高層建筑結構設計課程教學改革的探討

趙果等

摘要：

為適應經濟高速發展對高素質工程技術人才的迫切需要，文章

結合注冊結構工程師考試要求，針對高層建筑結構設計課程教學中存在的一系列問題，對課程教學提出改革方案，通過教師引導啟發、學生高效互動、師生協同進行工程案例分析等有效教學手段，取得了較為顯著的教學成效。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；教學改革

中圖分類號：G6420；TV318 文獻標志碼：A 文章編號：

10052909（2014）05007204

20世紀90年代以來，中國混凝土結構高層建筑發展迅速。土木工程專業委員會已把高層建筑結構設計列為土木工程專業（建工方向）的核心課程，因此，該課程的教學在培養計劃中具有舉足輕重的作用[1]。通過該課程的學習，使學生掌握高層建筑結構設計的基本原理和方法，了解高層建筑的結構體系與布置，掌握荷載計算方法，特別是框架、剪力墻、框架—剪力墻結構的內力和位移計算，掌握框架及剪力墻的截面設計與構造，具備分析和解決常見高層建筑結構選型、設計和施工問題的能力，為今后從事高層建筑設計、施工、監理等方面的工作打下堅實的基礎。

一、當前教學中存在的問題

高層建筑結構設計課程綜合性和專業性很強，其內容涉及本科四年學過的主要專業基礎課和專業課，主要有材料力學、結構力學、荷載與結構設計方法、混凝土結構設計、建筑結構抗震設計等等。該課程對先修課程的依賴性較強，一些學生學習專業基礎課時不求甚解，當學習高層建筑結構設計時難免信心不足。對土木工程專業本科學生，該課程一般開設在第七學期，該學期對于本科生來說是非常關鍵的時期。由于準備報考研究生或忙于畢業找工作，部分學生上課往往心不在焉，學習效率不高，該課程的教學必然受到一定的影響。

此外，由于該課程涉及的結構體系較多，不論是常見的框架、剪力墻，框架—剪力墻，還是超高層建筑使用的筒體結構都有所關聯，教師在教學中如果

“面面俱到”，學生在學習時很難抓住重點。高層建筑結構設計課程共40個學時，如何在有限的課時內按照教學大綱要求完成教學任務，同時又能提高學生的學習興趣，增加學生所學知識的深度，為此有必要對該課程進行教學改革。

值得一提的是，中國的執業資格考試是學生日后成為工程設計人員的門檻。因此要幫助學生打下扎實的理論基礎，與工程設計順利接軌，教師必須精心選擇教學內容，積極探索教學方法，激發學生的學習興趣，提高教學質量。

二、教學改革采取的主要措施

高層建筑結構設計課程教學改革一直以來備受關注，黃林青等[2]在教學過程中，通過組織有關競賽將課程教學向課外延伸，并把課程教學和畢業設計相結合，培養學生發現問題和分析、解決問題的能力。宋章樹等[3]在高層建筑結構設計課程教學中，提出了將該課程與其他專業課、規范和實例相結合的辦法。筆者根據多年的教學經驗，結合注冊結構工程師考試要求，在高層建筑結構設計課程改革中，提出教師引導啟發、學生高效互動、師生協同進行工程案例概念分析等有效教學手段，培養學生的工程能力和創新能力。

（一）多媒體教學手段的應用

傳統的課堂教學是以教師板書為主，輔以教學模型、掛圖等。但這種教學方法局限性很大，比如信息量少、速度較慢等，已不能滿足教學的需要，所以采用先進的多媒體教學手段已成必然。首先，多媒體的應用使得教學信息豐富而清晰，一些板書不易完成的公式圖表，都可以通過多媒體很清楚生動地展現出來；其次，多媒體的應用，增大了教學內容的信息量，通過它可介紹學科的前沿領域及其最新研究進展，及時把最新的研究成果引入教學中。還可以結合目前流行的結構分析軟件進行手算結果的校核，讓學生明白計算機程序的原由，為將來的工作打下堅實的基礎。

（二）教學內容的調整

高層建筑結構設計課程是一門綜合性課程，有部分內容與前面所學課程有所重復。比如風荷載的計算在荷載與結構設計方法這門課程中已有所涉及；混凝土結構設計課程已有講述框架結構設計 [4]；建筑抗震設計課程中地震作用的計算方法是重點內容[5]。針對這一情況，在高層建筑結構設計課程的講授中，對上述部分重疊內容，要把握好尺度，既要溫故知新，又不能簡單重復。對風荷載和地震作用的計算，最好采用啟發式的教學，幫助學生回憶知識點；對于框架結構設計，重點應放在整個結構的設計，而不再是單個構件的設計，這就要求學生對框架結構特別是延性框架進行全面的分析和掌握。剪力墻結構的設計和框架—剪力墻結構的設計是學生初次接觸的專業性很強的知識，要多花一定的時間和精力，增加課時，重點講解。在教學過程中，側重于概念的掌握、公式的運用。如用連續連桿法[6]計算雙肢墻的內力和位移時，推導過程繁雜冗長，公式很多，在講解時應重點強調整體思路。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，高層建筑物越來越多，學生對高層建筑也有一定的認識。在教學過程中將實際工程與教學相結合，引入典型高層建筑實例作為背景材料來介紹某些知識點，強化學生對知識點的理解；在教學過程中，可利用課余時間安排學生到正在施工的高層建筑工地參觀學習。如觀察鋼筋的綁扎、混凝土的澆筑、剪力墻中分布鋼筋的布置、框架梁柱節點的鋼筋布置等。在教學過程中，應實時介紹國內外高層建筑的最新發展情況，如上海環球金融中心、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，標志著中國建筑技術水平的飛速發展。通過及時向學生介紹有關國內外高層建筑的最新發展情況，激發學生學習的熱情。

（三）綜合設計能力的培養

為了培養學生綜合運用所學專業知識進行高層建筑結構設計的能力，在學習過程中，可添加一些先進成熟且已廣泛應用于工程實踐的內容，結合一定的課堂討論和習題課，引導學生思考和討論工程問題，從而培養學生獨立思考的能力。課后安排學生考察附近的高層建筑，組織學生一起進行討論，幫助學生養成生活中善于觀察的好習慣。endprint

課程啟動時，按照學生的意愿，組織學生成立三個興趣小組，分別進行框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構的設計。學生首先從選擇結構方案入手，然后進行結構布置，確定結構計算簡圖，荷載（作用）計算，荷載（作用）下的內力計算，內力組合，直到截面設計，最后進行施工圖的繪制。在設計的過程中小組成員共同參與，分工協作，既加深了對課堂知識的掌握，也鍛煉培養了學生的溝通與合作能力。臨近就業，這樣的設計也為學生求職提供了很好的鍛煉和展示自己的機會。一些學生拿著自己精心設計的成果，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。

課程結束之際，筆者精選一套嚴格按照現行制圖標準繪制的剪力墻結構的施工圖，從結構布置到施工圖繪制的要點向學生一一講解，分析結構設計的重要概念、準則和設計方法，并引導學生學習《高層建筑混凝土結構技術規程》[7]。通過給學生分析規范規定所依據的理論分析、試驗研究和震害經驗，引導學生建立設計概念，并組織學生討論，以加深學生對重要知識點和規范的印象。

（四）考核方法的改進

應加大對學生在知識的掌握和靈活運用方面的考核。該課程總評成績由平時成績（占總成績的20%）和考試成績（占總成績的80%）兩部分組成。與往年相比，考試的試題有了較大的調整，為了使學生把主要精力放在結構設計上，而不是去死記公式和圖表，在設計考題時，應增加看圖分析，增強學生對知識的理解。如繪出框架—剪力墻結構的平面布置圖，要求學生畫出其在橫向水平荷載作用下的計算簡圖，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剛結點等。對復雜的公式可直接給出，重點考核學生的運用能力。如在判斷剪力墻是哪種類型時，直接提供整體參數的計算公式，而不是讓學生死記該公式。在平時成績的評定時，要考慮學生的學習態度和學習方法，如平時作業的完成情況，參與興趣小組的活動情況及成效等。力求全面把握學生對課內及課外延伸知識的掌握情況，給每個學生客觀、公正的評價。

三、課程教學改革的成效

通過教學內容和教學方法的改革，教學質量有了顯著提高。土木工程專業建筑工程方向3個班共89人，總評成績90分以上的學生有5人，占總數的5.62%，80-89分之間的學生人數為26人，占總數的29.21%， 70-79分之間的學生人數為37人，占總數的41.57%，60-69分之間的學生人數為19人，占總數的21.35%，60分以下的學生人數為2人，占總數的2.25%。近3年學生的考試成績和總評成績分別見圖1和圖2。

圖1 學生考試成績分布圖

圖2 學生總評成績分布圖

從考試成績來看，學生成績優秀率（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）和不及格的學生人數下降明顯，平均成績達到了78.24分。從總評成績來看，都有了不同程度的提升，沒有不及格的現象，這說明學生對知識點的掌握程度在加深，學生設計能力也有明顯的提高。

四、 結語

本科教學質量關系著人才培養的質量。高層建筑結構設計課程是對前面所學知識的綜合運用，是指導畢業設計和實際工作的主要課程。通過對該門課程的教學改革，在課堂教學、實踐環節、師生互動、考核方式等方面取得了顯著成效。學生成績較往年有所提高，學生實踐能力也有所加強，上述改革措施值得在土木工程專業的其他課程教學中借鑒和推廣。參考文獻：

[1] 何淅淅.高層建筑結構設計課程改革的實踐與思考[J].高等建筑教育，2007，16（1）：69-72

[2] 黃林青，陳明政，陳小英，朱浪濤，文佳.高層建筑結構設計課程教學改革嘗試[J].重慶科技學院學報：社會科學版.2008（12）：209-210.

[3] 宋章樹.高層建筑結構設計課程教學方法探討[J].高等建筑教育，2009，18（3）：87-90.

[4] 東南大學，同濟大學，等.混凝土結構：混凝土結構與砌體結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[5] 郭繼武.建筑抗震設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[6] 包世華、張銅生.高層建筑結構設計和計算[M].北京：清華大學出版社，2013.

[7] 高層建筑混凝土結構技術規范（JGJ3-2010）[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

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）endprint