荷载与结构设计方法_工学思维导图

力学知识结构思维导图建构的研究方法和主要目的结构力学是土木工程专业非常重要的一门专业基础课，内蒙古农业大学除土木工程专业外，其他开设结构力学的专业有道路桥梁与渡河工程、农业水利工程、水利水电工程、给排水科学与工程、木材科学与工程等。

与其他工科学校相类似，结构力学是继理论力学、材料力学后非常重要的一门力学课程，它为后续钢筋混凝土结构、钢结构、高层建筑结构、桥梁工程等相关专业课程的学习提供必要的力学基础，同时课程中的基本概念、基本原理和方法对以后指导工程设计非常重要，要求同学们重点掌握。

但是，由于结构力学知识点多，部分内容理解上比较抽象，再加上学时有限，教师不能将每个知识点讲得非常透彻，所以大部分同学反映该课程比较难学，因此，如何让同学们准确把握知识点的内涵与相互关系，学会力学分析问题的方法和提高其学习的能力，是所有结构力学授课教师必须面对与思考的问题。

思维导图是表达发散性思维的有效图形思维工具，改变了传统的线性思维模式，将形象思维与抽象思维进行了很好地结合，帮助人们用联想思维进行思考问题，改善记忆和想象力，充分地开发左右脑的无限潜能。

思维导图是发散性的，有助于培养一个人的全面性思维与逻辑性；思维导图是记忆性的，有助于人们学习和记忆各类知识，更高效地完成工作。

笔者尝试将思维导图作为一种工具引入到结构力学教学中，给同学们提供一种学习方法，打通知识点掌握到能力提高的壁垒，调动同学们学习结构力学的兴趣，推动结构力学的教学改革，更好地适应新时代工程教育认证对工科学生提出的具备解决复杂工程问题的能力要求。

一、结构力学课程教学的特点结构力学是研究结构的合理形式以及结构在受力状态下内力、变形、动力反应和稳定性等方面的规律性学科。

传统的结构力学课程具有以下特点：1.知识点多，前后内容环环相扣。

既有平面几何组成规律的内容，也有静力荷载作用下五种基本类型结构（梁、拱、桁架、刚架和组合结构）的内力与位移计算问题，还有影响线问题，结构的动力计算、弹性稳定、塑性分析与极限荷载等内容。

结构的计算简图及受力分析3.1 荷载的分类实际的建筑结构由于其作用和工作条件不同,作用在它们上面的力也显示出多种形式。

如图3.1所示的工业厂房结构,屋架所受到的力有:屋面板的自重传给屋架的力,屋架本身的自重,风压力和雪压力以及两端柱或砖墙的支承力等。

图3.1在建筑力学中,我们把作用在物体上的力一般分为两类:一类是主动力,例如重力、风压力等;另一类是约束力,如柱或墙对梁的支承力。

通常把作用在结构上的主动力称为荷载。

荷载多种多样,分类方法各不相同,主要有以下几种分类方法:(1)荷载按其作用在结构上的空间范围可分为集中荷载和分布荷载作用于结构上一点处的荷载称为集中荷载。

满布在体积、面积和线段上的荷载分别称为体荷载、面荷载和线荷载,统称为分布荷载。

例如梁的自重,用单位长度的重力来表示,单位是N/m或kN/m,作用在梁的轴线上,是线荷载。

对于等截面匀质材料梁,单位长度自重不变,可将其称为线均布荷载,常用字母q表示(图3.2)。

当荷载不均匀分布时,称为非均布荷载,如水对水池侧壁的压力是随深度线性增加的,呈三角形分布。

图3.2(2)荷载按其作用在结构上的时间分为恒载和活载恒荷载是指永久作用在结构上的荷载,其大小和位置都不再发生变化,如结构的自重。

活荷载是指作用于结构上的可变荷载。

这种荷载有时存在、有时不存在,作用位置可能是固定的也可能是移动的,如风荷载、雪荷载、吊车荷载等。

各种常用的活荷载可参见《建筑结构荷载规范》。

(3)荷载按其作用在结构上的性质分为静力荷载和动力荷载静力荷载是指荷载从零缓慢增加到一定值,不会使结构产生明显冲击和振动,因而可以忽略惯性力影响的荷载,如结构自重及人群等活荷载。

动力荷载是指大小和方向随时间明显变化的荷载,它使结构的内力和变形随时间变化,如地震力等。

3.2 约束与约束反力1)约束和约束反力的概念所谓约束,是指能够限制某构件位移(包括线位移和角位移)的其他物体(如支承屋架的柱子,见图 3.1)。