鋼-混凝土組合結構本科教學實踐與改革

摘? 要：文章結合自身的教學認識，介紹對組合結構課程的性質、目的、教學內容、考核方式以及教學特點等理解和實踐，對組合結構課程中存在的課時少、試驗教學缺乏、教材革新和教學方法等進行探討，并提出教學改革的建議。

關鍵詞：組合結構;教學改革;教學方法;教學內容;考核方式

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）08-0078-04

Abstract： Based on my own teaching experience about steel-concrete composite structure course， this paper introduces the nature， purpose， teaching content， assessment method and teaching characteristics of steel-concrete composite structure course. It also discusses the problems existing in the course， such as less class hours， lack of experimental teaching， teaching material innovation and teaching methods， and puts forward suggestions for this course.

Keywords： steel-concrete composite structures; teaching reform; teaching methods; teaching content; assessment method

組合結構是繼木結構、砌體結構、鋼筋混凝土結構和鋼結構之后，發展起來的一種新型結構，是現代工程結構中一種重要的結構體系。它綜合了鋼結構和混凝土結構的優點，具有承載力高、剛度大、抗震性能好、施工便捷等特點，目前已在高層和超高層建筑、工業建筑、大跨度橋梁、構筑物中得到廣泛應用，取得了良好的經濟效益和社會效益。

為了滿足組合結構在施工、設計等方面的需求，國內高校的土木工程專業陸續開設了組合結構課程，20年來為國家培養了大量的工程設計、施工、教學以及科研人才，有力支撐了國家的工程建設，同時也為組合結構的教學和學科發展奠定了堅實的基礎，引領了學科的發展方向。組合結構是面向未來的一門課程，在課程體系中具有重要地位，已得到了國內外工程界、教育界的普遍認同。美國ASCE學會先后發布了《2025土木工程遠景規劃實施綱要：專業規劃實施路線圖》[1]和《21世紀土木工程師的知識體系》[2]，并指出：“學院和大學必須檢查相關課程是否與未來土木工程師教育的要求相符，以促進遠景規劃的實現”。組合結構正是符合上述理念的課程。但國內《高等學校土木工程本科指導性專業規范》[3]對組合結構課程的定位仍較低，將其列為土木工程專業任選課，且課時偏少，無實驗內容要求等。本文結合自身在組合結構教學的實踐和思考，淺談該課程的教學方法和內容，并分析其教學特點，提出教學改革的建議。

一、教學內容及特點

組合結構課程的目的是拓寬土木工程專業本科生的知識范疇，訓練學生掌握組合結構的受力性能、破壞機理、計算原理、設計方法、構造措施和施工方法等，培養學生的創新能力，使學生具有初步的技術應用和科學研究能力，為今后從事組合結構的設計、施工等奠定基礎。本課程主要包括課堂教學、作業和考試等環節，采用講解、討論、答疑等方式。

（一）教學內容

教學環節采用多媒體和板書相結合的方式，教學內容嚴格依照教學大綱的要求，包括：組合樓板、鋼-混凝土組合梁、鋼骨混凝土梁、鋼骨混凝土柱、鋼管混凝土柱，教學內容的重、難點和學時分配見表1。教學推薦的參考書是《組合結構設計原理》[4]《鋼與混凝土組合結構設計指導與實例精選》[5]和《鋼-混凝土組合結構》[6]等，將以上參考書、教材與現行JGJ 138—2016《組合結構設計規范》[7]、ACI 318—19[8]《建筑結構混凝土規范要求及譯注》和YB 9082—2006《鋼骨混凝土結構技術規程》[9]緊密結合。

（二）考核方式

本課程的考核方式曾采用大作業或綜述報告，從學生的學習效果反饋來看：考核方式過于單一，學生對課程內容缺乏總結和系統復習。因此，考核方式改為了平時考勤、作業、綜述報告和期末考試相結合的方式，課程考核項目及比例見表2。

1. 作業

作業是輔助教學的必要環節，作業內容分為計算題和思考題，本課程選取了一些綜合性較強的計算題和思考題，通過這些習題的練習，讓學生加深各種基礎概念的理解，以及對現行規范JGJ 138—2016《組合結構設計規范》[7]計算方法的掌握，訓練學生綜合分析問題和計算能力。

2. 綜述報告

本課程考核內容引入了綜述報告，主要目的是開拓學生的視野，增加學生的知識范疇，針對本科生的薄軟環節，提高以下能力為目標：（1）如何撰寫綜述報告;（2）使用電子數據庫檢索文獻;（3）正規的報告格式等。在開課初期布置任務，學生可結合教學內容自主選題，從近三年來的教學效果來看，部分學生較為認真的完成任務，達到了預期的教學目標。

3. 考試

組合結構課程考察的知識點多，公式多且長，結構構造復雜，閉卷考核方式對學生來說難度偏大，且考試內容不能涵蓋大多數知識點，也不利于考察學生分析能力。因此，考試方式改為開卷筆試，不但試題的知識覆蓋面更廣，試題難度梯度和題量均可按教學要求的不同層次安排，而且一些綜合性較高的計算題和問答題納入到考試范圍，比如：鋼骨混凝土梁的受彎和受剪承載力計算，偏心受壓鋼管混凝土柱承載力計算等。

表2 課程考核項目及比例

（三）教學特點

與土木工程其他專業課程相比，本課程的主要特點有：

（1）教學課時少，只有28～32學時，但所涉及知識點多、計算公式多且步驟繁復、構造復雜、專業綜合性強。因此，部分學生對組合結構的受力過程、破壞形態、計算方法、結構構造理解不透徹，掌握不扎實。此外，由于課時有限，計算例題和工程實例等講授較少，更增加了理解難度。

（2）組合結構的基本原理、計算方法與混凝土結構基本原理、鋼結構設計原理、材料力學、結構力學等課程的關聯性強，需要對以上課程有較好的理解和掌握。組合結構構件的受力過程、破壞形態、計算方法與混凝土結構、鋼結構的基本構件既有聯系又有區別。比如：型鋼混凝土梁、柱正截面受彎承載力、斜截面受剪承載力計算的假設條件、計算模型等，與混凝土結構基本構件有緊密聯系。在教學過程中，啟發學生聯系混凝土結構基本構件的受力特點、破壞形態、破壞機理和計算方法，比較其中的不同和相似之處，從而引導學生更好地理解、掌握組合結構構件的受力性能和計算方法。

（3）本課程教學內容以教材為主，同時兼顧現行規范、參考書目的相互補充。教材與現行規范JGJ 138—2016《組合結構設計規范》[7]的計算方法和構造措施等不符合的內容，按照現行規范內容講授，使學生熟悉規范的條文要求和條文說明。

（4）組合結構構件的設計計算方法是教學重點內容，國內外規范的計算方法大相徑庭，設計計算方法并不唯一。在教學過程中，主要以現行規范JGJ 138—2016《組合結構設計規范》[7]為主，將其他規范的計算方法作為補充。多種計算方法可以相互印證，從而激發學生對組合結構計算方法的思考和探求，更深入地理解相關教學內容。

二、教學改革的建議

針對組合結構課程教學環節的特點和不足，提出如下改進建議：

（1）組合結構符合土木工程行業的發展方向，但目前組合結構的教學課時偏少，部分教學內容沒有充足課時講授，因此需要緊密圍繞核心內容，比如：教學內容主要側重于計算方法，而構造措施、施工方法等內容不能詳細展開講述，因此，建議本科生培養方案應適當增加組合結構教學課時，對組合結構教學內容闡述更加全面、深入。

（2）課程教學環節宜適當增加教學演示性試驗，使學生對組合結構基本構件的受力過程、破壞形態、承載力、變形和構造等增進認識，教學演示試驗內容見表3。

（3）教學采用多媒體與板書相結合的教學方式，利用多媒體教學手段使學生對復雜的節點構造和大量工程應用有直觀的認識，此外還充分利用多媒體教學信息量較大的特點，彌補教學學時少。目前課件的組合結構構件以平面圖形為主，缺少立體空間構造詳圖，部分空間想象能力較差的學生對構件或節點等復雜構造理解困難和認知不夠準確，因此需要增加繪制立體空間構造詳圖。

（4）JGJ 138—2016《組合結構設計規范》自2016年12月1日起實施，原JGJ 138—2001《型鋼混凝土組合結構技術規程》[10]同時廢止?，F有教材仍采用舊規范編制，與JGJ 138—2016《組合結構設計規范》不符，教材內容與規范更新不同步，尤其是在計算方法方面，比如：a. 型鋼為充滿型實腹型鋼混凝土框架梁的斜截面受剪承載力、裂縫寬度、撓度、剛度;b. 正截面偏心受壓型鋼混凝土框架柱的受彎承載力等計算公式等。教材內容與現行規范不符，因此現行教材的更新亟待解決。

三、結束語

組合結構是土木工程發展的重要方向，是面向未來的一門重要課程，在工程建設中的比重愈來愈大，對設計、施工等環節提出了更高要求，因此必須使學生掌握更為扎實的知識理論水平，主要建議如下：

（1）與鋼筋混凝土結構和鋼結構等課程相比，組合結構的教學課時仍然偏少，應適當增加教學課時。

（2）組合結構的教學環節適當增加教學演示試驗，讓學生對組合結構基本構件的受力過程、破壞特征等增加認識。

（3）教材建設滯后于現行規范的更新，因此應將現行《組合結構設計規范》的內容融入教學內容。

（4）教學應充分利用多媒體教學，課件中應適當增加立體空間詳圖替代平面圖形，使學生對組合結構的構造更為直觀。

（5）組合結構的教學內容需要不斷調整并適應工程建設的發展實際。

參考文獻：

[1]ASCE. The vision for civil engineering in 2025.1st ed [M.] Virginia： American Society of Civil Engineers，2007.

[2]ASCE. Civil engineering body of knowledge for the 21st century： preparing the civil engineer for the future[M].2nd ed. Virginia： American Society of Civil Engineers，2008.

[3]高等學校土木工程學科專業指導委員會.高等學校土木工程本科指導性專業規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[4]趙鴻鐵.組合結構設計原理[M].北京：高等教育出版社，2015.

[5]聶建國，樊健生.鋼與混凝土組合結構設計指導與實例精選[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[6]聶建國.鋼-混凝土組合結構[M].北京：中國建筑工業出版社，2015.

[7]組合結構設計規范：JGJ 138—2016[S].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[8]Building code requirements for structural concrete and commentary （ACI 318—19） [S]. American Concrete Institute， 2019.

[9]鋼骨混凝土結構技術規程：YB 9082—2006[S].北京：冶金工業出版社，2007.

[10]型鋼混凝土組合結構技術規程：JGJ 138—2001[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.

基金項目：新疆維吾爾自治區自然科學基金聯合基金項目“新型活性粉末混凝土預制疊合梁受力性能研究”（2017D01C045）

作者簡介：李志杰（1974-），男，漢族，新疆烏魯木齊人，工學博士，講師，研究方向為組合結構、預制混凝土結構。