工程造價專業工程結構課程教學探討

摘要：針對工程造價專科學生的特點和就業趨向，分析工程結構課程的教學特點，提出在教學中強化結構概念設計、設計公式、工程參數的理解，加強圖表能力訓練。綜合運用多種媒體提升教學效果，加強理論與實踐相結合舉措，以培養學生的基本職業技能。

關鍵詞：工程結構；課程教學；工程造價

中圖分類號：G6423 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）02-0061-04

工程結構是工程造價專科專業的一門核心課程，64學時（不含課程設計），也是建筑施工、工程項目管理等課程的先行課程，其內容涵蓋建筑結構設計基本原理、鋼筋混凝土結構、砌體結構、鋼結構、單層工業廠房、道路與橋梁工程結構等方面，知識覆蓋面廣，學習難度較大。

文章針對工程造價專科學生特點及就業趨向，對工程結構課程的教學特點進行分析，結合筆者工程實踐經驗，提出在教學中強調結構概念設計及對設計公式、工程參數的深刻理解，綜合運用實景照片、動畫、視頻、3D模型、計算軟件等多種媒體提升教學效果，并給出了培養學生識圖能力，問題分析處理能力的具體實踐教學方法。

一、工程結構課程的教學特點

（一）針對專業特色，調整教學重點

武漢科技大學工程造價專科畢業生大部分進入土木工程施工、監理、咨詢等領域，能勝任施工員、預算員、材料員等崗位，少有學生從事結構設計工作。因此，對工程結構課程的講授必然有別于土木工程或結構工程本科專業，在教學中應加大建筑結構概念設計及應用的講授學時，降低結構構件計算部分的難度，除鋼筋混凝土結構、砌體結構、鋼結構教學外，還應增加道路橋梁工程結構設計概論，培養學生建立結構體系概念，掌握其基本概念和基本原理。

（二）針對學生學習特點，把握課程難度

工程造價專科學生僅修高等數學（少學時），未修線性代數和概率與數理統計，力學也僅修了一門工程力學（少學時），因此，對工程結構設計理論有關概率論的部分無法深刻理解，結構分析困難。在教學中應減少設計公式理論的推導，重點講解公式的適用條件和參數含義。

（三）形象化與案例教學相結合

工程結構課程與生活聯系緊密，大到高層建筑、橋梁、體育場，小到自行車棚、廣告牌，無不蘊含著結構原理，因此，在教學中應充分利用多媒體手段，采用啟發式教學和案例教學，幫助學生打消顧慮，樹立自信心。

（四）做好前后課程的銜接

工程結構課程教學中要經常回顧建筑材料、建筑構造課程中學習的內容，經常繪制彎矩圖和剪力圖，加強工程力學基本訓練。由于建筑施工課程與建筑結構課程在同一學期開設，通過對樁的吊裝過程受力分析案例講解，將兩門課程聯系起來，讓學生理解工程結構在設計、施工中的廣泛運用。

二、工程結構課程的教學方法

（一）注重結構概念設計

在講解建筑結構設計基本原理章節時，以承載能力極限狀態設計表達式γ0S≤R為核心，從概念設計角度引導學生思考，增加結構（構件）安全儲備的設計方法主要有：一是增加荷載組合效應設計值S，從荷載組合公式可知，恒載乘以系數1.2，意味著恒載增大20%，活載乘以系數1.4，意味著活載增大40%，對于安全等級為一級的重要建筑物，γ0取1.1則意味著整體荷載設計值增大10%；二是減小結構構件抗力設計值R，體現在結構構件承載力設計值均為其標準值除以大于1的材料系數。通過一增一減，保證結構（構件）有足夠的安全儲備。

結構剛度是結構抵抗變形的能力。從結構概念設計的角度看，內力傳遞途徑越直接，結構剛度越大；內力分布越均勻，結構剛度越大；內力越小，結構剛度越大^[1]。例如：對于深基坑工程采用鋼管內支撐，若基坑寬度較大（大于20 m），一般考慮在鋼支撐跨中部位增加臨時立柱，通過減小跨度的方法，增大鋼支撐的剛度，防止失穩破壞。

（二）注重理解公式參數的物理含義

鋼筋混凝土結構設計是一門理論結合試驗研究的學科，涉及公式多。在教學活動中，可以簡化公式的理論推導過程，強調對公式的理解，特別是對公式中重要參數的物理含義的理解。例如：在鋼筋混凝土單筋矩形梁正截面承載力計算教學中，首先講解清楚梁正截面受彎的三個階段，然后引導學生理解適筋梁承載力計算公式Mu=α1fcbx（h0-x/2）時，要特別講解清楚參數x的物理含義是梁受壓破壞時受壓區混凝土的高度，其值最大為ξb，進一步啟發學生計算出適筋梁最大配筋率為α1ξbfc/fy。由此還可以引申出以下規律：其一，混凝土強度等級，鋼筋強度等級一定，加大截面的有效高度h0可增大梁的正截面抗彎能力；其二，鋼筋強度等級一定，梁截面一定，其最大抗彎能力為Mu=α1fcbx（h0-x/2），適當采用高等級混凝土對梁正截面抗彎有利；其三，鋼筋盡量布置為單排，在梁截面一定的情況下，不但有利于施工，對增大h0也有利；其四，梁鋼筋、混凝土強度等級一定，截面高度一定，若設計彎矩大于α1fcbξb（h0-ξb/2），則只能采用雙筋截面梁。

（三）注重總結系數表格中的規律

《工程結構》教材^[2]中含有大量的表格，指導學生閱讀表格，進行縱向橫向比較，從而得到一定的規律，是教學的一個重要內容。例如：通過閱讀鋼筋混凝土軸心受壓構件穩定系數值表（表1），可以得到以下結論：圓形截面短柱（長細比l0/d≤7）的穩定系數值φ=1.0，圓形截面長柱（長細比l0/d>7）隨著長細比的增大，穩定系數φ值逐步減小。通過閱讀砌體抗壓強度設計值表格（表2），可以得到以下規律：對于同類砌體材料，若材料強度等級一定，砂漿強度等級越高，砌體的抗壓強度設計值越大；若砂漿強度等級一定，砌體材料的強度等級越高，砌體的抗壓強度設計值越大。

（四）注重講解工程參數取值的依據

《工程結構》教材^[2]由于篇幅有限，各類設計表格僅列出工程參數取值，但少有解釋其取值的來源或依據，授課教師要擇其重點進行講解。例如：GB5003-2011《砌體結構設計規范》^[4] 3.2.3條規定“對于無筋砌體構件，其截面面積小于0.2 m2時，γa（砌體強度設計值調整系數）為其截面面積加0.8”，其原因是砌體構件面積過小，受各種偶然因素影響（截面缺口，構件碰撞），可能導致砌體強度有較大降低，因此，需對砌體強度設計值乘以γa進行折減。這些隱藏在參數背后的道理更值得學習。

三、工程結構課程的教學手段

（一）工程實景照片的應用

工程結構課程實踐性強，盡管教材中給出結構（構件）的布置圖、示意圖，但學生難以深刻地理解，尤其對于單層工業廠房，構件種類多，連接形式復雜，是學習的難點之一。授課教師借助工程實景圖片展示構件及其連接形式，起到了很好的教學效果，如圖1。

（二）動畫及視頻的應用

動畫及視頻能較好地體現結構構件在荷載作用下的破壞過程。通過觀看混凝土偏心受壓長柱破壞試驗，能較好地理解整個破壞過程和破壞特征。采用動畫演示先張法、后張法施工工藝過程，能使對學生預應力混凝土結構的設計目的、受力特點等形成完整認識。

（三）結構模型的應用

由于工程造價專業二年級學生尚未接觸實際工程，尤其對鋼結構工業廠房建筑結構的細部節點構造理解比較困難。在教學中借助3DMax計算機軟件的良好建模功能，通過3D模型能形象地展示鋼結構細部構造及其連接，如圖2。

（四）結構計算軟件的應用

為彌補工程造價專業專科生在結構計算方面的不足，在課堂教學中引入理正結構工具箱軟件，結構計算軟件典型界面如圖3。通過計算軟件驗算教材中的柱、梁、板、墻、樓梯、基礎構件及砌體結構的計算例題，讓學生明白軟件計算的過程，讀懂計算書，同時還能夠根據所學結構知識對結果進行估計和判斷。

四、工程結構課程的實踐教學

工程結構是一門實踐性較強的課程。因此，在大學教學中要特別重視實踐環節，培養學生的基本職業技能，創造機會多接觸實體工程，將理論知識與工程實踐相結合。

（一）培養學生的施工圖識讀能力

工程造價專業畢業生無論從事什么崗位的工作，施工圖的識讀能力是一項必備的基本職業技能。在先導課程建筑制圖中，學生已掌握了建筑施工圖、結構施工圖的一些基礎知識，但還未達到實踐應用水平。在教學中重點講解兩套完整的鋼筋混凝土結構、鋼結構的施工圖，并專門講解平法制圖規則和識圖方法，通過課堂講授和課后作業，讓學生熟練掌握結構施工圖的識讀方法。

（二）培養學生的問題分析能力

在學習完梁構件的受力特點后，以武漢天河機場T2航站樓玻璃幕墻支承結構（圖4）為例，考察學生的問題分析能力，討論玻璃幕墻上的力的傳遞路徑，支承結構的受力特點，支承結構的截面設計，最后授課教師給出點評：大面積的點式玻璃幕墻采用一系列平面桁架梁支承，這些平面桁架梁的工作性能類似于豎向簡支梁，風荷載引起的彎矩在跨中最大，端部最小，桁架梁的截面呈拋物線，與彎矩圖匹配，因此，平面桁架梁設計合理，輕巧美觀。

（三）利用地域優勢進行工程實踐

武漢科技大學位于武漢市青山區，距武漢火車站、武漢天興洲長江大橋、武漢鋼鐵集團公司較近。在工程結構實踐教學中，特別注意發揮地域優勢，引導學生進行工程實踐。例如：布置課后作業考察施工中的武漢火車站屋蓋結構（圖5），繪制簡圖并分析其設計特點。通過實踐，學生能較好地掌握拱結構、網殼結構的受力特點及應用特性。在學習完橋梁的基本組成和分類知識后，要求學生實地考察施工中的武漢天興洲長江大橋（圖6），從而更直觀地了解斜拉橋的結構體系和受力特點。

參考文獻：

[1] 季天健，Adrian B. 感知結構概念[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2] 劉玲.工程結構[M]. 北京：中國計劃出版社，2008.

[3] 中國建筑科學研究院.GB 50010-2010 混凝土結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[4] 中國建筑東北設計研究院有限公司.GB 50003-2011 砌體結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

Research on engineering structure course teaching of engineering cost Specialty

YU Hongliang

（School of Management， Wuhan University of Science and Technology， Wuhan 430081， P. R. China）

Abstract：According to characteristics and career prospects of junior college students majored in engineering cost management， the characteristics of the engineering structure curriculum are analyzed. It emphasizes the structure conceptual design， the profound understanding of the design formula and engineering parameters and learns to analyze disciplines in the graphs and tables. Multimedia such as live-action photos， animation， video， 3D models and calculation software is applied to promote the teaching effect， and the concrete practical teaching methods that can help the students to achieve abilities of recognizing engineering drawings and capacity of problem analysis processing are given.

Keywords：engineering structure； course teaching； engineering cost