工程事故案例分析在鋼筋混凝土結構課程中的引入與運用

董偉+徐博瀚+王立成

摘要：鋼筋混凝土結構是土木工程本科生專業必修課，也是他們未來從事設計、施工的重要理論基礎。實際建筑工程中由于鋼筋、混凝土的材料原因、施工原因、設計原因會引發各種工程事故。從結構角度分析，鋼筋混凝土梁、板、柱等承重構件的破壞及變形是造成這些事故的主因。在課堂教學中，結合各章節的教學重點，有選擇地對不同工程事故案例進行理論分析，在強化學生對知識點理解的同時，也增強了他們安全生產的意識，同時要求他們應用所學知識，對事故提出整改及預防措施。這種來源于工程、應用于工程的模式，培養了學生對鋼筋混凝土結構學習的興趣，為日后的工程設計、施工奠定良好的專業理論基礎。

關鍵詞：鋼筋混凝土結構；工程事故；案例分析；教學研究

中圖分類號：TU375-4 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2017）03-0047-04

鋼筋混凝土結構是土木工程本科生專業必修課，也是他們未來從事設計、施工的重要理論基礎。按照課程內容的性質，通常分為混凝土結構設計原理和混凝土結構設計兩部分。混凝土結構設計原理重點講述梁、柱等混凝土基本構件的受力性能及截面設計等基本理論；混凝土結構設計主要講述梁板結構單層廠房、多層和高層房屋、公路、橋梁等結構設計，這些學習內容都可以在實際工程中找到相對應的實例。同時，隨著鋼筋混凝土結構在建筑中廣泛使用，由于設計原因、施工原因或建筑物使用不當等原因[1]引發的鋼筋混凝土結構事故不斷出現，造成了巨大的人員傷亡及財產損失。從技術層面上說，這些事故的背后都隱藏著對混凝土材料性能的不了解及相關設計、施工理論知識的匱乏。

從教學理念和教學方法方面來說，鋼筋混凝土結構與學生此前學習的具有嚴密科學邏輯和數學推導的基礎課程有所不同，在要求學生理解課程理論知識的同時，又需要他們掌握材料、施工、構造等工程實踐知識[2]。單純課本知識的學習很難同時滿足學生上述兩方面知識學習的需求，而合理地引入、運用工程事故案例，則很大程度彌補了上述課堂教學的不足。首先通過對不同案例基本情況的介紹，幫助學生初步建立理論知識的工程背景，再進一步結合課堂知識的講解，深入分析事故的成因，加深其對理論知識的理解，最后針對事故案例啟發其提出預防措施，鞏固其對于知識點的掌握。我們在近年的課堂教學中，結合各章節的授課內容，引入鋼筋混凝土結構工程事故案例，分析引發工程事故的原因，同時啟發學生應用所學知識提出事故的預防及整改措施。該方法豐富了課堂教學的內容，激發了學生的學習興趣，加深了學生對鋼筋混凝土結構基本原理及設計方法的掌握和理解，提高了學生就業后從事設計與施工工作的安全意識與責任感。

一、工程事故案例的選擇

按照《建筑結構可靠度設計統一標準》，工程事故可以定義為工程的“三個不正常、兩個不滿足”[3]。“三個不正常”指不正常設計、不正常施工、不正常使用；“兩個不滿足”指不滿足承載能力極限狀態、不滿足正常使用極限狀態。由工程事故的定義可見其包含范圍很廣，與建筑領域相關的事故都屬于工程事故；同時其覆蓋周期長，涵蓋了工程結構的設計、施工及后期使用的整個過程。除去安全管理的因素，從技術的角度分析事故原因，可以發現其中大量事故的成因與鋼筋混凝土結構課程的知識點是契合的。根據鋼筋混凝土結構課程的安排，各章節依序分別重點介紹了材料特性、設計理論、梁柱承載力及配筋計算、正常使用極限狀態驗算、預應力設計方法以及梁板結構體系設計。可以看到工程事故中無論是“三個不正常”還是“兩個不滿足”，都在課堂教學的知識點里得到了體現。因此，工程事故案例的選擇應緊密圍繞各章節教學的相關內容，做到有的放矢。

表1列出了對應鋼筋混凝土結構主要章節知識點的事故案例，可以看到這些案例的事故原因都與各章節的重要知識點相對應，同時提供的一些必要的技術參數也為學生后期的計算校核提供了基本數據。以“鋼筋混凝土受彎構件正截面承載力計算”為例，受彎構件正截面受彎承載力計算理論是本章的核心內容，對應受彎構件的三種破壞形態也是重點學習內容，學生需掌握受彎構件正截面設計與承載力校核，并能正確地解決實際工程中受彎構件正截面受彎承載力計算問題，對應這一章節的工程事故案例應著重圍繞承載力計算這個核心內容進行選擇。由于施工的原因，工程中可能會出現少配、漏配受力鋼筋的情況，這樣就使得實際配筋梁的受彎承載力要小于梁的設計承載力，進而引發事故的發生。同時由于配筋的不足，梁破壞形態也會發生一定的改變，如破壞時變形增大、裂縫增寬、混凝土受壓區域的縮短。由此我們選擇了將設計配筋截面面積38cm2降低為32cm2所引發事故的案例，很好地與本章的重點內容相對應，而具體配筋面積的給出也為學生后期計算事故梁的承載力、分析具體事故原因提供了必要條件。

二、工程事故案例在課堂教學中的引入與運用

在以往構件設計章節的課堂教學中，基本遵循先介紹原理，再講授計算公式，最后進行構件承載力及配筋設計這樣的一個順序。這種教學方式雖然符合循序漸進的方式，但學生始終處于一個被動接受的狀態，缺乏主動思考過程。鋼筋混凝土結構課程本身具備很強的工程實踐性，以構件為主體的講授缺乏對學生工程能力的培養，使得其雖然會做題，但對構件與整體結構的關系仍缺乏了解。工程事故案例的引入則較好地彌補了上述課堂教學的不足。首先，在教學手段上充分利用多媒體等現代技術，發揮其交互、生動、形象的特點，將實際工程事故案例形象逼真地演示，將工地搬進課堂，營造真實的工程氛圍。在演示中著重展現這些事故案例中整體結構及某些細部的破壞形態，讓學生“觀其形、辯其意”。其次，在引入的時機上應在學生對本章學習內容有個初步了解之后，并在講授計算原理之前。在學生明確本章學習任務之后，對相關知識內容形成了初步的印象，此時可通過事故案例的介紹讓學生快速進入工程實戰狀態，激發其對設計建筑物所需理論知識的渴望和興趣，形成主動學習的內動力。因此在時機的把握上教師應做到“審其時，度其勢”。在這一階段教師以提出問題為主，讓學生主動思考事故的原因及產生的后果。

在以工程事故案例為背景提出問題后，可依照課程安排繼續從原理及計算方面進行課堂教學，最后組織學生對工程事故案例進行討論。需要強調的是，在案例引入環節對于事故原因的討論主要以定性為主，而在事故案例的討論中應著重依據已學習的相關內容進行定量分析。如在進行受彎構件正截面承載力計算的相關案例分析中，可引導學生根據梁的跨度，估算其采用的截面尺寸，進而結合實際配筋截面面積32cm2與設計配筋面積38cm2，計算兩種配筋情況下梁抗彎承載力的不同。此外，對于工程事故案例的討論可結合當前工程界的一些主流技術手段進一步拓展討論內容。如假定該梁在當前配筋條件下未發生垮塌事故，為了提高其承載力，可進行的加固修復手段有當今工程界廣為采用的粘鋼法、碳纖維布加固法、植筋法等，這些手段可進行介紹。通過上述對于工程事故案例分析的有效運用，幫助學生在一個真實的工程背景下將所學知識串聯起來，提高其對知識點的理解與掌握。在培養學生理論聯系實際能力的同時，也夯實了其理論根底并鍛煉了實際結構設計能力，同時通過對事故案例的延伸，向其介紹了工程界與所學知識點相關的一些新技術、新方法，有效地拓展其工程視野，增強其對本專業的興趣與熱愛。

三、運用事故案例分析方法應注意的問題

鋼筋混凝土結構課程是與現行規范緊密結合的，《混凝土結構設計規范》（簡稱《規范》）是對混凝土結構的設計、施工的基本原理、計算方法、具體實施的規范性要求。鋼筋混凝土結構課程對現行規范進行了全面、具體的解讀。隨著國民經濟的發展、科學技術水平的提升，工程與學術界對相關條文內容認識的加深，《規范》的內容會不定期地進行修訂和調整[8]。工程事故的案例都對應某一固定時間，其建筑主體的設計與施工也是遵循該時間所對應的《規范》，從當前執行的《規范》角度來看，隨著時間的推移其具體的計算方法可能已經發生調整。如斜截面抗剪承載力計算公式，在2002版《規范》中對受剪承載力的計算區分為集中荷載獨立梁和一般受彎構件，而2010版《規范》則將兩種情況合并為一個公式計算，對于原有受彎構件兩個斜截面承載力公式進行了調整，保持混凝土項系數不變，將一般受彎構件箍筋項系數由1.25改為1.0。這個變化對承載力計算結果會產生一定影響，在相同配箍率下，2010版《規范》計算的抗剪承載力要大于2002版《規范》的計算結果。此外在材料的選用方面，隨著對于節能減排要求的提升，2010版《規范》更加強調應用高強、高性能的鋼筋，并淘汰了低強鋼筋。對于受力鋼筋的選擇也進行了明確規定，如梁、柱縱向受力鋼筋不能使用HRB335鋼筋，而需采用HRB400、HRBF400、HRB500、HRBH500鋼筋。這可能會造成現行規范材料的選用與事故案例材料有所沖突，這就需要教師對《規范》的相關修訂有著準確的把握，在教學過程中結合案例的時間點對比《規范》相關修訂內容進行詳細的講解，使學生了解《規范》修訂的背景和原則，掌握修訂的內容，以便在以后的工作中更好地執行與使用。

四、結語

鋼筋混凝土結構是一門理論與實踐緊密結合的課程，既具有系統的科學理論又有很強的工程應用概念。通過引入實際工程的事故案例分析，啟發學生思考，有效地激發其學習興趣，同時通過對事故案例的定量分析計算，確保其對于重點知識內容的了解和掌握，開闊了學習視野，提高了專業素養，為畢業后從事相關工作奠定堅實基礎，提高了從業的安全意識與責任感。

參考文獻：

[1]張輝， 周紅波， 高源. 大型鋼筋混凝土建筑結構事故案例統計分析[J]. 建筑技術， 2010， 41（7）：656-658.

[2]王立成， 劉毅. 專業課程教學中創新思維的培養途徑研究[J]. 大連理工大學學報： 社會科學版， 2009， 30（S2）： 22-24.

[3]梁曉春. 工程事故相關概念辨析[J]. 建筑安全， 2013（8）：14-17.

[4]賈瑞慶， 肖琦， 龔靜. 建筑質量工程事故綜述（二）. 東北電力學院學報， 2003，23（6）： 65-69.

[5]暢君文. 框架邊梁受扭開裂事故分析[J]. 工業建筑， 1990 （6）： 50-51.

[6]劉松平. 鋼筋混凝土橋梁裂縫成因分析與加固措施研究[D]. 浙江大學， 2012.

[7]黨海軍， 朱爾玉. 35m預應力混凝土箱梁錨墊板張拉破壞事故分析與處理[J]. 鐵道建筑技術， 2010， （4）： 59-61.

[8]王立成. 2010版《混凝土結構設計規范》與混凝土結構課程教學內容的調整. 高等建筑教育， 2013， 22（4）： 55-58.