建筑學專業《建筑結構》樓蓋課程設計的改革

摘要：樓蓋課程設計是建筑學專業《建筑結構》課程中十分重要的實踐性教學環節，一般高校都會有一周左右的時間進行混凝土單向板肋梁樓蓋課程設計。從上世紀70年代后期到現在，該課程設計的形式以及內容變化不大。但隨著對建筑結構體系的進一步認識和建筑物震害的調查，單向板肋梁樓蓋課程設計采用的內框架結構形式已退出結構舞臺。本文分析了單向板肋梁樓蓋課程設計中存在的不足之處，并提出了相應的改革方案。

關鍵詞：建筑結構；單向板肋梁樓蓋；課程設計；改革方案

中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）47-0029-02

一、引言

建筑學專業的《建筑結構》課程通常在大三年級開設，學生經過二年多的建筑設計課程的學習，基本上可以將建筑的平面、立面、剖面結合起來整體思考簡單的建筑空間，也即形成了初步的建筑空間概念。這是建筑學專業學生二年多的訓練結果，盡管在他們的建筑空間中，還沒有明確的建筑支撐體系，即建筑結構，但整體建筑空間概念是理解和掌握建筑與結構關系，是學好《建筑結構》課程的關鍵[1]。《建筑結構》課程一般均安排一個混凝土單向板肋梁樓蓋設計的實踐教學環節，該課程設計涉及考慮塑性內力重分布的計算理論、按彈性理論方法分析內力的計算理論、受彎構件正截面承載力的計算理論、斜截面承載力的計算理論等知識點。經由單向板肋梁樓蓋策劃，讓建筑專業學生將所掌握的基本理論知識與設計方法滲透到全面的工程設計實踐，以培養學生的設計能力及創造性思維能力，將所學知識融會貫通，為今后的畢業設計和畢業后能盡快適應實際工程打下良好的基礎。

二、單向板肋梁樓蓋課程設計存在的不足

隨著我國經濟的高速發展，我國對建筑結構受力性能的研究投入推動了建筑業的革新。過去應用廣泛的一些結構體系，如內框架結構體系在現在的抗震設防區已禁止使用。而目前單向板肋梁樓蓋課程設計的支承體系仍為內框架體系，顯然不合適[2][3]。因此，有必要改革《建筑結構》中混凝土單向板肋梁樓蓋的課程設計。具體分析混凝土單向板肋梁樓蓋課程設計，發現存在以下幾點不足：

1.樓蓋的支承體系——內框架結構不滿足現行規范要求。通過震后震害調查發現，內框架結構整體性差，各部分的剛度變化不均勻，抵抗地震災害的能力和強度較差，所以此結構形式在地震中破壞比較嚴重。而今《建筑結構抗震規范》（GB50011-2010）[4]（簡稱為抗震規范）中早就沒有內框架結構體系方面的條文，說明內框架結構形式不能滿足抗震設防區的要求。鑒于此，如果肋梁樓蓋課程設計還繼續應用內框架結構支承的樓蓋，就與現行規范不符，因此必須對混凝土單向板肋梁樓蓋課程設計進行改革，選擇符合目前規范和工程實際的樓蓋的支承體系。

2.樓蓋的結構布置存在問題。在混凝土單向板肋梁樓蓋的樓蓋結構布置中，一般是兩個方向分別布置主梁和次梁（包括與柱相聯的梁），此種結構布置導致樓蓋二個方向的剛度差異較大，存在結構整體性差，此種樓蓋結構布置，不利于學生對整體結構概念的真正理解，會使學生理解為結構布置只應該清楚一個方向就符合要求的錯誤觀念。

3.梁柱尺寸不滿足“強柱弱梁”要求。混凝土單向板肋梁樓蓋課程設計中的主梁設計，要求按彈性理論計算，并考慮內力的最不利組合。設計時假使主梁與柱線剛度比值大于4，柱對主梁的約束一般按鉸支處理，主梁簡化為多跨連續梁進行內力計算，此種設計假定即使簡化了主梁的結構設計，但與實際工程結構的情況對比懸殊，也不符合現行抗震規范中“強柱弱梁”的設計理念，使學生對正確結構概念產生偏差。

上述幾點是當今單向板肋梁樓蓋課程設計的不足之處，所以，合理并正確地改革樓蓋課程設計，以順應規范和結構的發展，更好地培養人才。

三、單向板肋梁樓蓋課程設計的系統改革

通過上述關于目前單向板肋梁樓蓋課程設計當中的問題研究，對目前該課程設計的改進勢在必行，做到課程設計教學內容要與現行規范相匹配，與實際工程相結合，力求使學生從學習中有所得、有所獲。

1.結構體系的選擇。正因為支撐單向板肋梁樓蓋的內框架結構體系不能再用，選擇混凝土框架結構體系作為單向板肋梁樓蓋的支撐體系是很合適的，現澆框架結構具有整體性好，平面布置靈活，整個結構具有良好的抗震性能。

2.板和次梁的設計。板和次梁的設計，仍然按照教材中的設計方法進行，板和次梁內力計算時，要考慮其端部支座（主梁）對板和次梁的轉動約束，查表時應依據端部為梁的情形進行。在確定樓板厚度時應綜合考慮正常選取極限狀態并且和另外專業工種配套管線的條件。尤其要仔細，較小的板厚無法滿足工程中普遍的在板內預埋電管的施工方式。但是教材中單向板肋梁樓蓋設計例題的板厚通常按80mm考慮，建議適當加大[5]。關于板，挑選1m視為計算單元，計算簡圖依舊是多跨連續梁，按斟酌塑性內力重分散查表計算板的內力；次梁計算單元的寬度取次梁左、右（或上、下）各二分之一次梁間距，計算簡圖同樣為多跨連續梁，按斟酌塑性內力重分散查表計算次梁承受的現在彎矩和剪力。在目前的實際工程中，分離式配筋因施工困難度小，這種配筋方式的采用在工程中已受到重視。建議板和次梁的配筋設計，其上、下部鋼筋應避開用彎起鋼筋的配筋形式，達到和以后的工作實踐相一致。

3.主梁的設計。主梁計算單元的選取方法不變，內力計算仍然按照彈性理論進行，但計算簡圖不能將主梁簡化為多跨連續梁，原則上為框架結構。建議按照分層法計算主梁的內力。計算中，要考慮主梁的活荷載最無效布置，各個計算恒載、多種活載單個作用下的內力。最后依照顯示得出的結果，畫主梁的彎矩、剪力包絡圖，作為配筋計算的根據。關于主梁配筋計算時，一般情況不可使用彎起鋼筋，主梁斜截面抗剪由箍筋承擔。這種配筋形式，主梁的抵抗彎矩圖形狀是：主梁下部通常為通長筋，其各正截面抵抗的彎矩沒變化，主梁下部的抵抗彎矩圖成矩形；主梁上部鋼筋少數通長，一些鋼筋繪制主梁的彎矩包絡圖在距離柱特定位置處截斷，主梁上部所能承受的彎矩圖為階梯形。

4.結構設計軟件的應用。考慮到結構設計軟件已成為設計院設計工作的重要工具，當單向板肋梁樓蓋課程設計時期，培訓教師需從國內設計院運用頻繁的結構設計軟件如PKPM、探索者等著手。學生不僅會手算，還要懂得運用軟件實施結構設計項目，明白軟件中各類參數的物理意義。

四、結論

混凝土單向板肋梁樓蓋課程設計作為《建筑結構》實踐性教學中至關重要的一環，必須針對其存在的問題進行改革。只有進行改革，才能保證課程設計的質量，讓學生通過樓蓋課程設計，更好地理解結構概念，真正做到融會貫通。

參考文獻：

[1]劉雁.建筑學專業“建筑結構”課程的教學思考[J].高等建筑教育，2011，（04）.

[2]混凝土結構[M].第4版.北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3]藍宗建等.混凝土結構與砌體結構（第3版）[Z].南京：東南大學出版社，2011.

[4]中華人民共和國住建部.建筑抗震設計規范（GB50011-2010）[S].中國建筑工業出版社，2010.

[5]中華人民共和國國家標準，混凝土結構設計規范（GB50010-2010）[S].中國建筑工業出版社，2011.