淺談腳手架設(shè)計(jì)在高職建筑力學(xué)教學(xué)改革中的應(yīng)用

摘 要 本文首先深入闡述了高職院校建筑力學(xué)教學(xué)改革的現(xiàn)狀，其后分析了基于腳手架設(shè)計(jì)的高職建筑力學(xué)課程設(shè)計(jì)思路及方法。

關(guān)鍵詞 腳手架設(shè)計(jì);高職;建筑力學(xué);教學(xué)改革;應(yīng)用

1高職院校建筑力學(xué)教學(xué)改革的現(xiàn)狀分析

為了幫助并引導(dǎo)學(xué)生更好地理解掌握建筑相關(guān)知識(shí)技能，推動(dòng)后期教學(xué)課程的有序開(kāi)展，高職院校應(yīng)當(dāng)立足于教學(xué)現(xiàn)狀以及面臨的主要問(wèn)題困境，有針對(duì)性地對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)方法進(jìn)行改革創(chuàng)新，在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上引入一系列實(shí)際案例，在掌握扎實(shí)理論基礎(chǔ)的情況下增加小型課程設(shè)計(jì)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自身的理解認(rèn)知，獨(dú)立系統(tǒng)的完成整個(gè)教學(xué)任務(wù)及工作過(guò)程。在這樣的背景下，為了對(duì)教學(xué)進(jìn)行有效改革，院校積極引入了扣件式鋼管腳手架的設(shè)計(jì)內(nèi)容，從一定意義上來(lái)講，腳手架以及模板方案的設(shè)計(jì)和完善在建筑工程施工過(guò)程中是極其常見(jiàn)的環(huán)節(jié)，但在后期階段關(guān)于土木工程建筑結(jié)構(gòu)等課程內(nèi)容中卻沒(méi)有作為一個(gè)獨(dú)立的模塊向?qū)W生進(jìn)行知識(shí)技能的傳授。例如，土木工程專業(yè)教學(xué)的重點(diǎn)在于介紹腳手架模板施工的主要過(guò)程、注意事項(xiàng)，而建筑結(jié)構(gòu)則注重對(duì)建筑框架結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)和完善，也沒(méi)有對(duì)腳手架的模板進(jìn)行詳細(xì)的闡述。由此可見(jiàn)，在學(xué)生完全掌握建筑力學(xué)相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生已經(jīng)儲(chǔ)備了足夠的知識(shí)技能，此時(shí)有意識(shí)的增設(shè)腳手架課程設(shè)計(jì)，能夠幫助學(xué)生更好的理解并運(yùn)用已學(xué)知識(shí)，為后期有效就業(yè)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)[1]。

2基于腳手架設(shè)計(jì)的高職建筑力學(xué)課程設(shè)計(jì)思路及方法

2.1 明確腳手架的基本模型及特征，找到傳力路徑

在具體的施工過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員、施工人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)圖紙中建筑物的層高、平立面尺寸等等，有效確定腳手架的基本參數(shù)，包括腳手架的材質(zhì)、鋼管橫截面、截面模量、回轉(zhuǎn)半徑、抗壓抗彎強(qiáng)度、基本風(fēng)壓，根據(jù)具體的高度立桿縱距、立桿橫距以及步距繪制出相應(yīng)的腳手架正面圖和側(cè)面圖。

在這樣的過(guò)程中，高職院校相關(guān)教師可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身的理解和所學(xué)知識(shí)，查找相關(guān)的計(jì)算參數(shù)，正確看待BIM技術(shù)的作用及重要現(xiàn)實(shí)意義，運(yùn)用三維建模技術(shù)，有效地鞏固學(xué)生對(duì)建筑力學(xué)平面幾何圖形的知識(shí)掌握情況，包括抗彎截面系數(shù)、回轉(zhuǎn)半徑以及其他概念性的公式及計(jì)算步驟。

對(duì)于腳手架計(jì)算簡(jiǎn)圖的繪制而言，教師應(yīng)當(dāng)有針對(duì)性的引導(dǎo)學(xué)生分析桿件的基本組成，通過(guò)繪圖的方式幫助學(xué)生更好地掌握腳手架的空間結(jié)構(gòu)，從平面體系、幾何組成等等方面更為全面透徹的了解腳手架的構(gòu)成原理。通過(guò)這樣的方式幫助學(xué)生對(duì)幾何不變體系的原理進(jìn)行鞏固學(xué)習(xí)，包括二元體規(guī)則、兩鋼片規(guī)則等等，學(xué)生通過(guò)不斷的分析，了解基本規(guī)則的運(yùn)用情況、注意事項(xiàng)，例如，斜桿的設(shè)置以及連墻件的完善，學(xué)生也能夠掌握相應(yīng)的學(xué)習(xí)體系。

與此同時(shí)，在進(jìn)行計(jì)算簡(jiǎn)圖的繪制時(shí)，教師還應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生分析腳手架的荷載傳遞路線。具體而言，一方面，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)腳手架的設(shè)計(jì)原理及基本特征列舉出所有的外荷載，包括風(fēng)荷載、施工荷載以及桿件構(gòu)件的自重、構(gòu)配件的自重等等;另一方面，根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工情況，將外荷載進(jìn)行有效的整合歸納，分為豎荷載和水平荷載，根據(jù)實(shí)際情況將構(gòu)建的荷載進(jìn)行分類。例如，如果腳手板為竹笆腳手板，此時(shí)施工荷載應(yīng)當(dāng)首先從腳手板傳至縱向水平桿，再傳遞給橫向水平桿，最終傳遞至橫向水平桿與立桿的連接扣件處，再由扣件傳遞給立桿，最后歸到基礎(chǔ)和在建建筑兩個(gè)方面。豎向和水平荷載在傳遞給立桿后，通過(guò)底座再傳遞給基礎(chǔ)，同時(shí)連墻件再將水平力傳遞給在建建筑。

2.2 進(jìn)一步分析腳手架的具體荷載參數(shù)

在明確腳手架的基礎(chǔ)模型及傳遞路徑的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)范以及腳手架的安全技術(shù)規(guī)范，深入分析腳手架的荷載種類，從而進(jìn)一步確定荷載的具體參數(shù)取值，包括風(fēng)荷載參數(shù)、活荷載參數(shù)等等，并且有效明確相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)值，例如結(jié)構(gòu)的自重標(biāo)準(zhǔn)、腳手架自重、標(biāo)準(zhǔn)施工荷載等等。

2.3 針對(duì)縱向水平桿及橫向水平桿進(jìn)行科學(xué)合理的計(jì)算

（1）縱向水平桿的計(jì)算方法。從一定意義上來(lái)講，縱向水平桿應(yīng)當(dāng)在橫向水平桿之上，根據(jù)三跨連續(xù)梁的方式我們可以建立起縱向水平桿的計(jì)算模型，分析其主要荷載，例如，自重標(biāo)準(zhǔn)、活荷載標(biāo)準(zhǔn)、腳手板荷載標(biāo)準(zhǔn)等等，在此基礎(chǔ)上再將這幾類荷載均勻作用于縱向水平桿上，通過(guò)這樣的方式計(jì)算出跨中和支座的彎矩值，從而估算其強(qiáng)度、撓度。

（2）橫向水平桿的計(jì)算方法。對(duì)于橫向水平桿而言，其主要與立桿扣件緊密連接，通過(guò)簡(jiǎn)支梁建立起相應(yīng)的計(jì)算模型。在此基礎(chǔ)上也應(yīng)當(dāng)確定其橫向水平的主要荷載，包括縱向、橫向水平桿的自重標(biāo)準(zhǔn)、腳手板荷載標(biāo)準(zhǔn)、活荷載，標(biāo)準(zhǔn)值等等。通過(guò)這樣的方式根據(jù)每縱距的腳手板自重及施工荷載，計(jì)算出跨中和之座的彎矩值。

針對(duì)這一部分的教學(xué)內(nèi)容而言，高職院校中的教師在進(jìn)行縱向、橫向水平桿的計(jì)算必須引導(dǎo)學(xué)生剪力彎矩的計(jì)算原理、計(jì)算步驟進(jìn)行有效的復(fù)習(xí)，根據(jù)自身的理解繪制出相應(yīng)的剪力圖、彎矩圖，并且掌握撓度的計(jì)算公式。通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的有效運(yùn)用，剪力和彎矩的計(jì)算具有較大的強(qiáng)度，而撓度則屬于剛度計(jì)算，通過(guò)這樣的方式學(xué)生能夠得出結(jié)論，即結(jié)構(gòu)安全工作要求相關(guān)的構(gòu)建必須擁有足夠的強(qiáng)度及剛度。

2.4 基于立桿的計(jì)算思路

對(duì)于立桿的計(jì)算而言，首先我們應(yīng)當(dāng)從多個(gè)方面和層次入手分析，運(yùn)用BIM技術(shù)的基本原理考慮其恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值，包括每米立桿的承重結(jié)構(gòu)、自重標(biāo)準(zhǔn)值、腳手板的自重標(biāo)準(zhǔn)值、欄桿自重標(biāo)準(zhǔn)值、吊掛的基本安全設(shè)備設(shè)施、擋腳板自重標(biāo)準(zhǔn)值等等的荷載。在具體的計(jì)算中，腳手架每米立桿的承重應(yīng)當(dāng)考慮的因素主要有配件的取值、腳手架的單位面積自重等等。高職院校建筑力學(xué)教師在開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)時(shí)可以通過(guò)引導(dǎo)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)軸向壓力計(jì)算概念、原理的認(rèn)知理解，從而高效地掌握荷載效應(yīng)的知識(shí)技能。具體而言，立桿的計(jì)算可以選擇多個(gè)荷載值，找出最不利的組合進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)這樣的方式明確風(fēng)荷載對(duì)最終結(jié)果的影響[2]。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高職建筑力學(xué)教學(xué)改革應(yīng)當(dāng)從明確腳手架的基本模型及特征，找到傳力路徑、進(jìn)一步分析腳手架的具體荷載參數(shù)、針對(duì)縱向水平桿及橫向水平桿進(jìn)行科學(xué)合理的計(jì)算、基于立桿的計(jì)算思路幾個(gè)方面進(jìn)行深入分析，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的價(jià)值運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 武斌，張頌娟，溫俊生.基于BIM的高職建筑力學(xué)課程教學(xué)改革研究[J].遼寧省交通高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2018，20（6）：75-79.

[2] 黃薇.腳手架設(shè)計(jì)與高職建筑力學(xué)教學(xué)中的知識(shí)點(diǎn)銜接探討[J].職業(yè)技術(shù)，2017（3）：53-56.

作者簡(jiǎn)介

楊圣飛（1971-），男，安徽宿州市人;學(xué)歷：碩士，職稱：副教授、高級(jí)工程師;現(xiàn)就職單位：重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、建筑工程施工技術(shù)。