關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的教學(xué)探討

周愛(ài)萍 黃東升 蘇毅

摘要：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是土木工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其具有內(nèi)容多，難度大，實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)存在學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)主動(dòng)性差，自主學(xué)習(xí)能力欠缺的問(wèn)題。本文從開拓視野，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際工程應(yīng)用，通過(guò)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件就工程實(shí)例進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用理論知識(shí)等，多途徑提高教學(xué)質(zhì)量，增加學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，使學(xué)生初步具有運(yùn)用理論知識(shí)正確進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和解決實(shí)際技術(shù)問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);理論聯(lián)系實(shí)際;計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件

中圖分類號(hào)：G642.41 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）43-0166-02

一、本課程的特點(diǎn)

本課程在混凝土基本構(gòu)件受力性能、設(shè)計(jì)計(jì)算方法和構(gòu)造等基本理論的基礎(chǔ)上，闡述梁板結(jié)構(gòu)、單層廠房、多層和高層房屋等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，具有內(nèi)容多、符號(hào)多、計(jì)算公式多、構(gòu)造規(guī)定多的特點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中需要突出重點(diǎn)，并注意難易結(jié)合，以便學(xué)生在深刻理解重要概念的基礎(chǔ)上，熟練掌握設(shè)計(jì)計(jì)算的基本功。該課程同時(shí)又是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，要求在加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的同時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生逐步熟悉和正確運(yùn)用我國(guó)頒布的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)程。諸如，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010）、《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068）、《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（JBJ3-91）、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011）、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB5009）等。課程涉及的知識(shí)點(diǎn)面廣而且量大，同時(shí)其又是一門發(fā)展很快的學(xué)科，應(yīng)及時(shí)關(guān)注該學(xué)科的新動(dòng)向和新成就，以擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面。因此，本課程的教學(xué)具有難度大、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，需要老師同時(shí)具備良好的學(xué)術(shù)水平和豐富的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

二、目前學(xué)生存在的問(wèn)題

作者就該課程的授課班級(jí)有三個(gè)，人數(shù)達(dá)100人，該課程開設(shè)時(shí)間為本科學(xué)習(xí)階段的第6學(xué)期，每周4學(xué)時(shí)的教學(xué)時(shí)間，歷時(shí)12周。根據(jù)課堂觀察與平時(shí)小測(cè)驗(yàn)成績(jī)，發(fā)現(xiàn)全身心投入學(xué)習(xí)的人數(shù)不到三分之一，于是就對(duì)該課程的認(rèn)識(shí)與學(xué)習(xí)興趣，作者在課堂上做了問(wèn)卷調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示，存在如下幾方面的問(wèn)題：（1）必備的基礎(chǔ)知識(shí)不夠。該課程需要《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（上）》、《材料力學(xué)》等多門課程的知識(shí)做鋪墊，很多學(xué)生屬于從大一開始就在及格線上掙扎的狀態(tài)，不具備應(yīng)有的基礎(chǔ)知識(shí)，造成學(xué)習(xí)專業(yè)必修課非常吃力的結(jié)果。（2）學(xué)習(xí)目標(biāo)錯(cuò)位。有一部分學(xué)生本末倒置，認(rèn)為考研是目標(biāo)，必然要放棄課程學(xué)習(xí)的時(shí)間。為了達(dá)到考研目的，犧牲必修課程的學(xué)習(xí)，片面認(rèn)為學(xué)歷的重要性，不注重專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)。（3）不具備大學(xué)學(xué)習(xí)模式的能力。從小習(xí)慣了老師“填鴨式”的應(yīng)試教育，被動(dòng)接受老師、家長(zhǎng)安排，缺乏獨(dú)立性、自主性，進(jìn)入大學(xué)自主學(xué)習(xí)的模式，不知道該如何著手，不懂得如何構(gòu)建自己的知識(shí)體系，也不懂得如何把自己培養(yǎng)成一個(gè)專業(yè)性的人才，為踏入社會(huì)做好充分準(zhǔn)備。（4）對(duì)未來(lái)迷茫，具有畏難心理。不少學(xué)生認(rèn)為專業(yè)知識(shí)枯澀難懂，認(rèn)為本科專業(yè)的學(xué)生無(wú)法勝任專業(yè)知識(shí)要求很高的工作崗位，只求通過(guò)考試，獲得文憑。對(duì)本專業(yè)方向缺乏全面了解，對(duì)社會(huì)缺乏了解，對(duì)自己的未來(lái)沒(méi)有規(guī)劃，沒(méi)有理想，沒(méi)有強(qiáng)烈的求知欲。大學(xué)是學(xué)生人格成熟，學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，使自己成為一名專業(yè)技術(shù)人才的階段，也是踏入社會(huì)的一個(gè)非常關(guān)鍵的準(zhǔn)備階段。目前大學(xué)的培養(yǎng)模式造成大學(xué)與社會(huì)的銜接不是很緊密，也是造成學(xué)生沒(méi)有足夠的學(xué)習(xí)動(dòng)力與學(xué)習(xí)興趣，無(wú)法盡快融入社會(huì)的原因之一。

三、多途徑提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，培養(yǎng)學(xué)生技能

針對(duì)上述課程特點(diǎn)與學(xué)生存在的問(wèn)題，作者采取以下幾個(gè)措施來(lái)提高教學(xué)質(zhì)量。

（一）開拓學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

學(xué)生普遍存在對(duì)本專業(yè)了解甚少，對(duì)未來(lái)缺少規(guī)劃，強(qiáng)度極高的應(yīng)試訓(xùn)練造成思維定式，視野狹窄等問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)情況，結(jié)合作者本人一直參與不同類型的工程項(xiàng)目的經(jīng)歷，在講授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，結(jié)合課堂內(nèi)容，拓展知識(shí)。在學(xué)到混凝土結(jié)構(gòu)體系時(shí)，讓學(xué)生了解一些組合結(jié)構(gòu)，如處于發(fā)展階段的混凝土與木結(jié)構(gòu)的組合，從組合模式、組合優(yōu)點(diǎn)、組合的應(yīng)用、組合需要研究的問(wèn)題等入手，培養(yǎng)學(xué)生從感興趣到慢慢深入思考問(wèn)題的習(xí)慣。同時(shí)還介紹了另一種混合結(jié)構(gòu)，即型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)體系，展示了我們課題組在100m高層設(shè)計(jì)大跨結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的型鋼混凝土梁，從應(yīng)用背景到設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)及審圖意見(jiàn)等多方面介紹，讓學(xué)生初步具備感性認(rèn)識(shí)，而不完全是很抽象的理論知識(shí)。除了介紹建筑房屋，還就我們課題組一直從事的大型機(jī)電產(chǎn)品包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，向?qū)W生展示另一個(gè)領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用，便于學(xué)生深刻了解交叉學(xué)科的綜合應(yīng)用。在介紹大型機(jī)電產(chǎn)品包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)人員的成果時(shí)，也同時(shí)介紹了軟件研發(fā)人員的另一個(gè)研究領(lǐng)域——BIM技術(shù)的概況，消除學(xué)生認(rèn)為只能從事施工、監(jiān)理、工程管理等比較狹窄的思路，幫助他們拓寬視野，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

（二）理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際工程，力求生動(dòng)有趣

作者在進(jìn)入每個(gè)章節(jié)的學(xué)習(xí)之前都會(huì)列出本章需要掌握的重點(diǎn)知識(shí)，在講授時(shí)突出難點(diǎn)、重點(diǎn)，并難易結(jié)合，重概念設(shè)計(jì)，輕手算細(xì)節(jié)，避免課堂上大篇幅推算公式。在講授完理論知識(shí)體系后，再結(jié)合一個(gè)實(shí)際工程，通過(guò)對(duì)實(shí)際工程的分析、結(jié)構(gòu)布置，達(dá)到綜合運(yùn)用理論知識(shí)，加深對(duì)理論知識(shí)理解的目的。如在學(xué)到樓蓋結(jié)構(gòu)的章節(jié)時(shí)，首先明確本章重點(diǎn)知識(shí)，然后展示了各種類型的樓蓋結(jié)構(gòu)的建筑實(shí)物圖片、施工現(xiàn)狀，讓學(xué)生對(duì)樓蓋有了初步的感性認(rèn)識(shí)。再?gòu)睦碚撋戏謩e闡述混凝土單向板、雙向板的定義、荷載傳遞途徑、彈性理論、塑性理論、破壞模式、設(shè)計(jì)要點(diǎn)。接著在這些理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，講述工程設(shè)計(jì)應(yīng)用中簡(jiǎn)化處理的方法，并介紹采用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件單獨(dú)進(jìn)行板設(shè)計(jì)時(shí)的操作流程，詳細(xì)講解軟件計(jì)算結(jié)果。最后介紹板的配筋施工圖的表達(dá)方式與注意事項(xiàng)。從復(fù)雜理論到工程簡(jiǎn)化處理，到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，逐步培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能。最后針對(duì)我們課題組曾經(jīng)設(shè)計(jì)的一棟在合肥的多層住宅建筑樓板出現(xiàn)裂縫的情況，介紹當(dāng)初我們驗(yàn)算樓板配筋設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求的詳細(xì)步驟，然后分析裂縫出現(xiàn)的原因，并詳述裂縫修補(bǔ)采用的加固處理方法，引導(dǎo)學(xué)生從理論走向?qū)嵺`。同時(shí)穿插一些我們?cè)谠O(shè)計(jì)工程項(xiàng)目中發(fā)生的小故事，讓學(xué)生了解實(shí)際工程，體會(huì)到設(shè)計(jì)工作的嚴(yán)肅性、責(zé)任性，樹立學(xué)生學(xué)習(xí)的信心。與此同時(shí)，教師在講授時(shí)要力求語(yǔ)言風(fēng)趣幽默，避免課堂氛圍壓抑。

（三）采用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件就某中學(xué)教學(xué)樓進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)，鞏固、綜合運(yùn)用理論知識(shí)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)

隨著房地產(chǎn)市場(chǎng)的疲軟，土木工程專業(yè)的學(xué)生就業(yè)也受到了很大影響。目前的形勢(shì)是崗位少而且競(jìng)爭(zhēng)激烈。因此多數(shù)學(xué)生希望在通過(guò)考試的同時(shí)，也渴望能熟練運(yùn)用三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，并熟練掌握CAD繪圖技能，一方面為下學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，另一方面為以后的工作做好儲(chǔ)備。因此，在理論知識(shí)全部學(xué)習(xí)完畢以后，作者安排2～3周的時(shí)間訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。將課題組曾經(jīng)設(shè)計(jì)的某中學(xué)教學(xué)樓作為工程實(shí)例，指導(dǎo)學(xué)生采用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行三維建模、計(jì)算、分析、完成施工圖。首先是引導(dǎo)學(xué)生如何分析建筑圖，從建筑圖中獲取我們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要的信息。該教學(xué)樓建筑平面布置屬于不規(guī)則形狀（參見(jiàn)圖1（a）），指導(dǎo)學(xué)生如何將不規(guī)則結(jié)構(gòu)劃分為規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元（參見(jiàn)圖1（b）），圖1（b）中單元1與2完全一樣，建模分析時(shí)只要建單元1或2，與單元3，一方面減少了工作量，另一方面符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)單、規(guī)則的要求。

將不規(guī)則單元?jiǎng)澐譃橐?guī)則單元后就是選擇合適的結(jié)構(gòu)體系，該中學(xué)教學(xué)樓為5層建筑，因此選擇混凝土框架結(jié)構(gòu)體系比較經(jīng)濟(jì)合理;其次是指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)建筑布置圖的要求建立幾何模型，并引導(dǎo)學(xué)生查看《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011）獲知合肥市的抗震設(shè)防烈度及框架抗震等級(jí)，并闡述它們的意義與在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中的體現(xiàn);接著指導(dǎo)學(xué)生查閱《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB5009），正確計(jì)算荷載，再次理解恒載與活載的含義及荷載組合的方式，并將荷載準(zhǔn)確輸入到幾何模型上，溫習(xí)框架結(jié)構(gòu)的傳力途徑、主要結(jié)構(gòu)單元的受力特點(diǎn)。幾何模型完成，荷載輸入完畢后，即可進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析，指導(dǎo)學(xué)生合理選擇參數(shù)，理解參數(shù)的含義，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行正確評(píng)價(jià)，依據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。只有通過(guò)工程實(shí)例的建模分析，有些設(shè)計(jì)技巧才能更好地掌握。

四、結(jié)論

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是土木工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步具有運(yùn)用理論知識(shí)正確進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和解決實(shí)際技術(shù)問(wèn)題的能力。所以該課程非常重要，需要重視理論知識(shí)的同時(shí)，重視實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，重視計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在學(xué)生工程訓(xùn)練中的應(yīng)用，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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