《第3节常见承重结构》教学设计(湖北省县级优课)-物理教案

第二章材料与结构第3节常见承重结构教学目标1.知识与能力认识常见的承重结构。初步了解一些常见承重结构的特点。2.过程与方法能举例说明常见承重结构的特点通过观察发现常见承重结构在建筑中的应用3.情感态度与价值观了解常见承重结构在建筑中的应用，关心科学技术应用与发展重点常见承重结构的特点难点常见承重结构在现实中的应用导入新课在土木工程中，由建筑材料按照合理的构造方式组成，并能承受、传递外力而起骨架作用的部分称为工程结构。今天我们就来学习几种常见的承重结构。（新课前提问学生见过哪几种承重结构）1.梁梁是建筑中结构最基本、应用最广泛的构件之一。梁的制作简单，在中小跨度建筑中得到了大量的应用。梁按材料分类：石梁、木梁、钢梁、钢筋混凝土梁等。石梁在古代大量的石建筑中，石梁（石板）得到了大量的应用，其跨度最大8~9m。石材尽管抗压强度很高，但是抗拉强度却很低，所以石梁一般都比较厚，跨度也不能太大。木梁木梁在我国古代的庙宇、宫殿中应用极为普遍，直至近代仍有较多应用。北京故宫太和殿，中间的木梁跨度约为11m。虽然木材自重小，抗拉、抗压强度都比较高，但木材防腐、防蛀、防火性差，且资源有限，因此现代建筑中使用较少。钢梁钢梁的材料强度高、施工方便、适用范围广。尽管钢材密度较大，但由于材料强度高，所以相同要求下，钢梁的自重比混凝土小得多。但钢材防腐性能差，造价和维修费用较高。钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁是目前应用最为广泛的梁，具有构造简单、施工方便、造价低廉等优点，缺点是自重大。梁是以弯曲变形为主要变形的主要构件，是工程中最重要的构件之一，其横截面可为矩形、工字形、环形等。梁的轴线通常为直线，在构件的纵向对称平面内，受到垂直于梁的轴线的力或力偶作用，水平梁在竖向外力作用下无水平支座反作用力。2.拱在房屋建筑和桥梁工程中，拱是广泛应用的一种结构。从图2.3-2可以看出，梁在外力F的作用下，要向下弯曲；而拱在同样外力作用下，拱脚支座能够产生水平推力FH，从而提高了拱的抗压能力。由于拱结构受力性能良好，能够较充分地利用材料强度，因此可以用混凝土、钢筋混凝土、木和钢等多种材料制作。在拱结构方面，我国劳动人民有很多优秀的创造，河北省赵县的赵州桥就是一座石拱桥，它的跨度达37m。拱结构不仅受力性能较好，而且样式多，尤其适用于较大跨度的建筑，如展览馆、体育馆、商场等公共建筑。拱结构的形式有利于丰富建筑的形象，因此也是建筑师比较欢迎的一种结构型式。拱的轴线通常为曲线，是一种有推力的结构，它的主要内力是轴向压力。它在竖向外力的作用下，支座不仅产生竖向反作用力，而且还产生水平反作用力。这种水平反作用力使拱的内力远小于跨度、外力以及支承情况相同的梁的内力。拱脚必须可靠地传承水平推力。由于拱式结构受力合理，在建筑和桥梁中被广泛应用。3.桁架桁架是由若干杆件在杆的两端用绞链联结而成的几何形状不变的结构，具有与梁完全不同的受力性能。与梁相比，桁架的用料较省，是大跨度建筑常用的一种结构。桁架多用钢材、木材或钢筋混凝土制作，其受力合理、计算简单、施工方便、适应力强，对支座没有横向推力，因而在结构工程中得到了广泛的应用。桁架是由杆件组成的构件体系，其节点一般假定为铰接点。当外力只作用在节点上时，所有杆件均只受到轴向力的作用，其材料强度可以得到充分利用，结构自重轻，这就是屋架结构的特点。桁架在较大跨度的建筑中得到应用，如用作屋架、桥梁、空间塔架等。4.网架网架结构：由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。网架结构按外形可分为平板型网架和壳型网架。网架可以是单层的，也可以是双层的。平板网架都是双层的，壳形网架则有单层、双层、单曲、双曲等各种形状。网架结构的杆件多采用钢管或角钢制作；结点多为空心球结点或钢板焊接结点。现在，钢筋混凝土参与到网架结构中，形成了混凝土组合网架结构，在工程中也得到了应用。网架结构的整体性强、受力性能好、材料省、自重轻、制作精度高、施工简便。它多用于跨度大，建筑造型独特的大型展览馆、体育馆、仓库、大型厂房及各类艺术性建筑等。网架结构可分为平板网架和曲面网架两种。平板网架采用较多，具有如下优点：①维空间受力体系。杆件主要承受轴向力，受力合理，节省材料；②整体性好，刚度大；稳定；③杆件类型较少，比较统一，适于工业化生产；④尤其适用于大跨度，如体育馆、展览馆等大型建筑广泛采用。网架的高度（即厚度）直接影响网架的刚度和杆件内力，网架的高度主要取决于跨度，网格尺寸应与网架高度配合决定。网架结构的形式（1）平面桁架系组成的网架结构。主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。（2）四角锥体组成的网架结构。主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。（3）三角锥组成的网架结构。主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分Ⅰ型和Ⅱ型）、蜂窝形三角锥网架等型式。（4）六角锥体组成的网架结构。主要形式有：正六角锥网架。大跨度结构还有刚架、悬索、薄壁空间以及混合结构等。课堂小结1.梁是建筑中结构最基本、应用最广泛的构件之一。梁的制作简单，在中小跨度建筑中得到了大量的应用。2.在房屋建筑和桥梁工程中，拱是广泛应用的一种结构。梁在外力F的作用下，要向下弯曲；而拱在同样外力作用下，拱脚支座能够产生水平推力FH，从而提高了拱的抗压能力。3.桁架是由若干杆件在杆的两端用绞链联结而成的几何形状不变的结构，具