高層建筑結構設計課程教學改革探索

邵蓮芬

（黃淮學院 建筑工程學院，河南 駐馬店 4 63000）

高層建筑結構設計課程教學改革探索

邵蓮芬

（黃淮學院 建筑工程學院，河南 駐馬店 4 63000）

高層建筑結構設計課程教學內容的選擇與組織，應以應用型人才能力培養為目標，理論與實踐并重，并注意兼顧不同學習基礎的學生。根據該課程實踐性和操作性強的特點，教學中教師應以促進學生提高實踐技能、掌握關鍵知識為主線，整合課程各個單元的教學內容開展任務驅動教學和項目導向教學，將“教、學、做”有機結合起來；要注重學生興趣的培養和潛能的發掘與提升，廣泛開展探究性學習和協作學習；應做到教師講授、學生自學、課堂討論相結合，課內學習與課外學習相結合，理論教學與實踐教學相結合；應引導學生主動到建筑設計院、工作室參觀實踐，從而不斷提高學生的實踐應用能力。

高層建筑結構設計；教學內容；教學方法；教學手段

高層建筑結構設計課程的教學內容涉及混凝土結構、結構力學、結構抗震等知識的綜合應用，作為培養從事土木工程設計、施工、預算、招投標工作的高級工程技術人才的土木工程專業，一般將高層建筑結構設計課程設置為一門專業限選課。土木工程專業畢業生的就業方向主要有結構設計、工程施工技術管理、預算和招投標等崗位，這些工作崗位都與高層建筑結構設計具有密切聯系。土木工程結構設計崗位的主要工作內容已由多層建筑設計轉變為高層建筑設計；從事土木工程施工管理工作，必須掌握高層建筑結構的識圖與讀圖等知識，清楚高層建筑中哪些是主要受力構件，哪些是構造構件，在施工過程中遇到一些簡單的高層事故應如何處理，等等，這些都有賴于該課程的學習；土木工程預算和招投標管理工作中大量的分析計算都要靠計算機來完成，要求工作人員要在看懂圖紙（很多是高層建筑圖紙）的基礎上建立分析模型，做到不多算、不漏算，這也有賴于該課程的學習。工程專業開設該課程的意義由此可見。但是，由于種種因素的影響，目前該課程教學中還存在不少現實問題。鑒于此，本文擬從教學內容、教學模式、教學方法、教學過程等方面探討高層建筑結構課程的教學改革問題，希望能為該課程教學質量的提高提供參考。

一、課程教學內容規劃

隨著我國經濟的發展，土建行業對人才的要求特別是對學生工程素質的要求越來越高，企業歡迎的是具有完備知識結構又具備較強工程能力的人才。高層建筑結構設計課程涉及很多計算，教學內容十分豐富，但該課程的學時往往十分有限，因此，合理選擇教學內容就顯得尤為重要。該課程教學內容的選擇應以應用型人才能力培養為目標，理論與實踐并重，并注意兼顧不同學習基礎的學生。土木工程專業一般將該課程安排在大學四年級第一學期，主要內容包括緒論、高層建筑結構的體系與布置、高層建筑結構的荷載和地震作用、高層建筑結構的計算分析和設計要求、框架結構設計、剪力墻結構設計、框架—剪力墻結構設計、高層建筑地下室和基礎設計等，與先修課程混凝土結構、混凝土結構與砌體結構、基礎工程、工程結構抗震等有緊密聯系，也存在一定的內容重復現象。為了保持教學內容的系統性，教師處理與已開設課程重復的內容時，應做到“重復的內容講差別，相似的內容講典型，突出重點”［1］。例如：荷載計算部分的一些內容與混凝土結構課程的相關內容相似，按照相似的內容講典型的原則，對該部分內容，教師應重點講解高層建筑結構的風荷載計算（考慮風震系數），而活荷載計算可不考慮不利布置；框架結構設計部分的一些內容，與混凝土結構與砌體結構等課程的相關內容存在重復現象，按照重復的內容講差別的原則，對該部分內容，教師應重點講解在框架結構設計中如何調整位移比、周期比、軸壓比、相鄰層剛度比、層間位移角、層間受剪承載力比等高規參數；高層建筑結構基礎設計部分的一些內容，與基礎設計和基礎工程課程存在內容重復現象，按照重復的內容講差別的原則，教師可重點講解高層建筑“筏板基礎”“樁基+筏板”設計中的常見錯誤及其原因。

二、課程教學模式

在開設高層建筑結構設計課程時，學生已具備一定的專業技能，但綜合能力還有待提高。采用多元化教學模式是近年來該課程教學的主要特點之一。根據高層建筑結構設計課程實踐性和操作性強的特點，教師應以促進學生提高實踐技能、掌握關鍵知識為主線，整合課程各個單元的教學內容開展任務驅動教學和項目導向教學，將“教、學、做”有機結合，著力體現應用性、實踐性和開放性的課程理念。將“教、學、做”一體化的教學模式有機融入教學過程，有利于處理“懂”與“會”的關系，學生可以先懂后會，也可以先會后懂或邊懂邊會。此外，教師還可以把課堂搬進實驗室、建筑設計院、工程施工現場等場所，廣泛開展直觀教學，實現課堂教學與實習實訓的一體化，從而有效提升學生的綜合能力。

三、課程教學方法與教學手段

高層建筑結構設計課程的教學環節分為課堂教學、PKPM軟件應用、工程設計實踐和考核［2］。以下從四個方面探討該課程的教學改革。

（一） 課堂教學

課堂教學應以講解高層建筑結構設計的基本設計理論、抗震規范、高層混凝土結構技術規程等內容為主；要有明確的教學目標、有效的教學策略和具體的學習評價指標；要注重學生興趣的培養和潛能的發掘與提升，廣泛開展探究性學習和協作學習；要注意培養學生終身學習的觀念，力促學生自主發展和可持續發展。在高層建筑結構設計課程教學中，還應做到課堂講授、自學、討論相結合，課內學習與課外學習相結合，理論學習與實踐環節相結合［3］。

第一，課堂講授與自學相結合。教師在課堂教學中應重點講授基本概念、基本原理和難點，并向學生指定課外自學的內容和思考題，以培養學生的自學能力，化解教學內容多而課時有限的矛盾。

第二，開展課堂討論，啟發學生開展積極的思維活動［4］。大學生思想獨立性強，思維靈活，喜歡獨立思考問題。因此，在全班或小組內圍繞一個問題開展討論，讓學生各抒己見，相互啟發，有利于發揮學生學習的積極性和主動性，充分提高教學效果。如在高層結構選型內容的教學中，可讓學生以某“高層設計采用哪種結構體系較合理”為題在班級范圍內開展討論，讓學生在愉快的氛圍下通過主動思考掌握高層結構體系的有關知識。就課堂討論的方式來講，教師可先提出問題，讓學生在小組討論的基礎上，選出代表到黑板前陳述意見，這樣既可活躍課堂氣氛，提高教學效果，也可提高學生的表達能力。

第三，課內學習與課外學習相結合。在每次課結束前，教師都應向學生明確課后的復習內容、預習內容及思考題。對于較抽象的教學內容，教師應組織學生開展課堂討論或課外學習小組（宜以宿舍為單位）討論。教師還可結合單元教學內容，組織開展以高層結構設計基本理論知識和常規應用為基礎的小型競賽活動，如PKPM建模大賽等，以鍛煉提高學生的知識運用能力。

第四，理論教學與實踐教學相結合。筆者的調查表明，很多學生在學習過程中都感覺到“高層建筑混凝土結構技術規程”難以理解，難以聯系具體工程實例；結構設計只是停留在單個構件上，不明確結構整體設計的思路。因此，教師在教學中應結合具體教學內容引入工程實例，通過對工程實例的詳細講解，使學生加深對理論知識的理解，提高應用能力。比如，對高層建筑常用的三種結構，即框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構，教師可借助實際工程項目，依次詳細講解抗側力構件的布置、主要高規參數的控制、平面的布置、施工圖的繪制，通過實例講解使學生理清結構設計的整體思路，加深對規范條文的理解。需要說明的是，教師教學中選用的案例可以來自企業生產實踐，也可來自教師指導學生完成的工程設計實踐項目。教師指導學生進行工程設計實踐（包括結構選擇、結構建模、施工圖繪制等），是提高高層建筑結構設計課程教學質量的有效手段。

（二） PK PM軟件應用教學

PKPM軟件應用教學的重點是理解和掌握高層建筑結構設計的基本過程，主要有以下三個教學步驟：

（1） 結構布置的講解與練習。在此步驟中，要通過講解和練習，使學生掌握運用PKPM軟件建模的技巧，理解“抗規”關于結構平面和豎向布置的基本要求。結構平面布置要求平面形狀簡單、規則、對稱、質心和剛心重合［5］30-31；結構豎向布置的要求主要是抗側力構件沿豎向不突變等。

（2） P KPM 基本計算參數輸入練習。在此步驟中，應要求學生按照相關要求，結合工程結構的實際情況輸入PKPM相關參數，并理解基本風壓、基本雪壓、設計地震分組、抗震設防烈度、連梁剛度折減系數等參數的含義。

（3） PKPM計算結果的分析判斷和參數調整。在此步驟中，應指導學生通過對計算結果的分析，判斷結構的周期比、位移比、剪重比、相鄰層剛度比、軸壓比、整體穩定是否滿足要求，并對不滿足要求的參數進行調整。

（三） 工程設計實踐教學

開展高層建筑結構設計課程實踐教學，有利于學生強化工程概念和感性認識，激發學習主動性，提高創新能力。在工程設計實踐教學中，教師可以組織學生分組參觀調查當地已建高層建筑，了解其構型、結構體系、存在的施工問題等；可以讓學生以小組為單位完成高層建筑的建模，如15層以下教學樓、辦公樓、賓館等框架結構的建模，20層以下住宅樓等剪力墻結構的建模，20層以下寫字樓、公寓等框架—剪力墻結構的建模。

（四） 課程考核

高層建筑結構設計課程的常規考核方法是筆試成績與平時成績相結合，但筆試成績一般占總成績的80%，這容易導致學生只重視理論而忽視實踐，不利于學生應用能力的提高。該課程的考核應著重考核學生綜合運用知識的能力，可采用筆試、上機操作、實踐環節相結合的考核方式。其中，筆試成績占總成績的50%，試卷的制作可參考國家“注冊結構工程師專業資格”考試；上機操作成績占總成績的20%，可以給定房屋建筑平面圖和立面圖，讓學生在規定時間內運用PKPM軟件完成滿足結構設計規范要求的結構建模；實踐環節成績占總成績的30%，內容包括考察報告的撰寫情況、在分組建模實踐教學中的表現等。

四、教學過程的組織

如前所述，在每次課結束前，教師都應向學生明確課后的復習內容、預習內容及思考題，其中預習的內容可以是參觀現有高層建筑結構，調查了解其結構形式、結構設計、施工中存在的問題等，并形成文字。導入新課時，教師可用5分鐘左右的時間了解學生的預習情況，并通過總結引出新課題。在講授新課的過程中，教師應突出重點，把握難點，可按照理論講授—例題解析—學生練習—歸納總結的步驟組織教學。如在講解高層建筑的結構體系時，可先分述每種結構體系的概念，再舉例分析典型的結構體系布置，然后讓學生畫出附近教學樓等高層建筑的結構，最后歸納總結常見建筑結構體系的選擇。課堂討論教學環節一般可采取學生自由發言與教師總結相結合的方式，而在安排有小組前期調研的情況下，應緊緊圍繞小組代表的匯報發言開展現場提問。另外，教師在課堂教學中還應引導學生主動到建筑設計院、工作室參觀實踐，以實現學以致用，不斷提高學生的實踐應用能力。例如，為了提高應用型技術人才培養質量，黃淮學院在其大學生創新創業園設置了建筑設計院校內實踐基地，為土木工程、建筑工程等專業學生的工程實踐提供了良好的平臺，教師引導學生到這里結合教學內容參觀實踐，無疑能夠有效地促進學生實現所學理論知識的內化和實踐應用能力的提升。

［1］ 牛海成，徐海賓.面向可持續發展的高層建筑結構設計課程教學改革探討［J］.高等建筑教育，2013（22）：72—75.

［2］ 劉圓圓.淺談《高層建筑設計》課程改革方案［J］.城市建設理論研究：電子版，2014（36）：8119—8120.

［3］ 孟麗巖，王濤，陳勇，等.高層建筑結構設計課程教學方法的改革與實踐［J］.黑龍江教育（理論與實踐），2015（3）：77—78.

［4］ 曹忠民.精品課程“工程結構抗震與防災”建設的經驗［J］.華東交通大學學報，2006（1）：48—50.

［5］ 史慶軒，梁興文.高層建筑結構設計［M］.北京：科學出版社，2015.

〔責任編輯 張繼金〕

G642.0

A

1006-5261（2016）04-0154-03

2015-10-27

河南省中青年骨干教師資助計劃（2013GGJS-213）；河南省科技攻關計劃項目（142102310108）

邵蓮芬（1974—），女，河南駐馬店人，副教授。