建筑結構抗震設計課程教學實踐的幾點思考

胡曉斌　徐禮華

摘要：對于土木工程專業特別是建筑工程方向的學生來說，建筑結構抗震設計是一門非常重要的專業課程。其特點可歸納為三點：理論性強、綜合性強、實用性強。由于學時較短，該課程教學存在較大的困難。文章指出了當前教學中存在的一些典型問題，并提出了相應的建議。

關鍵詞：建筑結構抗震；教學實踐；課程教學

中圖分類號：G6420；TU3 文獻標志碼：A 文章編號：10052909（2015）05012003

地震災害是人類面臨的最為嚴重的自然災害之一，其突發性、不可預測性、頻度較高的特點，給人類帶來巨大的經濟損失和人員傷亡，對社會產生很大的影響。中國位于世界兩大地震構造系的交匯區域，近年來地震頻發，造成非常慘重的災害。如2008年汶川大地震，造成69 227人遇難，直接經濟損失高達8 000多億元人民幣。

歷次震害表明，人員傷亡主要是由于建筑破壞甚至倒塌引起的，因此開展建筑結構抗震設計研究對減輕地震災害特別是減少人員傷亡具有重要的意義。作為未來的土木工程師，土木工程專業（尤其是建筑工程方向）的學生應掌握結構抗震設計的基本理論和方法，因此建筑結構抗震設計（以下簡稱結構抗震）課程的開設顯得尤為重要和必要[1]。

一、結構抗震課程的特點

結構抗震這門課程主要介紹地震和地震動的基本知識、結構地震反應分析、不同類型結構（砌體結構、鋼筋混凝土結構、鋼結構、單層廠房等）的抗震設計、隔震及減震等[2]，其特點可歸納為三點：理論性強、綜合性強、實用性強。

理論性強，體現在這門課程需要運用很多數學、力學知識（如線性代數、結構動力學等）進行理論推導；綜合性強，表現在這門課程涉及到很多其他課程或學科的知識（如地震學、工程數學、工程力學、工程結構學等）；實用性強，表現在這門課程的落腳點在于介紹不同類型結構的抗震設計方法，學生通過系統學習，能為以后從事相關的設計工作打下堅實的基礎。

由于上述的這些特點，結構抗震課程教學存在較大困難。教師如何提高教學質量和教學效果，學生如何扎實地掌握結構抗震相關的理論和方法，是擺在師生面前的一個重要課題。在當前的教學實踐中，存在一些典型的問題，本文在剖析這些問題的基礎上，提出相應的建議。

二、結構抗震課程教學中的問題

（一）教學內容安排不合理

雖然結構抗震這門課程難度很大，但是學時一般較少，有的高校甚至不足30學時。在學時不足的情況下，如何對教學內容進行合理的取舍是一個關鍵的問題。在教學實踐中，部分教師只是從教學的難易程度來選擇教學的內容，而不是從教學內容的重要性程度來安排教學內容及相應的學時，這樣做顯然是不合理的。

（二） 忽視理論推導

結構抗震課程理論性強，涉及到很多公式的推導，特別是結構地震反應分析這部分內容。對于該部分內容的教學，部分教師認為學生在結構力學中已學過動力學的相關知識，而地震作用可看成一種特殊的動力荷載，學生可以很輕松地學習結構地震反應分析的理論，因此可少講或略講理論推導，而把重點放在講述公式的如何應用上。

這樣的認識及教學方式實際上大有弊端，其原因有如下幾點：（1）動力學的內容在結構力學課程中相對較少，重要性也不突出，很多學生并未真正掌握動力學的基本理論，因此在學習結構地震反應分析方法時仍然存在較大的困難；（2）如果一味地忽視公式的推導，而只是講如何應用公式，學生就會“知其然，不知其所以然”，在潛移默化中可能滋生急功近利的思想，這對于創新型人才的培養無疑是有害的；（3）對于部分可能深造特別是志在從事結構抗震研究的學生來講，理論功底的培養是至關重要的，否則會嚴重影響以后的科研工作。

（三）教學和規范脫節

對于結構工程師而言，設計規范的重要性是不言而喻的。作為未來的結構工程師，建筑工程專業的學生有必要認識和了解規范。對于建筑工程專業來講，專業課程（如混凝土結構、鋼結構等）往往對應相應的設計規范，結構抗震這門課程對應的規范就是《建筑抗震設計規范》[3]（以下簡稱《抗規》）。

《結構抗震》教材是圍繞《抗規》來編寫的，兩者實質上是一致的，只不過表現形式不同。前者是以教材的形式出現，其邏輯性更嚴密；后者是以條文及條文說明的形式出現，其形式上更簡明。《結構抗震》教材上的知識點，往往對應相應的規范條文。如果在課堂教學時，將《結構抗震》教材上的知識點和《抗規》條文關聯起來，這樣學生在學習完這門課后，就能達到了解或熟悉《抗規》的目的。

將教學和規范相結合，融規范講解于課堂教學中，對學生而言是學習規范很好的方式。但是在教學實踐中，部分教師完全將教學和規范脫節，甚至于自身對規范也不熟悉，以至于當教材內容與規范（特別是新版規范）不一致時，仍然照本宣科，這顯然是不負責任的表現。

（四） 忽視實踐教學

結構抗震課程實用性強，因此實踐性教學是很重要的，是對課堂教學內容的重要補充。在教學實踐中，部分教師忽視實踐教學環節的設計，而只是在課堂上“填鴨式”地向學生灌輸相關的知識，學生只能被動地接受，這樣做教學效果僅差強人意。

三、對結構抗震課程教學的建議

（一） 合理安排教學內容

結構抗震課程內容很多，應根據教學內容的重要性對其進行合理的取舍，才能合理地分配有限的學時。根據重要性的程度，教學內容可分為重要內容和次要內容。對于重要內容尤其是教學難點，應在課堂上重點講授；對于次要內容，可以讓學生在課后自學，然后交讀書報告，或者組織學生進行課堂討論。

從內在聯系來講，可將結構抗震課程教學內容精煉成四個模塊，即：地震與地震動、地震反應分析、抗震設計、隔震與減震。各個模塊的重要內容及難點如下：（1）地震與地震動。應重點講述地震及地震動的基本概念，其中地震動三要素（特別是頻譜）是難點。（2）地震反應分析。應重點講述地震作用下體系的運動方程、地震反應分析方法，其中地震反應譜、振型分解法是難點。（3）抗震設計。應重點講述抗震設防目標、抗震設計的總體要求、鋼筋混凝土框架結構的抗震設計，其中鋼筋混凝土框架結構 “強柱弱梁”、“強剪弱彎”及節點核心區設計是難點。值得說明的是，該部分內容涉及到不同類型結構的抗震設計，雖然內容很多，但由于抗震設計思路大體一致，因此可選擇一種結構來重點講解。本文建議選擇工程實踐中量大面廣且較簡單的鋼筋混凝土框架結構。（4）隔震及減震。這部分內容很多教師在授課時并未涉及，但考慮到隔震及減震是對抗震的重要補充和發展，且在工程實踐中應用普遍，因此建議做適當介紹。

（二）重視理論推導

教師在講述理論公式時，不能僅僅演示理論推導的過程，還應將理論推導與概念闡釋結合起來。比如說，振型分解法是求解多自由度體系地震反應的一種很重要的方法，從概念上來講是“先分解，后合成”，即將n個自由度的多自由度體系分解成n個單自由度體系，然后分別求解其反應，最后通過振型組合得到原體系的反應。教師在講述該部分內容時，可以在理論推導前先闡述該思想，然后開始理論推導，這樣學生更容易理解，從而起到事半功倍的效果。

此外，教師在講述相關知識時，還應注意和動力學已學過的知識進行對比，從而加深對地震作用的認識。比如說，對于單自由度體系，在地震作用下其運動方程為：

m+c+kx=-mg（1）

而在動力學中，單自由度體系在動力荷載p（t）作用下運動方程為[4]：

m+c+kx=pt（2）

如果將mg看成一種由地面運動產生的動力荷載，方程（1）、（2）在形式上完全相同。但是兩者又有本質的區別，式（1）中的位移、速度及加速度等反應均是相對于地面的，而式（2）中相應的是絕對反應。通過上述這種對比，學生就能深刻地認識到地震作用與一般動力荷載的區別。

（三） 教學和規范相結合

結構抗震課程教學開始時，教師就應向學生強調規范的重要性，并要求學生準備好《抗規》的紙質版或電子版。教師在備課的時候，在PPT上盡可能地標出所講述知識點對應的規范條文。上課的時候，如有必要（如教材上的內容與規范不一致），教師可打開規范的電子版，向學生現場展示該條文。

此外，《抗規》的條文說明可作為結構抗震課堂教學很好的補充資料。比如說，時程分析法是結構地震反應分析中一種很重要的方法，如何選擇地震波是時程分析法的重要一環，但是教材上一般講得較為粗略，而《抗規》5.1.2條條文說明敘述得非常清楚。在講述該部分內容時，可以結合該條文來講解，或者讓學生在課后自學，然后組織學生進行討論。

（四）重視實踐教學

在結構抗震課程教學中加入一些實踐環節，能增強學生的感性認識，激發學生的學習興趣，從而收到很好的效果。

實踐環節可以采用多種形式，如：安排學生參觀地震模擬振動臺試驗裝置，最好能帶領學生觀看正在進行的振動臺試驗；組織學生參觀震后的災區，通過現場走訪，使學生對地震災害產生更為直觀的認識；組織學生對周邊農村民居開展實地調查，研究目前農村民居抗震性能的現狀及特點[5]；組織學生利用簡易材料（如圖紙）制作結構模型，然后放在小型振動臺輸入地震波進行試驗。實踐環節也可以結合其它的教學任務進行，如結合本科畢業設計來進行，教師在畢業設計任務書中加入抗震設計的內容，學生通過對一個結構進行完整的抗震設計，從而熟悉結構抗震設計的流程。

四、結語

建筑結構抗震設計課程是一門非常重要的專業課程，由于學時較短，課程教學存在較大的困難。本文在總結其特點的基礎上，對教學實踐中的一些典型問題進行了分析，并提出了相應的建議，以供同行參考。參考文獻：

[1]翟長海， 李爽， 徐龍軍， 等. 建筑結構抗震設計教學改革探索[J]. 高等建筑教育， 2011， 20（3）：88-90.

[2]李國強， 李杰， 蘇小卒. 建筑結構抗震設計[M].3版. 北京： 中國建筑工業出版社， 2009.

[3]GB 50011-2010建筑抗震設計規范[M]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2010.

[4]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.

[5]汪大海， 李書進， 張季如. 結構抗震設計原理實踐教學探索——以農村民居抗震性能自主調查為例[J]. 高等建筑教育， 2013， 22（4）：106-109.