建筑力学与结构

一、课程的性质与任务

    建筑力学与结构是高职建筑工程技术专业的主要专业课之一，它包含建筑力学与建筑结构两部分内容。主要阐述静力学基本理论与力系的平衡条件、常见建筑结构的基本理论及各种基本构件和基本结构的内力分析、建筑结构的设计原则和设计方法。

    本课程的任务是研究杆件或杆系结构在荷载作用下的平衡条件及承载能力，介绍建筑结构的设计方法和房屋抗震设计的基本知识；介绍建筑结构基本构件的设计方法及结构施工图的绘制方法，为解决工程中的结构问题提供理论基础，使所设计和施工的构件既安全可靠，又经济合理。

二、课程教学目标

    (一)知识目标

    在整个教学过程中应从高职培养目标和学生的实际出发，对基本理论的讲授以应用为目的，教学内容以必需够用为度，重点讲授建筑力学与结构的基本理论和基本知识、常用杆件及结构的受力分析方法、结构的内力计算及内力图的绘制方法、结构位移的计算方法及常用结构构件的设计方法。

    (二)能力目标

    具有对一般结构进行受力分析、内力分析和绘制内力图的能力；具有测试强度指标和构件应力的初步能力；具有对构件进行强度、刚度和稳定性计算的能力。

    具有正确识读和熟练绘制结构施工图的基本能力；具有正确选用各种常用结构材料的能力；具有对常用结构构件进行计算、设计和验算的基本能力；具有处理施工中有关结构问题的一般能力。

    (三)德育目标

    培养学生勤奋向上、严谨细致的良好学习习惯和科学的工作态度；具有创新与创业的基本能力；具有爱岗敬业与团队合作精神；具有公平竞争的意识；具有自学的能力；具有拓展知识、接受终生教育的基本能力。

三、课程内容及教学要求

    (一)绪论

    1．主要内容

    建筑力学的研究对象和任务；建筑力学的内容简介；建筑结构的概念；混凝土结构、砌体结构和钢结构的主要优缺点；建筑结构发展概况；本课程与其他课程的关系及学习方法。

    2．教学要求

    本章要求掌握建筑力学的研究对象和任务；建筑力学的内容；建筑结构的概念及分类；了解钢筋混凝土结构、砌体结构和钢结构的主要优缺点、应用范围及发展概况；了解本课程的特点、地位及学习方法。

    (二)静力学的基本知识

    1．主要内容

    静力学的研究内容，平衡、刚体和力的概念；静力学公理，力的可传性原理，三力平衡汇交定理；约束和约束反力，主动力；脱离体和受力图，物体的受力分析。

    结构的计算简图；杆系结构的分类；荷载的分类。

    力系的分类及特征。平面汇交力系合成的几何法及平衡的几何条件；力在直角坐标轴上的投影，投影与分力的区别，合力投影定理；平面汇交力系合成的解析法及平衡的解析条件；平衡方程及其应用。

    力对点之矩，合力矩定理；力偶、力偶矩、力偶的性质；平面力偶系的合成和平衡条件。    力的平移定理，平面一般力系向作用面内任一点的简化；力系的主矢量和主矩；力系各种简化结果的讨论；平面一般力系的合力矩定理；平面一般力系的平衡条件及其应用，物体系统的平衡。

    2．教学要求

    掌握平衡、刚体及力的概念；掌握工程中常见几种约束类型的约束作用、简图及其反力；掌握正确画出分离体和受力图的方法；理解静力学公理及推理；了解把简单的工程实际问题抽象为力学模型的方法；了解荷载的分类，能从简单的物体系统中选取脱离体并正确画出受力图；了解选择结构计算简图的原则和方法。

    了解力系的分类；正确理解力和力偶的性质；理解合力投影定理及合力矩定理，能熟练地计算力在坐标轴上的投影和力对点的矩；掌握力偶及力偶矩的概念，理解力偶的性质，掌握平面力系的简化理论，能运用平面力系平衡方程求解单个物体和简单物体系统的平衡问题。

    (三)轴向拉伸和压缩

    1．主要内容

    强度、刚度、稳定性的概念；变形固体的概念及其基本假设；杆件变形的基本形式；内力、截面法；应力、正应力、剪应力、变形和应变。

    轴向拉伸和压缩的概念，轴力和轴力图；轴向拉压时横截面上的应力，轴向拉压时的变形、线应变、虎克定律、线弹性模量、抗拉压刚度、横向变形、泊松比；低碳钢的拉伸试验、一一s图；比例极限、弹性极限、屈服极限、强度极限、延伸率、截面收缩率、冷作硬化；铸铁的拉伸试验；低碳钢和铸铁的压缩试验及两类材料力学性能的比较。极限应力、安全系数、许用应力。轴向拉压杆的强度条件及强度计算。

    2．教学要求

    掌握变形固体的概念及其基本假设，掌握弹性变形与塑性变形的概念；掌握内力、截面法、应力、变形和应变的概念；了解杆件变形的基本形式。

    掌握运用截面法计算轴力及画轴力图；掌握拉压杆横截面上及斜截面上的应力计算；掌握轴向拉压杆变形的计算、虎克定律的适用范围；掌握拉压杆的强度条件及强度计算；理解轴向拉伸与压缩的概念及其变形特点；理解极限应力、许用应力、安全因数的概念。

    (四)平面图形的几何性质

    1．主要内容

    物体的重心和形心坐标的计算公式；静矩的概念；静矩的计算及特性；组合图形的形心计算；惯性矩、惯性积的概念、惯性矩的特性、惯性半径；简单图形惯性矩的计算；惯性矩的平行移轴公式、组合截面惯性矩的计算；形心主惯性轴及形心主惯性矩。

    2．教学要求

    掌握组合平面图形静矩与形心的计算；掌握简单平面图形惯性矩的计算；掌握组合截面惯性矩的计算方法；理解静矩、惯性矩的定义；理解惯性矩的平行移轴公式；了解形心主惯性轴和形心主惯性矩的概念。

    (五)剪切与扭转

    1．主要内容

    剪切的概念、剪切的实用计算；挤压的概念、挤压的实用计算；

    扭转的概念；圆截面杆扭转时横截面上的扭矩；纯剪切变形、剪应变、剪应力互等定理，剪切虎克定律；圆截面杆扭转时横截面上的剪应力、极惯性矩，抗扭截面系数；圆截面杆扭转时的强度条件及强度计算。

    2．教学要求

    掌握运用剪切与挤压的实用计算方法校核连接件的强度；理解剪切变形的受力特点、挤压变形的概念；掌握圆截面杆扭转时扭矩的计算、横截面上应力的计算及轴的强度计算；理解剪切虎克定律、切应力互等定理；了解圆截面杆扭转时的变形计算及刚度条件的应用。

    (六)梁的弯曲

    1．主要内容

    梁弯曲变形的概念；梁平面弯曲时横截面上的内力——弯矩和剪力、内力正负号规定；截面法求指定截面上的内力；用剪力方程、弯矩方程作简单梁的剪力图和弯矩图；荷载集度、剪力和弯矩之间的微分关系及其在绘制内力图上的应用；叠加法绘制弯矩图；区段叠加法绘制弯矩图。

    梁纯弯曲时的正应力分布规律及正应力计算公式；梁的正应力强度条件及强度计算；矩形截面与工字形截面梁剪应力的计算公式、常用截面梁的最大剪应力公式；梁的剪切强度条件；梁的合理截面形状、提高梁抗弯强度的措施。

    梁变形的概念；挠曲线近似微分方程；抗弯刚度；叠加法求梁的变形；梁的刚度条件；提高梁刚度的措施。

    一点处的应力状态、单元体、平面应力状态、主应力、主平面，最大切应力；粱的主应力迹线；强度理论简介。

    2．教学要求

    理解梁平面弯曲的概念及其受力特点、变形特点；掌握用截面法计算梁的剪力和弯矩；掌握画梁的内力图的基本方法及其规律；理解荷载集度、剪力和弯矩之间的微分关系；理解叠加原理；掌握用叠加法画弯矩图。

    掌握正应力分布规律及横截面上任一点的正应力计算公式；理解正应力强度条件，熟练对梁进行正应力强度计算；了解剪应力的分布规律及剪应力强度条件；掌握梁的变形及刚度条件。

    掌握用叠加法求梁的变形、理解梁的挠度与转角的概念；了解梁的挠曲线近似微分方程、了解刚度条件及刚度计算；了解提高梁抗弯刚度的措施。

    理解应力状态、单元体的概念；掌握平面应力状态分析的解析法；掌握主应力、主平面、最大剪应力的概念及其计算；了解梁的主应力迹线；了解强度理论。

    (七)组合变形

    1．主要内容

    组合变形的概念及工程实例；斜弯曲变形的应力及强度计算；偏心压缩(拉伸)杆件的应力和强度计算；截面核心。

    2．教学要求

    掌握组合变形计算的叠加方法；掌握用强度条件及强度理论对组合变形进行强度计算；理解截面核心的概念。

    (八)压杆稳定

    1．主要内容

    压杆稳定的概念、失稳破坏；压杆的稳定与不稳定平衡；临界力、细长杆临界力计算的欧拉公式；杆端约束对临界力的影响；长度系数、计算长度；临界应力、长细比；临界应力计算公式的适用范围；超过比例极限时临界应力计算——经验公式、临界应力总图；压杆的稳定验算——折减系数法、提高压杆稳定性的措施。

    2．教学要求

    掌握压杆临界力、临界应力的计算、欧拉公式的适用范围；掌握柔度的计算、掌握用折减系数法验算压杆的稳定性；理解压杆稳定的概念；了解经验公式及临界应力总图；了解提高压杆稳定性的措施。

    (九)静定结构的内力分析

    1．主要内容

    几何不变体系及几何可变体系的概念、几何组成分析的目的；自由度和约束的概念；平面结构几何组成的基本规则；瞬变体系概念；平面体系几何组成分析；静定结构与超静定结构；几何组成与静定性的关系。

    静定结构的概念及其分类；多跨静定梁的受力特点及其分类、内力计算和内力图的绘制；静定平面刚架的受力特点及分类、内力计算和内力图的绘制；桁架的特点及其分类、节点法、截面法、联合法计算桁架内力、零杆的特征及其判定；影响线的概念、用静力法作简支梁的影响线、影响线的应用。

    2．教学要求

    掌握平面杆件体系几何组成的基本规律，能对一般的平面杆件体系进行几何组成分析。

    掌握静定结构内力的计算方法、能熟练绘制梁、刚架的内力图；掌握桁架的内力计算方法；了解影响线的绘制方法及掌握影响线的应用。

    (十)静定结构的位移计算

    1．主要内答

    结构位移的概念；变形体的虚功原理；结构位移计算的一般公式；荷载作用下结构位移计算的图乘法；结构由于支座沉陷引起的位移计算；弹性体系的互等定理。

    2．教学要求

    掌握结构位移计算的基本原理，能熟练应用图乘法计算梁和平面刚架的位移。

    (十一)超静定结构的计算

    1．主要内容

    超静定结构的概念、超静定次数及确定；力法的基本原理、基本结构；典型方程；用力法计算简单的超静定梁和刚架；支座移动时单跨超静定梁的内力。

    位移法的基本概念；基本未知量的确定；等截面直杆的转角位移方程；位移法基本方程；用位移法计算连续梁及超静定刚架。

    力矩分配法的基本原理；转动刚度、分配系数、传递系数、分配弯矩、传递弯矩；用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架。

    2．教学要求

    掌握力法、位移法的基本原理，能用这些方法计算常用的简单超静定结构的内力；熟练应用力矩分配法计算连续梁和无侧位移刚架；了解超静定结构的特征。

    (十二)建筑结构的基本设计原则

    1．主要内容

    建筑结构的功能要求和极限状态；极限状态设计方法；影响结构可靠性的因素；分项系数；按承载能力极限状态计算；按正常使用极限状态计算；耐久性规定。

    2．教学要求

    掌握结构的功能要求和极限状态的定义及分类；了解影响结构可靠性的因素；掌握分项系数；掌握承载能力和正常使用极限状态的实用设计表达式；了解混凝土结构耐久性的规定。

    (十三)钢筋和混凝土的力学性能

    1．主要内容

    钢筋的分类；钢筋的强度和变形；钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求；钢筋的选用；混凝土的立方体强度及强度等级；混凝土的轴心抗压强度；轴心抗拉强度；混凝土在一次短期加荷时的变形；混凝土在多次重复加荷时的变形；混凝土的收缩和徐变；钢筋与混凝土之间的粘结作用。

    2．教学要求

    了解钢筋分类；掌握钢筋的强度和变形性能；掌握钢筋的选用；掌握混凝土的强度与强度等级概念；了解混凝土的弹性模量与变形模量；了解混凝土的收缩与徐变；了解粘结作用的组成、粘结强度及其影响因素。

    (十四)受弯构件

    1．主要内容

    受弯构件的一般构造要求；受弯构件正截面破坏特征及适筋梁的正截面工作阶段；受  弯构件正截面承载力计算的基本原则；单筋矩形截面受弯构件正截面承载计算；双筋矩形  截面受弯构件正截面承载计算；T形截面受弯构件正截面承载力计算。

    斜截面破坏的主要形态；梁斜截面受剪承载力计算；纵向钢筋的弯起和截断；钢筋的构造要求。

    受弯构件的裂缝及变形验算简介。

    2．教学要求

    掌握梁和板的主要构造要求(包括梁和板的截面尺寸及配筋形式，梁和板内钢筋的直径与数量或间距)；保护层厚度、纵筋的锚固与接头、梁内箍筋和弯起钢筋的最大间距等构造要求。

    重点掌握单筋矩形面受弯构件正截面承载力的计算原理与计算方法；掌握双筋矩形截面和T形截面受弯构件正截面承载力的计算方法；掌握受弯构件斜截面承载力的计算方法；掌握钢筋的弯起和切断要求，能绘制抵抗弯矩图。

    了解受弯构件的变形特点及刚度的概念；掌握受弯构件变形和裂缝宽度的验算方法；掌握减少构件变形和裂缝宽度的措施。

    (十五)受扭构件

    1．主要内容

    矩形截面纯扭构件承载力计算；矩形截面弯剪扭构件承载力计算；受扭构件的构造要求。

    2．教学要求

    了解矩形截面纯扭构件承载力计算；掌握矩形截面弯剪扭构件承载力计算和受扭构件的构造要求。

    (十六)受压及受拉构件

    1．主要内容

    受压构件的构造要求；材料的强度等级；截面形式和尺寸；纵向钢筋、箍筋；轴心受压构件的计算；偏心受压构件的正截面承载力计算；偏心受压构件的斜截面受剪承载力计算；偏心受压构件裂缝宽度验算；轴心受拉构件的承载力计算；偏心受拉构件的正截面承载力计算；偏心受拉构件的斜截面承载力计算。

    2．教学要求

    掌握受压构件的构造要求；掌握轴心受压构件承载力计算，了解偏心受压构件的分类、破坏特点；掌握大小偏心受压的判别方法、了解附加偏心距及偏心距增大系数的概念；重点掌握对称配筋偏心受压构件承载力的计算方法；了解偏心受压构件斜截面承载力计算和裂缝宽度的验算。

    了解钢筋混凝土受拉构件的承载力计算；偏心受拉构件的正截面承载力计算；偏心受

拉构件的斜截面承载力计算。

    (十七)预应力混凝土构件简介

    1．主要内容

    预应力混凝土的基本概念；施加预应力的方法；锚具、夹具；预应力混凝土构件对材料的要求；张拉控制应力和预应力损失；预应力混凝土构件的构造要求。

    2．教学要求

    掌握预应力混凝土的基本概念与优缺点；了解预加应力的方法及锚具夹具；掌握预应力混凝土构件对材料的要求；掌握张拉控制应力的概念；了解预应力的各项损失及组合；一般了解预应力混凝土构件计算；掌握预应力混凝土构件的构造要求。

    (十八)钢筋混凝土梁板结构

    1．主要内容

    单向板肋梁楼盖结构平面布置、结构内力计算；截面配筋计算要点和构造要求；单向板肋梁楼盖设计实例；双向板肋梁楼盖结构平面布置；结构内力计算；截面配筋计算要点和构造要求；双向板支承梁的构造要求。现浇梁式楼梯、现浇板式楼梯、楼梯设计实例；雨篷板的承载力计算；雨篷梁的承载力计算；雨篷的抗倾覆验算；雨篷设计实例。

    2．教学要求

    了解钢筋混凝土楼盖的结构形式及其特点、掌握单向板肋梁楼盖的结构布置方式；重点掌握单向板肋梁楼盖的设计步骤及其计算方法(包括单向板肋梁楼盖的计算简图确定、梁板荷载计算、连续梁和板的内力计算、截面配筋计算要点与构造要求)；了解双向板肋梁楼盖的计算方法与构造要求；掌握楼盖结构施工图的绘制方法。

    了解钢筋混凝土楼梯的类型及受力特点；重点掌握钢筋混凝土楼梯的计算方法及构造要求；掌握楼梯结构施工图的绘制方法。

    了解雨篷的受力特点，掌握雨篷板、雨篷梁的承载力计算和雨篷的抗倾覆计算；掌握雨篷的构造要求。

    (十九)单层厂房排架结构

    1．主要内容

    排架结构的组成、传力途径及设计内容；结构的柱网布置；变形缝；支撑布置；抗风柱布置；圈梁、连系梁、过梁和基础梁布置。排架计算简图；排架荷载计算；排架内力计算；排架柱最不利内力组合；单层厂房柱截面形式及选取；柱截面配筋计算；牛腿设计；承重构件的选型；各构件间的连接。

    2．教学要求

    了解排架结构的组成、传力途径及设计内容；了解单厂结构布置；掌握排架计算简图的确定及排架荷载计算；了解排架内力计算及内力组合的方法，了解厂房柱的设计方法；了解厂房主要承重构件的选型和各构件间的连接。

    (二十)多层结构房屋

    1．主要内容

    多高层房屋结构体系简介；多层框架的类型及布置；框架结构的计算简图；梁柱截面形状及尺寸；材料强度等级。荷载的简化与计算；框架的内力和侧移计算简介；无抗震设防要求时框架结构的构件设计；非抗震设计时框架节点的构造要求；多层框架设计实例。

    2．教学要求

    了解多高层房屋结构体系、多层框架的类型及布置；掌握框架结构的计算简图确定；掌握荷载的简化与计算方法；了解框架结构的内力、侧移计算方法；掌握框架节点构造要求。

  (二十一)砌体结构

    1．主要内容

    砌体的块材；砌体的砂浆；砌体的种类；砌体的抗压强度；砌体的抗拉、抗弯和抗剪强度；砌体的弹性模量、摩擦系数和膨胀系数。

    无筋砌体受压承载力计算；砌体局部受压承载力计算；受拉、受弯和受剪构件的承载力计算；网状配筋砌体的承载力计算。

    混合结构房屋承重墙体的布置；房屋的静力计算方案；墙柱高厚比验算；刚性方案房屋墙、柱的计算；过梁、挑梁和砌体结构的构造措施。

    2．教学要求

    了解块材的种类及其强度等级、砂浆的种类及其强度等级；掌握砌体强度的影响因素。

    掌握无筋砌体及网状配筋砌体受压构件承载力计算方法；掌握砌体局部受压承载力计算方法；了解砌体轴心受拉、受弯和受剪构件承载力的计算方法。

    了解房屋承重墙体的布置和房屋的静力计算方案；掌握墙、柱高厚比验算的方法；掌握刚性方案墙、柱的计算方法；了解弹性及刚弹性方案房屋墙、柱计算要点；掌握过梁、挑梁和砌体结构的主要构造措施；具有进行一般砌体房屋设计的能力。

    (二十二)钢结构

    1．主要内容

    钢结构对钢材的要求；钢材的主要性能；影响钢材性能的因素；钢种、钢号及钢材的选用；钢结构的连接方法；焊缝连接的特性；对接焊缝的构造与计算；角焊缝的构造与计算；焊接残余应力与残余变形；普通螺栓连接的构造与计算；高强螺栓连接的性能与计算；轴心受力构件、受弯构件和拉弯、压弯构件计算；钢桁架外形及腹杆形式；屋盖支撑；普通钢屋架设计。

    2．教学要求

    了解结构用钢材的品种、规格和选用原则；了解钢材主要力学性能及影响钢材力学性能的各种因素；了解钢材的防火、防腐蚀措施。

    了解钢结构连接方法和特点；了解焊接方法和焊接形式；掌握对接焊缝和角焊缝的构造要求和计算方法；掌握限制残余变形和残余应力的措施；掌握普通螺栓和摩擦型高强螺栓的构造要求和计算方法。

    了解轴心受力构件的强度和刚度计算；掌握轴心受压构件的整体稳定和局部稳定计算；掌握实腹柱的截面设计方法；了解格构柱的设计过程和柱头、柱脚设计方法。

    了解钢梁的类型和应用；掌握梁的强度、刚度和整体稳定计算及提高整体稳定的措施。掌握型钢梁的设计方法；了解梁局部稳定的概念，设置加劲肋的原则及构造；了解梁的拼接和连接。

    了解钢屋盖的结构组成；掌握支撑的种类、作用和布置原则；了解普通钢屋架的形式和尺寸；掌握普通钢屋架的荷载及内力计算方法；掌握普通钢屋架的杆件截面及节点设计方法。

    (二十三)建筑结构抗震设计基本知识

    1．主要内容

    构造地震；地震波；震级；烈度；抗震设防；抗震设计的基本要求；多层房屋的抗震规定；钢筋混凝土框架房屋的抗震规定。

    2．教学要求

    了解抗震的基本概念、抗震设防目标和抗震设计的基本要求；了解多层房屋和钢混框架房屋的震害；掌握多层房屋和钢筋混凝土框架房屋抗震设计的一般规定；抗震构造规定。

四、课时分配（略）

五、实践环节

    1．作业(28学时)

    (1)物体的受力分析    1学时

    (2)用平面力系的平衡条件求解支座反力和约束反力    3学时

    (3)轴向拉压杆的强度计算    2学时

    (4)梁的内力图及梁的强度计算    2学时

    (5)静定平面刚架的内力计算及内力图绘制    2学时

    (6)用力法计算超静定结构    2学时

    (7)用力矩分配法计算超静定梁    2学时

    (8)钢筋混凝土外伸梁设计    4学时

    (9)钢筋混凝土受压柱设计    2学时

    (10)砌体受压柱设计    2学时

    (11)梁端局部受压计算    2学时

    (12)钢结构轴心受压柱设计    2学时

    (13)钢结构连接件计算    2学时

    2．实验(4学时)

    (1)低碳钢和铸铁的轴向拉伸和压缩实验(2学时)

    低碳钢拉伸实验：掌握拉伸图，应力一应变图及其特点，掌握强度指标、塑性指标的测定及弹性模量的测定，观察破坏形式。

    铸铁的拉伸实验：观察破坏形式，测定强度极限。

    低碳钢的压缩实验。

    铸铁的压缩实验。观察破坏形式，测定强度极限。

    (2)梁正应力电测实验(2学时)

    了解电测原理。用电阻应变仪测定梁纯弯曲时横截面上正应力的分布及其量值。

    3．课程设计(一周)

    该课程完成后，可安排一周课程设计，主要内容为：现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖设计，并绘制施工图。

六、大纲说明

    1．本大纲适用于三年制高职高专建筑工程技术专业。

    2．前修课要求：修完高等数学、建筑材料与检测、建筑识图与构造等课程。