建筑專業自學考試中《結構力學》學習難點分析以及學習方法探究

王小惠 董承秀

山東英才學院，山東 濟南 250104

自學考試是國家為培養人才設立的有別于統招考試的招收人才新形式。隨著我國社會領域的不斷革新，對于綜合人才的需求量與日俱增。尤其是反映在工業建筑方面，更需要大批具有高素質水平的實踐型人才投入建筑事業，從而提升我國的建筑質量與整體競爭力。而自學考試的實施能夠在除統招學習之外，為我國工業建筑市場輸入大批人才。然而也需要看到參與自學考試的學生群體因為沒有接受專業學科的知識灌溉，需要依靠自身努力完成大量內容的消化，尤其是不具備實踐環境，導致答題時與實際嚴重脫軌。因此必須對此提出解決策略。

一、建筑專業自學考試中《結構力學》學習難點分析

（一）結構的幾何組成分析

在結構力學課程的自學考試中，其中之一的難點就是對于建筑結構的幾何組成進行解構。工業建筑施工工作之中，最重要的就是對施工對象進行機械化工具的利用，因此對結構分解不僅能夠匹配合適的高科技技術，從而優化效率，而且可以圍繞著施工結構進行工序的規劃，進而反作用于施工生產步驟、實踐論證各方面，提高施工管理水平。近年來混凝土施工技術、樓道澆筑置留技術和結構裝配技術不斷產生，基本都是以結構優化為核心，保證整個建筑平面結構符合標準，從而保證建筑穩定性以及實用性［1］。所以施工人員必須了解施工結構的基本形狀以及內部特征，這樣才能夠辨別結構遇到的問題，并且利用技術進行改造。而大部分建筑結構都是由幾何圖形構造的，無論是四方的平行四邊形還是利用三角形結構保證穩定性的頂部閣樓，都離不開幾何圖形的作用。

而分析幾何圖形的作用點是否發生位移是判別建筑是否會產生傾斜的依據，判斷幾何圖形的對角線和軸對稱情況，是判定平面是否有縫隙的依據。在判別過程中不能僅僅用肉眼觀察，而是需要經過精密的測算以及實踐分析。所以必須對測算公式以及幾何圖形在施工過程中的具體特征能夠考量，才能綜合考慮。例如有的建筑故意保持閣樓的傾斜度，是跟隨整體平面負重構造的，在剪力墻施工時它是由下至上作用的，只有保持一定傾斜度，上層的強度才不會造成荷載過多，壓垮下方的頂托。所以對幾何圖形的分析是建筑結構力學的重要方面，在工業建筑層面，能夠利用力學知識提高建筑水平的內容只有幾何結構的作用力和重力，在人力施工時機械設備也會給結構一個量的摩擦力，需要利用高深物理知識進行判斷，在保證兩種力抵消的情況下進行施工工作，尤其是定點滑輪經常會應用于搭建建筑結構之中。

（二）靜定結構的內力與位移計算

如果說對建筑結構的幾何圖形進行分析還停留在理論層面，那么在建筑結構力學中，另一種來自于靜定結構的內部重力則更加考驗考生的推理分析能力，考生不單單需要一定的理論知識，還需要經過實踐內容才能對靜定結構內部的變化情況了解。一般來說，外部結構也就是幾何圖形如果利用了一定質量的混凝土，就基本上能夠維持穩定性，只需要結合整體平面力的傳導方向以及力作用的標準進行判斷分析，但是對于結構內部分析時常因為里面的結構材質發生位移，以及許多骨料出現裂縫，形成了較大的反作用力，而這些力的計算不單單要計算平面結構作用的力，同時還有骨料以及砂土和混凝土施加的力，且因為這種計算是不固定的，沒有一個確定的數值，多建立方程和坐標系求解，而且因為靜定梁和鋼架也容易產生疊加的力，而內部結構較為復雜，必須先進行繪圖將里面的虛線一一勾勒出來，根據荷載與內力之間的微分關系進行分段疊加，不僅計算起來復雜，而且因為很難得出具體的荷載數據，而出現計算錯誤［2］。而且繪制內力圖時也因為不同的結構產生的內力不同，如果按照定量的繪制法，容易漏掉幾個重要的作用點。彎矩圖與剪力圖和軸力圖都是繪制的主要組成方式，如果在看到題目的時候就沒有確定最佳繪圖方式，就容易因為計算錯誤而重新繪制，耽誤了大量解題時間。

二、建筑專業自學考試《結構力學》學習方法探究策略

無論是對結構的幾何圖形進行分析，還是對靜定結構進行精準計算，都需要具備一定的空間概念和邏輯思維。而利用邏輯思維將知識點進行整合，從而將解題方法挑選分類，是加深學生最快記憶解題方法的策略。學生需要提前反復的訓練這一類問題，將能夠解決這一類問題的解題方法進行整合，并且根據實踐內容，自主的進行內容簡化，在看到題目的時候第一時間選擇最佳的解題思路。學生可以通過三種方法培養這種思路，其一是構建建筑結構模型，學會自己動手制作模型，從內到外的結構精準了解，對其中蘊藏的作用力以及分析數據進行考量，盡可能選擇幾何圖形搭建建筑模型，培養一種空間透視感，將不同的解題方法反推運用于制作模型之中。其二是通過將知識概念構建網絡體系，提前將各種計算公式以及解題思路一一整合，將具有相同特征且可以結合在一起使用的方法放在一起形成系統記憶。其三則是構建生活化場景，學會聯想，推斷結構變化的可能性以及位移計算的法則。

（一）通過多種思路選擇來進行幾何組成分析

可以通過計算自由度的方法將幾何組成的力進行延伸，設定一個最大限度的作用力，作為幾何不變的依據。在平面體系具備穩定性的基礎上對幾何體系進行解構，在確定體系是否不變的情況下分析。也可以通過幾何組成規則進行分析，要掌握并能靈活運用三個組成規則。實際上三規則為同一規則，鉸結三角形規律，只是表述方式不同。對體系進行幾何組成分析時要注意：其一是三個組成規則對應的限制條件；其二是剛片可以是單個桿件，也可以是幾何不變結構部分；其三是特別注意復鉸、虛鉸及無窮遠虛鉸的特性。通過不同方法的選擇比較其優劣性以及適用的規律，然后將它們整合記錄下來，確保做題時能夠直接選擇對應的解題分析思路。

（二）通過多種解題思路選擇靜定結構的內力和位移計算方法

1.內力計算方法

超靜定結構的內力計算力法和位移法是超靜定結構計算的兩大基本方法。力法分析的思路是將超靜定結構轉化為熟悉的靜定結構來計算，它是位移法的基礎。位移法是將結構轉化為單跨超靜定梁的一種計算方法，它是后續漸進法，如力矩分配法和矩陣位移法的基礎。

2.力法和位移法比較

雖然用力法和位移法去計算超靜定結構時所依據的原理不同，但二者總體思路和求解步驟類似，建議通過對比分析來加深理解［3］。注意在應用力法時，同一超靜定結構可以采用不同的方式來解除多余約束，即具有多個不同的基本結構。為了簡化計算，可將荷載和單位未知力加于不同的基本結構位移法的獨立結點角位移數等于全部剛結點和半鉸結點的結點角位移數目，而獨立的結點線位移可以由如下兩個方法來確定，1.附加鏈桿法；2.鉸結法。學習位移法時，要記憶和理解形常數和載常數，以及桿端力及附加約束反力的正負號規定。

3.位移法方程的兩種建立方法

結構力學位移法的典型方程的建立有兩種方法，基本體系法和直接平衡法。前者借助基本體系來建立典型方程，和力法的步驟一致，而后者利用桿端力平衡條件直接建立典型方程。兩類典型方程有不同的含義，在基本體系法中，為了消除基本體系與原結構的差別，原結構中無附加約束，需要補充附加約束反力為零的條件，其典型方程中的系數和自由項分別是基本結構在附加約束發生單位位移和荷載單獨作用下產生的附加約束處的反力。在自學考試中，作為考生應該掌握基本體系法。

三、結語

綜上所述，在建筑學科結構力學的自學考試之中，與實際操作接軌的力學知識內容占比例較多，以力學為基礎的結構的內力和位移計算是工業建筑中常見的問題，也是自學考試中，考生的重點學習章節，但不論該課程內容復雜還是難點較多，通過習題的訓練都可以對知識點能夠得到鞏固和提高答題技巧。