鋼結構設計課程的教學方法探討

【摘要】鋼結構設計是一門難度較大的土木工程專業課程，本文根據鋼結構設計課程特點，探討鋼結構設計課程的教學方法。

【關鍵詞】鋼結構設計 教學方法

鋼結構具有承載力大、抗震性能好、施工速度快、自身重量輕等優點，特別適用于高層建筑、大跨度結構、重載結構、工業廠房以及地基條件差等建筑。近年來，隨著我國鋼材產量的日益增長和鋼材質量的提高，我國的相關政策也發生了改變，由過去的節約用鋼到鼓勵用鋼，大力推廣應用鋼結構已成為一項新的技術政策，鋼結構工程得到越來越多的應用，社會上亟需培養一批鋼結構專業技術人員。

一、鋼結構設計課程特點

(一)工程實踐性強 鋼結構設計是鋼結構設計原理的后續部分，是建立在學生對鋼結構基本知識有一定了解的基礎上，指導學生進入應用階段，目的就是讓學生掌握鋼結構設計的方法和手段，領會結構設計的一般要求，能根據結構承受的直接和間接作用及所處環境特點，設計出既安全適用、又經濟合理的鋼結構體系。

(二)教學內容多

如上所述，鋼結構設計是引導學生如何進行工程設計，涉及的內容多，包含了門式剛架輕型鋼結構、重型廠房結構、多層及高層鋼結構、大跨度房屋鋼結構、板結構以及鋼一混凝土組合結構等眾多內容。

(三)教學內容難度大

作為一門專業課，鋼結構設計課程的教學內容難度較大。凡是與結構設計有關的內容均屬于鋼結構設計課程設計的內容，從荷載或作用類型、荷載取值、結構體系類型及結構選型、結構體系計算模型簡化、結構抗風及抗震計算、構件的穩定計算、材料強度及變形計算、結構的構造措施等，可以說鋼結構設計課程的教學內容是一門難度較大的課程，它不但設計到材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學等基本力學知識，也涉及結構體系選型、結構抗震、以及鋼筋混凝土結構等專業知識。對于本科生而言，鋼結構設計課程不容易學好。

(四)與設計規范聯系密切

作為結構設計類課程，與國家的相應設計規范、規程密切聯系。與鋼結構設計規范、建筑抗震設計規范、建筑結構荷載規范、門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范、高層民用鋼結構設計規程、鋼管混凝土結構設計與施工規程、矩形鋼管混凝土結構技術規程、鋼—混凝土組合結構技術規程等密切相關。

(五)學時少

由于歷史原因，在過去我國鋼材緊缺年代，工程界很少遇到鋼結構工程的設計與施工，即便是遇到，也主要是一些構件(如吊車梁、桁架梁等)，對系統的鋼結構體系幾乎沒有，因此大學教育中對于鋼結構的教學也主要是針對鋼結構設計原理展開，深度上也局限于構件設計層面，開設的課時一般是60左右，另外有一周的課程設計(課程設計內容多為鋼結構桁架梁設計)，對系統的鋼結構設計幾乎不講。隨著建筑形式的變化，社會急需一批懂得鋼結構設計與施工的專業人才，《鋼結構設計》課程才得以重視和開設，但教學學時少，一般是40學時。

二、鋼結構設計課程的教學方法探討

(一)抓住重點、拓展思路

為了能使學生較為輕松地學會鋼結構設計的課程內容，掌握鋼結構設計的基本方法，老師在講授該課程時，要抓住重點。鋼結構設計重點是在結構的體系設計上；故教學時應該重點講述目前工程應用中較為常見的門式剛架輕型鋼結構、大跨度房屋鋼結構以及鋼一混凝土組合結構。通過門式剛架輕型鋼結構的詳細講解，讓學生掌握結構體系設計的基本方法，即結構選型及布置—荷載取值及組合—結構內力分析及變形計算—構件設計—結構構造要求；在詳細講述完該部分內容后，可以拓展講述多層及高層鋼結構設計，此時就不需再詳細重復一些相同內容。通過大跨度房屋鋼結構的詳細講解，讓學生掌握鋼結構設計中遇到的一些非常規問題的處理辦法。對鋼一混凝土組合結構的詳細講述，一方面可以鞏固鋼筋混凝土結構的知識，同時也拓展了學生的視野，重點講述鋼與混凝土組合后的優點，特別是“1+1>2”的組合效果，鋼與混凝土組合后，不但克服了混凝土結構承載能力低、抗震性能差等缺點，同時也能彌補鋼結構容易發生屈服失穩和易銹蝕等缺陷。

(二)理論與實踐相結合

作為一門難度較大的專業課，其課程目標就是培養學生的實際設計能力，因此，鋼結構設計的教學必須緊密聯系實際，在講解教材的理論內容時，應重點講述公式的來歷，構造規定的必要性等，假如不按規范公式設計，會出現什么樣的后果。并且要選取典型工程結合教材進行教學，同時也有必要對一些鋼結構工程事故進行分析，提高學生的學習興趣和培養學生嚴謹的設計作風。

(三)采取多媒體和板書相結合的教學方法

多媒體作為現代化的教學手段，具有信息量大，直觀等優點。鋼結構設計課程通過多媒體技術，可以展示一些大型工程項目的圖片，設計簡圖、結構布局、鋼材之間的連接方式、局部構造要求等，也可以方便地講述鋼結構設計的計算機軟件操作方法，顯示鋼結構在荷載或作用下的內力和變形，能有效提高學生對鋼結構的從宏觀上感性認識和興趣。教學實踐表明，單純使用多媒體教學效果并不理想，由于多媒體教學的速度較快，學生很難跟得上教師的節奏，往往給學生帶來的感覺是老師較的內容很豐富，也很有意義，可就是學不會，一知半解。因此，在一些重要知識點上，必須結合傳統的板書教學法，通過板書，教學速度會放慢，教師的寫和講的過程，就是學生的聽與記的過程，通過這一環節的“慢鏡頭”講解，學生就能在課堂上掌握一些重點內容，比如公式的推導，結構計算簡圖的簡化等，經過教師的板書，學生也明白這些內容是重點內容。

(四)增加教學見習環節

鋼結構設計課程假如沒有配備一定的教學見習機會，學生會感覺很空洞，畢竟他們是初學者，在日常生活中，能接觸到鋼結構工程的不多。為了提高他們的學習效果，應至少有兩次以上的見習機會，教師帶領他們到一些工業廠區參觀門式剛架輕型鋼結構、重型廠房結構，現場講解這些鋼結構工業廠房的組成桿件和設計注意事項；帶領他們到大型體育場館或會展中心參觀大跨度鋼結構；有機會也讓他們參觀鋼管混凝土拱橋等組合結構。通過見習，能有效提高學生的感官認識和學習興趣。

(五)提供課外學習資料

由于鋼結構設計課程涉及的內容很廣泛，目前國內的教材很難全部詳細講述，一般都是點到為止，距離真正的工程設計還是有一定的距離，因此，教師有必要告訴學生需要在課堂以外補充學習什么東西。比如各種設計規范、參考文獻、計算機分析軟件等，這些學習資料教師應予以提供，讓學生在課外能補充相關知識。

總之，鋼結構設計是一門涉及面廣、學習難度較大的大學專業課程，具有實踐性強、教學內容多、與規范聯系密切等特點。根據該課程特點，可采取抓住重點、拓展思路，理論聯系實際，采取多媒體和板書相結合，提供課外學習資料和增加教學見習環節等教學方法。這些教學方法在教學實踐中能取得較好的效果，可供從事鋼結構設計課程教學的同事提供參考。