丁玉坤

摘要：為適應(yīng)社會對高層建筑鋼結(jié)構(gòu)專門設(shè)計人才的需要，提高土木工程專業(yè)學生對高層鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)知識的應(yīng)用能力，文章對土木工程專業(yè)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計存在問題進行了探討，在畢業(yè)設(shè)計題目設(shè)置、設(shè)計指導(dǎo)中的師生互動、增加針對性的實習和考核等方面提出了一些建議，旨在提高學生的專業(yè)素養(yǎng)和實踐能力。

關(guān)鍵詞：土木工程；高層建筑鋼結(jié)構(gòu)；畢業(yè)設(shè)計，實踐教學

中圖分類號：G642；TU97 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2015）03-0131-04

哈爾濱工業(yè)大學土木工程學院本科專業(yè)課程鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計課堂教學共64學時。該課程理論性強、知識點多，在課堂教學后，還安排有一周半的鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計。在這個短暫的實踐教學中，除了指導(dǎo)教師布置任務(wù)和講解和最后的課設(shè)答辯，學生幾乎都在進行結(jié)構(gòu)布置、計算、書寫計算書和繪圖。雖然課設(shè)對象是單層工業(yè)廠房的鋼屋架，在一定程度上鞏固了所學的知識，但因時間緊迫，部分學生只能“照搬”參考書完成設(shè)計任務(wù)，這樣做很難將所學知識在設(shè)計過程中進行消化，更難說有所創(chuàng)新了。而鋼結(jié)構(gòu)是一門實踐性很強的課程，沒有足夠的實踐環(huán)節(jié)（包括課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和實習等），是無從談及運用理論知識來指導(dǎo)工程實踐的。因此，應(yīng)科學合理地安排畢業(yè)設(shè)計，使其成為全面鞏固學生所學知識，并將所學知識正確應(yīng)用于

結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要實踐環(huán)節(jié)。

隨著國家經(jīng)濟、建筑技術(shù)和城市化的發(fā)展，特別是鋼材產(chǎn)量和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的提高，工程中的鋼結(jié)構(gòu)已成為鼓勵采用的建筑結(jié)構(gòu)形式。在建筑用地日趨緊張的大都市，高層甚至超高層的鋼結(jié)構(gòu)建筑越來越多，高層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和建造迫切需求專門設(shè)計人才。

基于上述考慮，筆者自2011年開設(shè)了高層鋼結(jié)構(gòu)本科畢業(yè)設(shè)計。該設(shè)計的建筑規(guī)模主要有如下要求：總建筑面積20 000m2左右；地面以上建筑物層數(shù)20～30層（每層建筑面積800～1 200m2）；層高為一層3.9～4.8m，其余各層3.3～3.6m。對于剛接觸設(shè)計的本科生而言，該設(shè)計任務(wù)較龐大。結(jié)合近年該畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)工作，筆者對此有如下一些建議和思考。

一、題目的設(shè)置、指定和更新是提高畢業(yè)設(shè)計效果的關(guān)鍵

土木工程專業(yè)方向的本科畢業(yè)設(shè)計，多以民用或工業(yè)建筑為背景。在題目設(shè)置上，常以某一具體工程為題材，圍繞建筑功能、結(jié)構(gòu)計算和設(shè)計，以及基礎(chǔ)或施工組織設(shè)計等內(nèi)容而進行。在上述設(shè)計內(nèi)容中，又常以結(jié)構(gòu)計算和設(shè)計為主，通常時間安排為8周左右：建筑約4周；基礎(chǔ)或施工組織設(shè)計約2周。在結(jié)構(gòu)設(shè)計部分，學生將進行結(jié)構(gòu)布置、荷載匯集、結(jié)構(gòu)建模和計算、構(gòu)件和節(jié)點等設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上書寫計算書和繪制圖紙等?？梢?，經(jīng)此系統(tǒng)訓練后，學生可對某一題目下的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程有完整的了解，有利于學生今后更好地處理與設(shè)計題目類似的工程問題。在高層鋼結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)工作中，筆者的體會是學生能否得到感興趣的設(shè)計題目，以及如何設(shè)置題目和適時更新內(nèi)容及要求，是關(guān)系到畢業(yè)設(shè)計能否收到預(yù)期效果的首要問題。

（一） 題目的設(shè)置應(yīng)有助于教學相長

畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容的設(shè)置除了應(yīng)密切結(jié)合指導(dǎo)教師的科研項目外[1]，還應(yīng)結(jié)合指導(dǎo)教師的專業(yè)特長，這樣教師對學生的指導(dǎo)才能高效。例如，筆者從攻讀博士學位開始，就從事新型高層鋼結(jié)構(gòu)體系及抗震性能等方面的研究。留校后，承擔了研究生選修課高層建筑鋼結(jié)構(gòu)課程的教學工作，負責講授高層鋼結(jié)構(gòu)的制作和安裝，以及新型抗側(cè)力和耗能構(gòu)件在高層鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用等內(nèi)容。以上研究和教學工作均為指導(dǎo)采用新型結(jié)構(gòu)體系的高層鋼結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。同時，通過給學生答疑，筆者感到，雖然學生的著眼點不同，但多數(shù)問題是圍繞設(shè)計任務(wù)提出來的，

一些問題也是指導(dǎo)教師尚未涉及而想弄明白的問題。因此，教師愿意投入時間去研究問題，這樣既解決了學生的疑惑，也有利于指導(dǎo)教師提高自身的專業(yè)技能。

（二）設(shè)計題目的指定應(yīng)兼顧學生的興趣

目前，學生畢業(yè)設(shè)計的題目，大體上是由學院統(tǒng)一指定的。這樣做是為了避免學生“偏科”，即避免一些設(shè)計題目出現(xiàn)無學生選擇的窘境。但是，高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計題目與其他題目一樣，也僅是提升學生在一個專業(yè)方向上的理論水平和技能。而且相當多的設(shè)計院在未來一定時期內(nèi)仍主要是開展量大面廣的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計。因此，由學院指定畢業(yè)設(shè)計題目的方式無法完全滿足學生的專業(yè)設(shè)計興趣和愛好，使真正對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計有興趣的學生又得不到應(yīng)有的鍛煉。倘若學生對指定的題目毫無興趣，畢業(yè)設(shè)計就可能收效甚微。

其實，每個學生經(jīng)過3年多的學習，基本已有感興趣的專業(yè)方向，畢業(yè)設(shè)計題目應(yīng)結(jié)合學生畢業(yè)后的就業(yè)方向或深造計劃，并綜合考慮學生自己的興趣、能力和未來發(fā)展等因素來選擇建議。題目指定要有適當?shù)撵`活性，給學生一定的選題權(quán)利，可列出每年開設(shè)的所有題目，讓學生提前自愿申報2～3個題目，然后綜合分組。這種適當考慮學生興趣的選題做法將使學生對畢業(yè)設(shè)計更有積極性，收效可能更好。

（三）設(shè)計內(nèi)容應(yīng)結(jié)合專業(yè)最新發(fā)展而適時更新

為避免多年使用同一設(shè)計題目可能出現(xiàn)的抄襲現(xiàn)象，指導(dǎo)教師有必要適時更換設(shè)計內(nèi)容和要求。鑒于目前設(shè)計院或施工單位“以高層設(shè)計為主流”的情況，應(yīng)結(jié)合高層建筑的實際工程應(yīng)用，增加新型結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計內(nèi)容，以縮短學生就業(yè)后的工作適應(yīng)期[2]。對高層鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)要求學生掌握目前比較流行的結(jié)構(gòu)形式、計算方法和構(gòu)造要求。因此，筆者在設(shè)計任務(wù)書中鼓勵學生應(yīng)用新型的抗側(cè)力構(gòu)件和新型的結(jié)構(gòu)體系作為設(shè)計任務(wù)。除了采用傳統(tǒng)的純鋼中心支撐，推薦采用新型的墻板內(nèi)置無粘結(jié)鋼支撐或桿狀防屈曲支撐（Buckling Restrained Brace）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的純鋼支撐。除了中心支撐，也鼓勵采用偏心支撐和鋼板剪力墻等抗側(cè)力構(gòu)件。例如，在2014年的畢業(yè)設(shè)計中，一名學生自愿嘗試采用偏心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)形式，通過努力，圓滿完成了設(shè)計任務(wù)，最終取得了較好成績。endprint

二、積極有效的師生互動是畢業(yè)設(shè)計取得實效的基石

（一）注重培養(yǎng)學生主動學習的能力

對20多層的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，要求學生

學習結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和設(shè)計軟件的使用，進行結(jié)構(gòu)建模、內(nèi)力分析和設(shè)計，這樣的工作不僅量大而且有難度。建議教師提前布置和安排任務(wù)，給學生自學的機會和時間。以結(jié)構(gòu)建模和分析為例，筆者一開始便盡早安排學生安裝和學習使用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件ETABS，這樣學生在做荷載匯集等準備工作之余，就可以有針對性地查閱和學習該軟件的使用說明等資料，到建模和分析環(huán)節(jié)時，學生就可以建立結(jié)構(gòu)模型。圖1為學生自學軟件后建立的結(jié)構(gòu)模型。

應(yīng)當注意的是，雖然大多數(shù)學生之前并未有建立復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型的經(jīng)驗，也可能因此而心生畏懼，指導(dǎo)教師應(yīng)強調(diào)學習和使用通用軟件的必要性，讓學生明白學好一個軟件對將來應(yīng)用其他類似設(shè)計軟件也有很好的借鑒作用。教師要耐心引導(dǎo)和鼓勵，培養(yǎng)學生的興趣和自信心。可要求

學生先簡后繁，積累經(jīng)驗。學生消除畏懼心理后，建模和設(shè)計操作就會逐漸得心應(yīng)手，在實踐中熟能生巧。有的學生在熟練使用軟件后甚至主動去鉆研軟件內(nèi)的參數(shù)和求解設(shè)置等功能，提高了對理論知識的歸納消化和應(yīng)用能力。

（二）營造積極的心理互動氛圍

結(jié)構(gòu)方案的確定以及結(jié)構(gòu)建模、分析和設(shè)計等，這些任務(wù)一環(huán)緊扣一環(huán)，教師應(yīng)在各階段工作中嚴格檢查，認真引導(dǎo)和解惑。以建模和分析為例，因大部分學生是初次接觸大型設(shè)計軟件和設(shè)計規(guī)范等，面對陌生的軟件以及系數(shù)重重的設(shè)計公式，要在短時間內(nèi)掌握并熟練應(yīng)用軟件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，有較大難度。特別是對這些軟件在內(nèi)部分析環(huán)節(jié)可能存在的一些缺陷，指導(dǎo)教師必須強調(diào)指出，以免學生誤入歧途而影響進度。因此，指導(dǎo)教師應(yīng)對軟件的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)有使用經(jīng)驗，并能做出正確的判斷，才能引導(dǎo)學生去認真求證，加深理解。這樣也才可能幫助學生較快熟悉設(shè)計過程，

培養(yǎng)學生的自信心和學習興趣。

畢業(yè)設(shè)計為師生提供了長達一學期的交流互動機會，教師應(yīng)在指導(dǎo)工作中傾注熱情，與學生積極互動，這樣不僅能使任務(wù)完成得更加高效，而且也有利于學生的全面發(fā)展。教師不僅要關(guān)注學生的專業(yè)訓練，也要不失時機地對學生進行職業(yè)道德的言傳身教，引導(dǎo)學生帶著問題去思考和討論，啟迪學生的智慧，充分調(diào)動學生的積極性和主動性。

三、畢業(yè)設(shè)計應(yīng)適當增加針對性實習

與單純課堂教學相比，畢業(yè)設(shè)計屬于實踐環(huán)節(jié)。但若不加以恰當引導(dǎo)，相當多的學生的畢業(yè)設(shè)計僅僅是對參考書等資料的簡單模仿。因此，在畢業(yè)設(shè)計過程中，應(yīng)通過小組或個人（以整個年級為單位的統(tǒng)一畢業(yè)實習，針對性不強）的實習活動，例如參觀鋼結(jié)構(gòu)工程或鋼構(gòu)件制作等，夯實書本所學知識，拓寬知識面，使學生獲得真實感受。此外，通過實習，還可消除學生不切實際的想法和由此導(dǎo)致的誤差或錯誤，有助于學生深入思考，以開展更加符合實際應(yīng)用需求的理性創(chuàng)作。

（一）參觀鋼結(jié)構(gòu)工程和鋼結(jié)構(gòu)安裝

應(yīng)組織學生參觀正在建設(shè)的高層鋼結(jié)構(gòu)工程。因為從施工中暴露的鋼骨架，學生可以清楚地觀看構(gòu)件和節(jié)點的加工和連接做法。實地考察如不可行時，也應(yīng)提供必要的實錄視頻、圖形資料和講解，以加深學生的理解。還可以推薦一些好的參考書和期刊，例如《鋼結(jié)構(gòu)進展與市場》和《建筑結(jié)構(gòu)》等，幫助學生了解新型鋼結(jié)構(gòu)工程和建造技術(shù)。此類資料圖文并茂，是本科生很好的課外讀物。另外，因高層建筑鋼結(jié)構(gòu)一些基本的構(gòu)造和連接做法等，在低層和多層鋼結(jié)構(gòu)中也有體現(xiàn)。因此，也可組織學生考察當?shù)匾恍┰诮ǖ亩鄬由踔羻螌愉摻Y(jié)構(gòu)工程，例如施工現(xiàn)場的焊縫和螺栓連接等。通過接觸實際工程，增強學生的認知能力。

（二） 參觀鋼結(jié)構(gòu)加工廠和鋼構(gòu)件制作

在實習中，還可組織學生參觀鋼構(gòu)件加工廠等。隨著新材料和新工藝的快速發(fā)展，目前鋼結(jié)構(gòu)中的大型構(gòu)件的加工制作方法和質(zhì)量控制技術(shù)等都有革新，書本上的知識也非常有限。必要的學習參觀有利于學生拓展知識面，幫助他們更好地理解和繪制施工圖。指導(dǎo)教師可組織學生參觀了解鋼構(gòu)件的生產(chǎn)過程。例如，參觀工廠的焊接、刨邊和鉆孔等相關(guān)工藝流程等，并做好有針對性的實地講解，有利于學生對重要概念的理解和對書本知識的消化。

四、考核應(yīng)以學生實質(zhì)性的進步為依據(jù)

（一）注重形式，更追求質(zhì)量

學院畢業(yè)設(shè)計要求學生完成不少于9張的1號圖紙，有些學生甚至能提供多達14張或者更多的圖紙。誠然，為確保培養(yǎng)質(zhì)量，數(shù)量上的要求是必要的，但任務(wù)完成的質(zhì)量更為重要。筆者曾在一次鋼結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計的答辯中發(fā)現(xiàn)，能夠提供十多張圖紙的學生，計算書雖然寫的很飽滿，但是連一個常用角焊縫的符號代表什么意思也回答不上來。可見，依葫蘆畫瓢的做法，在本科畢業(yè)設(shè)計中依然存在。

再以結(jié)構(gòu)施工圖的繪制為例，在堅持部分圖紙必須手繪完成這一傳統(tǒng)做法的基礎(chǔ)上，為了提高學生應(yīng)用計算機作圖的能力，目前鼓勵采用計算機繪圖。但應(yīng)強調(diào)的是，計算機作圖應(yīng)讓學生利用AutoCAD軟件親手繪制，不能依靠設(shè)計軟件和繪圖軟件等自動出圖。雖然從表現(xiàn)形式上看，自動出圖比學生親手繪圖的圖面更美觀和全面，但這樣會使學生過分依賴軟件而使其基本技能得不到應(yīng)有的訓練，導(dǎo)致學生對設(shè)計理論不熟悉，不能提高識圖和繪圖能力，并且也難以準確把握和判斷其設(shè)計結(jié)果。因此，教師在畢業(yè)設(shè)計過程中應(yīng)時刻提醒學生，在寫計算書或繪圖時，每寫一句，每畫一筆，都要弄清楚為什么，真正弄懂了才算得上學有所獲。

（二）綜合平時表現(xiàn)全面評價

通過畢業(yè)設(shè)計檢查學生對理論和技能真實掌握的情況，應(yīng)綜合學生平時表現(xiàn)并結(jié)合中期檢查等來作全面評價。例如在計算機房和報告廳，可根據(jù)學生的特定任務(wù)，抽取部分簡圖要求

學生現(xiàn)場用計算機或手工繪制。對個別問題，可要求其現(xiàn)場用板書展示。目的是讓學生更加注重自身實際能力的提升，更好地培養(yǎng)其獨立思考和解決問題的能力以及表述能力等。將平時成績和表現(xiàn)做好記錄，以占一定分值比例等方式，匯入最終畢業(yè)設(shè)計成績，依據(jù)學生完成任務(wù)質(zhì)量與實質(zhì)性進步情況作出更加全面公正合理的評判。

五、結(jié)語

目前，隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的大量應(yīng)用，對高層鋼結(jié)構(gòu)專門技術(shù)人才的要求也越來越高。本文結(jié)合學校畢業(yè)設(shè)計題目的設(shè)置，提出適當增設(shè)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計的建議。同時強調(diào)，在畢業(yè)設(shè)計的題目選定、指導(dǎo)和考核等環(huán)節(jié)，應(yīng)積極探索和改革新的模式和新的方法，以不斷提高鋼結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量，為經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才。

參考文獻：

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（編輯 王 宣）endprint