應用型本科建筑混凝土結構設計教學改革實踐與探索

葉琳 吳競 姜國銘

摘 要 建筑混凝土結構設計是土木工程專業的必修課程之一。考慮到應用型本科的學生畢業后能將所學的理論知識與工作實踐盡快結合，通過在本科教學過程中指導學生翻閱規范、圖集，到施工單位了解工程項目的實際操作流程，并自己動手完成簡單的混凝土結構的設計計算和模型制作，探索新的授課方法，對該課程的教學提出一些新的思路。

關鍵詞 建筑混凝土結構設計;教學改革;創新思維;應用型人才

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）08-0093-03

Practice and Exploration of Teaching Reform of Applied Under-graduate Architecture Concrete Structure Design//YE Lin， WU Jing， JIANG Guoming

Abstract The design of concrete structure is one of the compulsory courses of civil engineering. For the students of applied undergra-duate， considering that after graduation， students can combine the theoretical knowledge and work practice as soon as possible， in the process of undergraduate teaching， the students are trained to read the specifications and atlas， go to the construction unit to understand the actual operation process of the project， and do the design calcula-

tion and model making of the simple concrete structure by them-selves. The paper explores the new teaching method and puts for-ward some new ideas to the teaching course.

Key words architectural concrete structure design; teaching reform; innovative thinking

1 前言

為了響應國家對于大學生創新能力的培養，實現理論與實際相結合，在土木工程專業本科培養計劃中，對于建筑混凝土結構設計這一必修課程，針對學校應用型人才的培養目標，對課程的授課方法進行教學改革，讓學生在通過書本學習專業基礎知識的過程中培養翻閱規范、圖集的習慣，同時鼓勵學生到施工單位了解工程項目的實際操作流程，并讓學生動手完成簡單的混凝土結構的設計計算和模型制作，實現從結構設計、計算到模型制作的一系列操作，盡量模擬現實生產活動的流程[1-2]。在這個過程中也培養了學生的自學能力和創新思維，這些對學生畢業后盡快服務于社會是非常有意義的。

2 實踐方案

建筑混凝土結構設計課程中樓蓋結構和框架結構兩部分是本科生應重點掌握的內容，而對于初學者，特別對于未接觸過實際工程的學生而言，也是比較難以理解的。所以針對學生的實際情況，在教學過程中將學生分為六個人一組，每組給定結構設計的任務書，包括以下內容。

1）工程概況：基于一個假想工程的兩層兩跨框架結構及建筑物平面圖、立面圖及剖面圖。

2）設計資料，包括結構形式、水文地質、樓屋面做法、材料選用等。

3）設計內容：按建筑功能要求確定主要承重體系，選擇結構方案;假定主要構件的截面尺寸;結構構件的設計與計算;結構施工圖繪制。

4）設計要求：了解結構設計的基本內容;訓練結構設計的基本技能;掌握結構設計的基本方法;理解結構設計的基本原理。

按照任務書中的已知條件，查閱規范和圖集確定未知參數，進行結構的計算和結構施工圖的繪制。

施工圖完成后，考慮到模型制作突出板、梁、柱、基礎、樓梯等構件鋼筋的布置、搭接、錨固等構造要求，并考慮模型與真型的比例（1/10）問題，不進行模板搭設、混凝土澆灌等工藝的模擬。在模型制作過程中，對于不同構件處鋼筋的連接和錨固，需要學生查閱圖集并走訪工地后完成。

3 實踐過程

結構計算 根據建筑施工圖，確定結構的承重體系，完成平面布置方案，對結構各主要構件的尺寸進行估算。為了節省時間且能掌握基本的計算過程，要求每組學生分工完成框架體系中單榀承重框架的計算（可分為邊榀、一般中榀、樓梯榀），包括板（彈性方法、塑性方法）、次梁、主梁、柱子、基礎、樓梯的計算。計算過程中學生應經常查閱規范，除滿足相應的計算公式和驗算條件外，還應滿足規定的構造要求和抗震要求。同時，要求學生在計算時明確各個構件大概的受力圖（包括彎矩圖、剪力圖、軸力圖），以更加深刻明了地理解結構受力形式而非單純套用公式。

結構施工圖繪制 根據結構計算結果，完成標準層及屋面結構平面布置圖、次梁配筋圖、主梁配筋圖、柱平面布置圖及配筋圖、基礎平面布置圖及配筋圖。繪圖過程應嚴格按照房屋建筑制圖統一標準及混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖系列圖集的要求完成。

模型制作 根據已繪制的結構施工圖，考慮到整體制作的難度以及觀賞效果確定模型的制作比例為1：10。用不同粗細和顏色的鐵絲來表示不同的鋼筋，如圖1所示。

由于1：10的制作比例，構件的截面較小，選取最具代表性，荷載種類較多，包括了樓梯的一跨。同時，為了方便模型制作，采取先制作基本構件再進行組合的方法。

為了保證整體穩定性，使鐵絲間不容易產生滑移、錯動的現象，用錫焊的方法進行鐵絲的連接，如圖2所示。

為了整體連接以及模型的穩定性，結構的節點處也用焊接的方式，如圖3所示。

4 教學探索

傳統的教學以課本為主，學生在學習過程中很難將知識點理解透徹，即使是很認真的學生，在很多情況下也是靠記憶力來學習，所以知識在大腦里留存的時間比較短暫。而靠理解力得到的知識則能保留很長時間，且學生能靈活應用。文字形式的內容不夠直觀，難以理解。本科階段的實踐環節如認識實習、生產實習等，雖然相對課本比較直觀，但學生沒有親自動手，還是不能完全理解和掌握混凝土結構設計中復雜的理論和構造要求。

針對這一問題，引入教學模型的制作，不考慮模型與實際結構應力相同的力學性能，僅考慮構件的受力而使鋼筋的布置不同，為理解基本原理和構造要求而服務。在這個過程中，培養學生的團隊協作精神和主觀能動性，如在模型制作過程中開始采用銅絲綁扎，結果效果很差，容易出現滑動的現象，所以改用錫焊解決這一問題;培養學生理論結合實踐的能力，如樓梯柱的基礎處理，由于采用獨立基礎，樓梯柱的基礎需要另行計算，但考慮到樓梯柱的荷載較小，學生經過討論和查閱資料，確定按照構造進行配筋，框架柱基礎的處理也簡單化;培養學生的動手能力和堅持不懈的精神，r讓學生通過自己動手去切身體會將圖紙變為實體的過程，實時解決問題，建立學習的興趣，真正實現產學研的結合。

5 結論建議

對初學者來說，想要在短時間內了解或熟悉混凝土結構是困難的，需要讓他們對將要學的知識有一個初概念十分重要，而在教學過程中制作結構模型恰恰為學生提供了這種機會。制作模型的過程是學生自主思考、相互協作以及與教師探討的過程，他們可以在學習本門學科中提前了解結構內部構造，分析各節點的受力情況，同時為之后的計算設計打下基礎，了解結構受力不僅是套用公式，還需全方面考慮。

建議是在最初時先讓學生做一個自己所理解認識的混凝土結構節點模型以及CAD圖，在后期結束時將初模型與參考正確圖紙所做的模型進行對比，找錯誤并理解為什么，在改變學生的固定思維認知的同時也培養了學生查找規范和翻閱圖集的能力。最后以答辯的形式結束，讓每個學生充分思考并歸納總結，對自己的勞動成果進行反饋。

參考文獻

[1]東南大學，同濟大學，天津大學.混凝土結構（中冊）：混凝土結構與砌體結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[2]楊先奎，楊軍.框架輕板建筑和裝配式大板建筑的工業化施工方法[J].貴州工業大學學報：自然科學版，2007（3）：54-58.

作者：葉琳，同濟大學浙江學院土木工程系，研究方向為土木工程;吳競，同濟大學浙江學院土木工程系，副教授，研究方向為工程結構防災減災;姜國銘，同濟大學浙江學院土木工程系（314051）。