建築結構受力光學演示模型的製作方法

2023-09-23 21:05:55 2

建築結構受力光學演示模型的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種建築結構受力光學演示模型，包括建築物實體結構框架，所述建築物實體結構框架包括設置在地面上的基礎骨架、設置在基礎骨架之上的至少四根立柱骨架，相鄰立柱骨架之上設置有橫梁骨架、橫梁骨架之上通過立柱骨架設置有屋頂骨架，還包括設置在建築物實體結構框架各個部分的多個演示燈、演示燈帶，所述的演示燈、燈帶經開關電路與電源電連接。所述的開關電路中設置有延時繼電器。通過對各個演示燈、演示燈帶的通電發光和逐次明滅，以直觀方式演示建築物結構力學知識點，直觀展示基本受力情況、受力變形情況，實現理論與實際相結合的教學模式。
【專利說明】建築結構受力光學演示模型

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及建築專業教學實訓系統，具體涉及一種建築結構受力演示模型。

【背景技術】
[0002]高校建築專業教學中涉及建築物建築力學課程，教學內容主要有:建築物的不同部位基本受力情況，例如建築物的柱、梁、屋頂、地面等部位受力情況；建築物受到各種力時，力的傳遞路徑和變形情況；具體而言涉及到:梁的集中荷載、梁的均布荷載、懸挑梁集中荷載、懸挑梁均布荷載、柱的軸心受壓、柱的小偏心受壓、框架結構體系傳力、建築物水平力應力情況等。
[0003]現有教學條件下，上述課程或教學內容均通過教師集中講解，教學內容抽象，與實際建築物聯繫不緊密，教學不夠直觀，理論與工程實際脫離，影響學生理解和掌握知識點。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種建築結構受力光學演示模型，能夠以直觀方式演示建築物結構力學知識點，直觀展示基本受力情況、受力變形情況，實現理論與實際相結合的教學模式。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型的建築結構受力光學演示模型，包括建築物實體結構框架，所述建築物實體結構框架包括設置在地面上的基礎骨架、設置在基礎骨架之上的至少四根立柱骨架，相鄰立柱骨架之上設置有橫梁骨架、橫梁骨架之上通過立柱骨架設置有屋頂骨架，還包括沿基礎骨架布置的多個基礎荷載演示燈，在所述的立柱骨架內自上而下設置有多組建築內力荷載演示燈；還包括設置在立柱骨架內的至少一條立柱小偏心受壓演示燈帶；所述的橫梁骨架設置有多個橫梁均布荷載演示燈，還包括設置在橫梁骨架之上的橫梁集中荷載演示燈；所述的橫梁骨架內沿其走向設置有橫梁一級荷載變形曲線演示燈和至少一條橫梁二級荷載變形曲線演示燈；所述立柱骨架與橫梁骨架結合部位設置有彎矩受力演示燈；在屋頂骨架之上沿其走向設置有多個屋頂荷載演示燈；所述的演示燈、燈帶經開關電路與電源電連接。
[0006]還包括設置在所述建築物實體結構框架上的懸挑梁骨架，至少一個懸挑梁骨架上方沿其走向設置有多個懸挑梁均布荷載演示燈，懸挑梁骨架上方還設置有懸挑梁集中荷載演示燈，懸挑梁骨架上還設置有懸挑梁一級載荷變形演示燈，懸挑梁一級載荷變形演示燈下方設置有懸挑梁二級載荷變形演示燈。
[0007]還包括設置在建築物實體結構框架一側的多個水平外力演示燈，在水平外力演示燈對側的建築物實體結構框架內設置有多個水平反力演示燈。
[0008]所述的開關電路中設置有延時繼電器。
[0009]本實用新型的建築結構受力光學演示模型，通過開關電路控制各演示燈、燈帶通電或斷電，實現各演示燈、燈帶逐次明滅，以光學模式直觀展示基礎、立柱、橫梁、屋頂等部位的基本受力情況，實現理論與實物相結合，充分提高教學效果；還可直觀展示建築物在自重、外力等影響的受力變形情況。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型中建築物實體結構框架部分的示意圖(建築結構北立面圖)；
[0011]圖2是圖1的左視圖(建築結構東立面圖)；
[0012]圖3是圖1的①-①線剖視圖(建築結構的①軸立面圖)；
[0013]圖4是圖1的②-②線剖視圖(建築結構的②軸立面圖)；
[0014]圖5是圖1的③-③線剖視圖(建築結構的③軸立面圖)；
[0015]圖6是圖1的④-④線剖視圖(建築結構的④軸立面圖)；
[0016]圖7是圖1的⑤-⑤線剖視圖(建築結構的⑤軸立面圖)；
[0017]圖8是本實用新型中建築物結構框架部分的立體示意圖。

【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0019]本實用新型通過在建築物實體結構框架的不同部分設置演示燈、燈帶，由開關電路對其進行控制，實現演示燈、燈帶逐次明滅，從而直觀的展示建築物的受力狀態、力的傳遞以及建築物在荷載(自重及外力)影響下的受力情況與變形趨勢。
[0020]為了滿足教學需要，本實用新型中，按照1:1比例建立一座全框架鋼筋骨架結構的建築物模型，並嚴格按照建築規範要求和GlOl圖集要求施工、安裝，展示建築物內在結構特點；該建築物模型內還可安裝消防系統、給排水系統、建築電氣系統、應急照明系統、門禁系統、通風空調系統、智能建築系統、監控系統等。
[0021]如圖1至圖7可見，所述建築物實體結構框架模擬一座二層小樓，其包括設置在地面上的基礎骨架1，具體包括獨立基礎、條形基礎、筏形基礎及樁基承臺，沿基礎骨架I的走向布置有多個基礎荷載演示燈10。
[0022]如圖8可見，基礎骨架I之上設置有若干立柱骨架2，在立柱骨架2內自上而下設置的多組建築內力荷載演示燈20，所述的立柱骨架2內還設置有立柱小偏心受壓演示燈帶21，必要的情況下，立柱小偏心受壓演示燈帶21可以設置多條，互相同心但弧度依次增大。
[0023]相鄰立柱骨架2之上設置有橫梁骨架3，所述橫梁骨架3之上沿其走向設置有多個橫梁均布荷載演示燈30、多個橫梁均布荷載演示燈30上方設置橫梁集中荷載演示燈31，立柱骨架2與橫梁骨架3結合部位設置有弧形的彎矩受力演示燈230。
[0024]橫梁骨架3之上通過立柱骨架2設置有屋頂骨架4。在屋頂骨架4之上沿其走向設置多個屋頂荷載演示燈40。
[0025]以上部分根據教學需要，安裝包含基礎、梁、板、柱、屋頂等建築元素的建築實體框架模型，為了保證強度，該建築框架模型設置有內骨架。該模型是可擴展的，可根據教學需要增加樓梯、挑梁等結構，光學指示設備相應增加。
[0026]實施例1—梁的集中荷載演示模塊
[0027]在全框架鋼結構二層樓中，選一個橫梁骨架3作為演示用梁，橫梁骨架3上安裝一個紅色演示燈作為橫梁集中荷載演示燈31、二個橙色演示燈作為彎矩受力演示燈230、一條黃色燈帶作為一級荷載變形曲線演示燈32、一條紅色燈帶作為橫梁二級荷載變形曲線演示燈33。
[0028]所述橫梁集中荷載演示燈31包括上下兩個光源，通過兩套電路控制以實現橫梁集中荷載演示燈31按照上半部分、下半部分各成一組演示。
[0029]所述的演示燈、燈帶分別經開關電路與電源電連接。具體而言，橫梁集中荷載演示燈31的上半部分、下半部分各通過一條電路控制，二個橙色演示燈作為彎矩受力演示燈230、一條一級荷載變形曲線演示燈32、一條橫梁二級荷載變形曲線演示燈33各通過一條電路控制。
[0030]梁的集中荷載演示具體如下；
[0031]第一步:紅色演示燈(橫梁集中荷載演示燈31)亮下面1/2部分；
[0032]第二步:延時幾秒，二個橙色演示燈(彎矩受力演示燈230)點亮；
[0033]第三步:延時幾秒，黃色燈帶(一級荷載變形曲線演示燈32)點亮；
[0034]第四步:延時幾秒，紅色演示燈(橫梁集中荷載演示燈31)亮上面另外1/2部分，表示集中荷載受力增大，受到二級荷載；
[0035]第五步:延時幾秒，紅色燈帶(橫梁二級荷載變形曲線演示燈33)點亮，同時黃色燈帶(一級荷載變形曲線演示燈32)關閉；
[0036]第六步:延時幾秒，所有點亮的演示燈全部關閉。
[0037]通過以上步驟，來動態演示梁的集中荷載受力變形情況。
[0038]本實用新型中，各個演示燈、燈帶分別通過開關電路進行控制，教師演示過程中，通過開關控制各演示燈的通電和斷電，從而演示力的分布、傳遞等過程。
[0039]本實用新型中，所述的每個演示燈或演示燈帶的電路中可以設置延時繼電器，各個光源根據需要依次通電點亮、延時或斷電熄滅，從而實現模擬自動化，並通過光源變化演示力的傳遞情況。
[0040]例如，橫梁集中荷載演示燈31的下半部分、彎矩受力演示燈230、一級荷載變形曲線演示燈32、橫梁集中荷載演示燈31上半部分、一級荷載變形曲線演示燈32、橫梁二級荷載變形曲線演示燈33的對應電路內均設置延時繼電器，通電時間、延時時間均按照上述順序進行設置，即可達到先後順序及通電時間的要求。
[0041]實施例2——梁的均布荷載演示模塊
[0042]如圖3至圖8可見，在建築物實體結構框架中，選一個梁作為演示用梁，梁上安裝六個黃色演示燈作為橫梁均布荷載演示燈30、二個橙色演示燈作為彎矩受力演示燈230、一條黃色燈帶作為橫梁一級荷載變形曲線演示燈32、一條紅色燈帶作為和橫梁二級荷載變形曲線演示燈33。
[0043]所述的演示燈、燈帶經開關電路與電源電連接。
[0044]所述橫梁均布荷載演示燈30包括上下兩個光源，相應的通過兩條電路控制。
[0045]梁的均布荷載演示具體如下；
[0046]第一步:六個黃色演示燈(橫梁均布荷載演示燈30)亮下面1/2部分；
[0047]第二步:延時幾秒，二個橙色演示燈(彎矩受力演示燈230)通電發光；
[0048]第三步:延時幾秒，黃色燈帶(橫梁一級荷載變形曲線演示燈32)通電發光；
[0049]第四步:延時幾秒，六個黃色演示燈(橫梁均布荷載演示燈30)亮上面另外1/2部分，表示均布荷載受力增大，受到二級荷載；
[0050]第五步:延時幾秒，紅色燈帶(橫梁二級荷載變形曲線演示燈33)通電發光，同時黃色燈帶(橫梁一級荷載變形曲線演示燈32)關閉；
[0051]第六步:延時幾秒，所有通電發光的演示燈全部關閉。
[0052]通過以上步驟可動態演示梁的均布荷載受力變形情況。
[0053]所述開關電路中設置延時繼電器，在所有電路全部總電源接通的前提下，各演示燈、演示燈帶的通電時間、通電延續時間由多個延時繼電器配合實現。
[0054]實施例3——懸挑梁集中荷載演示模塊
[0055]如圖5可見，選一個懸挑梁骨架作為演示用梁，懸挑梁骨架7上安裝一個紅色演示燈作為懸挑梁集中荷載演示燈71、一個橙色演示燈作為彎矩受力演示燈230、一條藍色燈帶作為懸挑梁一級載荷變形演示燈72、一條黃色燈帶作為懸挑梁二級載荷變形演示燈73。
[0056]所述的演示燈、燈帶經開關電路與電源電連接。
[0057]所述懸挑梁集中荷載演示燈71包括上下兩個光源，相應的通過兩條電路控制。
[0058]懸挑梁的集中荷載演示具體如下；
[0059]第一步:紅色演示燈(懸挑梁集中荷載演示燈71)亮下面1/2部分；
[0060]第二步:延時幾秒，橙色演示燈(彎矩受力演示燈230)亮起；
[0061]第三步:延時幾秒，藍色燈帶(懸挑梁一級載荷變形演示燈72)亮起；
[0062]第四步:延時幾秒，紅色演示燈(懸挑梁集中荷載演示燈71)亮上面另外1/2部分，表示集中荷載受力增大，受到二級荷載；
[0063]第五步:延時幾秒，黃色燈帶(懸挑梁二級載荷變形演示燈73)亮起，同時藍色燈帶(懸挑梁一級載荷變形演示燈72)關閉；
[0064]第六步:延時幾秒，所有亮起的演示燈全部關閉；
[0065]通過以上步驟，來動態演示懸挑梁的集中荷載受力變形情況。
[0066]實施例4——懸挑梁均布荷載演示模塊
[0067]如圖5可見，本實施例中懸挑梁骨架7上方沿其走向設置安裝六個黃色演示燈作為懸挑梁均布荷載演示燈70、一個橙色演示燈作為彎矩受力演示燈230、一條藍色燈帶作為懸挑梁一級載荷變形演示燈72、一條黃色燈帶作為懸挑梁二級載荷變形演示燈73。
[0068]懸挑梁均布荷載演示燈70設置上下兩個光源，可以分別通電發光，相應的通過兩條電路控制。
[0069]懸挑梁的均布荷載演示具體如下；
[0070]第一步:黃色演示燈(懸挑梁均布荷載演示燈70)亮下面1/2部分；
[0071]第二步:延時幾秒，橙色演示燈(彎矩受力演示燈230)通電發光；
[0072]第三步:延時幾秒，藍色燈帶(懸挑梁一級載荷變形演示燈72)通電發光；
[0073]第四步:延時幾秒，黃色演示燈(懸挑梁均布荷載演示燈70)亮上面另外1/2部分，表示均布荷載受力增大，受到二級荷載；
[0074]第五步:延時幾秒，黃色燈帶(懸挑梁二級載荷變形演示燈73)通電發光，同時藍色燈帶(懸挑梁一級載荷變形演示燈72)關閉；
[0075]第六步:延時幾秒，所有通電發光的演示燈全部關閉；
[0076]通過以上步驟，來動態演示懸挑梁的均布荷載受力變形情況。
[0077]實施例5——柱的軸心受壓演示模塊
[0078]如圖3至圖8可見，在全框架結構二層樓中，選一個立柱骨架2作為演示用柱，立柱骨架2上沿軸心從上向下按順序安裝四組高亮度白色演示燈作為建築內力荷載演示燈20。
[0079]柱的軸心受壓演示具體如下:
[0080]第一步:立柱骨架2的最上面一組白色演示燈通電發光，表示立柱受到軸心受壓。
[0081]第二步:延時幾秒，立柱骨架2上面第二組白色演示燈通電發光，表示柱的軸心受壓向下傳遞。
[0082]第三步:延時幾秒，立柱骨架2上面第三組白色演示燈通電發光，表示柱的軸心受壓繼續向下傳遞。
[0083]第四步:延時幾秒，立柱骨架2上面第四組白色演示燈通電發光，表示柱的軸心受壓繼續向下傳遞。
[0084]第五步:延時幾秒，立柱骨架2上四組演示燈全部關閉。
[0085]本實用新型中，各演示燈、燈帶延時時長3至5秒為宜。
[0086]實施例6-柱的小偏心受壓演不模塊
[0087]如圖6、圖7可見，在全框架鋼結構二層樓中，選一個立柱骨架2作為演示用柱，立柱骨架2上沿軸心向下順序安裝七組高亮度白色演示燈作為建築內力荷載演示燈20，立柱骨架2與橫梁骨架3結合部位設置一個弧形的橙色演示燈作為彎矩受力演示燈230，立柱骨架2上設置一條紅色燈帶作為立柱小偏心受壓演示燈帶21。
[0088]柱的小偏心受壓演示具體如下:
[0089]第一步:立柱骨架2的最上面一組白色演示燈通電發光，表示立柱受到小偏心受壓。
[0090]第二步:延時幾秒，立柱骨架2上面第二組白色演示燈通電發光，表示立柱的小偏心受壓向下傳遞。
[0091]第三步:延時幾秒，立柱骨架2上面第三組白色演示燈通電發光，表示立柱的小偏心受壓繼續向下傳遞。
[0092]第四步:延時幾秒，二層樓上的橙色演示燈(彎矩受力演示燈230)通電發光，表示柱的小偏心受壓傳遞到二層樓時，產生彎矩力。
[0093]第五步:延時幾秒，立柱骨架2上面第四組白色演示燈通電發光，表示柱的小偏心受壓繼續向下傳遞。
[0094]第六步:延時幾秒，柱上面第五組白色演示燈通電發光，表示柱的小偏心受壓繼續向下傳遞。
[0095]第七步:延時幾秒，柱上面第六組白色演示燈通電發光，表示柱的小偏心受壓繼續向下傳遞。
[0096]第八步:延時幾秒，柱上面第七組白色演示燈通電發光，表示柱的小偏心受壓繼續向下傳遞。
[0097]第九步:延時幾秒，紅色燈帶(立柱小偏心受壓演示燈帶21)通電發光，表示立柱受壓彎曲變形。
[0098]第十步:延時幾秒，所有演示燈全部關閉。
[0099]通過以上步驟，來動態演示柱的小偏心受壓傳遞、變形情況。
[0100]實施例7——框架結構體系傳力的演示模塊
[0101]如圖3至圖8可見，建築物結構框架設計為全框架鋼筋骨架結構二層樓，沿著二層樓屋頂骨架四周安裝46個高亮度黃色演示燈作為屋頂荷載演示燈40、二層樓所有立柱骨架從上到下按順序安裝七組高亮度白色演示燈作為建築內力荷載演示燈20、二層樓外圍梁的四周安裝36個高亮度黃色演示燈作為橫梁均布荷載演示燈30、樁基地面上沿四周安裝48個高亮度藍色演示燈作為基礎荷載演示燈10。
[0102]框架結構體系傳力的具體演示如下:
[0103]第一步:屋頂骨架四周46個高亮度黃色演示燈(屋頂荷載演示燈40)通電發光；
[0104]第二步:延時幾秒，二層樓所有立柱骨架上最上面一組高亮度白色演示燈(建築內力荷載演示燈20)通電發光；
[0105]第三步:延時幾秒，二層樓所有立柱骨架上第二組高亮度白色演示燈(建築內力荷載演示燈20)通電發光；
[0106]第四步:延時幾秒，二層樓所有立柱骨架上第三組高亮度白色演示燈(建築內力荷載演示燈20)通電發光；
[0107]第五步:延時幾秒，二層樓外圍梁的四周安裝的36個高亮度黃色演示燈(橫梁均布荷載演示燈30)通電發光；
[0108]第六步:延時幾秒，二層樓所有立柱骨架上第四組高亮度白色演示燈(建築內力荷載演示燈20)通電發光；
[0109]第七步:延時幾秒，二層樓所有立柱骨架上第五組高亮度白色演示燈(建築內力荷載演示燈20)通電發光；
[0110]第八步:延時幾秒，二層樓所有立柱骨架上第六組高亮度白色演示燈(建築內力荷載演示燈20)通電發光；
[0111]第九步:延時幾秒，二層樓所有立柱骨架上第七組高亮度白色演示燈(建築內力荷載演示燈20)通電發光；
[0112]第十步:延時幾秒，樁基地面上沿四周安裝的48個高亮度藍色演示燈基礎荷載演TjV燈10通電發光。
[0113]第十一步:延時幾秒，所有演示燈全部關閉。
[0114]通過以上步驟，來動態演示框架結構體系傳力情況。
[0115]實施例8-7jC平外力受力演示模塊
[0116]如圖7可見，還包括設置在建築物實體結構框架一側的若干個水平外力演示燈8，在水平外力演示燈8對側的建築物實體結構框架內設置有多個水平反力演示燈80。
[0117]建築全框架鋼筋骨架結構取最外面2A柱、3A柱、3A柱三柱作為演示柱，在三柱最上面從上到下按順序安裝五組15個不同長度的高亮度綠色演示燈(表示水平外力演示燈8)，在二層樓結構13個柱子下部，每個柱子各安裝一個高亮度綠色演示燈(表示水平反力演示燈80)。
[0118]建築物水平力的具體演示如下:
[0119]第一步:第一組表示水平外力的15個高亮度綠色演示燈點亮；
[0120]第二步:延時幾秒，第二組表示水平反力的13個高亮度綠色演示燈點亮；
[0121]第三步:延時幾秒，所有點亮的演示燈關閉；
[0122]第四步:延時幾秒，再次循環(按照從第一步一第三步循環)
[0123]通過以上步驟，來動態演示建築物水平力的情況。
[0124]本實用新型包括但不限於上述實施方式，可以根據教學需要來對電源連接進行改裝，以實現不同部分同時通電點亮，演示建築物的受力情況。
【權利要求】
1.一種建築結構受力光學演示模型，包括建築物實體結構框架，所述建築物實體結構框架包括設置在地面上的基礎骨架(I)、設置在基礎骨架(I)之上的至少四根立柱骨架(2)，相鄰立柱骨架(2)之上設置有橫梁骨架(3)、橫梁骨架(3)之上通過立柱骨架(2)設置有屋頂骨架(4)，其特徵在於:還包括沿基礎骨架(I)布置的多個基礎荷載演示燈(10)，在所述的立柱骨架(2)內自上而下設置有多組建築內力荷載演示燈(20);還包括設置在立柱骨架(2)內的至少一條立柱小偏心受壓演示燈帶(21);所述的橫梁骨架(3)設置有多個橫梁均布荷載演示燈(30)，還包括設置在橫梁骨架(3)之上的橫梁集中荷載演示燈(31);所述的橫梁骨架(3)內沿其走向設置有橫梁一級荷載變形曲線演示燈(32)和至少一條橫梁二級荷載變形曲線演示燈(33);所述立柱骨架(2)與橫梁骨架(3)結合部位設置有彎矩受力演示燈(230);在屋頂骨架(4)之上沿其走向設置有多個屋頂荷載演示燈(40);所述的演示燈、燈帶經開關電路與電源電連接。
2.如權利要求1所述的建築結構受力光學演示模型，其特徵在於:還包括設置在所述建築物實體結構框架上的懸挑梁骨架(7)，至少一個懸挑梁骨架(7)上方沿其走向設置有多個懸挑梁均布荷載演示燈(70)，所述懸挑梁骨架(7)上方還設置有懸挑梁集中荷載演示燈(71)，懸挑梁骨架(7)上還設置有懸挑梁一級載荷變形演示燈(72)，懸挑梁一級載荷變形演示燈(72 )下方設置有懸挑梁二級載荷變形演示燈(73 )。
3.如權利要求1或2所述的建築結構受力光學演示模型，其特徵在於:還包括設置在建築物實體結構框架一側的多個水平外力演示燈(8)，在水平外力演示燈(8)對側的建築物實體結構框架內設置有多個水平反力演示燈(80)。
4.如權利要求1或2所述的建築結構受力光學演示模型，其特徵在於:所述的開關電路中設置有延時繼電器。
【文檔編號】G09B25/04GK203982685SQ201420440293
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】陶盛, 王東峰, 陳月萍, 陶順 申請人:陶順