高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的教學(xué)改革與實踐★

孟麗巖 王 濤 高紅梅 陳 勇

(黑龍江科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022)

·建筑業(yè)管理與政策研究·

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的教學(xué)改革與實踐★

孟麗巖 王 濤 高紅梅 陳 勇

(黑龍江科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022)

為滿足教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程在教學(xué)中存在的一些問題，對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式和實踐環(huán)節(jié)等方面進行了教學(xué)改革與實踐，旨在提高大學(xué)生的工程實踐能力。

結(jié)構(gòu)工程師，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程，工程實踐能力

在土木工程專業(yè)的課程設(shè)置中，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是重要的專業(yè)課程之一，在本科階段它重點講述高層混凝土結(jié)構(gòu)的布置原則、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)以及筒體結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，在上述教學(xué)內(nèi)容中既有深入細致的力學(xué)分析，同時還要密切聯(lián)系各種相關(guān)的現(xiàn)行的設(shè)計規(guī)范尤其是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范和具體的工程實踐，因此高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一門知識點多、信息量大、綜合性強、理論性與實踐性并重的課程，不管是對老師還是學(xué)生都是難度較大的課程。我校在專業(yè)建設(shè)初期就開設(shè)了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計這門課程，在十幾年的建設(shè)中已初步取得了一定的成果，但在實際教學(xué)中還存在一些問題，制約本門課程的進一步發(fā)展，總結(jié)如下。

1 我校高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程存在的問題

1)課程知識點多且更新快，授課內(nèi)容容易脫節(jié)。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是土木工程專業(yè)重要的傳統(tǒng)課程，課程內(nèi)容豐富，理論嚴謹，注重學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和實驗方法的完善，新的結(jié)構(gòu)和新的技術(shù)不斷出現(xiàn)，因此該課程的內(nèi)容在不斷擴充，分析設(shè)計方法也在不斷完善，任課教師不了解新規(guī)范的變化，在教學(xué)過程中就很難將最新的知識傳授給學(xué)生，和當前的設(shè)計方法脫節(jié)。

2)教學(xué)實踐環(huán)節(jié)的針對性不強。培養(yǎng)工程實踐能力是一般本科院校土木工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標，我校現(xiàn)實行的“3+1”的教學(xué)模式就是針對該人才培養(yǎng)目標提出的。所謂的“3+1”人才培養(yǎng)目標就是在本科四年中拿出一年的時間用于教學(xué)的實踐環(huán)節(jié)，這里的實踐環(huán)節(jié)包括各種課程設(shè)計和生產(chǎn)實習(xí)，學(xué)生通過課程設(shè)計會對一些基本結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的設(shè)計有初步的了解，但在生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)大多數(shù)學(xué)生從事的只是最基本的體力勞動，對實際工程的認識不夠。現(xiàn)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的每個知識點大多均為解決工程實際問題提煉而成，如果學(xué)生缺乏對工程結(jié)構(gòu)的認識，那么對于高層結(jié)構(gòu)中的概念設(shè)計、計算方法和構(gòu)造措施就理解不夠。

3)教學(xué)學(xué)時偏少，與抗震課程內(nèi)容交叉重疊，教學(xué)方法與手段落后。在一般本科院校中，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計為32學(xué)時，且開在第七學(xué)期，臨近畢業(yè)學(xué)生面臨就業(yè)、考研等多重壓力，很難安心學(xué)習(xí)；在課程內(nèi)容上高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的內(nèi)容與荷載結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的部分內(nèi)容交叉重疊，分開教學(xué)導(dǎo)致知識點分散，教學(xué)效果不理想；課堂教學(xué)中大多采用傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方法，學(xué)生接觸不到實際工程，體驗不到以理論來指導(dǎo)實踐的快樂，故無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4)考核方式不盡合理。現(xiàn)在的高校仍然采用應(yīng)試教育思想指導(dǎo)下的傳統(tǒng)的考試模式，采用平時成績加期末考試成績的方法,考試形式單一、內(nèi)容片面，很難全面客觀地評價教學(xué)效果。作者根據(jù)近2年對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的考試方法進行改革，聯(lián)系國家注冊結(jié)構(gòu)工程師的考試大綱和考核方式，讓學(xué)生接觸工程實踐，讓學(xué)生體會到學(xué)有所用的成就感，取得了一些成果。

針對上述高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)中存在的些許問題，課題組的老師進行了相關(guān)的教學(xué)改革并在2012年申請了黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃課題項目獲得了資助。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程改革的內(nèi)容和方法

1)精簡授課內(nèi)容，避免不必要的重復(fù)。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是在荷載結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計課程修完之后開設(shè)的，與這些先修課程有著密切的聯(lián)系，因此在教學(xué)過程中有部分內(nèi)容交叉重疊，如豎向荷載和風(fēng)荷載的計算；抗震設(shè)計中地震作用的計算；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中框架結(jié)構(gòu)的分析計算方法等這些內(nèi)容均與先修課程重復(fù)，這就需要任課教師在滿足教學(xué)大綱的前提下充分做好授課計劃，事先做好已有知識和新內(nèi)容之間的區(qū)分和銜接，避免與前述課程內(nèi)容重復(fù)，造成學(xué)時的不必要浪費。在課堂講解中做到重復(fù)的內(nèi)容講差別，相似的內(nèi)容講典型，重點鍛煉學(xué)生運用計算方法和分析方法解決問題的能力，提高工程實踐能力。

2)在課程內(nèi)容的設(shè)置上，注重加強學(xué)生對概念設(shè)計的理解。在現(xiàn)有的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計教材中，概念設(shè)計一般位于教材的第一、第二章，主要講解結(jié)構(gòu)體系與布置原則，但實際上，概念設(shè)計貫穿于結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程。在教學(xué)中以生動易于學(xué)生理解的實例講解晦澀難懂的理論，讓學(xué)生從根本上理解。

如剛度在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中有著重要的地位，那么我們在確定結(jié)構(gòu)體系時應(yīng)如何選擇。在教學(xué)中通過討論一座小塔樓的幾種結(jié)構(gòu)方案，研討如何提高剛度，塔樓的平面尺寸相同邊長均為5.2 m，結(jié)構(gòu)截面均為4 m2，如圖1所示為三種不同的結(jié)構(gòu)方案簡圖。

方案1：由4根1 m見方的小柱組成，其截面剛度為4根柱截面剛度的和：

方案2：將4根1m見方的小柱拍扁，做成4片獨立的墻，每片為0.2m×5m。由于墻體出平面的剛度很小，而平面內(nèi)的剛度比出平面的剛度要大得多，在水平荷載的作用下，垂直荷載方向墻的剛度可以忽略不計，荷載僅由沿著荷載方向的兩片墻來承受，故其剛度為：

方案3：若將上述4片墻在墻角處連成整體，形成箱形截面，根據(jù)材料力學(xué)知識，箱形截面的剛度為：

簡單的案例分析，我們就可以清晰的看到框架、剪力墻和筒體三種結(jié)構(gòu)形式之間結(jié)構(gòu)剛度的關(guān)系，以便學(xué)生在結(jié)構(gòu)選型時進行正確的判斷。這種案例分析一方面我們采用力學(xué)的方法進行分析能夠讓學(xué)生體會到學(xué)以致用的樂趣，又對新知識的學(xué)習(xí)加深了印象，受到了學(xué)生的肯定。

3)改革考核方式，重點提高學(xué)生的知識運用能力。在土木建筑行業(yè)，與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)的行業(yè)規(guī)范是《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《抗震設(shè)計規(guī)范》。在土木工程專業(yè)課的學(xué)習(xí)過程中，大多數(shù)學(xué)生都以教材為主，而很少學(xué)習(xí)規(guī)范或者閱讀一些參考資料，這就違背了一名未來土木工程師所必須遵循的基本理論。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程師意識，在授課過程中適時引用規(guī)范中的條文進行講解說明，既可以使學(xué)生接觸到行業(yè)發(fā)展的最新動態(tài),又對學(xué)生將來走上工作崗位后,考取注冊結(jié)構(gòu)工程師的職業(yè)資格有一定幫助。在考核方式上，采用注冊結(jié)構(gòu)工程考試的考試模式，開卷考試，在考試過程中可以攜帶相關(guān)教材以及規(guī)范，重點考核學(xué)生運用所學(xué)理論知識解決實際工程問題的能力，這樣學(xué)生對知識點的理解更深刻、掌握更扎實，達到“卓越工程師”的人才培養(yǎng)目標。

4)強化課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、設(shè)計競賽等環(huán)節(jié)，提高學(xué)生實踐創(chuàng)新能力。在高層建筑結(jié)構(gòu)課堂理論教學(xué)中，采用“五延伸”的教學(xué)方法，理論教學(xué)向現(xiàn)場、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和各種知識競賽、設(shè)計競賽延伸，進一步提高學(xué)生的設(shè)計實踐能力和創(chuàng)新思維能力。a.課內(nèi)教學(xué)向?qū)嶒灛F(xiàn)場延伸，能夠使學(xué)生對各種不同的結(jié)構(gòu)有感官的認識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。b.課內(nèi)教學(xué)向課程設(shè)計延伸，采取手算為主、電算校核、手算電算相結(jié)合的方式開展課程設(shè)計，使學(xué)生進一步加深對基本理論和計算方法的理解，初步體驗到成功的樂趣。c.課內(nèi)教學(xué)向畢業(yè)設(shè)計延伸，畢業(yè)設(shè)計是土木工程專業(yè)最為重要的實踐環(huán)節(jié)，通過畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生具備基本的設(shè)計能力，初步具備結(jié)構(gòu)工程師的基本素質(zhì)，實現(xiàn)“卓越工程師”的人才培養(yǎng)目標。d.課內(nèi)教學(xué)向設(shè)計競賽、學(xué)科知識競賽延伸，組織校內(nèi)各種設(shè)計競賽，為學(xué)生創(chuàng)造出良好的培養(yǎng)動手能力的環(huán)境，鼓勵學(xué)生積極參加省內(nèi)及全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽，開闊學(xué)生的眼界，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。e.課內(nèi)教學(xué)向課外科技活動延伸，積極組織學(xué)生參加課外科技活動，參與到教師的科研活動中來，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新科研能力。

3 結(jié)語

高層建筑結(jié)構(gòu)是土木工程專業(yè)的重要專業(yè)課程，作者通過多年的教學(xué)實踐，對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式進行了改革與實踐，取得了一定的成果。但由于專業(yè)的發(fā)展和各種因素的影響，該課程的改革還有很多事情要做，是一種值得繼續(xù)探索和研究的系統(tǒng)工程。

[1] 安靜波,王春紅.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的教學(xué)改革與實踐[J].高等建筑教育,2014(3):44- 46.

[2] 宋彬彬.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)改革的探索[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報，2013(3):87-89.

[3] 阮建湊，陳 穎.基于卓越土木工程師培養(yǎng)的實踐教學(xué)研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版),2011(17)：166-168.

[4] 牛海成，徐海斌.面向可持續(xù)發(fā)展的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)改革探討[J].高等建筑教育，2013(2):72-75.

Teaching reform and practice of high-rise building structure design course★

MENG Li-yan WANG Tao GAO Hong-mei CHEN Yong

(SchoolofCivilEngineering,HeilongjiangUniversityofScienceandTechnology,Harbin150022,China)

To meet the requirement of applied talents cultivation training according to the “education program of excellence engineer promulgated” by the ministry of education, the teaching problems existing in the course of high-rise building structure design are analyzed. The teaching reform and practice of the teaching contents, teaching methods, assessment mode and practice training have been carried on to improve college students’ engineering practical ability.

structural engineer, high-rise building structure design course， engineering practice ability

1009-6825(2014)34-0244-02

2014-09-20

孟麗巖(1977- )，女，副教授； 王 濤(1978- )，男，副教授

G642.0

A

★:黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃青年專項課題“基于卓越計劃高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計課程體系改革的理論與實踐研究”(課題編號：GBD1212066)；黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃青年專項課題“‘3+1’人才培養(yǎng)模式下土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計類課程改革的理論與實踐研究”(課題編號：GBD1213065)