制内力图，判断内力图的正确与否。理解三铰拱的受力特点，合理拱轴线的概念会计算三铰拱在竖向荷载作用下的内力。桁架的受力特点及分类。熟练应用结点法和截面法计算静定平面桁架、组合结构的内力。2、教学内容（11-1）静定梁的内力（11-2）静定刚架的内力（11-3）静定桁架的内力（11-4）三铰拱的内力3、教学方法建议内力分析是建筑力学的基础知识之一，内力分析的结果可以确定结构是否会破坏，破坏的性质、构件上的破坏位置、截面上的破坏位置，这些都是后期建筑结构设计的基础。所以讲课时就要与结构设计联系起来。结合实际工程，比如讲授拱的受力特性时可以赵州桥为例，使学生认识到脆性材料抗压的力学性能，同时又让学生清楚地明白为什么砖石桥都是拱形的。要注意力学模型抽象简化的培养，逐步使学生达到实际问题模型化的能力。4、作业建议增加练习题的数量，除了作业还可以增加阶段性考试，编制习题库将答案也提供给学生。（十二）影响线和内力包络图1、教学目标掌握影响线的概念及其与内力图的区别。熟练应用静力法作简支梁的影响线。内容：支座反力影响线、弯距影响线、剪力影响线。掌握利用影响线求剪力、弯矩的方法掌握移动荷载作用下最大剪力、弯矩、支座反力的求法，确定最不利荷载理解简支梁包络图的概念，绘制弯矩包络图和剪力包络图。2、教学内容（12-1）静力法作简支梁的影响线。 （12-2）确定最不利荷载的位置。 (12-3)包络图的概念。3、教学方法建议侧重概念，降低对计算的要求4、作业建议 学生应完成简单的计算，重点是对影响线概念的理解。（十三）静定结构位移的计算1、教学目标了解位移的概念，计算位移的目的（刚度验算）。理解变形体虚功原理的内容。掌握图乘法的概念，熟练地运用图乘法计算梁和刚架的位移。了解支座移动、温度变化产生的位移计算。掌握互等定理的概念。2、教学内容（13-1）实功与虚功，虚功原理（13-2）图乘法求位移。（13-3）功的互等定理。3、教学方法建议在教学中，应注意教法的灵活运用。充分利用教具、模型增加学生的直观认识，应充分利用现代化多媒体教学手段。制作高质量的课件。4、作业建议增加练习题的数量，编制习题库将答案也提供给学生。（十四）超静定结构的内力分析1、教学目标超静定结构的概念，了解超静定结构的特征。力矩分配法的基本概念。力矩分配法的基本原理。内容：转动刚度、分配系数、传递系数。熟练掌握用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架，并正确绘出内力图。理解位移法的基本原理，位移法与力矩分配法的比较。理解位移法典型方程及其系数、自由项的物理意义。理解力法的基本原理，力法与位移法、力矩分配法的比较。内容：介绍主系数、副系数、自由项的概念，力法的典型方程。2、教学内容（14-1）力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架。（14-2）位移法典型方程的建立。（14-3）力法、位移法和力矩分配法的比较。3、教学方法建议密切联系实际，尽可能将生活、工程实际中的实例引入教学中。充分利用教具、模型增加学生的直观认识，应充分利用现代化多媒体教学手段。4、作业建议本章作业以计算为主，设计思考题让学生对比静定结构与超静定结构的区别。四、能力和技能培养专项（一）习题与习题课1.基本要求：在建筑力学教学过程中，习题是一个重要环节。精选例题、习题，并且控制数量，才有助于提高学生的学习兴趣。应结合专业的需要、多选择该专业常用的有关结构方面内容的习题，以便通过做习题了解和熟悉该专业中常用结构的特性、受力性能、变形及其计算方法。对于指定完成的习题，学生必须按时独立完成。要求学生做到计算方法正确、数字准确、作图正规、按格式书写整洁。培养学生严谨的工作作风。2.具体安排：章节内容习题内容习题课1静力学基本概念和静力学公理通过习题练习熟练掌握对物体进行受力分析和正确画出受力分析图1课时2平面力系熟练掌握平面汇交力系的解析合成，解析法求解平面汇交力系的平衡问题。正确理解主矢和主矩的概念和它们的计算，熟练掌握用静力学平衡方程求解单个物体的平衡问题。熟练掌握求解物体系统的平衡问题。2课时3轴向拉伸与压缩熟练地运用截面法求轴力，并画出轴力图；着重理解应力的概念，能灵活运用强度条件解决强度计算的三类问题；正确计算拉压杆的变形和位移1课时4剪切与扭转熟练地确定外力偶矩、扭矩和扭矩图；掌握实心和空心圆轴横截面上剪应力的分布规律和计算公式，并准确地计算最大剪应力；运用圆轴的强度条件，对圆轴进行强度计算。1课时5截面的几何性质确定截面的形心位置，尤其能熟练地确定具有对称轴的截面的形心位置；矩形截面、圆形截面的极惯性矩计算公式。16梁的内力准确地计算梁的支座反力；熟练地计算梁上任意指定截面的内力（剪力和弯矩）；正确地列出剪力方程和弯矩方程，了解根据内力方程画内力图的方法；熟练掌握荷载与剪力图、弯矩图之间应服从的规律；并熟练地运用这些规律画Q图、M图和校核Q图、M图。2课时7梁的应力与强度计算熟练地运用正应力计算公式计算梁任一横截面上任意点处的正应力以及最大正应力；熟练地计算矩形截面梁和工字型、T型截面梁腹板上任一点处的剪应力以及最大剪应力；灵活运用梁的正应力强度条件，解决三类强度计算问题：强度校核、截面设计、确定许用荷载；掌握梁的剪应力强度条件，并会进行剪应力强度校核。1课时8梁的变形会应用积分法、叠加法计算梁的位移，会对梁进行刚度校核。1课时9应力状态与强度理论掌握平面应力状态下，斜截面上的应力计算法；熟练掌握主应力和最大剪应力的计算；掌握用强度理论对杆件进行强度校核。10压杆稳定掌握细长压杆临界力的计算公式；掌握欧拉公式的适用范围及临界应力的公式，熟练地计算细长压杆的临界应力和临界力。11静定结构的内力分析作多跨静定梁的内力图、刚架的内力图、三绞拱某截面的内力、桁架的内力计算3课时12影响线和内力包络图用静力法作静定梁的影响线，利用影响线求某量值的大小2课时13静定结构的位移计算用图乘法计算梁、刚架、桁架在荷载作用下、温度变化作用下及支座移动等因素引起的位移1课时14力矩分配法用力矩分配法计算连续梁和无结点线位移的刚架2课时总计18课时3.考核：对学生课外的习题，教师应批阅、登记备案，依据习题完成质量及数量，作为平时成绩的依据。平时成绩占期末总成绩的20%（优：2018，良：1716，中：1514，及格：1312）。（二）实验课（6）学时1.基本要求：把理论教学和实践教学融为一体；把实际实验操作和工程力学虚拟实验融为一体；加强本课程的综合性、设计性教学环节，满足学生进行本课程全方位、不同层次和能力培养的需要，使原来从属于课程的验证性实验改革为认知性、验证性、技能和综合创新性的系列实验，提高学生分析问题、解决问题的能力。2.具体安排：序号实 验 名 称实验简介实验学时实验类型1低碳钢和铸铁的拉伸实验本实验为材料力学性能实验，低碳钢材料的拉伸强度指标、塑性指标指标；铸铁材料的强度指标。2验证2低碳钢和铸铁的压缩实验本实验为材料力学性能实验，低碳钢材料的压缩强度指标、塑性指标指标；铸铁材料的强度指标。2验证3材料的弹性模量测定实验本实验为材料力学性能实验，低碳钢材料弹性指标，弹性模量、横向变形系数。2验证3.考核：（1）课程实