建筑力学与机构(60学时)教案.doc
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黑龙江职业学院
2013--2014学年第2学期
教
师
教
案
课程名称：
建筑力学与结构
任课教师：
张春东
教学单位：
机械工程学院
67
课程教学基本信息
课程名称
建筑力学与结构
总学时数
60
理论
学时
54
实践
学时
6
任课教师
张春东
职称
讲师
授课对象
专业班级：
2013建筑装饰共3班
授课时间
2013--2014学年第2学期
选用
教材
建筑力学与结构北京理工大学出版社
主要
参考
书目
1.赵华玮主编，建筑结构，武汉：
武汉理工大学出版社，2007
2.刘丽华王晓天主编，建筑力学与建筑结构，北京：
中国电力出版社，2004
3.刘丽华王晓天主编，建筑力学与建筑结构（第二版），北京：
中国电力出版社，2008
4.林宗寿编著，水泥“十万”个为什么，武汉：
武汉理工大学出版社，2006
课程
教学
目标
要求
知识目标：
（1）掌握静力学的基本概念、原理。
（2）掌握求解杆件内力的基本原理及绘制杆件内力图的方法。
（3）掌握一般常用材料拉压的力学性能。
（4）掌握基本变形及组合变形构件的应力分布规律。
（5）理解正应力和切应力强度条件的建立思想。
（6）掌握构件的强度、刚度和稳定性计算的原理及方法.
（7）理解应力状态的概念，理解常用的强度理论。
（8）理解钢筋混凝土结构的力学分析，掌握其初步应用
（9）理解砌体结构结构的力学分析，掌握其初步应用
（10）理解钢结构的力学分析，掌握其初步应用
技能目标：
（1）能够熟练准确地对物体进行受力分析。
（2）能够熟练准确地对平面静定结构进行内力计算。
（3）能够准确地对杆件进行强度计算。
（4）基本能够对杆件进行刚度计算。
（5）能够对压杆进行稳定性分析。
（6）应用建筑力学知识和建筑结构知识解决简单结构问题。
养成辩证思维和一丝不苟的科学态度，保持自主学习的兴趣和愿望，具有正确的技术观和较强的技术创新意识，培养综合素质和职业能力，促进学生全面而富有个性的发展，为迎接未来社会挑战，实现终身发展奠定基础。
注重学生的自身发现与行业特点紧密联系，培养学生正确的就业观念，鼓励学生主动参与实践，逐步形成良好的学习习惯和严谨细致的工作态度，具备较强的表达与沟通能力。
树立爱岗敬业、诚实守信、团结协作的品质，加强环保、节能、安全意识和执法观念，为发展职业能力奠定良好的基础。
课
程
内
容
学
时
分
配
章/专题/项目
主要内容
学时数
兴趣激发与绪论
调动学生学习兴趣，了解学习方法
2
第一章
建筑力学基本概念
4
第二章
物体受力分析与结构计算简图
4
第三章
平面力学的合成与平衡
6
第四章
杆件变形形式
4
第五章
截面图形的几何性质
2
第六章
平面体系几何组成分析
2
第七章
静定结构内力分析
8
第八章
建筑结构计算概述
2
第九章
钢筋混凝土结构基本构件
6
第十章
钢筋混凝土梁板结构
4
第十一章
预应力混凝土结构构件
2
第十二章
砌体结构
4
第十三章
钢结构基本构件
8
实践课
6
考查
2
授课序次
1
授课学时
2
授课类型
兴趣激发
授课题目
学习方法养成；职业化养成
力学在生活中、工程中、科技中的应用
教学
目标
知识：
了解伏羲氏与周易的关系；了解职业化的定义
能力：
掌握学习三步法；应用职业化与学习工作中
素质：
认识哲学与生活、工作的关系；养成职业化习惯
重点
难点
分析
重点：
学习方法；职业化
难点：
观念的转变
教学
方法
手段
案例法
思维导图法
演讲法
互动法
学生
课前
准备
无
教师
课前
准备
相关知识准备
粉笔
正装
教学内容与过程
辅助手段
时间分配
1.自我介绍
2.了解学生
3.课程介绍（内容，学时，安排，考核）
4.伏羲氏与周易的关系
学习方法归纳：
（1）观察
（2）否定
（3）联想
5.职业化养成
6.总结
5m
5m
10m
25m
40m
5m
课后作业
1.列举否定之否定的案例
2.职业化内容的具体表现
3.力学的应用实例搜集
教学后记（包括内容、方法、学情、资源等）
兴趣激发的方法使学生学习兴趣倍增
授课序次
2
授课学时
2
授课类型
理论课
授课题目
力与平衡
静力学基本公理
教学
目标
知识：
了解力和平衡的概念；掌握静力学基本公理；
能力：
将静力学公理应用与生活
素质：
独立思考
重点
难点
分析
重点：
静力学公理
难点：
公理的注意事项
教学
方法
手段
案例法
思维导图法
多媒
学生
课前
准备
建筑力学研究的对象
教师
课前
准备
相关知识准备
粉笔
正装
教学内容与过程
辅助手段
时间分配
一、刚体的概念
在外力作用下，几何形状、尺寸的变化可忽略不计的物体，称为刚体。
二、力的概念
力是物体间相互的机械作用，这种相互作用会使物体的运动状态发生变化（外效应）或使物体发生变形（内效应）。
实践证明：
力对物体的作用效果取决于力的三要素。
1.力的大小力的大小表明物体间相互作用的强弱程度。
2.力的方向力不但有大小，而且还有方向。
3.力的作用点当作用范围与物体相比很小时，可以近似地看作是一个点。
在描述一个力时，必须全面表明这个力的三要素。
力是矢量。
用字母表示力矢量时，用黑体字F，普通体F只表示力矢量的大小。
三、力的平行四边形公理
作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力的作用点也在该点，合力
的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定。
四、二力平衡公理
作用在同一刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必要和充分条件是：
这两个力大小相等，方向相反，且在同一直线上。
五、加减平衡力系公理
在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。
也就是说，如果两个力系只相差一个或几个平衡力系，则它们对刚体的作用是相同的，可以等效代换。
推论1力的可传性原理
作用在刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移动到刚体内任意一点，而不改变该力
对刚体的作用效果。
推论2三力平衡汇交定理
作用于同一刚体上共面而不平行的三个力使刚体平衡时，则这三个力的作用线必汇交于一点。
六、作用与反作用公理
两物体间的作用力与反作用力，总是大小相等、方向相反，沿同一直线并分别作用于两个物体上。
必须注意：
不能把作用力与反作用力公理与二力平衡公理相混淆。
课后作业
教学后记（包括内容、方法、学情、资源等）
授课序次
3
授课学时
2
授课类型
理论课
授课题目
刚体、变形固体及基本假设
约束与约束反力
教学
目标
知识：
掌握约束及约束反力的画法
能力：
利用约束及约束反力简化工程问题
素质：
培养发散性思维
重点
难点
分析
重点：
约束及约束反力的画法
难点：
力学模型的建立
教学
方法
手段
案例法
思维导图法
互动法
学生
课前
准备
静力学公理的应用
教师
课前
准备
相关知识准备
粉笔
正装
教学内容与过程
辅助手段
时间分配
一、约束与约束反力的概念
对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体称为约束体，简称约束。
阻碍物体运动
的力称为约束反力，简称反力。
所以，约束反力的方向必与该约束所能阻碍物体运动的方向相反。
由此可以确定约束
反力的方向或作用线的位置。
物体受到的力一般可以分为主动力、约束反力。
一般主动力是已知的，而约束反力是未知的。
二、几种常见的约束及其反力
1.柔体约束FT
2.光滑接触面约束FN
3.圆柱铰链约束
4.链杆约束
画出简图分别举例
三、支座及支座反力
工程中将结构或构件支承在基础或另一静止构件上的装置称为支座。
建筑工程中常见
的三种支座：
固定铰支座（铰链支座）、可动铰支座和固定端支座。
1.固定铰支座（铰链支座）
2.可动铰支座
3.固定端支座
画出简图分别举例
课后作业
教学后记（包括内容、方法、学情、资源等）
授课序次
4
授课学时
2
授课类型
理论课
授课题目
物体受力分析和受力图
结构计算简图
教学
目标
知识：
了解机构计算简图的简化方法，掌握力学模型的受力分析
能力：
会使用受力分析方法对力学模型进行受力分析
素质：
培养谨慎细心的态度
重点
难点
分析
重点：
物体的受力分析
难点：
力学模型的建立
教学
方法
手段
案例法
思维导图法
学生
课前
准备
约束与约束反力知识巩固
教师
课前
准备
相关知识准备
粉笔
正装
教学内容与过程
辅助手段
时间分配
物体的受力分析。
物体的受力图。
受力图是进行力学计算的依据，也是解决力学问题的关键，必须认真
对待，熟练掌握。
一、单个物体的受力图
例1-1、2、3
二、物体系统的受力图
物体系统的受力图与单个物体的受力图画法相同，只是研究对象可能是整个物体系统
或系统的某一部分或某一物体。
画物体系统整体的受力图时，只须把整体作为单个物体一样
对待；画系统的某一部分或某一物体的受力图时，只须把研究对象从系统中分离出来，同时
注意被拆开的联系处，有相应的约束反力，并应符合作用力与反作用力公理。
受力图注意以下几点：
1必须明确研究对象。
2正确确定研究对象受力的数目。
3注意约束反力与约束类型相对应。
4注意作用力与反作用力之间的关系
课后作业
教学后记（包括内容、方法、学情、资源等）
授课序次
5
授课学时
2
授课类型
理论课
授课题目
平面汇交力系
平面力偶系
教学
目标
知识：
掌握平面汇交力系的分解与合成；掌握平面汇交力系的平衡；掌握平面力偶系的合成与平衡
能力：
利用平面汇交力系和平面力偶系解决工程实际问题
素质：
培养工程思维
重点
难点
分析
重点：
平面汇交力系与力偶系的平衡
难点：
解决实际问题
教学
方法
手段
案例法
思维导图法
学生
课前
准备
受力分析回顾
教师
课前
准备
相关知识准备
粉笔
正装
教学内容与过程
辅助手段
时间分配
一、平面汇交力系合成的几何法
1两个汇交力的合成。
平行四边形法则三角形法则
2.任意个汇交力的合成
结论：
平面汇交力系合成的结果是一个合力，合力的大小和方向等于原力系中各力的
矢量和，合力作用线通过原力系各力的汇交点。
二、平面汇交力系平衡的几何条件
平面汇交力系平衡的几何条件为：
力多边形自行闭合。
通过例题，可以总结出几何法求解平面汇交力系平衡问题的步骤如下：
⑴选取研究对象。
根据题意选取与已知力和未知力有关的物体作为研究对象，并画
出简图。
⑵受力分析，画出受力图。
在研究对象上画出全部已知力和未知力（包括约束反力）。
注意运用二力杆的性质和三力平衡汇交定理来确定约束反力的作用线。
当约束反力的指向未
定时，可先假设。
⑶作力多边形。
选择适当的比例尺，作出封闭的力多边形。
注意，作图时先画已知
力，后画未知力，按力多边形法则和封闭特点，确定未知力的实际指向。
⑷量出未知量。
根据比例尺量出未知量。
对于特殊角还可用三角公式计算得出。
三、平面汇交力系的解析条件
四、平面力偶系的解析条件
课后作业
教学后记（包括内容、方法、学情、资源等）
授课序次
6
授课学时
2
授课类型
理论课
授课题目
平面一般力系
平面平行力系
教学
目标
知识：
掌握平面一般力系的平衡条件；掌握平面平行力系的平衡
能力：
解决实际问题
素质：
培养工程思维
重点
难点
分析
重点：
平面一般力系的平衡
难点：
取矩点的选择
教学
方法
手段
案例法
思维导图法
学生
课前
准备
力的合成与分解
教师
课前
准备
相关知识准备
粉笔
正装
教学内容与过程
辅助手段
时间分配
一、力的平移定理
由此可见，作用于物体上某点的力可以平移到此物体上的任一点，但必须附加一个力
偶，其力偶矩等于原力对新作用点的矩，这就是力的平移定理。
此定理只适用于刚体。
应用力的平移定理时，须注意下列两点：
（一）平移力F＇的大小与作用点位置无关。
（二）力的平移定理说明作用于物体上某点的一个力可以和作用于另外一点的一个力
和一个力偶等效，反过来也可将同平面内的一个力和一个力偶化为一个合力
二、简化方法和结果
三、平面一般力系简化结果的讨论
四、面一般力系的平衡条件与平衡方程
五、平衡方程的应用
应用平面一般力系的平衡方程，主要是求解结构的约束反力，还可求解主动力之间的
关系和物体的平衡位置等问题。
其解题步骤如下：
1.确定研究对象。
2.分析受力并画出受力图。
3.列平衡方程求解未知量。
六、平面平行力系
课后作业
教学后记（包括内容、方法、学情、资源等）
授课序次
7
授课学时
2
授课类型
理论课
授课题目
物体系统的平衡
教学
目标
知识：
理解物体系统；掌握系统的平衡
能力：
利用物体平衡与物系平衡解决较复杂的工程实际问题
素质：
培养逆向思维
重点
难点
分析
重点：
物体系统的平衡
难点：
物体系统与物体平衡的穿插应用
教学
方法
手段
案例法
思维导图法
学生
课前
准备
物体的平衡
教师
课前
准备
相关知识准备
粉笔
正装
教学内容与过程
辅助手段
时间分配
在解决物体系统的平衡问题时，既可选整个系统为研究对象，也可选其中某个物体为
研究对象，然后列出相应的平衡方程，以解出所需的未知量。
研究物体系统的平衡问题，不仅要求解支座反力，而且还需要计算系统内各物体之间
的相互作用力。
应当注意：
我们研究物体系统平衡问题时，要寻求解题的最佳方法。
即以最少的计算
过程，迅速而准确地求出未知力。
其有效方法就是尽量避免解联立方程。
一般情况下，通过
合理地选取研究对象，以及恰当地列平衡方程及其形式，就能取得事半功倍的效果。
而合理
地选取研究对象，一般有两种方法：
1.。
“先整体、后局部”
2.“先局部、后整体”或“先局部、后另一局部”
在整个计算过程中，当画整体、部分或单个物体的受力图时还应注意：
①同一约束反
力的方向和字母标记必须前后一致；②内部约束拆开后相互作用的力应符合作用与反作用规
律；③不要把某物体上的力移到另一个物体上；④正确判断二力杆，以简化计算。
考虑摩擦的平衡问题
课后作业
教学后记（包括内容、方法、学情、资源等）
授课序次
8
授课学时
2
授课类型
习题课
授课题目
习题课
教学
目标
知识：
巩固静力学知识
能力：
应用静力学知识解决静力学问题
素质：
发散性思维的培养
重点
难点
分析
重点：
静力学平衡问题
难点：
工程问题的解决
教学
方法
手段
训练法
多媒体
学生
课前
准备
复习静力学内容
教师
课前
准备
相关知识准备
粉笔
正装
教学内容与过程
辅助手段
时间分配
空间任意力系
平面任意力系
特殊
特殊
平面汇交力系
平面力偶系
平面平行力系
基本力系
空间汇交力系
空间力偶系
空间平行力系
特殊
灵活运用课后习题，有效复习本章内容
37页习题讲解
课后作业
教学后记（包括内容、方法、学情、资源等）
授课序次
9
授课学时
2
授课类型
习题课
授课题目
拉压构件强度
教学
目标
知识：
了解材料力学研究的内容；了解材料破坏的原因，掌握拉压构件变形的强度计算
能力：
利用拉压构件的强度计算公式解决拉压件的选取问题
素质：
结合专业的能力
重点
难点
分析
重点：
拉压构件的强度计算
难点：
公式的应用
教学
方法
手段
案例法
思维导图法
多媒体
学生
课前
准备
什么是变形体
教师
课前
准备
相关知识准备
粉笔
正装
教学内容与过程
辅助手段
时间分配
一、内力的概念
杆件相连两部分之间相互作用力产生的改变量称为内力。
内力与杆件的强度、刚度等有着密切的关系。
讨论杆件强度、刚度和稳定性问题，
必须先求出杆件的内力。
二、求内力的基本方法——截面法
截面法是求杆件内力的基本方法。
计算内力的步骤如下：
⒈截开：
用假想的截面，在要求内力的位置处将杆件截开，把杆件分为两部分。
⒉代替：
取截开后的任一部分为研究对象，画受力图。
画受力图时，在截开的截面
处用该截面上的内力代替另一部分对研究部分的作用。
⒊平衡：
被截开后的任一部分也应处于平衡状态
三、轴向拉（压）杆的内力——轴力
与杆件轴线相重合的内力称为轴力。
并用符号FN表示。
规定：
拉力为正；压力为负，
轴力的常用单位是牛顿或千牛顿，记为N或kN。
四、强度条件
课后作业
教学后记（包括内容、方法、学情、资源等）
授课序次
10
授课学时
2
授课类型
理论课
授课题目
拉压构件刚度
联接件的强度
教学
目标
知识：
掌握拉压杆的刚度计算，了解联接件的实用计算
能力：
利用感度公式解决拉压的超静定问题
素质：
培养知识综合能力
重点
难点
分析
重点：
拉压杆的刚度计算
难点：
拉压杆的超静定问题
教学
方法
手段
案例法
思维导图法
多媒体
学生
课前
准备
无
教师
课前
准备
相关知识准备
粉笔
正装
教学内容与过程
辅助手段
时间分配
一、拉压构件的刚度计算
所有未知力都能由静力平衡方程确定，这类结构称为静定结构。
如增加杆件，显然未知力的数目超过力平衡方程的数目，其结构称为超静定结构。
未知力个数与独立平衡方程数之差称为超静定次数。
在静定结构中增加的约束称为多余约束。
求解超静定问题的基本方法如下：
（1）建立静力平衡方程；
（2）建立变形协调方程；
（3）利用物理关系建立补充方程；
（4）将补充方程与静力平衡方程联立求解。
二、剪切与挤压
；
课后作业
教学后记（包括内容、方法、学情、资源等）
授课序次
11
授课学时
2
授课类型
理论课
授课题目
扭转构件的强度与刚度
教学
目标
知识：
掌握扭矩的绘制；理解圆周扭转时的应力原理；掌握圆周的强度计算
能力：
解决扭转的工程实际问题
素质：
培养发散性思维
重点
难点
分析
重点：
扭转的强度与刚度计算
难点：
综合强度与刚度选材
教学
方法
手段
案例法
思维导图法
多媒体
学生
课前
准备
材料的基本变形
教师
课前
准备
相关知识准备
粉笔
正装
教学内容与过程
辅助手段
时间分配
工程有中许多杆件承受扭转变形。
例如，当钳工攻螺纹孔时，两手所加的外力偶作用在丝锥杆的上端，工件的反作用力偶作用在丝锥杆的下段端，使得丝锥杆发生扭转变形。
如图6-1a所示。
图6-1b所示的方向盘操纵杆以及一些传动轴等均是扭转变形的实例，它们的受力简图如图6-1c所示。
外力偶矩的计算
IP称为横截面对圆心O点的极惯性矩，也称界面的二次极矩，单位为m4。
其与截面的形状和尺寸有关。
实心轴的扭转截面系数
空心轴的扭转截面系数
由
得
两边积分
对于同一截面得等截面圆轴，如果在长度内各截面扭矩也相等，则T、GIP为常数。
上式积分为
圆轴扭转时除了强度要求外，有时还有刚度要求，即要求轴在一定的长度内扭转角不超过某一值，通常限制单位长度转角。
对于等截面圆轴，则有
工程上，单位长度许可转角的单位为m，考虑单位换算，则得
注意：
运用圆轴的刚度条件，也可以求解截面设计、校核和确定许可载荷等三类问题。
课后作业
教学后记（包括内容、方法、学情、资源等）
授课序次
12
授课学时
2
授课类型
理论课
授课题目
弯曲内力
教学
目标
知识：
掌握弯曲内力的求法
能力：
初等函数图像的运用
素质：
连线以往的知识
重点
难点
分析
重点：
弯曲梁的内力求解
难点：
载荷与内力的关系
教学
方法
手段
案例法
思维导图法
多媒体
学生
课前
准备
截面法
教师
课前
准备
相关知识准备
粉笔
正装
教学内容与过程
辅助手段
时间分配
梁简化为一直杆并用梁的轴线来表示。
根据支座对梁约束的不同特点（支座可简化为三种形式：
活动铰支座、固定铰支座、固定端支座），简单的梁有三种类型（图7-1）：
简支梁（梁的一端为活动铰支座，另一端为固定铰支座）；外伸梁（梁的一端或两端伸出支座之外的简支梁）；悬臂梁（梁的一端为固定端支座、另一端自由）。
问题：
梁在发生平面弯曲变形时，横截面上会产生何种内力素？
在横截面上会有几种内力素同时存在？
如何求出这些内力素？
图7-3
例：
欲求图示简支梁（图7-3）任意截面1-1上的内力。
在1-1截面处将梁截分为左、右两部分，取左半部分为研究对象。
在左半段的1-1截面处添画内力FS、M，（由平衡解释）代替右半部分对其作用。
整个梁是平衡的，截开后的每一部分也应平衡。
由得
FS：
是横截面上切向分布内力分量的合力，因与截面1-1相切，故称为截面1-1的剪力。
M：
是横截面上法向分布内力分量的合力偶矩，因在纵向对称面内且与截面垂直，故称为截面1-1的弯矩。
由于取左半段与取右半段所得剪力和弯矩的方向（或转向）相反，为使无论取左半段或取右半段所得
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