胡波

摘要：針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)過程中存在的知識(shí)點(diǎn)之間缺少聯(lián)系、學(xué)生結(jié)構(gòu)概念運(yùn)用能力不足、忽視建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新等問題，通過教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)與案例教學(xué)實(shí)踐，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革作了一些有益的嘗試。教學(xué)案例庫(kù)中的工程設(shè)計(jì)案例和工程事故案例與各章節(jié)中提煉的知識(shí)重點(diǎn)和難點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。在理論教學(xué)過程中穿插案例教學(xué)，建立了教學(xué)內(nèi)容之間形象的聯(lián)系，建立了理論教學(xué)與工程實(shí)踐之間的聯(lián)系，把握了新型建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的動(dòng)態(tài)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)；教學(xué)案例庫(kù)；案例教學(xué)

中圖分類號(hào)：G6420；TU318文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10052909（2018）03008204建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)作為一門土木工程專業(yè)課程，其課程任務(wù)是通過介紹建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的概念、原則和思路，使學(xué)生對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)、基本理論和基本實(shí)踐有所掌握，熟悉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中的基本力學(xué)概念、簡(jiǎn)化分析計(jì)算方法、建筑空間形式與結(jié)構(gòu)性能協(xié)調(diào)關(guān)系。為更好完成課程教學(xué)任務(wù)，有必要研究合適的建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法。

案例教學(xué)是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生對(duì)案例分析、研究和討論，對(duì)問題做出判斷和決策，從而提高思考問題、分析問題和解決問題能力的一種教學(xué)活動(dòng)程[1]。案例教學(xué)因具備生動(dòng)性、趣味性和應(yīng)用性等特點(diǎn)深受學(xué)生喜愛，學(xué)生通過案例分析可以很好地理解和消化所學(xué)理論。授課教師在課堂教學(xué)中適當(dāng)?shù)匾氚咐虒W(xué)可形象高效地完成教學(xué)目標(biāo)和課程任務(wù)。目前，案例教學(xué)已在鋼結(jié)構(gòu)、建筑施工和地基與基礎(chǔ)工程等土木工程專業(yè)課程教學(xué)中得到應(yīng)用[2-4]。文章從建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問題出發(fā)，通過教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)與案例教學(xué)實(shí)踐，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革進(jìn)行研究。

一、建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問題

筆者所在的合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院于2014年開設(shè)建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程。在課程教學(xué)初期，發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程在教學(xué)過程中存在以下問題。

（一）教學(xué)內(nèi)容涵蓋面廣，知識(shí)點(diǎn)之間缺少形象的聯(lián)系

建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程涉及結(jié)構(gòu)力學(xué)、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程結(jié)構(gòu)抗震、鋼結(jié)構(gòu)基本原理、混凝土結(jié)構(gòu)基本原理等相關(guān)專業(yè)課知識(shí)，教學(xué)內(nèi)容涵蓋面較大，各章節(jié)中的知識(shí)點(diǎn)較多，經(jīng)常需要通過對(duì)比教學(xué)的方式使學(xué)生理解和掌握知識(shí)要點(diǎn)。如，講解結(jié)構(gòu)體系選擇原則時(shí)，需要對(duì)比框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系在水平地震作用下的受力特點(diǎn)與破壞模式來說明各結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)缺點(diǎn)。如果知識(shí)點(diǎn)之間的對(duì)比僅限于理論講解，而缺少相應(yīng)的震害案例分析，則不夠形象具體，學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握程度也會(huì)大打折扣。

（二）學(xué)生結(jié)構(gòu)概念掌握較好，但創(chuàng)造性運(yùn)用能力不足

在建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程講授之前，土木工程專業(yè)學(xué)生通常已對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)基本原理、混凝土結(jié)構(gòu)基本原理等專業(yè)課程進(jìn)行了專門系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。學(xué)生普遍對(duì)均布荷載下簡(jiǎn)支梁受力分析、鋼結(jié)構(gòu)鉸接節(jié)點(diǎn)與剛接節(jié)點(diǎn)的受力特征、混凝土柱在偏壓下的破壞模式等結(jié)構(gòu)概念掌握較好。然而，當(dāng)課堂上針對(duì)某一實(shí)際工程結(jié)構(gòu)作力學(xué)分析時(shí)，學(xué)生卻往往難以入手。他們不能確定該結(jié)構(gòu)的邊界約束屬于理論教學(xué)中的哪種約束，需要考慮哪些學(xué)過的荷載作用。這一方面說明學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力還有待提高，另一方面也說明理論教學(xué)過程中引入工程案例分析的必要性。

（三）忽視新型建筑結(jié)構(gòu)的技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)作用

建筑結(jié)構(gòu)歷經(jīng)從單一材料結(jié)構(gòu)到多種材料組合結(jié)構(gòu)、從單一結(jié)構(gòu)體系到混合結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展過程。每一次的發(fā)展，都伴隨著技術(shù)與理念的創(chuàng)新。新型建筑結(jié)構(gòu)，往往體現(xiàn)了當(dāng)代最新的工程技術(shù)與設(shè)計(jì)理念。如，2015年建成的上海中心采用了框架-核心筒-伸臂桁架結(jié)構(gòu)體系，正在修建的港珠澳大橋采用了“大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化”的設(shè)計(jì)理念。建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)既需要傳承經(jīng)典建筑結(jié)構(gòu)對(duì)未來設(shè)計(jì)的啟示，也需要講授新型建筑結(jié)構(gòu)的技術(shù)革新。通過新型建筑結(jié)構(gòu)的案例解析，可讓學(xué)生開拓視野，更好地把握建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的脈搏。

二、建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)

針對(duì)上述課程教學(xué)過程中存在的問題，將建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程4個(gè)章節(jié)中的知識(shí)重點(diǎn)和難點(diǎn)提煉出來，以服務(wù)教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力為原則，查找了相應(yīng)的工程設(shè)計(jì)案例和工程事故案例，建立了如表1所示的教學(xué)案例庫(kù)，為開展案例教學(xué)實(shí)踐提供了案例支撐。表1建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)案例示例課程章節(jié)知識(shí)重點(diǎn)知識(shí)難點(diǎn)工程案例示例多高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系選擇原則各結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)與破壞模式上海中心結(jié)構(gòu)體系與受力分析結(jié)構(gòu)平面布置原則結(jié)構(gòu)平面剛度不均勻及雙向剛度相差較大引起的震害后果尼加拉瓜馬拉瓜地震下中央銀行與美洲銀行的兩極表現(xiàn)結(jié)構(gòu)豎向布置原則結(jié)構(gòu)豎向剛度不均勻及頂部剛度突變引起的震害后果美國(guó)圣菲南多地震中橄欖景醫(yī)院破壞機(jī)理建筑鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)材料選用鋼材分類及選用時(shí)應(yīng)考慮的因素某工業(yè)廠房生產(chǎn)車間鋼材沖擊韌性指標(biāo)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載風(fēng)荷載下結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化及不均勻雪荷載對(duì)內(nèi)力分布的影響某雙坡門式剛架結(jié)構(gòu)抗風(fēng)雪荷載設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算單元、制作單元、運(yùn)輸單元及安裝單元的劃分某鋼框架結(jié)構(gòu)柱現(xiàn)場(chǎng)拼接點(diǎn)布設(shè)方案大跨度房屋結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)拱式結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)黑山塔拉河谷大橋爆破網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座類型對(duì)溫度應(yīng)力的影響某周邊支承空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)底邊鋼圈梁溫度應(yīng)力比超限的解決方案懸索結(jié)構(gòu)拉索水平力傳遞方式與穩(wěn)定性廣州國(guó)際會(huì)展中心張弦立體桁架屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)膜結(jié)構(gòu)施工中膜與鋼索的內(nèi)力控制某膜結(jié)構(gòu)施工全過程演示建筑結(jié)構(gòu)抗火與抗爆概念設(shè)計(jì)高溫下建筑材料表現(xiàn)高溫下材料強(qiáng)度退化紐約世貿(mào)中心倒塌機(jī)理結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐火極限耐火極限的判別準(zhǔn)則湖南省衡陽市衡州大廈特大火災(zāi)坍塌事故分析材料應(yīng)變率效應(yīng)沖擊荷載下材料的強(qiáng)度變化泰坦尼克號(hào)撞冰沉沒原因結(jié)構(gòu)魯棒性結(jié)構(gòu)傳力途徑的多樣選擇英國(guó)羅蘭角公寓樓坍塌事故分析三、建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程案例教學(xué)實(shí)踐

將教學(xué)案例庫(kù)中的工程設(shè)計(jì)案例和工程事故案例穿插到各章節(jié)的理論教學(xué)中，從以下3個(gè)方面入手，開展建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程案例分析教學(xué)實(shí)踐。

（一）通過案例對(duì)比分析，建立教學(xué)內(nèi)容之間形象的聯(lián)系

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容中相關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)，通過案例對(duì)比教學(xué)，讓學(xué)生形象地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。例如：通過對(duì)比尼加拉瓜馬拉瓜地震下中央銀行與美洲銀行的兩極表現(xiàn)，可以讓學(xué)生更好地理解結(jié)構(gòu)平面剛度均勻布置的重要性以及不均勻布置引發(fā)的嚴(yán)重震害后果。通過對(duì)比某鋼框架結(jié)構(gòu)柱現(xiàn)場(chǎng)拼接點(diǎn)兩種不同的布設(shè)方案，讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算單元和安裝單元的劃分在實(shí)際工程中需要考慮內(nèi)力分布和焊接質(zhì)量等因素的共同影響。

（二）理論教學(xué)結(jié)合案例分析，建立理論教學(xué)與工程實(shí)踐之間的聯(lián)系

將工程案例分析引入建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程理論教學(xué)環(huán)節(jié)中，在理論教學(xué)的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力。例如：在講解拱結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)時(shí)，以黑山塔拉河谷大橋一個(gè)橋墩爆破致連續(xù)拱橋坍塌為例，說明拱結(jié)構(gòu)對(duì)支座的水平推力不可忽視，進(jìn)而介紹實(shí)際工程中解決水平推力的幾種方法。在分析爆炸荷載下結(jié)構(gòu)的魯棒性時(shí)，以英國(guó)羅蘭角公寓燃?xì)獗ㄖ戮植刻鸀槔?，說明構(gòu)件之間可靠的連接可使受災(zāi)結(jié)構(gòu)的傳力途徑多樣化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部失效不致造成大范圍破壞。

（三）引入新型建筑結(jié)構(gòu)案例分析，及時(shí)把握建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展動(dòng)態(tài)

通過分析新型建筑結(jié)構(gòu)所采用的工程技術(shù)與設(shè)計(jì)理念，使學(xué)生及時(shí)把握建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)。例如：對(duì)上海中心巨型框架-核心筒-伸臂桁架結(jié)構(gòu)體系的講解，讓學(xué)生了解這一新型結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)，結(jié)合之前對(duì)各傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的介紹，讓學(xué)生清楚勾勒出高層建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展脈絡(luò)。對(duì)廣州國(guó)際會(huì)展中心張弦立體桁架屋蓋結(jié)構(gòu)的受力分析，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到這一新型張弦梁結(jié)構(gòu)在自平衡索的拉力和增加結(jié)構(gòu)跨度方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

在案例教學(xué)過程中，首先對(duì)案例中的實(shí)際工程背景作簡(jiǎn)要介紹，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，再將案例中涉及課程知識(shí)點(diǎn)的關(guān)鍵問題提出來，引發(fā)學(xué)生對(duì)問題的思考，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，然后通過課堂討論等形式讓學(xué)生發(fā)表自己對(duì)問題的看法。在互動(dòng)討論過程中，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)尋找解決實(shí)際問題的方法。通過對(duì)案例中問題的分析與講解，加深學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。對(duì)學(xué)生而言，整個(gè)案例教學(xué)過程不僅是專業(yè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)過程，更是應(yīng)用能力和工程視野培養(yǎng)和提升的過程。同時(shí)，針對(duì)案例教學(xué)過程中教學(xué)效果的反饋，教師可及時(shí)對(duì)教學(xué)課件和教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行反思和完善，有助于教學(xué)水平的不斷提高，教師和學(xué)生在教學(xué)實(shí)踐中相互促進(jìn)，教學(xué)相長(zhǎng)。

四、結(jié)語

文章針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問題，通過教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)與案例教學(xué)實(shí)踐，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革作了一些有益的嘗試，使學(xué)生形象地理解和掌握課程教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)的能力，使學(xué)生及時(shí)了解建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)。

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