建筑专业自学考试中《结构力学》学习难点分析以及学习方法探究

2020-12-08王小惠董承秀

山西青年 2020年5期

王小惠董承秀

山东英才学院，山东济南 250104

自学考试是国家为培养人才设立的有别于统招考试的招收人才新形式。随着我国社会领域的不断革新，对于综合人才的需求量与日俱增。尤其是反映在工业建筑方面，更需要大批具有高素质水平的实践型人才投入建筑事业，从而提升我国的建筑质量与整体竞争力。而自学考试的实施能够在除统招学习之外，为我国工业建筑市场输入大批人才。然而也需要看到参与自学考试的学生群体因为没有接受专业学科的知识灌溉，需要依靠自身努力完成大量内容的消化，尤其是不具备实践环境，导致答题时与实际严重脱轨。因此必须对此提出解决策略。

一、建筑专业自学考试中《结构力学》学习难点分析

（一）结构的几何组成分析

在结构力学课程的自学考试中，其中之一的难点就是对于建筑结构的几何组成进行解构。工业建筑施工工作之中，最重要的就是对施工对象进行机械化工具的利用，因此对结构分解不仅能够匹配合适的高科技技术，从而优化效率，而且可以围绕着施工结构进行工序的规划，进而反作用于施工生产步骤、实践论证各方面，提高施工管理水平。近年来混凝土施工技术、楼道浇筑置留技术和结构装配技术不断产生，基本都是以结构优化为核心，保证整个建筑平面结构符合标准，从而保证建筑稳定性以及实用性［1］。所以施工人员必须了解施工结构的基本形状以及内部特征，这样才能够辨别结构遇到的问题，并且利用技术进行改造。而大部分建筑结构都是由几何图形构造的，无论是四方的平行四边形还是利用三角形结构保证稳定性的顶部阁楼，都离不开几何图形的作用。

而分析几何图形的作用点是否发生位移是判别建筑是否会产生倾斜的依据，判断几何图形的对角线和轴对称情况，是判定平面是否有缝隙的依据。在判别过程中不能仅仅用肉眼观察，而是需要经过精密的测算以及实践分析。所以必须对测算公式以及几何图形在施工过程中的具体特征能够考量，才能综合考虑。例如有的建筑故意保持阁楼的倾斜度，是跟随整体平面负重构造的，在剪力墙施工时它是由下至上作用的，只有保持一定倾斜度，上层的强度才不会造成荷载过多，压垮下方的顶托。所以对几何图形的分析是建筑结构力学的重要方面，在工业建筑层面，能够利用力学知识提高建筑水平的内容只有几何结构的作用力和重力，在人力施工时机械设备也会给结构一个量的摩擦力，需要利用高深物理知识进行判断，在保证两种力抵消的情况下进行施工工作，尤其是定点滑轮经常会应用于搭建建筑结构之中。

（二）静定结构的内力与位移计算

如果说对建筑结构的几何图形进行分析还停留在理论层面，那么在建筑结构力学中，另一种来自于静定结构的内部重力则更加考验考生的推理分析能力，考生不单单需要一定的理论知识，还需要经过实践内容才能对静定结构内部的变化情况了解。一般来说，外部结构也就是几何图形如果利用了一定质量的混凝土，就基本上能够维持稳定性，只需要结合整体平面力的传导方向以及力作用的标准进行判断分析，但是对于结构内部分析时常因为里面的结构材质发生位移，以及许多骨料出现裂缝，形成了较大的反作用力，而这些力的计算不单单要计算平面结构作用的力，同时还有骨料以及砂土和混凝土施加的力，且因为这种计算是不固定的，没有一个确定的数值，多建立方程和坐标系求解，而且因为静定梁和钢架也容易产生叠加的力，而内部结构较为复杂，必须先进行绘图将里面的虚线一一勾勒出来，根据荷载与内力之间的微分关系进行分段叠加，不仅计算起来复杂，而且因为很难得出具体的荷载数据，而出现计算错误［2］。而且绘制内力图时也因为不同的结构产生的内力不同，如果按照定量的绘制法，容易漏掉几个重要的作用点。弯矩图与剪力图和轴力图都是绘制的主要组成方式，如果在看到题目的时候就没有确定最佳绘图方式，就容易因为计算错误而重新绘制，耽误了大量解题时间。

二、建筑专业自学考试《结构力学》学习方法探究策略

无论是对结构的几何图形进行分析，还是对静定结构进行精准计算，都需要具备一定的空间概念和逻辑思维。而利用逻辑思维将知识点进行整合，从而将解题方法挑选分类，是加深学生最快记忆解题方法的策略。学生需要提前反复的训练这一类问题，将能够解决这一类问题的解题方法进行整合，并且根据实践内容，自主的进行内容简化，在看到题目的时候第一时间选择最佳的解题思路。学生可以通过三种方法培养这种思路，其一是构建建筑结构模型，学会自己动手制作模型，从内到外的结构精准了解，对其中蕴藏的作用力以及分析数据进行考量，尽可能选择几何图形搭建建筑模型，培养一种空间透视感，将不同的解题方法反推运用于制作模型之中。其二是通过将知识概念构建网络体系，提前将各种计算公式以及解题思路一一整合，将具有相同特征且可以结合在一起使用的方法放在一起形成系统记忆。其三则是构建生活化场景，学会联想，推断结构变化的可能性以及位移计算的法则。

（一）通过多种思路选择来进行几何组成分析

可以通过计算自由度的方法将几何组成的力进行延伸，设定一个最大限度的作用力，作为几何不变的依据。在平面体系具备稳定性的基础上对几何体系进行解构，在确定体系是否不变的情况下分析。也可以通过几何组成规则进行分析，要掌握并能灵活运用三个组成规则。实际上三规则为同一规则，铰结三角形规律，只是表述方式不同。对体系进行几何组成分析时要注意：其一是三个组成规则对应的限制条件；其二是刚片可以是单个杆件，也可以是几何不变结构部分；其三是特别注意复铰、虚铰及无穷远虚铰的特性。通过不同方法的选择比较其优劣性以及适用的规律，然后将它们整合记录下来，确保做题时能够直接选择对应的解题分析思路。

（二）通过多种解题思路选择静定结构的内力和位移计算方法

1.内力计算方法

超静定结构的内力计算力法和位移法是超静定结构计算的两大基本方法。力法分析的思路是将超静定结构转化为熟悉的静定结构来计算，它是位移法的基础。位移法是将结构转化为单跨超静定梁的一种计算方法，它是后续渐进法，如力矩分配法和矩阵位移法的基础。

2.力法和位移法比较

虽然用力法和位移法去计算超静定结构时所依据的原理不同，但二者总体思路和求解步骤类似，建议通过对比分析来加深理解［3］。注意在应用力法时，同一超静定结构可以采用不同的方式来解除多余约束，即具有多个不同的基本结构。为了简化计算，可将荷载和单位未知力加于不同的基本结构位移法的独立结点角位移数等于全部刚结点和半铰结点的结点角位移数目，而独立的结点线位移可以由如下两个方法来确定，1.附加链杆法；2.铰结法。学习位移法时，要记忆和理解形常数和载常数，以及杆端力及附加约束反力的正负号规定。

3.位移法方程的两种建立方法

结构力学位移法的典型方程的建立有两种方法，基本体系法和直接平衡法。前者借助基本体系来建立典型方程，和力法的步骤一致，而后者利用杆端力平衡条件直接建立典型方程。两类典型方程有不同的含义，在基本体系法中，为了消除基本体系与原结构的差别，原结构中无附加约束，需要补充附加约束反力为零的条件，其典型方程中的系数和自由项分别是基本结构在附加约束发生单位位移和荷载单独作用下产生的附加约束处的反力。在自学考试中，作为考生应该掌握基本体系法。