高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)
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[摘要]為滿足國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的要求，為國(guó)家培養(yǎng)出面向世界、面向未來的人才，分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的一些問題，結(jié)合當(dāng)前工程需求，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面提出了改革措施，提高學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)知深度。
[關(guān)鍵詞]高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程；存在問題；教學(xué)改革
1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程內(nèi)容和課改必要性
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)課程之一，內(nèi)容包括高層建筑結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置、荷載作用與結(jié)構(gòu)計(jì)算原則、扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的簡(jiǎn)化計(jì)算、框架結(jié)構(gòu)的受力分析與設(shè)計(jì)、剪力墻結(jié)構(gòu)的受力分析與設(shè)計(jì)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)受力分析與設(shè)計(jì)，筒體結(jié)構(gòu)及鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)方法，構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)與構(gòu)造要求，以及高層建筑基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。課堂教學(xué)內(nèi)容基本可滿足大多工程的需求，但因超高層建筑及高抗震設(shè)防烈度區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)及鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越多，以降低結(jié)構(gòu)自重，提高結(jié)構(gòu)承載性能，故教學(xué)內(nèi)容需進(jìn)行增加。同時(shí)還要密切聯(lián)系各種相關(guān)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，多數(shù)情況下其水平荷載作用成為控制要素，因此高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一門知識(shí)點(diǎn)多、信息量大、綜合性強(qiáng)、理論性與實(shí)踐性并重的課程，在上述教學(xué)內(nèi)容中既有深入細(xì)致的傳力模式，又有結(jié)構(gòu)承載性能分析，還包括施工過程可靠性分析，且建筑要滿足功能要求，要集成管線設(shè)備、同時(shí)要滿足當(dāng)前裝配率要求，因此其三維可視化就顯得尤為重要。不僅學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，在老師的教學(xué)培養(yǎng)過程中也存在許多問題。因此在教學(xué)過程中，應(yīng)轉(zhuǎn)變教育觀念和教學(xué)方式，將諸如BIM技術(shù)引入課堂教學(xué)，積極大膽進(jìn)行教學(xué)改革，樹立面向社會(huì)、面向世界、面向未來、可持續(xù)發(fā)展的教育觀。
2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問題及解決對(duì)策
2.1教學(xué)課時(shí)少，課程知識(shí)點(diǎn)多
多數(shù)高校高層建筑設(shè)計(jì)課程設(shè)置多為32學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)少，并且課程開設(shè)于第七學(xué)期，臨近畢業(yè)，學(xué)生面臨就業(yè)、考研等多重壓力，很難安心學(xué)習(xí)，容易產(chǎn)生敷衍情緒應(yīng)付了事。另外課程包含的知識(shí)點(diǎn)很多、更新也快，并且晦澀難懂，學(xué)生很難在短時(shí)間內(nèi)吸收并理解大量的知識(shí)，使得教學(xué)效果不佳，學(xué)生也沒有真正的學(xué)到知識(shí)。因此需加強(qiáng)引導(dǎo)，采用生動(dòng)的三維模型，提高學(xué)生認(rèn)知能力，縮短理論與工程間距離，讓學(xué)生出去在工作中很快能上手。
2.2課程內(nèi)容重復(fù)，需修訂教學(xué)大綱
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與荷載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、混凝土結(jié)構(gòu)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、基礎(chǔ)工程和工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)等課程有十分緊密的聯(lián)系，在課程內(nèi)容上也會(huì)存在許多重復(fù)的內(nèi)容，任課教師為追求知識(shí)的完整性，重復(fù)講述部分內(nèi)容。例如:地震作用計(jì)算和框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，與建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容重復(fù)，與基礎(chǔ)工程課程中的部分內(nèi)容重復(fù)等等，因此課程內(nèi)容需進(jìn)行整合，重點(diǎn)講述前面課程沒有講過的，諸如框架剪力墻、剪力墻、框架筒體及筒中筒等結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生對(duì)該門課程的認(rèn)知度，突出重點(diǎn)，做到主次分明，提高教學(xué)效率。
2.3教學(xué)方式單一，缺乏實(shí)踐教學(xué)
該校的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要以理論教學(xué)為主，教學(xué)方式單一，對(duì)于實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容還很缺乏。比如，工程實(shí)例的講解較為缺乏，應(yīng)以具體工程為例，講完相關(guān)理后，進(jìn)行實(shí)例教學(xué)，提高學(xué)生實(shí)戰(zhàn)能力，改枯燥抽象的模式為具體的、看得見的，提高學(xué)生認(rèn)知度，且講授前可到工地現(xiàn)場(chǎng)參觀，后再給學(xué)生講解，學(xué)生印象深刻。
3教學(xué)改革方法
3.1理論與實(shí)際結(jié)合，工程案例教學(xué)
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中內(nèi)容晦澀難懂，難以聯(lián)系具體工程實(shí)體，缺乏整體觀，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)難以形成系統(tǒng)的思路。對(duì)此在教學(xué)中可以結(jié)合具體工程實(shí)例詳細(xì)講解。如在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)章節(jié)中，直接講解規(guī)范給定的公式避免空洞；然而若選定某高層框架—剪力墻結(jié)構(gòu)具體實(shí)例，從柱網(wǎng)布置、剪力墻數(shù)量估算及類型判斷，縱、橫向墻體單元?jiǎng)澐?，?jì)算簡(jiǎn)圖，確定總框架、總剪力墻、連梁剛度計(jì)算直至內(nèi)力、位移計(jì)算，結(jié)合規(guī)范中的條文，依次理解運(yùn)用，分清不同抗震設(shè)防條件下內(nèi)力組合的要點(diǎn)，采用相應(yīng)情況下的地震調(diào)整系數(shù)。通過實(shí)例講解，學(xué)生既可初步具備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體思路和工程概念，同時(shí)也理解了規(guī)范條文。工程案例教學(xué)把抽象的規(guī)范條文運(yùn)用于具體工程，可最大限度地減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，提高學(xué)習(xí)效率。
3.2開設(shè)有關(guān)課外活動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)興趣
組織高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)競(jìng)賽，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外組織工地參觀及設(shè)計(jì)院考察活動(dòng)。例如任課教師組織學(xué)生實(shí)地參觀各種不同結(jié)構(gòu)類型的在建或已建成而未裝修的高層建筑，讓學(xué)生更加直觀地了解房屋的建造過程，設(shè)計(jì)及施工控制要點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)晦澀難懂的知識(shí)的理解。
3.3與PKPM、BIM等軟件應(yīng)用教學(xué)
PKPM軟件是學(xué)習(xí)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的必不可少的輔助工具，在理解和掌握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本過程時(shí)，有許多繁瑣復(fù)雜的計(jì)算過程，應(yīng)采用手算與電算相結(jié)合的方式。對(duì)一些必需掌握的計(jì)算方法，應(yīng)該先采用手算，以達(dá)到更好的理解和熟練整個(gè)設(shè)計(jì)過程的目的，對(duì)于大量繁瑣復(fù)雜的計(jì)算可采用PKPM進(jìn)行計(jì)算，這樣可極大地提高教學(xué)效率與學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。PKPM軟件應(yīng)用教學(xué)主要有以下三個(gè)教學(xué)步驟：結(jié)構(gòu)布置的講解與練習(xí)，掌握不同結(jié)構(gòu)類型，不同布置方案對(duì)結(jié)構(gòu)承載性能的影響；PKPM基本計(jì)算參數(shù)輸入練習(xí)，深層次掌握不同參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)承載性能的影響；PKPM計(jì)算結(jié)果的分析判斷和參數(shù)調(diào)整，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立安全、使用及經(jīng)濟(jì)的概念；BIM技術(shù)在施工過程中運(yùn)用越來越多，其還可用于方案投標(biāo)、施工圖中的構(gòu)造、后期運(yùn)營(yíng)管理等，因此應(yīng)在課程教學(xué)中融入該軟件，提升學(xué)生時(shí)間及空間意識(shí)，變抽象為具體。
3.4強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力
在課程教學(xué)中采用“五延伸”[3]的教學(xué)方法，可取得較好的教學(xué)效果。理論教學(xué)向現(xiàn)場(chǎng)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和各種知識(shí)競(jìng)賽、設(shè)計(jì)競(jìng)賽延伸，進(jìn)一步提高學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。以課程設(shè)計(jì)為課程教學(xué)最終目標(biāo)之一，有方向性的像學(xué)生傳授知識(shí)，加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)，設(shè)置各種方式的課程設(shè)計(jì)競(jìng)賽，并設(shè)置獎(jiǎng)勵(lì)政策，讓同學(xué)們學(xué)以致用，同時(shí)能極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)術(shù)對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣。
3.5考核方式多樣化
目前對(duì)課程考核方式較為單一，為培養(yǎng)出符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的面向世界、面向未來的高級(jí)復(fù)合型人才，應(yīng)當(dāng)對(duì)課程采取多樣化的考核方式[4]：一是采用開卷的形式進(jìn)行考核，允許學(xué)生自帶各類規(guī)范，有助于學(xué)生更加熟悉地運(yùn)用規(guī)范。采用國(guó)家“注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師專業(yè)資格”考試的模式，有利于學(xué)生將學(xué)習(xí)與行業(yè)要求相銜接。二是上機(jī)考核，即根據(jù)給定的建筑設(shè)計(jì)方案圖，學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算等相關(guān)內(nèi)容。三是課程設(shè)計(jì)考核，即在理論教學(xué)完成后，為學(xué)生布置相應(yīng)課程設(shè)計(jì)并對(duì)其成果進(jìn)行考核。4四是學(xué)生自主學(xué)習(xí)考核，即學(xué)生的自主學(xué)習(xí)及其成效應(yīng)當(dāng)在整個(gè)考核中占據(jù)一定的比例。這樣的考核方式能夠有效地提高學(xué)生獨(dú)立思考、學(xué)習(xí)和實(shí)踐與創(chuàng)新的能力。
4結(jié)語
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是土木工程專業(yè)中的重要專業(yè)課程之一，在其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面，各高校雖不斷地進(jìn)行改革和完善，但由于各種因素的制約，還存在著許多問題。因此如何更好地結(jié)合當(dāng)前工程需求，培養(yǎng)出優(yōu)秀的工程精英，仍任務(wù)艱巨，課程教學(xué)內(nèi)容仍需進(jìn)一步凝練整合，教學(xué)方式仍需加大改革力度，以提高學(xué)生認(rèn)知能力。
【參考文獻(xiàn)】
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作者：褚云朋 單位：西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院