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本科建筑混凝土结构设计教学改革

期刊目录网建筑工程论文发表2019-11-05 10:30关注(1)

  建筑混凝土结构设计是土木工程专业的必修课程之一。考虑到应用型本科的学生毕业后能将所学的理论知识与工作实践尽快结合,通过在本科教学过程中指导学生翻阅规范、图集,到施工单位了解工程项目的实际操作流程,并自己动手完成简单的混凝土结构的设计计算和模型制作,探索新的授课方法,对该课程的教学提出一些新的思路。

本科建筑混凝土结构设计教学改革

  关键词:建筑混凝土结构设计;教学改革;创新思维;应用型人才

  1前言

  为了响应国家对于大学生创新能力的培养,实现理论与实际相结合,在土木工程专业本科培养计划中,对于建筑混凝土结构设计这一必修课程,针对学校应用型人才的培养目标,对课程的授课方法进行教学改革,让学生在通过书本学习专业基础知识的过程中培养翻阅规范、图集的习惯,同时鼓励学生到施工单位了解工程项目的实际操作流程,并让学生动手完成简单的混凝土结构的设计计算和模型制作,实现从结构设计、计算到模型制作的一系列操作,尽量模拟现实生产活动的流程[1-2]。在这个过程中也培养了学生的自学能力和创新思维,这些对学生毕业后尽快服务于社会是非常有意义的。

  2实践方案

  建筑混凝土结构设计课程中楼盖结构和框架结构两部分是本科生应重点掌握的内容,而对于初学者,特别对于未接触过实际工程的学生而言,也是比较难以理解的。所以针对学生的实际情况,在教学过程中将学生分为六个人一组,每组给定结构设计的任务书,包括以下内容。1)工程概况:基于一个假想工程的两层两跨框架结构及建筑物平面图、立面图及剖面图。2)设计资料,包括结构形式、水文地质、楼屋面做法、材料选用等。3)设计内容:按建筑功能要求确定主要承重体系,选择结构方案;假定主要构件的截面尺寸;结构构件的设计与计算;结构施工图绘制。4)设计要求:了解结构设计的基本内容;训练结构设计的基本技能;掌握结构设计的基本方法;理解结构设计的基本原理。按照任务书中的已知条件,查阅规范和图集确定未知参数,进行结构的计算和结构施工图的绘制。施工图完成后,考虑到模型制作突出板、梁、柱、基础、楼梯等构件钢筋的布置、搭接、锚固等构造要求,并考虑模型与真型的比例(1/10)问题,不进行模板搭设、混凝土浇灌等工艺的模拟。在模型制作过程中,对于不同构件处钢筋的连接和锚固,需要学生查阅图集并走访工地后完成。

  3实践过程

  结构计算根据建筑施工图,确定结构的承重体系,完成平面布置方案,对结构各主要构件的尺寸进行估算。为了节省时间且能掌握基本的计算过程,要求每组学生分工完成框架体系中单榀承重框架的计算(可分为边榀、一般中榀、楼梯榀),包括板(弹性方法、塑性方法)、次梁、主梁、柱子、基础、楼梯的计算。计算过程中学生应经常图3模型的整体连接查阅规范,除满足相应的计算公式和验算条件外,还应满足规定的构造要求和抗震要求。同时,要求学生在计算时明确各个构件大概的受力图(包括弯矩图、剪力图、轴力图),以更加深刻明了地理解结构受力形式而非单纯套用公式。结构施工图绘制根据结构计算结果,完成标准层及屋面结构平面布置图、次梁配筋图、主梁配筋图、柱平面布置图及配筋图、基础平面布置图及配筋图。绘图过程应严格按照房屋建筑制图统一标准及混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图系列图集的要求完成。模型制作根据已绘制的结构施工图,考虑到整体制作的难度以及观赏效果确定模型的制作比例为1:10。用不同粗细和颜色的铁丝来表示不同的钢筋,如图1所示。由于1:10的制作比例,构件的截面较小,选取最具代表性,荷载种类较多,包括了楼梯的一跨。同时,为了方便模型制作,采取先制作基本构件再进行组合的方法。为了保证整体稳定性,使铁丝间不容易产生滑移、错动的现象,用锡焊的方法进行铁丝的连接,如图2所示。为了整体连接以及模型的稳定性,结构的节点处也用焊接的方式,如图3所示。

  4教学探索

  传统的教学以课本为主,学生在学习过程中很难将知识点理解透彻,即使是很认真的学生,在很多情况下也是靠记忆力来学习,所以知识在大脑里留存的时间比较短暂。而靠理解力得到的知识则能保留很长时间,且学生能灵活应用。文字形式的内容不够直观,难以理解。本科阶段的实践环节如认识实习、生产实习等,虽然相对课本比较直观,但学生没有亲自动手,还是不能完全理解和掌握混凝土结构设计中复杂的理论和构造要求。针对这一问题,引入教学模型的制作,不考虑模型与实际结构应力相同的力学性能,仅考虑构件的受力而使钢筋的布置不同,为理解基本原理和构造要求而服务。在这个过程中,培养学生的团队协作精神和主观能动性,如在模型制作过程中开始采用铜丝绑扎,结果效果很差,容易出现滑动的现象,所以改用锡焊解决这一问题;培养学生理论结合实践的能力,如楼梯柱的基础处理,由于采用独立基础,楼梯柱的基础需要另行计算,但考虑到楼梯柱的荷载较小,学生经过讨论和查阅资料,确定按照构造进行配筋,框架柱基础的处理也简单化;培养学生的动手能力和坚持不懈的精神,r让学生通过自己动手去切身体会将图纸变为实体的过程,实时解决问题,建立学习的兴趣,真正实现产学研的结合。

  5结论建议

  对初学者来说,想要在短时间内了解或熟悉混凝土结构是困难的,需要让他们对将要学的知识有一个初概念十分重要,而在教学过程中制作结构模型恰恰为学生提供了这种机会。制作模型的过程是学生自主思考、相互协作以及与教师探讨的过程,他们可以在学习本门学科中提前了解结构内部构造,分析各节点的受力情况,同时为之后的计算设计打下基础,了解结构受力不仅是套用公式,还需全方面考虑。建议是在最初时先让学生做一个自己所理解认识的混凝土结构节点模型以及CAD图,在后期结束时将初模型与参考正确图纸所做的模型进行对比,找错误并理解为什么,在改变学生的固定思维认知的同时也培养了学生查找规范和翻阅图集的能力。最后以答辩的形式结束,让每个学生充分思考并归纳总结,对自己的劳动成果进行反馈。

  参考文献

  [1]东南大学,同济大学,天津大学.混凝土结构(中册):混凝土结构与砌体结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

  [2]杨先奎,杨军.框架轻板建筑和装配式大板建筑的工业化施工方法[J].贵州工业大学学报:自然科学版,2007(3):54-58.

  作者:叶琳 吴竞 姜国铭

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