袁康+夏多田+何明勝

摘 ? ?要：“建筑抗震設(shè)計(jì)”是一門(mén)理論性、實(shí)踐性、綜合性都很強(qiáng)的課程，震害分析在教學(xué)過(guò)程中處于核心地位，是培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的重要手段。文章結(jié)合石河子大學(xué)“建筑抗震設(shè)計(jì)”課程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，介紹了基于震害分析的建筑抗震設(shè)計(jì)教學(xué)方法的基本思路，并以在混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用為例，具體分析以震害分析為核心的教學(xué)方法在概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算，以及抗震構(gòu)造措施等方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑抗震設(shè)計(jì);震害分析;教學(xué)思路;教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：1002-4107（2015）09-0009-02

新疆地處亞歐大陸腹地，受南印度洋板塊與歐亞板塊碰撞作用以及來(lái)自北西伯利亞板塊的擠壓，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，是我國(guó)主要的內(nèi)陸地震活動(dòng)區(qū)域，也是國(guó)務(wù)院確定的地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)之一。進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，新疆境內(nèi)發(fā)生6級(jí)以上地震100多次，平均每年一次以上，全區(qū)抗震設(shè)防烈度在6度以上的區(qū)域占全區(qū)總面積的80%以上，其中7度以上高烈度區(qū)域面積占60%以上，面臨嚴(yán)峻的抗震形勢(shì)[1]。因此，新疆地處地震高發(fā)區(qū)和高烈度區(qū)的抗震形勢(shì)對(duì)當(dāng)?shù)亟ㄖO(shè)計(jì)、施工等技術(shù)人員提出了更高要求。因而，建筑抗震設(shè)計(jì)在當(dāng)?shù)乇究平虒W(xué)中的重要性更加突出。

隨著近年來(lái)全球地震進(jìn)入活躍期，強(qiáng)震頻發(fā)，大量的工程震害為學(xué)生學(xué)習(xí)抗震知識(shí)和技能提供了生動(dòng)的教學(xué)素材，尤其是汶川、玉樹(shù)等一系列大震災(zāi)害引起了大家的重視，對(duì)典型震害的分析成為了促使相關(guān)抗震設(shè)計(jì)、構(gòu)造施工技術(shù)進(jìn)步的重要因素，如汶川地震后，我國(guó)的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB2010 0011-2010）就進(jìn)行了相應(yīng)的修編[2]。因此，開(kāi)展基于震害分析的“建筑抗震設(shè)計(jì)”教學(xué)方法改革也是石河子大學(xué)建筑抗震設(shè)計(jì)課程組一直探索的目標(biāo)，在多年課程建設(shè)過(guò)程中，取得了較好的教學(xué)效果。本文將在分析“建筑抗震設(shè)計(jì)”課程的特點(diǎn)，剖析存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，闡述基于震害分析的研究型教學(xué)思路，并以在混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用為例，具體分析以震害分析為核心的教學(xué)方法在概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算，以及抗震構(gòu)造措施等方面的應(yīng)用，以供參考。

一、“建筑抗震設(shè)計(jì)”課程特點(diǎn)及現(xiàn)狀

“建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”課程在石河子大學(xué)開(kāi)課學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，包括理論教學(xué)40學(xué)時(shí)和試驗(yàn)教學(xué)8學(xué)時(shí)，是建筑工程專業(yè)必修課程之一，同時(shí)也是一門(mén)涉及學(xué)科較廣、綜合性較強(qiáng)的課程，經(jīng)過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，是建筑工程專業(yè)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)中重要的組成部分。

（一）涉及知識(shí)面廣，對(duì)學(xué)生理論基礎(chǔ)知識(shí)要求高

該課程主要涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料、結(jié)構(gòu)等方面的知識(shí)，其先修課主要有工程數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑材料、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、砌體結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)等，尤其是“單自由度和多自由度彈性體系地震反應(yīng)分析”章節(jié)與結(jié)構(gòu)力學(xué)中的動(dòng)力學(xué)部分聯(lián)系密切，是典型的“老師難教、學(xué)生難學(xué)”的章節(jié)。

（二）課程與規(guī)范聯(lián)系緊密，條文規(guī)定多

該課程內(nèi)容一般包括場(chǎng)地、地震作用計(jì)算、各種結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，以及隔震減震技術(shù)等章節(jié)，其設(shè)置與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的編排思路大致相同，可以說(shuō)是規(guī)范的說(shuō)明書(shū)。因此，教材中有大量的規(guī)范條文規(guī)定告訴學(xué)生應(yīng)該如何去進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，如何讓學(xué)生印象深刻地去理解各種條文規(guī)定背后的含義是關(guān)鍵。

（三）實(shí)踐教學(xué)缺失

該課程的另一特點(diǎn)是實(shí)踐性極強(qiáng)，抗震設(shè)計(jì)事關(guān)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，從學(xué)生階段就培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí)至關(guān)重要，而目前多數(shù)高校在抗震的實(shí)踐教學(xué)方面存在缺失現(xiàn)象，其原因主要是抗震的試驗(yàn)手段主要有擬靜力試驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)兩種，均需要較長(zhǎng)的試驗(yàn)準(zhǔn)備周期和較高的經(jīng)費(fèi)投入。

綜上，由于“建筑抗震設(shè)計(jì)”課程教學(xué)存在的上述問(wèn)題，要“化繁為簡(jiǎn)、通俗易懂”地講解這門(mén)看似枯燥、卻對(duì)工程技術(shù)人員又十分重要的課程，需要借助地震災(zāi)害這個(gè)天然的試驗(yàn)場(chǎng)。工程震害分析與試驗(yàn)研究、理論分析是抗震技術(shù)發(fā)展的基本手段[3]，在地震災(zāi)害頻發(fā)的今天，震害分析已經(jīng)成為了抗震技術(shù)驗(yàn)證的最佳場(chǎng)所，如四川雅安蘆山地震中，凡是按照新的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑均實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的抗震目標(biāo)，沒(méi)有出現(xiàn)房屋倒塌的現(xiàn)象。因此，在抗震教學(xué)環(huán)節(jié)中，專業(yè)教師更應(yīng)當(dāng)以震害分析為核心，來(lái)引導(dǎo)學(xué)生研究、學(xué)習(xí)工程震害，使學(xué)生能夠有血有肉地理解書(shū)本知識(shí)。

二、基于震害分析的研究性教學(xué)思路

從各版“建筑抗震設(shè)計(jì)”教材不難發(fā)現(xiàn)，其在具體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中均是基于震害分析—概念設(shè)計(jì)—抗震計(jì)算—抗震構(gòu)造的基本思路，可見(jiàn)震害分析是學(xué)習(xí)本課程的入手點(diǎn)，每種結(jié)構(gòu)形式的震害現(xiàn)象對(duì)于后續(xù)的內(nèi)容都具有強(qiáng)烈的指導(dǎo)意義。教學(xué)過(guò)程中尤其應(yīng)當(dāng)重視“分析”二字，在重視提高學(xué)生工程素質(zhì)的當(dāng)下，應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生去理解每種震害發(fā)生的原因，設(shè)計(jì)、施工中如何去避免，從而使學(xué)生更加輕松地理解后續(xù)概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算、抗震構(gòu)造中大量的定量條文規(guī)定。

基于震害分析的研究型教學(xué)思路，即是在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中始終緊扣震害分析這一前提，注重發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性去分析解決問(wèn)題，在震害分析章節(jié)將震害現(xiàn)象歸類為概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算、抗震構(gòu)造不符合規(guī)范要求的幾種情況，設(shè)置研究問(wèn)題，并告訴學(xué)生將在后續(xù)學(xué)習(xí)中逐步解決;在講解到具體涉及前面設(shè)置問(wèn)題的內(nèi)容時(shí)，再帶著學(xué)生一起解決問(wèn)題。

三、基于震害分析的研究性教學(xué)實(shí)踐

本文以混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)教學(xué)為例，闡述基于震害分析的研究型教學(xué)實(shí)踐過(guò)程，具體教學(xué)思路如圖1所示。

圖1 ?基于震害分析的混凝土框架結(jié)構(gòu)教學(xué)思路

（一）基于震害分析的問(wèn)題設(shè)置

混凝土框架結(jié)構(gòu)是建筑工程領(lǐng)域最為常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)體系，尤其是在公共建筑當(dāng)中。在歷次地震中框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了較好的抗震性能，但也有一些共性的震害現(xiàn)象得到了體現(xiàn)，因此，在講述本章內(nèi)容時(shí)，有必要將一些常見(jiàn)的震害現(xiàn)象集中梳理，設(shè)置研究問(wèn)題（如下），在后續(xù)學(xué)習(xí)中不斷解決。

1.框架結(jié)構(gòu)中某一層集中倒塌現(xiàn)象。

2.建筑平面中角部破壞嚴(yán)重。

3.樓梯間框架柱剪切破壞。

4.鄰近房屋碰撞破壞。

（二）基于震害分析的概念設(shè)計(jì)

中國(guó)的抗震設(shè)防采用“三水準(zhǔn)設(shè)防、兩階段設(shè)計(jì)”[4]，其具體實(shí)施主要通過(guò)概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算和構(gòu)造措施三個(gè)方面，其中概念設(shè)計(jì)是對(duì)結(jié)構(gòu)體型、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、構(gòu)件延性的總體把握，是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的最為重要問(wèn)題。但由于學(xué)生對(duì)于知識(shí)的學(xué)習(xí)未通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的綜合實(shí)踐鍛煉，尚停留在碎片化的階段，無(wú)法站在全局的高度來(lái)看待概念設(shè)計(jì)的重要性。此外，長(zhǎng)久以來(lái)的應(yīng)試教育模式培養(yǎng)出來(lái)學(xué)生更喜歡依靠計(jì)算解決問(wèn)題的特性，認(rèn)為只要進(jìn)行了抗震計(jì)算就能夠保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，對(duì)概念設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)不足。因此，有必要從一開(kāi)始就將各條概念設(shè)計(jì)規(guī)定與相應(yīng)的震害對(duì)應(yīng)起來(lái)，并逐條解決，基本主線為：概念設(shè)計(jì)條文—對(duì)應(yīng)工程問(wèn)題—工程震害現(xiàn)象—解決途徑，即通過(guò)工程實(shí)例中發(fā)生的震害現(xiàn)象，追溯其在設(shè)計(jì)階段不符合抗震概念設(shè)計(jì)的情況，引導(dǎo)學(xué)生探尋相關(guān)解決途徑。

（三）基于震害分析的抗震計(jì)算

結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算包括地震作用計(jì)算，地震力分配、內(nèi)力組合及調(diào)整、截面承載力抗震設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，其中內(nèi)力調(diào)整是此部分內(nèi)容的核心問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)合理破壞模式的關(guān)鍵所在，主要包括了“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎”的內(nèi)力調(diào)整思路[5]，以及底層柱、角柱的內(nèi)力放大。在講述這些關(guān)鍵問(wèn)題的時(shí)候可回到歷次震害中發(fā)現(xiàn)的震害問(wèn)題，引出震害分析中設(shè)置的問(wèn)題：大量的結(jié)構(gòu)并未實(shí)現(xiàn)梁端出鉸的合理破壞模式，而是某一層柱集中倒塌的情況;以及底層柱和角柱的破壞往往更為嚴(yán)重的現(xiàn)象。帶領(lǐng)學(xué)生以工程師的角度去從設(shè)計(jì)、施工角度查找出現(xiàn)上述問(wèn)題的原因，理解按照合理破壞模式要求的內(nèi)力放大調(diào)整方法。以汶川地震為例，當(dāng)出現(xiàn)遠(yuǎn)超設(shè)防烈度的地震作用時(shí)，幾乎沒(méi)有一棟建筑實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)柱弱梁的破壞形式，是值得工程人員深省的，因此，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB2010 0011-2010）在內(nèi)力調(diào)整系數(shù)上進(jìn)一步放大。

（四）基于震害分析的抗震構(gòu)造措施

抗震構(gòu)造措施，是根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則，不需要計(jì)算而對(duì)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)部分必須采取的各種細(xì)部要求，主要包括對(duì)梁、柱截面尺寸的限制，鋼筋直徑、間距的限值等等，此部分內(nèi)容與震害分析中的構(gòu)件層面破壞密切相關(guān)，講解中若采用完全“順向講授式”教學(xué)，學(xué)生很難記住相關(guān)的條文規(guī)定。教學(xué)中應(yīng)結(jié)合震害分析，采用“反向研討式”教學(xué)，即思考若不按條文規(guī)定會(huì)出現(xiàn)什么震害問(wèn)題。例如，在講授節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍率的要求時(shí)，可聯(lián)系震害中典型節(jié)點(diǎn)破壞的現(xiàn)象——由于節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋不足或間距過(guò)大，柱縱筋壓曲外鼓，引導(dǎo)學(xué)生明白節(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)維持大震不倒的重要性，以及箍筋體積配箍率可確保節(jié)點(diǎn)延性的意義。

“建筑抗震設(shè)計(jì)”是一門(mén)理論性、實(shí)踐性、綜合性都很強(qiáng)的課程，涉及大量的規(guī)范條文，如何生動(dòng)地讓學(xué)生理解相關(guān)條文背后的依據(jù)是關(guān)鍵，而大量的規(guī)范條文修編都是以無(wú)數(shù)次強(qiáng)震為代價(jià)。因此，震害分析在教學(xué)過(guò)程中處于核心地位，是培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的重要手段，課程組在教學(xué)改革過(guò)程中的成效表明，不斷穿插震害分析不但可以提高學(xué)生的專業(yè)興趣，更使學(xué)生在理論知識(shí)綜合應(yīng)用、工程質(zhì)量意識(shí)等方面得到了鍛煉，在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中更加得心應(yīng)手。

參考文獻(xiàn)：

[1]張勇.新疆農(nóng)村抗震民居房屋結(jié)構(gòu)類型及應(yīng)用[J].震災(zāi)

防御技術(shù)，2006，（4）.

[2][4]GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建

筑工業(yè)出版社，2010.

[3]鄔喆華.抗震教學(xué)中工程震害分析能力的培養(yǎng)[J].高等

建筑教育，2014，（3）.

[5]楊德建，李亞娥，袁康等.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[M].人民交

通出版社，2011.