鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)方法探討

【摘要】鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一門(mén)難度較大的土木工程專業(yè)課程，本文根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)，探討鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)方法。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 教學(xué)方法

鋼結(jié)構(gòu)具有承載力大、抗震性能好、施工速度快、自身重量輕等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)、重載結(jié)構(gòu)、工業(yè)廠房以及地基條件差等建筑。近年來(lái)，隨著我國(guó)鋼材產(chǎn)量的日益增長(zhǎng)和鋼材質(zhì)量的提高，我國(guó)的相關(guān)政策也發(fā)生了改變，由過(guò)去的節(jié)約用鋼到鼓勵(lì)用鋼，大力推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)已成為一項(xiàng)新的技術(shù)政策，鋼結(jié)構(gòu)工程得到越來(lái)越多的應(yīng)用，社會(huì)上亟需培養(yǎng)一批鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)人員。

一、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)

(一)工程實(shí)踐性強(qiáng) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的后續(xù)部分，是建立在學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)基本知識(shí)有一定了解的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入應(yīng)用階段，目的就是讓學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法和手段，領(lǐng)會(huì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求，能根據(jù)結(jié)構(gòu)承受的直接和間接作用及所處環(huán)境特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出既安全適用、又經(jīng)濟(jì)合理的鋼結(jié)構(gòu)體系。

(二)教學(xué)內(nèi)容多

如上所述，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是引導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，涉及的內(nèi)容多，包含了門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)、重型廠房結(jié)構(gòu)、多層及高層鋼結(jié)構(gòu)、大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)、板結(jié)構(gòu)以及鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)等眾多內(nèi)容。

(三)教學(xué)內(nèi)容難度大

作為一門(mén)專業(yè)課，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容難度較大。凡是與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的內(nèi)容均屬于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，從荷載或作用類型、荷載取值、結(jié)構(gòu)體系類型及結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)體系計(jì)算模型簡(jiǎn)化、結(jié)構(gòu)抗風(fēng)及抗震計(jì)算、構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算、材料強(qiáng)度及變形計(jì)算、結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施等，可以說(shuō)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容是一門(mén)難度較大的課程，它不但設(shè)計(jì)到材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)等基本力學(xué)知識(shí)，也涉及結(jié)構(gòu)體系選型、結(jié)構(gòu)抗震、以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等專業(yè)知識(shí)。對(duì)于本科生而言，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程不容易學(xué)好。

(四)與設(shè)計(jì)規(guī)范聯(lián)系密切

作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類課程，與國(guó)家的相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程密切聯(lián)系。與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范、高層民用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程、矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程、鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程等密切相關(guān)。

(五)學(xué)時(shí)少

由于歷史原因，在過(guò)去我國(guó)鋼材緊缺年代，工程界很少遇到鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)與施工，即便是遇到，也主要是一些構(gòu)件(如吊車(chē)梁、桁架梁等)，對(duì)系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)體系幾乎沒(méi)有，因此大學(xué)教育中對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的教學(xué)也主要是針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理展開(kāi)，深度上也局限于構(gòu)件設(shè)計(jì)層面，開(kāi)設(shè)的課時(shí)一般是60左右，另外有一周的課程設(shè)計(jì)(課程設(shè)計(jì)內(nèi)容多為鋼結(jié)構(gòu)桁架梁設(shè)計(jì))，對(duì)系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾乎不講。隨著建筑形式的變化，社會(huì)急需一批懂得鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的專業(yè)人才，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》課程才得以重視和開(kāi)設(shè)，但教學(xué)學(xué)時(shí)少，一般是40學(xué)時(shí)。

二、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)方法探討

(一)抓住重點(diǎn)、拓展思路

為了能使學(xué)生較為輕松地學(xué)會(huì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容，掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法，老師在講授該課程時(shí)，要抓住重點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)的體系設(shè)計(jì)上；故教學(xué)時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)講述目前工程應(yīng)用中較為常見(jiàn)的門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)、大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)以及鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)。通過(guò)門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的詳細(xì)講解，讓學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的基本方法，即結(jié)構(gòu)選型及布置—荷載取值及組合—結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析及變形計(jì)算—構(gòu)件設(shè)計(jì)—結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求；在詳細(xì)講述完該部分內(nèi)容后，可以拓展講述多層及高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此時(shí)就不需再詳細(xì)重復(fù)一些相同內(nèi)容。通過(guò)大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)的詳細(xì)講解，讓學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的一些非常規(guī)問(wèn)題的處理辦法。對(duì)鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)的詳細(xì)講述，一方面可以鞏固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的知識(shí)，同時(shí)也拓展了學(xué)生的視野，重點(diǎn)講述鋼與混凝土組合后的優(yōu)點(diǎn)，特別是“1+1>2”的組合效果，鋼與混凝土組合后，不但克服了混凝土結(jié)構(gòu)承載能力低、抗震性能差等缺點(diǎn)，同時(shí)也能彌補(bǔ)鋼結(jié)構(gòu)容易發(fā)生屈服失穩(wěn)和易銹蝕等缺陷。

(二)理論與實(shí)踐相結(jié)合

作為一門(mén)難度較大的專業(yè)課，其課程目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際設(shè)計(jì)能力，因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的教學(xué)必須緊密聯(lián)系實(shí)際，在講解教材的理論內(nèi)容時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)講述公式的來(lái)歷，構(gòu)造規(guī)定的必要性等，假如不按規(guī)范公式設(shè)計(jì)，會(huì)出現(xiàn)什么樣的后果。并且要選取典型工程結(jié)合教材進(jìn)行教學(xué)，同時(shí)也有必要對(duì)一些鋼結(jié)構(gòu)工程事故進(jìn)行分析，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)作風(fēng)。

(三)采取多媒體和板書(shū)相結(jié)合的教學(xué)方法

多媒體作為現(xiàn)代化的教學(xué)手段，具有信息量大，直觀等優(yōu)點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程通過(guò)多媒體技術(shù)，可以展示一些大型工程項(xiàng)目的圖片，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖、結(jié)構(gòu)布局、鋼材之間的連接方式、局部構(gòu)造要求等，也可以方便地講述鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)軟件操作方法，顯示鋼結(jié)構(gòu)在荷載或作用下的內(nèi)力和變形，能有效提高學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的從宏觀上感性認(rèn)識(shí)和興趣。教學(xué)實(shí)踐表明，單純使用多媒體教學(xué)效果并不理想，由于多媒體教學(xué)的速度較快，學(xué)生很難跟得上教師的節(jié)奏，往往給學(xué)生帶來(lái)的感覺(jué)是老師較的內(nèi)容很豐富，也很有意義，可就是學(xué)不會(huì)，一知半解。因此，在一些重要知識(shí)點(diǎn)上，必須結(jié)合傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)法，通過(guò)板書(shū)，教學(xué)速度會(huì)放慢，教師的寫(xiě)和講的過(guò)程，就是學(xué)生的聽(tīng)與記的過(guò)程，通過(guò)這一環(huán)節(jié)的“慢鏡頭”講解，學(xué)生就能在課堂上掌握一些重點(diǎn)內(nèi)容，比如公式的推導(dǎo)，結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的簡(jiǎn)化等，經(jīng)過(guò)教師的板書(shū)，學(xué)生也明白這些內(nèi)容是重點(diǎn)內(nèi)容。

(四)增加教學(xué)見(jiàn)習(xí)環(huán)節(jié)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程假如沒(méi)有配備一定的教學(xué)見(jiàn)習(xí)機(jī)會(huì)，學(xué)生會(huì)感覺(jué)很空洞，畢竟他們是初學(xué)者，在日常生活中，能接觸到鋼結(jié)構(gòu)工程的不多。為了提高他們的學(xué)習(xí)效果，應(yīng)至少有兩次以上的見(jiàn)習(xí)機(jī)會(huì)，教師帶領(lǐng)他們到一些工業(yè)廠區(qū)參觀門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)、重型廠房結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)講解這些鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的組成桿件和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)；帶領(lǐng)他們到大型體育場(chǎng)館或會(huì)展中心參觀大跨度鋼結(jié)構(gòu)；有機(jī)會(huì)也讓他們參觀鋼管混凝土拱橋等組合結(jié)構(gòu)。通過(guò)見(jiàn)習(xí)，能有效提高學(xué)生的感官認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)興趣。

(五)提供課外學(xué)習(xí)資料

由于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程涉及的內(nèi)容很廣泛，目前國(guó)內(nèi)的教材很難全部詳細(xì)講述，一般都是點(diǎn)到為止，距離真正的工程設(shè)計(jì)還是有一定的距離，因此，教師有必要告訴學(xué)生需要在課堂以外補(bǔ)充學(xué)習(xí)什么東西。比如各種設(shè)計(jì)規(guī)范、參考文獻(xiàn)、計(jì)算機(jī)分析軟件等，這些學(xué)習(xí)資料教師應(yīng)予以提供，讓學(xué)生在課外能補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)。

總之，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一門(mén)涉及面廣、學(xué)習(xí)難度較大的大學(xué)專業(yè)課程，具有實(shí)踐性強(qiáng)、教學(xué)內(nèi)容多、與規(guī)范聯(lián)系密切等特點(diǎn)。根據(jù)該課程特點(diǎn)，可采取抓住重點(diǎn)、拓展思路，理論聯(lián)系實(shí)際，采取多媒體和板書(shū)相結(jié)合，提供課外學(xué)習(xí)資料和增加教學(xué)見(jiàn)習(xí)環(huán)節(jié)等教學(xué)方法。這些教學(xué)方法在教學(xué)實(shí)踐中能取得較好的效果，可供從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)的同事提供參考。