建筑力学电子教案.doc

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教案

系部：

建筑工程系

课程：

建筑力学

班级：

建筑工程技术

教师：

教案

授课题目

章

绪论

授课时间

1

节

检查签字

授课时数

2

授课方法

讲授

教学目标

掌握：

建筑力学的任务

了解：

建筑力学的研究对象、研究内容、意义

教学重点

建筑力学的任务

教学难点

建筑力学的任务

教学内容、方法及过程

附记

导入新课：

土木工程是一门比较古老的学科，从古代的洞穴建筑到现代的高层、超高层建筑，经历了成百上千年的演变，从中人们不断的积累了丰富的实际经验和理论方法，这种经验和理论方法可以指导我们能够在以后的土木建筑中更好、更快、更安全的发展，那么建筑力学就是人们从实际经验中提炼出来，又可以指导人们日常工作的一门理论基础科学，可以说，建筑力学是建筑工程中最基础的，最具理论指导意义的科学，为我们后续课程的开展提供了必备的理论基础知识，所以大家要认真学好这门课程。

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

绪论

一、建筑力学的任务（掌握）35分钟

1荷载定义及其分类

荷载:

主动作用在房屋上的力。

（自重、风压力）

分类：

按作用时间分：

恒荷载和活荷载

按分布情况分：

分布荷载和集中荷载

按性质分：

静力荷载和动力荷载

2结构定义及其分类

结构:

是在建筑物或构筑物中起骨架（承受和传递荷载）作用的主要物体。

结构体系：

框架结构体系

剪力墙结构体系

框架—剪力墙结构体系

筒结构体系

巨型框架体系

3平衡状态定义

平衡状态：

结构及其组成结构的各构件相对于地面保持着静止状态。

4构件正常工作的三个基本要求

强度：

结构抵抗破坏的能力。

刚度：

结构（构件）抵抗变形的能力。

稳定性：

构件保持原有平衡状态的能力。

5由上述四个方面总结出建筑力学的任务

建筑力学的任务:

是通过研究结构的强度、刚度、稳定性；材料的力学性能；结构的几何组成规则，在保证结构既安全可靠又经济节约的前提下，为构件选择合适的材料、确定合理的截面形状和尺寸提供计算理论及计算方法。

二、建筑力学的研究对象（了解）15分钟

研究对象按几何特征分类：

1、杆：

它的几何特征是细而长，即l>>h，l>>b。

杆又可分为直杆和曲杆。

2、板、壳：

它的几何特征是宽而薄，即a>>t，b>>t。

平面形状的称为板，曲面形状称为壳。

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

3块体：

它的几何特征是三个方向的尺寸都是同量级的。

4薄壁杆：

它的几何特征是长、宽、厚三个尺寸都相差很悬殊，即l>>b>>t。

三、建筑力学的分析方法（了解）

建筑结构分析方法：

包括理论分析、实验分析和数值分析三个方面。

理论分析

实验分析

计算结构

实际结构

计算模型

实验模型

四、建筑力学的意义（了解）

1、基础学科，为后续建筑结构、施工技术、地基与基础等课程奠定理论基础。

2、结构设计，正确的对结构受力分析和力学计算，保证结构安全、经济合理。

3建筑施工，理解图纸（读图）、组织施工、制定安全质量措施。

举

例

讲

解

小结：

本次课重点掌握建筑力学的任务

了解建筑力学的对象、方法、意义

后记：

教案

授课题目

章

第一章静力学的基本概念

授课时间

2

节

第一节力和平衡第二节基本公理

检查签字

授课时数

2

授课方法

讲授

教学目标

掌握：

静力学公理

公理1力的平行四边形法则公理2二力平衡公理公理3加减平衡力系公理公理4作用力和反作用力公理公理5刚化原理

了解：

力的定义及分类、力系的定义及分类、静力学的研究问题

教学重点

静力学的基本公理

教学难点

静力学的基本公理

教学内容、方法及过程

附记

新课导入：

在平时生活中，力是无时无刻的存在我们身边的！

那么，什么是力那？

我们下面来学习第一章，从中我们就可以了解到！

第一节力和平衡的概念

一、力的定义及分类（了解）15分钟

力：

是物体间相互的机械作用

力对物体作用效应：

一是使物体的机械运动状态发生改变，叫做力的运动效应或外效应。

二是使物体的形状发生改变，叫做力的变形效应或内效应。

力的三要素：

力的大小、力的方向、力的作用点。

力具有大小和方向，所以说力是矢量。

可以用一带箭头的直

线段将力的三要素表示出来。

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

二、力系的定义及其分类（了解）15分钟

力系：

是指作用在物体上的一群力。

力系的分类：

各力的作用线都在同一平面内的力系称为平面力系；

各力的作用线不在同一平面内的力系称为空间力系。

平面汇交力系：

各力作用线都汇交于同一点的力系。

平面平行力系：

各力作用线平行的力系。

平面一般力系：

各力作用线既不汇交又不平行的平面力系。

三、静力学的研究对象（了解）15分钟

刚体：

在任何外力的作用下，大小和形状始终保持不变的物体。

静力学的研究问题：

1、物体的受力分析

2、力系的等效替换（简化）

3、建立力系的平衡条件

合力：

凡一个力与一个力系等效，则称此力为该力系的合力。

等效力系：

使同一物体具有相同效应的力系。

平衡：

是指物体相对于惯性参考系（如地面）保持静止或作匀速直线运动。

平衡力系：

使物体处于平衡状态的力系（满足平衡条件的力系）

第二节静力学基本公理（掌握）45分钟

公理1力的平行四边形法则

作用在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对角线确定。

公理2二力平衡公理

作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必要和充分条件是：

这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。

二力杆（二力体，二力构件）:

仅在两点受力而处于平衡的物体或构件.用途:

已知两力的作用点,确定其作用线.

公理3加减平衡力系原理

在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效果。

推论1力的可传性

作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任一点，不改变该力对刚体的作用。

举例讲解

举例讲解

教学内容、方法及过程

附记

推论2三力平衡汇交定

作用于刚体上的三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三力的作用线通过汇交点。

公理4作用和反作用定律

作用力和反作用力总是同时存在，两力的大小相等，方向相反，沿着同一直线，分别作用在两个相互作用的物体上。

公理5刚化原理

变形体再某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚体，其平衡状态保持不变。

思考题：

1、合力一定大于分力。

2、力的可传性适用于刚体和变形体

3、静力学将研究对象抽象为_____。

举

例

讲

解

小结：

静力学是研究物体在力系作用下的平衡条件的科学。

静力学公理：

公理1力的平行四边形法则公理2二力平衡公理

公理3加减平衡力系原理公理4作用和反作用定律

公理5刚化原理

后记：

教案

授课题目

章

第一章静力学的基本概念

授课时间

3

节

第三节约束反力第四节受力分析

检查签字

授课时数

2

授课方法

讲授

教学目标

掌握：

各种常见约束特点及约束反力的形式

了解：

对物体系统进行受力分析

教学重点

常见约束特点及约束反力

教学难点

常见约束特点及约束反力

教学内容、方法及过程

附记

新课导入：

前面我们学习了力的基本概念，那么力的存在就要受到约束，那么什么是约束呀？

我们来学习下面的内容！

第三节约束与约束反力的概念（掌握）45分钟

自由体：

空间运动不受限制的物体。

非自由体：

运动受到某些限制的物体。

约束：

对非自由体运动起限制作用的周围物体称约束。

约束力：

约束作用在被约束物体上的力。

确定约束力方向的基本原则：

约束力的方向恒与约束所限制的运动方向相反。

常见约束特点及约束反力:

一、柔体约束：

绳索、链条、胶带等　

柔索只承受拉力

约束力－FN

作用点－接触点方向－沿柔索背离被约束物体

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

二、光滑面约束:

支持面、啮合齿轮的齿面、机床中的导轨

约束力－法向约束力FN

作用点－接触点

方向－垂直于接触面，指向被约束物体。

三、光滑圆柱铰链约束

光滑圆柱铰链约束的约束性质是限制物体平面移动（不限制转动），其约束反力是互相垂直的两个力（本质上是一个力），指向任意假设。

四、固定铰链支座

五、滚轴支座

约束力:

沿着支承面的公法线方向

六、固定端支座

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

（b）

A

第四节物体的受力分析和受力图（了解）30分钟

受力分析基础

1、根据约束性质确定约束力；

2、取隔离体；

3、画受力图。

物体受力分析的依据

1、根据约束的性质

2、注意二力杆的判断

3、三力平衡汇交定理的应用

举

例

讲

解

小结：

约束：

对非自由体运动起限制作用的周围物体称约束。

约束力：

约束作用在被约束物体上的力。

约束力的方向恒与约束所限制的运动方向相反。

受力分析1、根据约束性质确定约束力；2、取隔离体；3、画受力图

后记：

教案

授课题目

章

习题课

授课时间

4

节

复习物体的受力分析

检查签字

授课时数

2

授课方法

讲授

教学目标

掌握：

受力分析1、根据约束性质确定约束力；2、取隔离体；3、画受力图

约束力的方向恒与约束所限制的运动方向相反

了解：

物体受力分析的依据

教学重点

物体的受力分析以及约束力的判断

教学难点

物体的受力分析以及约束力的判断

教学内容、方法及过程

附记

1、画图（a）所示结构ACDB的受力图。

（掌握）25分钟

（1）取结构ACDB为研究对象。

（2）画出主动力：

主动力为FP。

（3）画出约束反力：

约束为固定铰支座和可

动铰支座，画出它们的约束反力，如图（b）所示

。

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

2、重量为的小球，按图1.23（a）所示放置，试画出小球的受力图。

（掌握）25分钟

（1）根据题意取小球为研究对象。

（2）画出主动力：

主动力为小球所受重力。

（3）画出约束反力：

约束反力为绳子的约束反力以及光滑面的约束反力。

小球的受力图如图1.23（b）所示。

3、对下列图形进行受力分析（掌握）35分钟

B

A

E

F

C

D

q

q

A

D

B

C

F1

F2

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

G

C

A

D

F

B

E

作业：

P1-2（a）（b）

举

例

讲

解

小结：

受力分析1、根据约束性质确定约束力；2、取隔离体；3、画受力图

约束力的方向恒与约束所限制的运动方向相反

后记：

教案

授课题目

章

第二章力的投影与平面汇交力系

授课时间

5

节

第一节力的投影第二节平面汇交力系的合成

检查签字

授课时数

2

授课方法

讲授

教学目标

掌握：

力在直角坐标轴上的投影

平面汇交力系的合成与平衡

平衡条件求解未知力的步骤

了解：

教学重点

力在直角坐标轴上的投影

平面汇交力系的合成与平衡

平衡条件求解未知力的步骤

教学难点

力在直角坐标轴上的投影

平面汇交力系的合成与平衡

平衡条件求解未知力的步骤

教学内容、方法及过程

附记

新课导入：

前面一章我们学习了力和约束的关系，在这章我们将继续学习由多个力组成的力系，在力系中的受力情况！

第一节力在直角坐标轴上的投影（掌握）25分钟

力在坐标轴上的投影

第二节平面汇交力系的合成（掌握）25分钟

平面汇交力系：

是指作用于物体上的各力的作用线位于同一平面内且汇交于一点的力系。

一、几何法

（一）两个共点力的合成

力三角形的矢序规则：

分力矢F1,F2沿三角形某一边界的某一方向首尾

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

相接，而合力FR则沿相反方向，从起点指向最后一个分力矢的末端。

汇交力系平衡的几何条件:

力多边形自行封闭

合力FR为力多边形的封闭边

平面汇交力系的合成与平衡（几何法）

对于由n个力F1、F2、Fn组成的平面汇交力系，

可得：

从而，平面汇交力系的合力R的计算式为：

运用平衡条件求解未知力的步骤为：

（掌握）15分钟

1、合理确定研究对象并画该研究对象的受

力图；

2、由平衡条件建立平衡方程；

3、由平衡方程求解未知力。

实际计算时，通常规定与坐标轴正向一致的力为正。

即水平力向右为正，垂直力向上为正。

二、合成的解析法（掌握）15分钟

例1图示三角支架，求两杆所受的力

取B节点为研究对象，画受力图

由∑FY=0，建立平衡方程：

负号表示假设的指向

与真实指向相反。

由∑FX=0，建立平衡方程：

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

例2图（a）所示体系，物块重F=20kN，不计

滑轮的自重和半径，试求杆AB和BC所受的力。

1.取滑轮B的轴销作为研究对象，画出其受力图。

2、列出平衡方程：

由∑FY=0，建立平衡方程：

由∑FX=0，建立平衡方程：

反力FNBA为负值，说明该力实际指向与图上假定

指向相反。

即杆AB实际上受拉力。

举

例

讲

解

小结：

平衡条件求解未知力的步骤为：

1、合理确定研究对象并画该研究对象的受力图；

2、由平衡条件建立平衡方程；

3、由平衡方程求解未知力

后记：

教案

授课题目

章

第二章力的投影与平面汇交力系

授课时间

6

节

第三节平面汇交力系的平衡

检查签字

授课时数

2

授课方法

讲授

教学目标

掌握：

平面汇交力系的平衡

了解：

教学重点

平面汇交力系的平衡

教学难点

平面汇交力系的平衡

教学内容、方法及过程

附记

第三节平面汇交力系的平衡（掌握）80分钟

一、平面汇交力系平衡的几何条件

汇交力系平衡的几何条件:

力多边形自行封闭

二、平面汇交力系平衡的平衡方程

当物体处于平衡状态时，平面汇交力系的合力FR为零，即：

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

四个力作用于o点，设，求其合力（解析法）

支架由杆AB、AC构成，三处都是铰链约束。

在点作用有铅垂力，用解析法分析两种情况下杆所受的力，并说明所受的力是拉力还是压力。

（1）AB杆：

为拉力

AC杆：

为压力

（2）AB杆（BC）：

为拉力。

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

重物W=100N,设各杆、滑轮、钢丝绳自重不计，摩擦不计，A、B、C三处均为铰接连接。

求杆件AB,AC受到的力。

以AB杆和AC杆建立直角坐标系A点位原点

Wsin45+FAB–Wsin30=0

FAB=

-Wcos45+FAC–Wcos60=0

FAC=

举

例

讲

解

小结：

后记：

教案

授课题目

章

第三章平面一般力系

授课时间

7

节

第一节力矩及合力矩定理第二节力偶及性质

检查签字

授课时数

2

授课方法

讲授

教学目标

掌握：

合力矩定理

力偶的基本性质

了解：

力矩的概念

力偶的定义

教学重点

合力矩定理

力偶的基本性质

教学难点

合力矩定理

力偶的基本性质

教学内容、方法及过程

附记

新课导入：

基本力系我们在前面已经学习过了！

这章我们来学习转动的度量力矩！

第一节力矩的概念及合力矩定理（了解）25分钟

一、平面力对点之矩（力矩）

力对点的矩简称为力矩

力矩是度量力对刚体转动效应的物理量

Mo（F）=Fd=2AOAB

O——矩心

d——力臂

力对点的矩是代数量。

力矩的单位：

NmkNm

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

符号规定：

力F使物体绕矩心作逆时针方向转动时为正，顺时针转动时为负。

力矩的性质:

1力对O点的矩不仅仅取决于力F的大小，同时与矩心的位置有关。

2力F对O点的矩不会因为F在其作用线上移动而改变。

3如果力F通过矩心O，则Mo（F）=0，此时力对物体的作用效应为移动。

4互成平衡的二力对同一点之矩的代数和等于零。

二、合力矩定理与力矩的解析表达式（掌握）25分钟

合力矩定理：

平面汇交力系的合力对于平面内任一点之矩等于所有各分力（Fi）对同一点之矩的代数和。

力矩的解析表达式：

已知力F,作用点A（x,y）及其夹角，求力F对坐标原点之矩，

通过分力Fx与Fy对点之矩来得到：

或

合力FR对坐标原点之矩的解析表达式

第二节力偶及其基本性质（掌握）25分钟

一、力偶与力偶矩

1、力偶的定义：

作用在同一刚体上的大小相等、方向相反、作用线又不重和的两个平行力所组成的力系称为力偶。

（F，F′）

2、力偶对物体的作用效果：

力偶的作用是使物体转动，力偶使物体转动的效应，不仅与力F的大小有关，还与两个力作用线之间的垂直距离d（力偶臂）有关。

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

3、力偶矩：

力偶中力的大小与两力间的垂直距离的乘积定义为该力偶的力偶矩。

M=±Fd=2AOAB

d——是力偶臂力偶矩是代数量

符号规定：

力偶逆时针转为正、顺时针转为负

力偶矩是力偶对刚体转动效应的度量，与转动中心无关。

三、力偶的基本性质与同一平面内力偶的等效定理

定理：

在同一平面内的两个力偶，如果力偶矩相等，则两力偶彼此等效。

基本性质：

（掌握）15分钟

Ⅰ、力偶没有合力，不能与一个力平衡；不是平衡力系。

Ⅱ、力偶对其平面内任一点的力矩为定值，就等于力偶矩。

Ⅲ、力偶可在其平面内任意移动，而不改变它对刚体的转动效应。

Ⅳ、在保持力偶矩大小和转向不变的条件下，可以任意改变力偶中力与力偶的数值，而不改变它对刚体的转动效应。

力偶性质的推论：

1、只要保持力偶矩不变，力偶可在作用面内任意移动，其对刚体的作用效果不变

2、保持力偶矩不变，分别改变力和力偶臂大小，其作用效果不变

作业：

P403-1（b）（c）

举

例

讲

解

小结：

力偶是由等值、反向、不共线的两个平行力组成的特殊力系。

力偶没有合力，不能与一个力平衡

平面力偶对物体的作用效应决定于力偶矩M的大小和转向，即

正负号表示力偶的转向，一般以逆时针转向为正，反之为负。

力偶对平面内任一点的矩等于力偶矩，力偶矩与矩心的位置无关。

等效定理：

在同一平面内的两个力偶，如果力偶矩相等，则两力偶彼此等效。

后记：

教案

授课题目

章

第三章平面一般力系

授课时间

8

节

第三节力的平移第四节力偶系的合成与平衡

检查签字

授课时数

2

授课方法

讲授

教学目标

掌握：

力的平移定理

平面力偶系的合成与平衡条件

了解：

力的平移定理的推导过程

教学重点

力的平移定理

平面力偶系的合成与平衡条件

教学难点

力的平移定理

平面力偶系的合成与平衡条件

教学内容、方法及过程

附记

新课导入：

前面我们了解力偶的基本性质，我们来学习一下力应如何平移?

第三节力的平移35分钟（掌握）

一、力的平移定理：

作用于刚体上的力，可以平移到力的作用平面内的任一点，但必须同时附加一个力偶，该力偶的矩等于原作用力对新作用点之矩。

M=Fd＝Mo（F）

设圆盘A点处作用一个F力，讨论F力的等效平移问题。

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

等效平移一个力，必须附加一个力偶，其力偶矩等于原来的力对新作用点之矩。

力系向任意一点O的简化

应用力的等效平移定理，将平面一般力系中的各个力（以三个力为例）全部平行移到作用面内某一给定点O。

从而这力系被分解为一个平面汇交力系和一个平面力偶系。

这种等效变换的方法称为力系向给定点O的

简化。

点O称为简化中心。

推导过程：

15分钟（了解）

O

.

F`

A

O

F`=F``=FF

∥

F`

F``

F

M

结论:

力的作用线可以平行移动,移动后必须附加一个力偶,附加力偶的力偶矩等于原来的力对所移动点的力矩

举

例

讲

解

教学内容、方法及过程

附记

第四节平面力偶系的合成与平衡条件30分钟（掌握）

平面力偶系：

作用在同一个面内的若干个力偶组成的力系

１、平面力偶系的合成

在同平面内的任意个力偶可合成为一个合力偶，合力偶矩等于各个力偶矩的代数和，即

2、平面力偶系的平衡条件

力偶系平衡时，其合力偶的矩等于零。

平面力偶系平衡的必要和充分条件是：

所有各个力偶矩的代数和等于零，即

作业：

P413-3

举

例

讲

解

小结：

力的平移定