混凝土結構設計原理教學細節探討

丁永剛

摘要：混凝土結構設計原理課程是土木工程專業必修的一門專業基礎課，在課程體系中居于重要地位。文章從課程的特點及實際課堂教學經驗出發，梳理和剖析

教學中需要注意的若干細節問題，旨在帶動學生的學習熱情，確保課堂教學質量與效果，提高學生的專業素養，為其進一步的學習和工作奠定基礎。

關鍵詞：混凝土結構設計原理；課程教學；教學探討

中圖分類號：G642；U37-4 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2014）04-0088-04

混凝土結構設計原理課程是土木工程專業必修的一門專業基礎課，它具有很強的實踐性，與現行的規范、規程密切相關；同時，它又是學習混凝土結構設計、抗震結構設計、高層建筑結構等后續專業課程的基礎，對于學生畢業后的工作有深遠的影響。因此，該課程在土木工程專業課程體系中占有舉足輕重的地位[1-2]。

混凝土結構設計原理課程的課堂教學一般在60學時左右，具有信息量大、符號多、概念多、計算公式多、構造要求多等顯著特點[3]。因此，注重關鍵細節，精心組織好課堂教學，使學生盡快掌握相關知識，建立相應的知識構架體系尤為重要。筆者結合自身的課堂教學經驗，對教學中應注意的若干細節進行了梳理和剖析，以求提高教學質量與效果。

一、非中文字符的識別與學習

混凝土結構設計原理課程中有大量的非中文字符，這是由于土木工程學科的來源及科學表達的通用性要求，使得各類字符形成課程學習的基本文字，公式成為課程的語句，公式推導成為邏輯演練和論述的形式表達，因而熟悉課程中的非中文字符對于課程的學習和概念理解影響較大。

總的來說，課程中出現的非中文字符以英文字母和希臘字母居多。對于希臘字母，學生在學習該課程前也遇到過一些，但根據實際經驗，多數學生對其不是“真認識”，存在讀音不準、書寫不規范等問題，甚至有些學生還會把部分希臘字母和英文字母搞混淆。在結構設計方法課程授課之初，可抽出專門時間，采用多媒體輔助教學，教學生正確書寫、準確發音，并將其牢固掌握。

對于以英文來表達的字符，在課堂授課時將英文全稱及意義告訴學生，這樣既可以幫助學生理解記憶，也有助于學生下一步學習專業英語，提高利用外文文獻資料獲取專業知識的能力。解釋公式中出現的字符，可幫助學生理解和掌握公式，調節課堂氣氛，提高課堂教學效果。課程相關字符的英文意義整理如下。

二、與其他課程叫法不同的專業名詞或符號表達

混凝土結構設計原理課程的學習要以材料力學、結構力學等先修課程為基礎， 同時對其他后續相關專業課程學習方法的形成起著引領的作用。但是，在當前的相關教材中，有些重要專業名詞的叫法或符號表達是不一致的，這將會使部分初學者產生困惑。主講教師應明確說明兩者表達的意義相同，今后應逐步習慣混凝土結構課程體系的叫法和符號表達。筆者對此類名詞和符號梳理如下。

（一）強度與承載力

強度與承載力的英文都可寫作strength，在材料力學等基礎課程及專業課程鋼結構中，構件或截面的安全性是通過應力形式給出的強度條件保證的，在這些課程中，無論對于材料本身還是構件或截面，都以“強度”一詞表述[5-6]。而在混凝土結構設計原理課程中，對于材料的物理力學性能亦使用“強度”一詞，而對于構件或截面及結構的性能，其設計計算基本公式則通過靜力平衡條件以內力形式給出，因此使用“承載力”一詞[4]。應該指出，在一些早期的混凝土結構教材及專業文獻中都稱為強度，這種叫法不夠確切。

（二）偏心受壓構件與壓彎構件，偏心受拉構件與拉彎構件

圖1（a）所示的軸心壓力N與彎矩M共同作用的正截面與圖1（b）所示的偏心距為e0=M/N的偏心受壓正截面是等效的。在混凝土結構理論體系中，其承載力計算公式是按后者建立的，因而稱為偏心受壓構件[7]；而在鋼結構理論體系中，其強度計算公式是按前者建立的，從而稱為壓彎構件[8]。同樣，當軸向力為拉力時，混凝土結構理論體系中稱為偏心受拉構件，而鋼結構理論體系中稱為拉彎構件。課堂教學中，宜引導學生建立兩種結構理論體系不同的思維習慣。

（三）中和軸與中性軸

在受彎構件及偏心受壓構件等正截面承載力計算中，其正應力的符號可能會發生變化，即正截面上有些區域受拉，有些區域受壓，兩者之間的過渡軸在混凝土結構設計原理課程中稱作“中和軸”，而在材料力學等基礎課程中則稱作“中性軸”，在課堂教學中應向學生說明兩者意義相同。

三、例題講解

混凝土結構設計原理課程教學的最終目標是讓學生掌握混凝土結構構件的設計計算方法，通過解答具體題目來體現。然而，課程涉及的材料性能復雜、知識點瑣碎，學生在短時間內難以掌握。此時，任課教師要教學生學會刪繁就簡、抓住主線，在清晰的思路指導下展開

學習。例如，正截面承載力計算均符合平截面假定，只要在概念上清楚達到承載能力極限狀態時構件截面上鋼筋和混凝土的應力分布情況，繪制截面受力狀態圖，根據平衡關系很容易寫出正截面承載力計算公式，切忌死記硬背。例題講解特別重要，它使得學生能夠及時掌握相關內容，建立學習自信心。

在講授完相關理論知識后，任課教師可給出設計計算的流程框圖，進而結合理論知識和流程框圖，講解相應的例題。要對每一類題目的解答步驟做系統梳理總結，大致可分為以下幾步。

一是資料整理。將解答該題目所需的基本參數數據一一列出，如混凝土強度等級與設計強度、鋼筋級別與設計強度，截面有效高度，相對界限受壓區高度。

二是必要的討論與判別。這一步視題目的具體情況而定，如受彎構件正截面承載力設計計算時判別單筋是否可行，即有無必要采用雙筋截面；形截面受彎構件的截面類型判別；偏心受壓構件正截面承載力設計計算時大、小偏心受壓破壞的初步判別等。判別結果不同，對應的基本公式亦不同。

三是計算求解。按照前述方法，寫出承載力計算基本公式，將資料整理

中所列基本數據代入計算求解。此時，一定要強調注意驗算公式的適用條件。

四是選配鋼筋。根據計算求解結果，查鋼筋表選配鋼筋。此時，提醒學生注意滿足相關的構造要求。

上述求解步驟，任課教師需帶領學生完整地完成一次訓練，特別是第一次接觸計算例題。整個解答思路與過程要讓學生清晰，混凝土、鋼筋強度取值和鋼筋表等要結合授課所用教材帶領學生翻閱，讓學生一開始就對此印象深刻，養成規范的設計計算習慣，做到早日熟練掌握。其中，承載力計算基本公式的列出是關鍵，在學生還不夠熟練時，可教導其先寫出基本公式，再根據基本公式里的具體參數整理相關數據。

另外，從教學方法上，還可考慮結合課程習題課，讓學生在黑板上實戰訓練，其他學生在下面同步練習。最后，任課教師帶領大家一起查看黑板上學生的解答情況并進行講解。這樣做針對性強，學生印象深刻，會收到事半功倍的效果。

四、結語

由于課程內容體系的特點，混凝土結構設計原理課程教學中容易產生教師難教和學生難學的問題。然而，“細節決定成敗”，只要任課教師以積極主動的心態對待，注重相關的細節，不斷探索適宜的教學模式和教學方法，用心做事、盡職盡責，就會使得課堂充滿活力，讓學生充分熱情，確保學生對于本課程知識內容的理解和掌握，提高學生的專業素養，從而為后續專業課程的學習及相關的課程設計和畢業設計，乃至畢業后的工作奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1] 高等學校土木工程專業指導委員會. 高等學校土木工程專業本科教育培養目標和培養方案及課程教學大綱[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2] 高等學校土木工程學科專業指導委員會. 高等學校土木工程本科指導性專業規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3] 潘穎. 提高混凝土結構原理課程教學質量的思考[J]. 高等建筑教育，2011，20（4）：74-77.

[4] 葉列平. 混凝土結構：上冊[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2012.

[5] 孫訓方，方孝淑，關來泰. 材料力學I[M]. 5版.北京：高等教育出版社，2009.

[6] 陳紹蕃，顧強. 鋼結構：上冊——鋼結構基礎 [M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2007.

[7] GB50010—2010 混凝土結構設計規范.北京：中國建筑工業出版社，2011.

[8] GB50017—2003 鋼結構設計規范.北京：中國建筑工業出版社，2003.

[9] 龍馭球，包世華，匡文起，等. 結構力學I——基本教程[M]. 2版.北京：高等教育出版社，2006.

[10]龍馭球，包世華，匡文起，等. 結構力學II——專題教程[M]. 2版.北京：高等教育出版社，2006.

（編輯 梁遠華）

三是計算求解。按照前述方法，寫出承載力計算基本公式，將資料整理

中所列基本數據代入計算求解。此時，一定要強調注意驗算公式的適用條件。

四是選配鋼筋。根據計算求解結果，查鋼筋表選配鋼筋。此時，提醒學生注意滿足相關的構造要求。

上述求解步驟，任課教師需帶領學生完整地完成一次訓練，特別是第一次接觸計算例題。整個解答思路與過程要讓學生清晰，混凝土、鋼筋強度取值和鋼筋表等要結合授課所用教材帶領學生翻閱，讓學生一開始就對此印象深刻，養成規范的設計計算習慣，做到早日熟練掌握。其中，承載力計算基本公式的列出是關鍵，在學生還不夠熟練時，可教導其先寫出基本公式，再根據基本公式里的具體參數整理相關數據。

另外，從教學方法上，還可考慮結合課程習題課，讓學生在黑板上實戰訓練，其他學生在下面同步練習。最后，任課教師帶領大家一起查看黑板上學生的解答情況并進行講解。這樣做針對性強，學生印象深刻，會收到事半功倍的效果。

四、結語

由于課程內容體系的特點，混凝土結構設計原理課程教學中容易產生教師難教和學生難學的問題。然而，“細節決定成敗”，只要任課教師以積極主動的心態對待，注重相關的細節，不斷探索適宜的教學模式和教學方法，用心做事、盡職盡責，就會使得課堂充滿活力，讓學生充分熱情，確保學生對于本課程知識內容的理解和掌握，提高學生的專業素養，從而為后續專業課程的學習及相關的課程設計和畢業設計，乃至畢業后的工作奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1] 高等學校土木工程專業指導委員會. 高等學校土木工程專業本科教育培養目標和培養方案及課程教學大綱[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2] 高等學校土木工程學科專業指導委員會. 高等學校土木工程本科指導性專業規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3] 潘穎. 提高混凝土結構原理課程教學質量的思考[J]. 高等建筑教育，2011，20（4）：74-77.

[4] 葉列平. 混凝土結構：上冊[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2012.

[5] 孫訓方，方孝淑，關來泰. 材料力學I[M]. 5版.北京：高等教育出版社，2009.

[6] 陳紹蕃，顧強. 鋼結構：上冊——鋼結構基礎 [M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2007.

[7] GB50010—2010 混凝土結構設計規范.北京：中國建筑工業出版社，2011.

[8] GB50017—2003 鋼結構設計規范.北京：中國建筑工業出版社，2003.

[9] 龍馭球，包世華，匡文起，等. 結構力學I——基本教程[M]. 2版.北京：高等教育出版社，2006.

[10]龍馭球，包世華，匡文起，等. 結構力學II——專題教程[M]. 2版.北京：高等教育出版社，2006.

（編輯 梁遠華）

三是計算求解。按照前述方法，寫出承載力計算基本公式，將資料整理

中所列基本數據代入計算求解。此時，一定要強調注意驗算公式的適用條件。

四是選配鋼筋。根據計算求解結果，查鋼筋表選配鋼筋。此時，提醒學生注意滿足相關的構造要求。

上述求解步驟，任課教師需帶領學生完整地完成一次訓練，特別是第一次接觸計算例題。整個解答思路與過程要讓學生清晰，混凝土、鋼筋強度取值和鋼筋表等要結合授課所用教材帶領學生翻閱，讓學生一開始就對此印象深刻，養成規范的設計計算習慣，做到早日熟練掌握。其中，承載力計算基本公式的列出是關鍵，在學生還不夠熟練時，可教導其先寫出基本公式，再根據基本公式里的具體參數整理相關數據。

另外，從教學方法上，還可考慮結合課程習題課，讓學生在黑板上實戰訓練，其他學生在下面同步練習。最后，任課教師帶領大家一起查看黑板上學生的解答情況并進行講解。這樣做針對性強，學生印象深刻，會收到事半功倍的效果。

四、結語

由于課程內容體系的特點，混凝土結構設計原理課程教學中容易產生教師難教和學生難學的問題。然而，“細節決定成敗”，只要任課教師以積極主動的心態對待，注重相關的細節，不斷探索適宜的教學模式和教學方法，用心做事、盡職盡責，就會使得課堂充滿活力，讓學生充分熱情，確保學生對于本課程知識內容的理解和掌握，提高學生的專業素養，從而為后續專業課程的學習及相關的課程設計和畢業設計，乃至畢業后的工作奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1] 高等學校土木工程專業指導委員會. 高等學校土木工程專業本科教育培養目標和培養方案及課程教學大綱[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2] 高等學校土木工程學科專業指導委員會. 高等學校土木工程本科指導性專業規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3] 潘穎. 提高混凝土結構原理課程教學質量的思考[J]. 高等建筑教育，2011，20（4）：74-77.

[4] 葉列平. 混凝土結構：上冊[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2012.

[5] 孫訓方，方孝淑，關來泰. 材料力學I[M]. 5版.北京：高等教育出版社，2009.

[6] 陳紹蕃，顧強. 鋼結構：上冊——鋼結構基礎 [M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2007.

[7] GB50010—2010 混凝土結構設計規范.北京：中國建筑工業出版社，2011.

[8] GB50017—2003 鋼結構設計規范.北京：中國建筑工業出版社，2003.

[9] 龍馭球，包世華，匡文起，等. 結構力學I——基本教程[M]. 2版.北京：高等教育出版社，2006.

[10]龍馭球，包世華，匡文起，等. 結構力學II——專題教程[M]. 2版.北京：高等教育出版社，2006.

（編輯 梁遠華）