结构力学
结构力学范文第1篇
⑴基本概念和原理主要包括:
①物质的组成、性质、变化;
②化学量及化学用语;
③物质结构和元素周期律;
④化学反应速率和化学平衡;
⑤电解质溶液。
⑵元素及其化合物主要包括:
①金属部分:碱金属、镁铝、铁铜等。
②非金属部分:氢、卤素、氧族、氮族、碳族等。
⑶有机化学主要包括:
①烃:饱和烃、不饱和烃、芳香烃等。
②烃的衍生物:醇、酚、醛、羧酸、酯、卤代烃、硝基化合物、糖类、氨基酸、蛋白质等。
③有机材料:天然有机高分子材料、合成材料、新型材料等。
⑷化学实验主要包括:
①常用仪器的使用与用途;
②化学实验基本操作;
③气体的实验室制法;
④物质的分离、提纯和鉴别;
⑤化学实验的记录方法和基本实验的设计等。
⑸化学计算主要包括:
①基本计算:常用量的计算、化学式的计算、溶液的计算、化学方程式的计算等。
②综合计算:两种或两种以上基本计算的综合应用。
二、能力结构:
⒈观察能力测试要点:
能够通过对实验现象、实物、模型、图形、图表、自然界、生产、生活中的化学现象的观察,获取有关的感性知识和印象,并对这些感性知识进行初步加工和记忆。
①化学实验现象的观察:由此获得化学抽象概念,如化学原理的实验分析。
②实物及其模型的观察:由此思考实物结构特征,如化学物质的结构分析。
③化学图形图表的审视:由此捕捉化学隐含信息,如化学规律的函数分析。
④化学自然现象的观察:由此把握自然现象内涵,如自然现象的实验分析。
⑤化学生产现象的观察:由此理解化学技术价值,如生产原理的观察分析。
⒉实验能力测试要点:
①用正确的化学实验基本操作,完成规定的“学生实验”能力。
②观察记录实验现象,分析和处理实验结果和数据得出正确结论的能力。
③初步处理实验过程中有关安全问题的能力。
④能识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力。
⑤根据实验试题的要求,设计简单实验方案的能力。
⒊思维能力测试要点:
①对中学化学知识融会贯通的能力。
②解析实际问题(包括对化学微观结构的三维想象),调用(分解、迁移、转换、重组)相关知识予以解决的能力。
③处理信息并总结成规律,并用以推理、想象的创造能力。
④选择解决问题最佳方案的评价能力。
⑤化学问题数学处理的创造能力。
思维品质的层次:
①思维的严密性(逻辑性、深刻性、精确性和科学性)和流畅性(敏捷性)。
②思维的整体性(广阔性、有序性和综合性)。
③思维的创造性(变通性、独特性)。
⒋自学能力测试要点:
①敏捷地接受试题所给出的新信息的能力。
②将试题所给的新信息,跟课内已学过的有关知识结合起来,解决问题的能力。
结构力学范文第2篇
【关键字】思维 演绎法 典型例题 结构理论 教学模式
【中图分类号】C42 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08(b)-0036-01
结构力学教学一直是高等大学院校土木工程专业教学中的难点与重点。由于结构力学在土木工程技术中的重要性,结构力学教学质量成为衡量大学土木工程专业教学水平的重要指标。作为土木工程专业设计的主要理论工具,结构力学本身具有很强的理论性与应用性。提高结构力学教学水平必须使结构力学的力学理论与结构计算应用较好的结合与相互促进,在实际教学中收到事半功倍的效果。
在实际教学中我们逐步摸索出一套适于在教学中将结构力学的力学理论与结构计算应用相结合的方法-演绎法教学。演绎法作为人的一种科学的思维方法,它符合人的认识规律和感知规律。以演绎法思维方式为核心,发展出的一套以演绎思维为基础的教学模式,我们称它为演绎法教学。
在结构力学教学中实行演绎法教学主要有以下几个环节:
1 典型例题的演绎安排
结构力学知识点多、理论体系复杂,理论的阐明与具体化都是通过典型算例的演绎来表达与验证。如何对选取的算例进行合适的、恰当的演绎、排列是结构力学学科开展演绎法教学的关键,它直接影响到学生的理解与接受能力。教学实践证明在结构力学教学中如果从新的理论入手,每个章节一开始便给学生讲解复杂的结构力学理论如:虚力原理、虚位移原理、变分原理等等则易使学生陷入迷惑与疲惫之中,随之而来的课堂练习讲解则给学生带来更多的理解困难与学习压力,最后必将使学生陷入题海战术而不能自拔。演绎法教学则从简单的经典例题入手,通过具体例题逐步引入结构力学的理论知识,通过例题的演绎与展开将理论不断深化。这样既会使学生对影响线的学习产生好奇与兴趣,同时简单算例的引入使学生很快便接受并理解了影响线的概念与意义,比单纯的直接讲解影响线概念要具有很好的效果和作用。在讲解了影响线解析求解的基础上我们再引入机动法的简单例题求解影响线,由于求解结果与解析法产生一致的结果,学生对机动法的简便与直接产生极大的兴趣,这时可以及时的介绍机动法的理论依据,并通过例题引入刚体虚功原理。这样既能顺利的完成教学任务与指标,又能使学生通过相互比较来理解静力解法与机动解法的联系与区别,深化了学生的认识,提高了学生掌握知识的能力。最后我们通过一个简支斜梁的典型算例来演绎机动法的应用与难点,引导学生用三种方法来求出机动解,通过不同解法使学生深化了解机动法、刚体虚功原理以及它们的不同形式与适用范围,培养学生灵活应用知识的能力;如果单纯的孤立的讲解静力法与机动法将使学生不仅感觉知识点太多太难,更易使学生产生产生厌倦心理,最后将会放弃学习。通过例题的层层展开以及演绎讲解使学生产生一种渴望了解与学习的心理,主动学习与思考。典型例题的演绎安排符合人的认识规律,既保证了教学任务的顺利完成,又使复杂枯燥的理论学习变得简单易懂,培养学生的学习兴趣与思考能力。
2 理论知识的演绎展开
在讲解典型例题的过程中要对结构力学的理论知识进行演绎展开,在理论讲叙过程中要体现各个知识点的内在联系以及相互关系。理论知识的讲解与展开不是简单的呈列与表达,要努力体现结构力学的学科特点与研究方法。采用演绎法对结构力学的研究方法与学科特点进行展开,使学生深入的了解结构力学与以前的材料力学以及理论力学的区别与联系,认识结构力学的知识体系与理论依据,促使学生真正理解与掌握结构力学的计算原理与方法,达到举一反三,融会贯通的效果。这些理论的表达与描叙不仅仅通过抽象的语言文字以及数学符号来表达,而且逐步通过典型例题的演绎展开而不断深化。如果我们在讲解虚功原理之前先回顾与复习刚体虚功原理以及以前章节的影响线计算,然后再引入变形体的概念与例子,这样便使学生对虚功原理的来源及意义有了初步的认识和了解;接下来我们便引入几个刚体虚功原理的典型算例来导出虚功原理,用这种方式演绎出的虚功原理形式简单,意义明确,学生不仅很快理解虚功原理的意义,并且对以前的刚体虚功原理的认识有了进一步深化;接下来我们通过虚功原理表达公式的推导以及演绎使学生对虚功原理的概念与意义有了进一步的理解与认识;最后通过位移计算的经典例题的展开学生对虚功原理的理论知识有较为全面的理解与认识,这样学生逐步对结构力学的概念、定义、公理以及原理进行掌握与应用,真正做到力学理论与结构计算的有机结合,在教学中不仅提高了学生的理论水平,还培养了学生自我学习,自我思考的能力,为学生的进一步学习与深造打与下良好的基础。
3 教学方式的演绎法改革
演绎法教学过程中必须促使学生成为演绎法教学的主体而不仅仅是知识的被动接受者。学生应成为演绎教学的主动参与者,并且在演绎教学的过程中完成思维过程的演绎发展,消化吸收课堂的理论知识。通常采用随堂考试、课堂即时练习、黑板答题讲解以及错误分析等方式使学生在课堂教学中随着演绎教学的展开而逐步掌握理论知识,并通过练习纠正自己的错误认识以及模糊概念。这样学生不仅记忆深刻,而且掌握牢固,从而使学生从繁重的课后练习和题海战术中解脱出来。通过当堂讲解这些学生的答题不仅可以使这些学生矫正错误,还让其他学生从他们的错误认识中发现问题,自我校正自己的理解。课堂演绎教学极大的提高了教学的效率,大家同时共享答题者的经验与错误。通过答题的相互启发和借鉴,学生对课堂知识理解更加深刻与扎实,与课外练习相比课堂练习的学习效率和成果有显著的优势,特别是对于水平处于中下等的学生课堂练习学习效果更加显著。由于缺乏鼓励与良好的学习成果,水平处于中下等的学生往往没有太好的自我学习的约束力,课外练习往往也成为这些学生在学习中的主要障碍;而大量的课堂例题给这些学生的启发与收获是他们在课外练习中无法达到的,通过课堂演绎练习达到了事半功倍的效果。
结构力学范文第3篇
关键词：结构力学 内力计算 结构力学求解器
1 结构力学求解器简介
结构力学求解器是清华大学结构力学教研室研制的，它是一个面向学生、教师及工程技术人员的计算机辅助软件，可以帮助学生解题、验算，可以辅助教师演示结构的受力和位移状态，也可以辅助工程技术人员进行设计。[1]
求解器主要适用于平面杆系结构，所以只要简化为平面杆系结构的实际结构便可通过结构力学求解器求解。它能够分析结构的几何构造、内力、位移、影响线、自由振动、弹性稳定和极限荷载等。[2]
求解器虽然小巧，但是可以解决多种工程结构，如梁、拱、框架和桁架，求解器分析和解决问题的过程为：建立结构模型――输入荷载――求解，结构力学求解器能很好的人机交互，使用者可以通过各种菜单进行命令输入，也可以直接在编辑窗口内输入各种命令，特别适用于初学者。
求解器强大的求解功能为结构提供了一个计算机数值实验平台，可帮助学生进行力学计算，特别是针对基础薄弱，同时学习能力较差的专科院校的学生，这个软件很有必要推广使用。求解器推出的最大意义是对教学改革的推动作用。传统的结构力学基本上是面向手算的，内容体系上明显的受到计算手段的限制。例如：几何组成分析的三角形法则、位移计算的图乘法、力法中取静定结构为基本体系、力矩分配法等。这些方法、很难应用到工程中大型结构的分析当中，这就使得学生很难对大型结构的受力性能有较直观的感受和切实的体验，求解器的出现为打破这种局面提供了可能性。
2 结构力学求解器的应用
很多的职业院校越来越注重实践教学、培养学生的技能和塑造实用型的人才。在建筑工程技术领域，尽管更多的学生会选择施工方面的工作，进入设计院的很少，但必要的力学计算能力和构造知识是必不可少的。可以这么说，能掌握内力的分布和必要的构造知识，对提高施工质量很有帮助。然而，构造知识容易查找，即使在学生毕业以后，也可以通过各种规范查找到相关的要求，但是，力学的分析和计算是通过自学完成有一定的难度，即便是在课堂上花了很多的时间讲解，相当一部分学生还是不能很好的理解，有的当时能理解，等不到毕业就全部忘记。相比较而言，学生对计算机的掌握要容易得多，也有学习兴趣，通过实践教学发现，在课堂上讲解内力计算，学生学习的积极性不高，一方面是因为基础薄弱，对一般平面力系不会分析，不会深刻的理解平衡的原理，通过列平衡方程来求解，另一方面，学生本身对计算有“恐惧”心理，数字再麻烦些，学生就基本不愿意动手计算了。然而，在机房给学生讲解力学求解器，基本所有的学生都会跟着操作，也会很积极的提出问题，学习积极性很高，特别是能成功求解以后，学生会有成就感，这对后面的学习非常有益。运用学生在计算机方面的特长，借助结构力学求解器软件，帮助学生顺利完成力学计算向工程应用的过渡。近几年的教学实践证明，力学求解器是一个很好的教学手段。下面以一根外伸梁的设计为例讲解结构力学求解器在《建筑力学与结构》课程教学上的应用。
题目：某钢筋混凝土外伸梁设计
资料：某支承在砖墙上的钢筋混凝土外伸梁（图1），拟采用混凝土强度等级C25，纵向受力钢筋HRB400，箍筋HPB235，构造钢筋HRB400，试设计该梁并绘制其配筋详图。有关数据详见下表，不考虑抗震因素。
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注：l1――梁的简支跨跨度；l2――梁的外伸跨度；q1――简支跨活荷载设计值；q2――外伸跨活荷载设计值；g――楼面传来的永久荷载设计值（不包括自重）。
梁侧、梁底抹灰分别为20mm厚的水泥砂浆和石灰砂浆。
以任务引领教学，这在很多院校都已经推广，这种教学手段，以实际的工作过程为导向，锻炼学生的实践动手能力，同时让学生学以致用，领会到知识的作用，体会到学习的趣味性和重要性。在《建筑力学与结构》这门课程中，通过课程整合，将力学与结构结合起来，以梁、板作为典型的受弯构件。以实际的结构设计过程为导向，以一根外伸梁设计为任务，将截面尺寸的确定、荷载计算、内力计算、配筋计算、结构施工图绘制、钢筋下料长度计算这六个过程分步讲解练习。省去截面尺寸确定和荷载计算这两步，可以直接来观察力学求解器在内力计算过程中的应用效果。
通过计算，以上给定条件的外伸梁，恒荷载g=42.12kN/m，活荷载有两种情况，简支跨q1=30kN/m，外伸跨q2=
100kN/m，荷载组合有三种情况，计算结果见图2。
通过三种计算结果比较，求解出最大的弯矩和剪力，用于后面配筋计算。如果手算，会发觉过程比较复杂，首先要运用平衡的原理计算出支座反力，再运用截面法或者规律法、面积法等常用的方法求解弯矩和剪力。数据带有小数点，增加了计算的难度和准确度。另一方面，有些学生根本不善于手算，在完成外伸梁设计时，可能就卡在这一环节，然而，没有内力计算的数据，后面设计步骤也无法完成。同时，这三种组合，对应的计算简图只是数据上的差别，其他的条件不变，这时，如果运用结构力学求解器就会很简便。
通过输入数据，熟练操作力学求解器的同学会发现，只需一次建模，后面只要修改荷载条件中荷载大小这一个数据就能很快求解三种组合，而且计算结果准确，快捷。内力计算完成，会使学生有一定的成就感，后面的配筋计算、结构施工图绘制和钢筋算量过程，相比而言容易掌握，教学可以持续下去。
教学实践表明，在结构力学教学中引入结构力学求解器，提高力学教学效率，激发学生学习结构力学的兴趣，加强了学生对结构力学基本概念和基本原理的理解，大大提高了解题速度。
3 结语
运用结构力学求解器对实际结构进行分析时，首先要简化为理想的计算简图，实际结构的受力与计算简图吻合，这样可以很方便快捷的了解实际结构的真实受力状态。在实际的教学中，也发现一些问题。学生在把实际结构绘制成计算简图时，对支座的处理，结点之间的连接方式，计算长度的计算，荷载的处理存在问题。比如说结点之间是刚接还是铰接，两种不同的连接方式，计算结果会完全不一样：刚接点肯定有弯矩，而铰接的地方一般弯矩都为零（有集中力矩作用除外）。有的时候建模错误，会导致是一个可变体系，根本不能求解。所以，运用求解器计算，前提要正确的建立模型。这些环节直接影响到计算结果的准确性。虽然能熟练运用软件，但是不理解这些力学上最基础的知识，也只能是一个软件操作者，而不能达到教学上建筑工程技术专业人才的要求。借助结构求解器对教材上的例题进行分析计算，学生对实际结构由于结点、支座的不同简化，引起内力的不同，有了深刻的理解，从而掌握实际结构简化成理想简图的方法。
最后，我们要明白，类似于求解器的一些软件只是一种学习工具，在学习和工作的过程中，不能代替笔与纸的计算。只有打牢基础知识，才能对其中的原理深刻理解，而基础知识的熟练掌握，只有通过笔与纸的计算才能达到。软件并不能完全代替人工，在实际运用结构力学软件中，也是需要人工对于约束边界条件进行验算，如变形连续条件，因而基本知识的掌握是十分必要的。对于力学知识的掌握，理解才是最本质的要求。
参考文献：
[1]袁驷，叶康生，袁征.结构力学求解器的算法与性能[J].工程力学，2001（A1）.
[2]龙驭球.结构力学I[M].北京：高等教育出版社，2006.
[3]杨宁侠.浅谈建筑力学与结构课程改革[J].山西建筑，2010（16）.
结构力学范文第4篇
关键词:应用型本科;结构力学;考核方案;土木工程
众所周知，结构力学是本科阶段力学最难的一门力学，尤其是影响线、位移计算、力法、位移法、矩阵位移法、弯矩分配法和剪力分配法、结构动力学、结构的弹性稳定和结构的极限荷载等内容，因其计算公式复杂，很难全面记住这些公式，不利于检核学生对这些计算原理的理解程度。另一方面应用型本科多数属于专升本不久的二本高校，其生源相比985、211等其他一本高校，理论基础明显偏低，这些学生对这些偏难的课程本来学起来就吃力，更何况采取闭卷考试，进一步增加了难度，造成了卷面平均分数过低，及格率太少的现象，增加学生的厌学情绪。工程现场方案验算涉及的力学计算，往往都可以参考有关书籍，并非只凭记忆计算，而且还要最少2人同时平行计算，或者一个人采用2种不同方法计算，确保力学验算万无一失，准确无误，若仅凭记忆回忆，恐怕算得再久也难免有差错，再说工程现场力学向来只注重结果，不会在意是否参考了书籍。故而，应用型本科高校土木工程结构力学结课考核，应当采取开卷考试的形式进行考核，考核内容应当全面，难易适中，不要一味追求高难度题，也不要为了提高及格率，刻意避难就易，失去了检验学生掌握结构力学计算原理的目的。在此，重点探讨结构力学结课考核采取开卷考试形式的必要性。
一、现状及存在问题
当前，应用型本科高校土木结构力学结课考核依旧是采取普遍的闭卷考试，如湖南科技学院，之所以采取闭卷考试，原因有以下几点:(1)可以逼迫学生在结构力学上多发时间学习，多记一些计算公式和计算思路。(2)监考的时候可以轻松一下，一律收取所有资料，不用再细查书本夹带其他资料。(3)跟其他大多数考试一样，采取闭卷考试，可以避免不必要的非议。然结构力学结课考核采取闭卷考试形式带来的问题亦十分突出:(1)由于结构力学内容多，难度大，部分同学被吓住，直接选择放弃复习，寄希望于考场舞弊，抄袭其他同学的答案，或者做些小抄抄袭。(2)为了提高通过率，稍微复杂和难的重点知识点，往往通过再三权衡，将这类知识点直接剔除考试范围，只出一些简单的试题作为考核，降低了考试难度，甚至不得不给学生画考试重点，缩小考试范围，这样一来难以检验学生是否全面掌握结构力学的所有知识点。(3)试题稍微出难一些，卷面及格率、卷面平均分数就会出现极为低下的现象，挂科率大大增加，成为大学四年难以逾越的坎。针对这些问题，不少应用型高校教育工作者在此方面进行了积极的研究，并取得了有关成果。［1～5］
二、探究与建议
应用型本科土木工程专业结构力学结课考核在采取闭卷考试形式时，既然存在上述这些问题，就应该想方设法予以避免，为此，针对上述问题，提出以下几点建议:(1)借鉴注册结构工程师和注册岩土工程师的开卷考试形式，将结构力学结课考核的闭卷考试形式改为开卷考试，这样可以避免那些死记硬背的复杂计算公式和计算思路，可以充分调动大家的学习积极性，同时还可以取得检验学生是否全面掌握结构力学计算原理的目的。(2)题目难易适中，既有简单的送分题，给成绩差的同学顺利通过考核的机会，也要有比较难的试题，以筛选出学习认真的同学，作为评优评先的依据。(3)将考试形式改为开卷考试后，就可以不必要刻意在考前画重点，只需要强调考试范围为整个书本，不会超出书本范围，让大家全面复习书本，不死记书本，但要理解书本。
三、结语
经过上述探讨，将应用型本科土木工程专业结构力学结课考核考试形式改为开卷考试，可以避免很多不该出现的问题，还可以取得较好的效果，以促使学生用心学习，全面复习，真正达到理解力学计算原理的目的，为今后成为项目部或公司的总工打下坚实的力学基础。
参考文献:
［1］冯旻．改革工程力学考核方法加强素质教育的研究［J］．赤子(上中旬)，2016(17):108．
［2］乔文靖，李宝平，孟和，王帆．多元化《结构力学》考核体系的完善和应用［J］．山东工业技术，2015(23):242－243．
［3］张俊婷，李兴莉，林金保．基于创新和工程能力培养的基础力学课程考核方式改革初探［J］．才智，2015(32):47－48．
［4］顾铁凤，王晓君，韩志军．基础力学课程组合式考核方式的探讨与实践［J］．力学与实践，2015(4):539－541．
结构力学范文第5篇
关键词：概念结构力学;教学改革;土木工程
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2016）03-0008-03
结构力学是土木工程、水利水电工程、农业水利工程等专业的一门非常重要的专业基础课。其任务是掌握杆件结构分析计算的基本概念、原理与方法，了解梁、桁架、刚架、排架、组合结构和拱的受力性能与应用，主要培养结构分析、计算等方面的能力，为今后结构设计奠定力学基础。随着社会的发展与结构设计与分析软件的广泛使用，经典结构力学已不能满足市场的需求，于是在全国非力学专业力学基础课程专业指导委员会年会上提出了“概念结构力学”。
概念结构力学亦称“定性结构力学”、“感知结构力学”、“结构的哲学”。概念结构力学的出现一方面由于许多建筑师对结构受力原理理解不太透彻，另一方面是由于结构工程师“精于计算而疏于判断”，不能迅速对建筑师的设计进行评价、批判。结构力学在土木、水工等专业占有特别重要的位置。经典结构力学的学习，为各专业奠定了良好的基础[1-2]。
随着结构计算软件的广泛使用，结构力学的一些手算方法（如力矩分配法、D值法等）已失去原有的重要性。与过去的教育理念不同，现在注重学生应用知识解决问题的能力。不少单位要求本科毕业生具备熟练使用某种计算软件（SAP2000、ANSYS、PKPM、Midas等）的能力，市场的需求直接推动了计算结构力学的快速发展。
结构计算软件功能强大，满足了学生计算复杂结构的要求，但也带来了困惑：如何判断计算结果好坏？如何优选设计方案？如何理解力流传递路径？这些问题催生了概念结构力学的产生。概念结构力学主要是为“创造一个优秀的结构”服务的，而经典结构力学、计算结构力学则偏向“很好地计算一个结构”。计算结构力学、概念结构力学须建立在经典结构力学的基础之上，概念结构力学则需计算结构力学的结果来检验人的判断，三者不能独立发展。目前，经典结构力学已经相当成熟，计算结构力学逐步完善，而概念结构力学刚刚起步[3]。
瑞士著名结构大师Prod. Gertrude Stein曾说过：“即使在电子计算机时代，设计人员仍应运用自身的结构概念、经验、判断力和最新观念来主导设计。”功能强大的结构计算软件满足了学生、设计人员计算复杂结构的要求，但往往由于上机算题的学生、设计人员对程序的理论假定、适用范围和限制条件等尚未完全吃透，或有时由于人为的输入数据有误（包括几何尺寸、物理参数和荷载等），特别是结构边界条件（刚接、铰接和半刚接等）的拟定与实际不符，均会导致计算结果不正确。因此，应对程序计算结果进行正确的判断与把握。
概念结构力学的两大任务：对结构受力规律与变形趋势进行判断;为构造协同工作能力强的结构提供概念服务。课堂上，在经典结构力学的基础之上应辅以概念结构力学的内容。概念结构力学强调趋势的判断，提高、训练判断力，将学生的精力主要集中在事物的因果关系上，而不是消耗在复杂的运算之中。
一、概念结构力学的教学策略
（一）受弯构件的理解
钢筋混凝土梁是典型的受弯构件，应用很广，主要承受弯矩、剪力，其下部纵筋主要用来承受弯矩产生的拉力，箍筋、弯起钢筋主要承受剪力。可把设有弯起钢筋的钢筋混凝土梁设想为带有下斜腹杆的平行弦桁架。受拉纵筋为下弦，上部受压混凝土为上弦，箍筋为竖向腹杆，而弯起钢筋则是斜腹杆。理解上述钢筋混凝土梁的受力状态，可加深对受弯构件的理解。反过来，亦加深了学生对桁架结构的理解，理清了各部分杆件所起的作用。在静定桁架部分，课堂上不仅要讲清节点法与截面法，还要结合受均布荷载作用的单跨静定梁的弯矩图和剪力图，补充上下弦杆、腹杆的内力沿跨度的变化趋势，使学生彻底理清每根杆件在桁架结构中所起的作用。
（二）实际工程结构的总体估算
在结构方案设计阶段需对结构模型、边界条件及所作用的荷载进行简化处理与计算，判断设计方案在结构承载力与变形等方面的可行性。这种估算可较粗略地进行，以求快速简捷。采用概念设计方法可在方案的对比与优选中选择出更为优秀的结构设计方案，方案优选不仅仅体现了方案的经济性与可靠性，同时亦有效避免了设计后期的烦琐计算。
图1 风载作用下的弯矩图
著名的巴黎埃菲尔铁塔，总高324米。该结构具有造型优美、受力合理、建筑结构完美统一的特点。从受力角度来看，铁塔可看成是嵌固在地上的悬臂梁，风载是其主要控制荷载，因铁塔总体外形与风载作用下的弯矩图（见图1）十分相似，因此充分发挥了塔身材料的强度与刚度，受力非常之合理。
再以原纽约世界贸易中心大楼（如图2所示）为例，说明如何对房屋结构进行简化、估算[4]。该建筑是两栋形状相似的110层方形塔楼，高412m，平面尺寸为63.5m×63.5m，采用筒中筒结构，外筒为密柱框筒。总体高宽比h/d=412m/63.5m=6.49。风载较大，验算风载作用下柱子的附加轴力、塔楼顶部侧移。初步估算时，可将问题作如下简化：（1）塔楼看作嵌固于地面的悬臂梁;（2）筒中筒结构在水平荷载作用下，内筒主要抗剪，其抗弯作用比外框筒小得多，近似估算时先只考虑外框筒的抗弯作用;（3）外框筒结构密柱间有刚性横梁相连，近似看作是共同工作的整体箱形截面;（4）风载取均值。
图2 原世界贸易中心估算简图
首先计算均布风载作用下结构底层最大弯矩及结构总体截面惯性矩，而后计算出边柱由风载引起的最大附加应力，即可计算出单柱由风载引起的附加内力。风载作用下房屋顶端侧移的估算：等截面悬臂梁端挠度=qh4/（8EI），框筒箱形截面柱是变截面柱，底部柱截面大，上截面越小，近似认为柱顶截面为0的均匀变截面构件，则变形要比等截面构件大些，顶端侧移=qh4/（2EI），根据该式即可判断侧移是否满足相关要求。高宽比对侧移、结构内力影响显著，可增大、减小宽厚比来对比不同方案的计算结果。在高层房屋的方案阶段，设计人员须应用概念设计的理念，合理控制结构的高宽比。
（三）结构与构件的合理搭配
结构与构件的合理搭配可收获得良好的受力效果。以三铰屋架为例，如图3所示，梁同时承受轴压力和非节点横向屋面荷载，斜梁将承受较大弯矩。若在节点构造上稍作处理，做成偏心节点，则可大大降低跨中的弯矩，甚至可减小一半。由此可见，合理的措施，可有效改善此类结构的受力[4]。
图3 斜梁轴心、偏心受压时的弯矩图
（四）约束对结构内力和变形的影响
结构的内力与约束形式（结点、支座）息息相关。约束类型、数量影响着结构内力分布与变形。以单层单跨无铰、两铰和三铰刚架为示例（见图4b、c、d），三者与图4a排架相比[5]，刚架受力特性优于排架，因刚架内力分布更均匀，承载力、刚度均高于排架。三铰刚架为典型的静定结构，地基的沉降对其内力没有影响，但刚度较弱，内力较大。无铰刚架刚度大，内力小，但对地基条件要求较高。两铰刚架则介于二者之间。通过以上分析可得如下结论：约束越多，内力越分散且越小;约束越多，刚度越大且变形越小。在结构设计中可通过增加约束的方式，提高结构的承载力与刚度。
图4 不同约束形式下刚架内力的对比
（五）刚度理论在概念设计中的运用
工程结构在设计过程中，各部分构件的布置及结构分析阶段，常较关注外荷载，即注重“力”，而轻视结构及构件抵御外荷载的能力、不重视影响构件内力和变形的刚度。灵活应用刚度理论，可消除隐患，获得受力性能优良的结构。工程结构构件的布置、截面的选择，均为寻求合理的刚度。结构、构件的刚度的选择贯穿于设计的整个过程之中。
刚度在结构的设计中占有非常重要的地位，结构中力的平衡、变形的协调、构件的内力均通过构件线刚度及相对刚度的大小来体现[7]。例如图5a所示门式刚架，柱的线刚度ic=EIc/h，梁的线刚度ib=EIb/l，可通过改变梁柱线刚度比值α，让学生直观地体会内力与变形的变化。当α由零（图5b）逐渐增加至很大时（图5d），梁端弯矩不断增大，柱的反弯点逐渐降低，且反弯点在柱上半部分移动。
图5 门式刚架
（六）主次结构的概念分析
绘制图6a多跨超静定梁的弯矩图。铰C处作用一集中荷载，该荷载由AC承担，CD承担，还是二者共同承担？该结构有主次之分，AC为基本部分，CD为附属部分。当集中荷载作用于主次部分相连铰上时，该荷载由基本部分承担[7]。在这里可打一比方，将杆AC比作父亲，杆CD比作须依靠父亲的扶持才能走路的婴儿，铰C可看为父子手牵着手，而集中荷载可看作二人共同拎的一个包，该包明显由父亲负担，因为婴儿根本无法拎动包。从受力角度上讲，CD得依靠AC才能稳固，若撤去AC，那么CD将成为机构;而撤去杆CD，AC仍为几何不变体系。因此该集中荷载只对AC产生作用，而CD并无内力。这样，BC段可看成是悬臂梁，其弯矩图可轻易绘出，B点弯矩值亦容易计算。AB段无荷载作用，剪力保持不变，且铰A处弯矩为零，弯矩图为一直线，直接连接B处弯矩值与A处弯矩值即可绘制出弯矩图（见图6a）。
图6 多跨梁
但是，也有例外，如图7a所示，ADB为基本部分，杆BC为附属部分，二者用铰B连接，其上作用集中荷载F/2，该荷载是由基本部分还是由附属部分承担呢？答案是由附属部分BC承担。与以上不同，作用于附属部分上的三个荷载构成平衡力系，整个结构仅BG段有内力。铰B处的集中荷载由附属部分承担，并不是由基本部分承担，其弯矩图如图7b所示。
以上两个结构是有主次之分的，有些结构无主次之分，如图8a所示。由于结构对称，因此集中荷载Fp将平分给两个附属部分，其弯矩图如图8b所示。
图8 结构无主次之分
二、教学反思
传统的结构力学在教学方法与内容上大同小异，主要培养目标是学生掌握好课本上的基本理论与计算方法，整个封闭的教学活动过程仍属于应试教育，学生独立思考的空间小，不利于人才的培养。在定量传统结构力学教学的手算基础之上，应与建筑结构选型相结合，对常见的梁、刚架、拱、桁架和组合结构等的受力性能、适用范围进行总结与讨论，定性判断计算结果的正误，通过探讨式、问题式教学方法深度融合概念结构力学的内容。对概念结构力学教学方法进行研究，充分运用现代教学手段，用先进的教学方法给学生传授与时代同步发展的学科知识。概念结构力学主要为创造一个好的结构服务，是结构的灵魂。在结构力学也课堂上，在经典结构力学知识的讲授之上须辅之以概念结构力学知识，通过案例式实例教授概念分析，授课过程中强调趋势的判断，使得教学、练习朝着训练学生判断力的方向发展，摆脱复杂的运算，将精力主要集中在事物的因果关系上，努力提升学生的概念分析能力，通过结构的概念分析，激发学生的创造性与乐趣，培养出具有创新能力的人才[8]。
参考文献：
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用研究[J].高等建筑教育，2010，（6）.
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[6]朱慈勉，尹小明.概念设计的意义和应用分析[J].建筑
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[8]刘新柱，王冬，潘佳卉.基于创新能力培养目标的工程力
