荷载与结构设计原理教学大纲-土木工程与建筑学院

《荷载与结构设计原理》教学大纲课程英文名称：TheoryofStructureLoadingandDesign课程编号：193992860课程类别：专业课课程性质：必修课学分：2学时/周数：32（其中：讲课学时：32实验学时：0上机学时：0）适用专业：土木工程本科专业开课部门：土木工程与建筑学院一、课程教学目的和课程性质荷载与结构设计原理课程是土木工程的主要专业基础课程，通过该课程的学习，使学生掌握荷载的分类、荷载的计算原理和统计方法，了解各类荷载作用下结构内力计算及设计方法，为学习有关专业课程以及进行结构设计和科学研究打下良好的基础。同时，《荷载与结构设计原理》是根据“高等学校土木工程本科指导性专业规范”知识体系新的要求，以及新一轮土木工程相关规范、标准编写，反映最新研究成果和工程实际需求。通过该门课的整个教学过程,逐渐培养学生对结构外荷载统计计算的能力，使得学生能够综合运用结构设计原理的知识去分析、解决实际工程问题。二、本课程与相关课程的关系先修课程：高等数学、概率论与数理统计、理论力学，材料力学，结构力学；后续课程：土力学与地基基础，钢筋混凝土结构，砌体结构，钢结构，工程抗震等。三、课程的主要内容及基本要求了解工程结构中荷载和作用的形式、分类以及荷载作用的计算方法；掌握重力作用、风荷载作用、地震作用的计算方法，能将荷载计算方法在工程结构荷载及其抗力的统计分析中进行熟练运用，理解这些荷载作用在结构内力计算及结构设计中的应用；学会结构可靠度分析与计算的基本方法。通过该门课程学习，掌握荷载类型、荷载计算、结构设计荷载统计方法以及结构可靠度等初步知识。第一单元绪论（2学时）[知识点]荷载与作用的概念和特点，作用按时间、空间和结构反应等进行详细分类；荷载的标准值、代表值和设计值；结构设计方法的概念和设计手段的演化过程；容许应力设计法、破损阶段法、极限状态设计法和概率极限状态设计方法的基本原理以及各设计方法的区别。[重点]荷载的概念，作用的分类，荷载与作用的区别；现行规范采用的结构设计方法及其原理。[难点]荷载标准值、代表值和设计值的概念和计算方法。[基本要求]1、识记：荷载与作用的概念，作用按时间、空间和结构反应的具体分类；荷载标准值、设计值和代表值的概念及计算方法；2、领会：工程结构荷载与作用的区别，结构设计方法的演化过程及基本原理；3、简单应用：能够根据结构效应区分直接作用和间接作用；4、综合应用：可以应用荷载和作用的相关知识去识别实际工程中各类荷载和作用。第二单元重力、侧压力（4学时）[知识点]重力荷载产生的原因、特点、影响因素及计算方法，土自重应力的概念和计算方法；侧压力产生的原因、特点、影响因素及计算方法，土侧压力的概念和分类，静止土压力、主动土压力和被动土压力的特点和计算方法，库伦土压力理论和朗金土压力理论的基本原理及应用方法；静水压力和动水压力的基本概念和计算方法；路面及屋面活荷载、厂房吊车荷载、波浪荷载、冻胀力以及冲击荷载等的基本概念和计算方法。[重点]土自重应力与土侧压力的特点、分类和计算原理，库伦土压力理论和朗金土压力理论的基本原理及应用步骤，楼面及屋面活荷载的计算。[难点]土自重应力的计算，主动土压力和被动土压力的计算，楼面及屋面活荷载的理解及计算，吊车荷载的计算。[基本要求]1、识记：重力荷载和侧压力产生的原因、特点、影响因素及计算方法，土自重应力与土侧压力、楼面及屋面活荷载的概念及计算方法，库伦土压力理论和朗金土压力理论的基本原理；2、领会：恒荷载和活荷载的概念及计算；3、简单应用：结构设计中如何确定恒荷载和活荷载；4、综合应用：各类荷载作用在结构设计中如何确定。第三单元风荷载（6学时）[知识点]风荷载产生的原因、特点、影响因素及计算方法；基本风速和基本风压的概念和计算方法；影响基本风压的因素，非标准条件下风速或风压的换算方法；风压高度变化系数，风荷载体型系数等的概念和对结构风荷载的影响规律；顺风向风振和横风向风振响应的分析和计算方法；桥梁风荷载响应中颤振和抖振的区别。[重点]风荷载产生的原因、特点、影响因素及计算方法，基本风速和基本风压的概念和计算方法，风压高度变化系数和风荷载体型系数的概念及确定方法，顺风向风振、横风向风振的基本概念和计算方法。[难点]基本风速和基本风压、风压高度变化系数和风荷载体型系数的概念及确定方法，桥梁风荷载响应中颤振和抖振的区别。[基本要求]1、识记：基本风速和基本风压、风压高度变化系数、风荷载体型系数、顺风向风振、横风向风振的基本概念和计算方法；2、领会：结构风荷载中如何运用基本风速和基本风压、风压高度变化系数、风荷载体型系数计算结构风荷载；3、简单应用：结构设计中如何沿结构高度确定出结构风荷载；4、综合应用：工程结构受力分析中如何计算结构的受力和风振响应。第四单元地震作用（6学时）[知识点]地震作用产生的原因、特点、影响因素及计算方法，地震区划与地震作用，烈度与震级的基本概念和关系，地震波的类型，单质点体系水平地震作用，多质点体系水平地震作用，结构的扭转地震效应，竖向地震作用，地震作用及计算方法。[重点]地震区划与地震作用，烈度与震级，地震波的类型，单质点体系水平地震作用，竖向地震作用，地震作用及计算方法。[难点]单质点体系水平地震作用的计算，多质点体系水平地震作用，结构的扭转地震效应，。[基本要求]1、识记：地震区划与地震作用的基本概念，烈度与震级，地震波的类型，单质点体系水平地震作用，竖向地震作用的计算方法；2、领会：地震作用在结构中如何进行简化计算；3、简单应用：单质点体系水平地震作用的计算；4、综合应用：单质点体系、多质点体系水平地震作用的计算。第五单元其他作用（2学时）[知识点]温度作用，变形作用，冰胀力、爆炸作用、行车动态作用、冲击力和撞击力、浮力作用、预加力等其他作用产生的原因、特点影响因素及计算方法。[重点]温度作用和变形作用的基本概念、原理及计算方法，预应力的概念和施加方法。[难点]温度作用，变形作用在结构分析中的计算。[基本要求]1、识记：温度作用、变形作用的基本概念和计算方法，预应力的概念和施加方法。2、领会：浮力作用、冰胀力、爆炸作用、行车动态作用和预加力等结构分析中的应用。3、简单应用：工程结构分析中能分析温度作用和变形作用对结构的影响。4、综合应用：能够对简单结构在温度和变形作用下进行内力和变形计算。第六单元荷载统计分析（2学时）[知识点]荷载的概念模型，荷载的统计参数和统计方法，荷载效应和荷载效应组合的原则，荷载代表值、荷载设计值的统计方法，荷载的代表值和荷载的效应组合。[重点]荷载的统计参数和统计方法，荷载的代表值和荷载的效应组合。[难点]荷载的代表值的计算和荷载效应的组合。[基本要求]1、识记：荷载的统计参数和统计方法，荷载代表值及荷载效应组合。2、领会：结构设计中能确定相应的荷载代表值，并进行组合。3、简单应用：简单构件受力荷载值的计算。4、综合应用：楼板、梁等构件荷载计算和组合。第七单元结构抗力统计分析（3学时）[知识点]抗力统计分析的一般概念，影响结构构件抗力的不定性，结构构件抗力的统计特征。[重点]抗力统计分析的一般概念，结构构件抗力的统计特征。[难点]结构构件抗力的统计特征。[基本要求]1、识记：抗力统计分析的一般概念，结构构件抗力的统计特征。2、领会：结构抗力的计算。3、简单应用：各类构件抗力的计算。4、综合应用：能够对简单结构体系的抗力进行统计整理。第八单元工程可靠度计算方法（3学时）[知识点]结构可靠度基本原理，结构可靠度基本分析方法，结构体系可靠度的计算方法。[重点]结构可靠度基本原理和结构可靠度基本分析方法，结构体系可靠度的计算方法。[难点]结构体系可靠度分析及计算。[基本要求]1、识记：结构可靠度基本原理和计算方法。2、领会：结构体系可靠度。3、简单应用：结构可靠度、失效概率等计算方法。4、综合应用：能够对简单结构体系进行可靠度分析。第九单元概率极限状态设计方法（2学时）[知识点]土木工程结构计算方法的演化发展，结构设计的目标和原则，结构概率可靠度直接计算法，各类结构概率可靠度设计的实用表达式。[重点]结构设计的目标和原则，结构概率可靠度直接计算法，各类结构概率可靠度设计的实用表达式。[难点]结构概率可靠度直接计算法及其表达式。[基本要求]1、识记：结构设计的目标和原则，结构概率可靠度直接计算法及其表达式。2、领会：结构稳定性分析中可靠度的计算。3、简单应用：能够采用结构概率可靠度直接计算法及其表达式计算结构可靠度。4、综合应用：基于概率极限状态设计方法，综合利用前述章节中荷载计算方法、统计组合原则，以及抗力统计等知识点进行简单构件或结构设计。[学时分配]知识单元理论学时第一单元绪论2第二单元重力作、侧压力4第三单元风荷载6第四单元地震作用6第五单元其他作用2第六单元荷载统计分析2第七单元结构抗力统计分析3第八单元工程结构可靠度与计算方法3第九单元概率极限状态设计法2期末复习2合计32四、教学方法与手段1、坚持理论联系实际的教学方法，不断地吸收先进理论知识和最新研究成果，理论教学要结合学生工程实例分析与课堂讨论教学形式，努力降低学生接受知识的难度，不断提高学生发现、分析和解决问题的能力。2、坚持传统教学手段与现代教学手段相结合，教学内容安排要突出重点和难点，积极应用多媒体教学技术，尽可能把抽象的理论转化为具体的图像，使复杂的理论变得简单、直观，力求化难为易，努力提高学生的学习兴趣。3、注重应用启发式教学、开展课堂讨论等教学方法，引导学生积极思考问题、分析问题，拓展学生的思维。4、注重课后练习，大力培养学生动脑、动手、独立解决问题的能力。五、考核要求、方式与成绩评定考核要求：考试内容为教材中重要的基本原理和基本方法；考核形式：理论部分试题库出卷，闭卷考试；成绩评定：成绩评定为百分制，期末综合成绩（100％）＝期末卷面考试成绩（70％）＋平时成绩（30％）。期末考试采取闭卷考试方式，主要考试内容为教材中重要的基本原理和基本概念，亦会少量涉及到布置的参考资料内容。平时成绩以学生上课出勤情况、回答问题、平时作业等综合评定。六、选用教材和主要参考书1.选用教材《荷载与结构设计方法》（第二版）白国良、刘明编著，高等教育出版社，2010《工程结构荷载与可靠度设计原理》（第二版）李国强、黄宏伟、郑步全编著，中国建筑工业出版社，20032.推荐参考书《建筑结构概率极限状态设计》李继华等，中国建筑工业出版社，1990《建筑抗震设计》郭继武，中国建筑工业出版社，2002《建筑结构荷载规范》中华人民共和国建设部，中国建筑工业出版社，2003《工程结构风荷载理论和抗风计算手册》张相庭，同济大学出版社，1990七、大纲说明该课程是土木工程专业本科生的必修课程，通过本课程的教学活动，使学生具备结构设计时荷载的统计和计算能力。教学中提倡特色教学，精选内容，打好基础，加强实践，培养学生的问题分析能力。教学中鼓励教师采用多媒体课件授课，注意结合教学内容适量安排习题，要求学生及时、独立完成，以达到巩固所学内容之目的。八、审核意见课程负责人签字：张春涛专业负责人签字：雷劲松教研室主任签字：雷劲松分管院长签字：姚勇执行日期：2014年9月