趙果等

摘要：

為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展對(duì)高素質(zhì)工程技術(shù)人才的迫切需要，文章

結(jié)合注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師考試要求，針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的一系列問(wèn)題，對(duì)課程教學(xué)提出改革方案，通過(guò)教師引導(dǎo)啟發(fā)、學(xué)生高效互動(dòng)、師生協(xié)同進(jìn)行工程案例分析等有效教學(xué)手段，取得了較為顯著的教學(xué)成效。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G6420；TV318 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：

10052909（2014）05007204

20世紀(jì)90年代以來(lái)，中國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑發(fā)展迅速。土木工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)已把高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)列為土木工程專(zhuān)業(yè)（建工方向）的核心課程，因此，該課程的教學(xué)在培養(yǎng)計(jì)劃中具有舉足輕重的作用[1]。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理和方法，了解高層建筑的結(jié)構(gòu)體系與布置，掌握荷載計(jì)算方法，特別是框架、剪力墻、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算，掌握框架及剪力墻的截面設(shè)計(jì)與構(gòu)造，具備分析和解決常見(jiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)選型、設(shè)計(jì)和施工問(wèn)題的能力，為今后從事高層建筑設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等方面的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、當(dāng)前教學(xué)中存在的問(wèn)題

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程綜合性和專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)，其內(nèi)容涉及本科四年學(xué)過(guò)的主要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課，主要有材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)等等。該課程對(duì)先修課程的依賴(lài)性較強(qiáng)，一些學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課時(shí)不求甚解，當(dāng)學(xué)習(xí)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)難免信心不足。對(duì)土木工程專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生，該課程一般開(kāi)設(shè)在第七學(xué)期，該學(xué)期對(duì)于本科生來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的時(shí)期。由于準(zhǔn)備報(bào)考研究生或忙于畢業(yè)找工作，部分學(xué)生上課往往心不在焉，學(xué)習(xí)效率不高，該課程的教學(xué)必然受到一定的影響。

此外，由于該課程涉及的結(jié)構(gòu)體系較多，不論是常見(jiàn)的框架、剪力墻，框架—剪力墻，還是超高層建筑使用的筒體結(jié)構(gòu)都有所關(guān)聯(lián)，教師在教學(xué)中如果

“面面俱到”，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)很難抓住重點(diǎn)。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程共40個(gè)學(xué)時(shí)，如何在有限的課時(shí)內(nèi)按照教學(xué)大綱要求完成教學(xué)任務(wù)，同時(shí)又能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生所學(xué)知識(shí)的深度，為此有必要對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革。

值得一提的是，中國(guó)的執(zhí)業(yè)資格考試是學(xué)生日后成為工程設(shè)計(jì)人員的門(mén)檻。因此要幫助學(xué)生打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，與工程設(shè)計(jì)順利接軌，教師必須精心選擇教學(xué)內(nèi)容，積極探索教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

二、教學(xué)改革采取的主要措施

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革一直以來(lái)備受關(guān)注，黃林青等[2]在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)組織有關(guān)競(jìng)賽將課程教學(xué)向課外延伸，并把課程教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和分析、解決問(wèn)題的能力。宋章樹(shù)等[3]在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，提出了將該課程與其他專(zhuān)業(yè)課、規(guī)范和實(shí)例相結(jié)合的辦法。筆者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師考試要求，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程改革中，提出教師引導(dǎo)啟發(fā)、學(xué)生高效互動(dòng)、師生協(xié)同進(jìn)行工程案例概念分析等有效教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。

（一）多媒體教學(xué)手段的應(yīng)用

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是以教師板書(shū)為主，輔以教學(xué)模型、掛圖等。但這種教學(xué)方法局限性很大，比如信息量少、速度較慢等，已不能滿(mǎn)足教學(xué)的需要，所以采用先進(jìn)的多媒體教學(xué)手段已成必然。首先，多媒體的應(yīng)用使得教學(xué)信息豐富而清晰，一些板書(shū)不易完成的公式圖表，都可以通過(guò)多媒體很清楚生動(dòng)地展現(xiàn)出來(lái)；其次，多媒體的應(yīng)用，增大了教學(xué)內(nèi)容的信息量，通過(guò)它可介紹學(xué)科的前沿領(lǐng)域及其最新研究進(jìn)展，及時(shí)把最新的研究成果引入教學(xué)中。還可以結(jié)合目前流行的結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行手算結(jié)果的校核，讓學(xué)生明白計(jì)算機(jī)程序的原由，為將來(lái)的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程是一門(mén)綜合性課程，有部分內(nèi)容與前面所學(xué)課程有所重復(fù)。比如風(fēng)荷載的計(jì)算在荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法這門(mén)課程中已有所涉及；混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程已有講述框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [4]；建筑抗震設(shè)計(jì)課程中地震作用的計(jì)算方法是重點(diǎn)內(nèi)容[5]。針對(duì)這一情況，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的講授中，對(duì)上述部分重疊內(nèi)容，要把握好尺度，既要溫故知新，又不能簡(jiǎn)單重復(fù)。對(duì)風(fēng)荷載和地震作用的計(jì)算，最好采用啟發(fā)式的教學(xué)，幫助學(xué)生回憶知識(shí)點(diǎn)；對(duì)于框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)應(yīng)放在整個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，而不再是單個(gè)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，這就要求學(xué)生對(duì)框架結(jié)構(gòu)特別是延性框架進(jìn)行全面的分析和掌握。剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是學(xué)生初次接觸的專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的知識(shí)，要多花一定的時(shí)間和精力，增加課時(shí)，重點(diǎn)講解。在教學(xué)過(guò)程中，側(cè)重于概念的掌握、公式的運(yùn)用。如用連續(xù)連桿法[6]計(jì)算雙肢墻的內(nèi)力和位移時(shí)，推導(dǎo)過(guò)程繁雜冗長(zhǎng)，公式很多，在講解時(shí)應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)整體思路。如力法方程的建立，不需要記住非常繁雜的公式，僅僅知道切口處位移的組成就可以了。

近年來(lái)，高層建筑物越來(lái)越多，學(xué)生對(duì)高層建筑也有一定的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中將實(shí)際工程與教學(xué)相結(jié)合，引入典型高層建筑實(shí)例作為背景材料來(lái)介紹某些知識(shí)點(diǎn)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解；在教學(xué)過(guò)程中，可利用課余時(shí)間安排學(xué)生到正在施工的高層建筑工地參觀(guān)學(xué)習(xí)。如觀(guān)察鋼筋的綁扎、混凝土的澆筑、剪力墻中分布鋼筋的布置、框架梁柱節(jié)點(diǎn)的鋼筋布置等。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)實(shí)時(shí)介紹國(guó)內(nèi)外高層建筑的最新發(fā)展情況，如上海環(huán)球金融中心、南京紫峰大廈、武漢綠地中心、上海中心大廈等一系列高層建筑的興建，標(biāo)志著中國(guó)建筑技術(shù)水平的飛速發(fā)展。通過(guò)及時(shí)向?qū)W生介紹有關(guān)國(guó)內(nèi)外高層建筑的最新發(fā)展情況，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。

（三）綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

為了培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，可添加一些先進(jìn)成熟且已廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐的內(nèi)容，結(jié)合一定的課堂討論和習(xí)題課，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論工程問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力。課后安排學(xué)生考察附近的高層建筑，組織學(xué)生一起進(jìn)行討論，幫助學(xué)生養(yǎng)成生活中善于觀(guān)察的好習(xí)慣。

課程啟動(dòng)時(shí)，按照學(xué)生的意愿，組織學(xué)生成立三個(gè)興趣小組，分別進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。學(xué)生首先從選擇結(jié)構(gòu)方案入手，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置，確定結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，荷載（作用）計(jì)算，荷載（作用）下的內(nèi)力計(jì)算，內(nèi)力組合，直到截面設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行施工圖的繪制。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中小組成員共同參與，分工協(xié)作，既加深了對(duì)課堂知識(shí)的掌握，也鍛煉培養(yǎng)了學(xué)生的溝通與合作能力。臨近就業(yè)，這樣的設(shè)計(jì)也為學(xué)生求職提供了很好的鍛煉和展示自己的機(jī)會(huì)。一些學(xué)生拿著自己精心設(shè)計(jì)的成果，向用人單位推薦自己，這樣的自薦方式也深受用人單位的歡迎。

課程結(jié)束之際，筆者精選一套嚴(yán)格按照現(xiàn)行制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制的剪力墻結(jié)構(gòu)的施工圖，從結(jié)構(gòu)布置到施工圖繪制的要點(diǎn)向?qū)W生一一講解，分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要概念、準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法，并引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[7]。通過(guò)給學(xué)生分析規(guī)范規(guī)定所依據(jù)的理論分析、試驗(yàn)研究和震害經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生建立設(shè)計(jì)概念，并組織學(xué)生討論，以加深學(xué)生對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)和規(guī)范的印象。

（四）考核方法的改進(jìn)

應(yīng)加大對(duì)學(xué)生在知識(shí)的掌握和靈活運(yùn)用方面的考核。該課程總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)（占總成績(jī)的20%）和考試成績(jī)（占總成績(jī)的80%）兩部分組成。與往年相比，考試的試題有了較大的調(diào)整，為了使學(xué)生把主要精力放在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，而不是去死記公式和圖表，在設(shè)計(jì)考題時(shí)，應(yīng)增加看圖分析，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。如繪出框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布置圖，要求學(xué)生畫(huà)出其在橫向水平荷載作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖，并指出總框架包含幾榀框架、總剪力墻包含幾片剪力墻、總連桿包含幾根連梁及幾個(gè)剛結(jié)點(diǎn)等。對(duì)復(fù)雜的公式可直接給出，重點(diǎn)考核學(xué)生的運(yùn)用能力。如在判斷剪力墻是哪種類(lèi)型時(shí)，直接提供整體參數(shù)的計(jì)算公式，而不是讓學(xué)生死記該公式。在平時(shí)成績(jī)的評(píng)定時(shí)，要考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)方法，如平時(shí)作業(yè)的完成情況，參與興趣小組的活動(dòng)情況及成效等。力求全面把握學(xué)生對(duì)課內(nèi)及課外延伸知識(shí)的掌握情況，給每個(gè)學(xué)生客觀(guān)、公正的評(píng)價(jià)。

三、課程教學(xué)改革的成效

通過(guò)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，教學(xué)質(zhì)量有了顯著提高。土木工程專(zhuān)業(yè)建筑工程方向3個(gè)班共89人，總評(píng)成績(jī)90分以上的學(xué)生有5人，占總數(shù)的5.62%，80-89分之間的學(xué)生人數(shù)為26人，占總數(shù)的29.21%， 70-79分之間的學(xué)生人數(shù)為37人，占總數(shù)的41.57%，60-69分之間的學(xué)生人數(shù)為19人，占總數(shù)的21.35%，60分以下的學(xué)生人數(shù)為2人，占總數(shù)的2.25%。近3年學(xué)生的考試成績(jī)和總評(píng)成績(jī)分別見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 學(xué)生考試成績(jī)分布圖

圖2 學(xué)生總評(píng)成績(jī)分布圖

從考試成績(jī)來(lái)看，學(xué)生成績(jī)優(yōu)秀率（90分以上）和良好率（80～89分）較往年有一定的提高，中等率（70～79分）與往年持平，及格（60～69分）和不及格的學(xué)生人數(shù)下降明顯，平均成績(jī)達(dá)到了78.24分。從總評(píng)成績(jī)來(lái)看，都有了不同程度的提升，沒(méi)有不及格的現(xiàn)象，這說(shuō)明學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度在加深，學(xué)生設(shè)計(jì)能力也有明顯的提高。

四、 結(jié)語(yǔ)

本科教學(xué)質(zhì)量關(guān)系著人才培養(yǎng)的質(zhì)量。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，是指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)和實(shí)際工作的主要課程。通過(guò)對(duì)該門(mén)課程的教學(xué)改革，在課堂教學(xué)、實(shí)踐環(huán)節(jié)、師生互動(dòng)、考核方式等方面取得了顯著成效。學(xué)生成績(jī)較往年有所提高，學(xué)生實(shí)踐能力也有所加強(qiáng)，上述改革措施值得在土木工程專(zhuān)業(yè)的其他課程教學(xué)中借鑒和推廣。參考文獻(xiàn)：

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Teaching reform of design of tall building structure course

ZHAO Guo ，JIAO Yufeng

（Institute of Civil Engineering， Henan University of Science and Technology， Luoyang 471023， P. R. China）

Abstract：

To meet the urgent requirement of economic development for highquality engineers and technicians as well as the registered structural engineer examination， according to the problem in the teaching process of highrise building structure design course， a series of improved teaching methods are proposed， such as enlightenment of teachers， higheffective interaction of students and conceptual analysis of project cases， it shows that the reform method is effective.

Keywords： tall building； structure design； teaching reform

（編輯 王 宣）