關于混凝土結構設計原理的教學探討

周愛萍 黃東升 蘇毅

摘要：混凝土結構設計原理是土木工程專業學生的專業基礎課程，其具有內容多，難度大，實踐性強的特點，同時存在學生基礎薄弱，學習主動性差，自主學習能力欠缺的問題。本文從開拓視野，激發學生學習興趣，理論知識聯系實際工程應用，通過計算機結構設計軟件就工程實例進行結構分析設計，綜合運用理論知識等，多途徑提高教學質量，增加學生學習動力，使學生初步具有運用理論知識正確進行混凝土結構設計和解決實際技術問題的能力。

關鍵詞：混凝土結構設計;理論聯系實際;計算機結構設計軟件

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

一、本課程的特點

本課程在混凝土基本構件受力性能、設計計算方法和構造等基本理論的基礎上，闡述梁板結構、單層廠房、多層和高層房屋等的結構設計原理，具有內容多、符號多、計算公式多、構造規定多的特點。在教學過程中需要突出重點，并注意難易結合，以便學生在深刻理解重要概念的基礎上，熟練掌握設計計算的基本功。該課程同時又是一門實踐性很強的課程，要求在加強課程設計等實踐性教學環節的同時，指導學生逐步熟悉和正確運用我國頒布的一些結構設計規范和設計規程。諸如，《混凝土結構設計規范》（GB50010）、《建筑結構可靠度設計統一標準》（GB50068）、《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規程》（JBJ3-91）、《建筑抗震設計規范》（GB50011）、《建筑結構荷載規范》（GB5009）等。課程涉及的知識點面廣而且量大，同時其又是一門發展很快的學科，應及時關注該學科的新動向和新成就，以擴大學生的知識面。因此，本課程的教學具有難度大、實踐性強的特點，需要老師同時具備良好的學術水平和豐富的工程設計經驗。

二、目前學生存在的問題

作者就該課程的授課班級有三個，人數達100人，該課程開設時間為本科學習階段的第6學期，每周4學時的教學時間，歷時12周。根據課堂觀察與平時小測驗成績，發現全身心投入學習的人數不到三分之一，于是就對該課程的認識與學習興趣，作者在課堂上做了問卷調查。調查結果顯示，存在如下幾方面的問題：（1）必備的基礎知識不夠。該課程需要《結構力學》、《混凝土結構設計（上）》、《材料力學》等多門課程的知識做鋪墊，很多學生屬于從大一開始就在及格線上掙扎的狀態，不具備應有的基礎知識，造成學習專業必修課非常吃力的結果。（2）學習目標錯位。有一部分學生本末倒置，認為考研是目標，必然要放棄課程學習的時間。為了達到考研目的，犧牲必修課程的學習，片面認為學歷的重要性，不注重專業知識和基礎知識的學習。（3）不具備大學學習模式的能力。從小習慣了老師“填鴨式”的應試教育，被動接受老師、家長安排，缺乏獨立性、自主性，進入大學自主學習的模式，不知道該如何著手，不懂得如何構建自己的知識體系，也不懂得如何把自己培養成一個專業性的人才，為踏入社會做好充分準備。（4）對未來迷茫，具有畏難心理。不少學生認為專業知識枯澀難懂，認為本科專業的學生無法勝任專業知識要求很高的工作崗位，只求通過考試，獲得文憑。對本專業方向缺乏全面了解，對社會缺乏了解，對自己的未來沒有規劃，沒有理想，沒有強烈的求知欲。大學是學生人格成熟，學習專業知識，使自己成為一名專業技術人才的階段，也是踏入社會的一個非常關鍵的準備階段。目前大學的培養模式造成大學與社會的銜接不是很緊密，也是造成學生沒有足夠的學習動力與學習興趣，無法盡快融入社會的原因之一。

三、多途徑提高教學質量，促進學生學習動力，培養學生技能

針對上述課程特點與學生存在的問題，作者采取以下幾個措施來提高教學質量。

（一）開拓學生視野，激發學習興趣

學生普遍存在對本專業了解甚少，對未來缺少規劃，強度極高的應試訓練造成思維定式，視野狹窄等問題。針對這個情況，結合作者本人一直參與不同類型的工程項目的經歷，在講授專業知識的同時，結合課堂內容，拓展知識。在學到混凝土結構體系時，讓學生了解一些組合結構，如處于發展階段的混凝土與木結構的組合，從組合模式、組合優點、組合的應用、組合需要研究的問題等入手，培養學生從感興趣到慢慢深入思考問題的習慣。同時還介紹了另一種混合結構，即型鋼混凝土組合結構體系，展示了我們課題組在100m高層設計大跨結構中應用的型鋼混凝土梁，從應用背景到設計的關鍵點及審圖意見等多方面介紹，讓學生初步具備感性認識，而不完全是很抽象的理論知識。除了介紹建筑房屋，還就我們課題組一直從事的大型機電產品包裝結構設計的研究，向學生展示另一個領域的結構專業知識的應用，便于學生深刻了解交叉學科的綜合應用。在介紹大型機電產品包裝結構設計軟件的研發人員的成果時，也同時介紹了軟件研發人員的另一個研究領域——BIM技術的概況，消除學生認為只能從事施工、監理、工程管理等比較狹窄的思路，幫助他們拓寬視野，激發學習興趣。

（二）理論知識聯系實際工程，力求生動有趣

作者在進入每個章節的學習之前都會列出本章需要掌握的重點知識，在講授時突出難點、重點，并難易結合，重概念設計，輕手算細節，避免課堂上大篇幅推算公式。在講授完理論知識體系后，再結合一個實際工程，通過對實際工程的分析、結構布置，達到綜合運用理論知識，加深對理論知識理解的目的。如在學到樓蓋結構的章節時，首先明確本章重點知識，然后展示了各種類型的樓蓋結構的建筑實物圖片、施工現狀，讓學生對樓蓋有了初步的感性認識。再從理論上分別闡述混凝土單向板、雙向板的定義、荷載傳遞途徑、彈性理論、塑性理論、破壞模式、設計要點。接著在這些理論知識的基礎上，講述工程設計應用中簡化處理的方法，并介紹采用PKPM結構設計軟件單獨進行板設計時的操作流程，詳細講解軟件計算結果。最后介紹板的配筋施工圖的表達方式與注意事項。從復雜理論到工程簡化處理，到結構設計軟件的應用，逐步培養學生的專業技能。最后針對我們課題組曾經設計的一棟在合肥的多層住宅建筑樓板出現裂縫的情況，介紹當初我們驗算樓板配筋設計符合規范要求的詳細步驟，然后分析裂縫出現的原因，并詳述裂縫修補采用的加固處理方法，引導學生從理論走向實踐。同時穿插一些我們在設計工程項目中發生的小故事，讓學生了解實際工程，體會到設計工作的嚴肅性、責任性，樹立學生學習的信心。與此同時，教師在講授時要力求語言風趣幽默，避免課堂氛圍壓抑。

（三）采用PKPM結構設計軟件就某中學教學樓進行結構分析設計，鞏固、綜合運用理論知識，為畢業設計打下基礎

隨著房地產市場的疲軟，土木工程專業的學生就業也受到了很大影響。目前的形勢是崗位少而且競爭激烈。因此多數學生希望在通過考試的同時，也渴望能熟練運用三維結構設計軟件，并熟練掌握CAD繪圖技能，一方面為下學期的畢業設計打下基礎，另一方面為以后的工作做好儲備。因此，在理論知識全部學習完畢以后，作者安排2～3周的時間訓練學生運用結構設計軟件。將課題組曾經設計的某中學教學樓作為工程實例，指導學生采用PKPM結構設計軟件進行三維建模、計算、分析、完成施工圖。首先是引導學生如何分析建筑圖，從建筑圖中獲取我們結構設計需要的信息。該教學樓建筑平面布置屬于不規則形狀（參見圖1（a）），指導學生如何將不規則結構劃分為規則的結構單元（參見圖1（b）），圖1（b）中單元1與2完全一樣，建模分析時只要建單元1或2，與單元3，一方面減少了工作量，另一方面符合結構設計力求簡單、規則的要求。

將不規則單元劃分為規則單元后就是選擇合適的結構體系，該中學教學樓為5層建筑，因此選擇混凝土框架結構體系比較經濟合理;其次是指導學生根據建筑布置圖的要求建立幾何模型，并引導學生查看《建筑抗震設計規范》（GB50011）獲知合肥市的抗震設防烈度及框架抗震等級，并闡述它們的意義與在結構設計分析中的體現;接著指導學生查閱《建筑結構荷載規范》（GB5009），正確計算荷載，再次理解恒載與活載的含義及荷載組合的方式，并將荷載準確輸入到幾何模型上，溫習框架結構的傳力途徑、主要結構單元的受力特點。幾何模型完成，荷載輸入完畢后，即可進行結構計算和分析，指導學生合理選擇參數，理解參數的含義，并對計算結果進行正確評價，依據計算結果對結構進行調整。只有通過工程實例的建模分析，有些設計技巧才能更好地掌握。

四、結論

混凝土結構設計原理是土木工程專業學生的專業基礎課程，通過本課程的學習，使學生初步具有運用理論知識正確進行混凝土結構設計和解決實際技術問題的能力。所以該課程非常重要，需要重視理論知識的同時，重視實踐性教學環節，重視計算機輔助設計在學生工程訓練中的應用，為畢業設計打下良好的基礎。

參考文獻：

[1]東南大學，同濟大學，天津大學.清華大學主審.混凝土結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2]黃煒，薛建陽.混凝土及砌體結構[M].第二版.北京：中國電力出版社，2014.