钢结构设计基本原理篇1
关键词：钢结构；课程建设；教学改革
中图分类号：tU391；G6420文献标志码：a文章编号：10052909（2012）05005403钢结构原理与设计是土木工程专业的必修专业基础课程，也是一门理论性和实践性很强的应用学科课程[1]，其人才培养目标是使学生掌握钢结构的基础知识和基本原理，能够正确应用规范从事钢结构设计，具备分析和解决钢结构实际工程问题的能力[2]。但多年的教学实践发现，由于钢结构原理与设计课程理论公式多、节点构造复杂、工程实践性强，不少学生反映教学内容难以掌握，不能灵活应用。笔者所在团队以后勤工程学院第六轮课程重点建设为契机，对钢结构原理与设计课程进行整体规划、科学设计，改革教学内容，创新教学方法，改善教学条件，加强实践性环节，以提高钢结构原理与设计课程的教学水平。
一、改革教学内容
课程教学内容的改革是课程建设的核心内容[3]，由于原教学内容侧重于钢结构连接和三类基本钢结构构件设计，采用了7个教学章节（绪论、材料、连接、受弯构件、轴心受力构件、偏心受力构件、钢屋架）+1个课程设计（钢屋架设计）的模式，有关钢结构体系概念的教学内容涉及较少，不少学生虽然掌握了具体的设计计算方法，但很难在实践中加以灵活应用。因此，针对钢结构原理与设计课程教学的特点和难点，对教学内容进行整体改革优化，拟制了1（钢结构原理）+1（钢结构体系）+1（实践性环节）的“三个1”模式，以构建新的教学内容体系。
第一个“1”，即以钢结构原理为课程教学核心，具体涵盖钢结构材料、钢结构连接和三类基本构件设计。创新钢结构连接和三类基本构件的教学手段，利用计算机辅助三维图形技术，建设钢结构节点，构件三维数字模型库，解决因钢结构节点构造复杂抽象而成为制约课程教学质量提高的瓶颈。编写专门的学习辅导，适时适量地补充钢结构领域涉及的新原理、新技术和新方法，充分体现教学内容的适应性和时效性，提高课程核心内容的教学质量。
第二个“1”，即钢结构体系概念。教学过程中除按课程标准要求完成教学核心内容外，改变原来单一钢结构构件设计的做法，课堂授课讲解注重联系结构整体，将钢结构体系概念贯穿于整个课程教学，例如模型教学、案例教学和实践性教学等。同时，注重与多高层结构与结构抗震、军用大跨度结构后续课程、桥梁工程、军事工程检测与加固，以及工程抢修抢建等的衔接，编写相关自编教材。
第三个“1”，即课程教学的实践性环节。钢结构原理与设计是一门实践性很强的课程，改革课程设计考核形式，由单一的根据设计成果评价转变为结合设计的答辩。同时，还将原来单一的课程设计实践性教学环节进一步延伸到第二课堂、工程抢修抢建技术和综合演练科目训练等第四学年实践教学活动中，使学生既掌握基本理论知识，又拓宽专业知识面，全面提高学生的工程应用能力。
二、创新教学方法
教学方法与手段的改革是课程建设的重点。一直以来，钢结构原理与设计课程因教学内容抽象复杂而让历届学生感到枯燥、困难，尤其体现在钢结构节点部分的教学内容上。在现有的钢结构教材中，多采用节点二维CaD图纸、二维图片等进行教学，相当一部分学生依靠自身的空间想象能力，通过读取平面图形难以全面地、准确地理解和掌握节点构造的完整信息。
（一）创新了课堂辅助教学手段
首次将计算机辅助三维数字模型运用到钢结构原理与设计课程教学中，利用pKpm软件的StS功能模块建立了三维数字模型库，基本涵盖了常用钢结构节点类型。从教学应用情况看，这一手段使用灵活方便，有助于解决教学过程中仅仅依靠平面设计图来讲解种类繁多、形式复杂的钢结构节点构造的弊端，帮助学生全面理解和掌握节点的构造形式、传力路径和设计计算方法，使教学内容由抽象复杂变得形象具体，教学效果良好，受到学生的广泛欢迎和喜爱，促进了传统教学模式和教师教育理念的改变，提高了教学质量。
（二）建立了钢结构体系模型库
为丰富教学手段，开展特色教学，将钢结构体系概念贯穿教学全过程，配套建设了系统的钢结构体系模型库，包括全钢制作演示实物不同节点钢框架、全钢制作演示拆装式房屋建筑模型、钢板式伸缩缝、单跨单层厂房模型、钢框架建筑结构模型、大跨悬索结构模型以及其它辅助教学模型等。模型教学不但帮助学生形象全面地理解各类钢结构构件的连接以及复杂钢结构体系（如屋架等）之间的联系，而且提高了学生对钢结构体系概念的整体认识，解决了钢结构原理与设计课程的教学难点，突破了节点构造教学的瓶颈。
（三）开展了工程案例教学
针对钢结构原理与设计实践性强的课程特点，将工程项目和科研项目提炼成“教学案例”，重点建设了“江北建新南路钢构人行天桥检测”“秀山钢结构厂房垮塌调查”和“重庆电信通讯铁塔复核”等特点鲜明的案例库，将钢结构构件和结构体系教学与工程应用紧密结合。这些工程实例既强化理论知识与工程实际的联系，又提高学生对钢结构的认知能力，还拓宽了他们的设计计算思路，为培养学生运用专业知识解决实际工程问题的能力起到了深化推动作用。
三、完善教学条件
（一）构建立体化教材体系
教材是理论研究成果的融合和升华，是科学知识的载体，是教师教学和学生学习的基本依据。因此，建立高水平的教材体系是钢结构原理与设计课程建设的重要任务，在充分吸收科研、教改和部队训练综合成果的基础上，根据教学需要，精心选用、编写和制作了各类教材，初步形成了包括基本教材、配套教材、英文版参考教材、电子版教案、电子版设计规范与手册在内的立体化教材体系。
选择新世纪土木工程系列教材——《钢结构设计原理》（张耀春主编，高等教育出版社）作为教学蓝本，较好地体现了教学目标和课程标准在人才培养方案中的地位和作用，配套编写《钢结构原理与设计学习辅导》和《军用大跨结构》作为课堂教学的补充教材。指定《钢结构设计规范》和《钢结构设计手册》作为课程设计的补充材料，选用英文版参考教材《SteelBuildingsanalysisandDesign》和《multistoryBuildingsinSteel》以扩展学生的知识面和视野。多个电子版教案、设计规范和手册能方便学生浏览和学习相关专业知识。
（二）改善了教学硬件设施
良好的教学条件是课程教学顺利实施的必要条件，利用学院搬迁大学城建设之机，新建和完善了建筑结构CaD专修室、战备工程模型及抢修抢建加固技术专修室以及课程资料室。
建筑结构CaD专修室主要为钢结构原理与设计课程开设专业CaD、课程设计以及毕业设计等实践教学提供保障，同时为架设教学资源、教学案例、工程资源库，搭建虚拟教室、网络课程，开展工程抢修抢建模拟训练等创造条件。
为进一步适应部队土木工程人才培养的需要，依托学院实验室建设，新建了战备工程模型及抢修抢建加固技术专修室，开展应急工程保障实习科目训练以及综合演练，增强教学实用效果，有利于突出钢结构原理与设计课程的军事特色。
课程资料室新增规范26本、图集10册、设计手册13本、辅导教材45本，为深入搞好课程教学工作、拓展学生相关知识提供了有力的支撑和保障。
（三）开设了网上虚拟教室
除了在硬件方面的建设，学校还十分重视网络教学软环境建设。依托学院网络教学应用系统，开设了虚拟教室，建立了素材类型齐全的钢结构教学信息资源库。目前资源库包含多媒体素材、多媒体课件与网络教材三大类，含文本素材500多份、图片1000多幅、音频文件20余个、视频录像5个、动画文件19个、试卷30套。制作了适合不同层次学生的多媒体课件2套、网络教材1套，自制资源总量达1.5G，形成了以培养学生专业实践能力为重点的钢结构原理与设计网络课程体系。
四、加强实践性环节
钢结构原理与设计课程在实践性教学上设计了4个相互衔接的环节。
一是，钢结构课程设计和毕业设计。学生通过钢屋架设计，综合全面地运用所学钢结构基本知识，按设计任务书要求完成普通钢屋架设计和绘制施工详图，并撰写设计计算书。采用设计答辩的方式，调动和激发学生参与课程设计的积极性，提高学生运用专业知识解决工程设计问题的创新能力。
二是，第二课堂活动环节。利用暑假认识实习组织学生到工程部队学习，利用毕业实习组织学生到各地工地参观，每年指导学生参加学院“求实杯”课外学术科技作品竞赛，举办了丰富多彩的学术专题和工程案例讲座，通过观看施工视频录像等活动培养学生发现问题、分析问题、解决问题的意识和能力。
三是，工程案例教学环节。在教学案例建设中注重知识点的结合，采用启发式和参与式教学模式，培养学生的创新思维和运用知识的能力。
四是，后续课程教学以及综合演练科目训练环节。开展模拟化教学和训练科目教学，提高学生综合运用专业知识解决工程实际问题的能力。上述实践活动贯穿于专业教学的第三、四学年，全面推进了素质教育，培养了学生的创新精神和实践能力。
参考文献：
[1]黄玲，谢洪阳.钢结构设计原理课程教学改革探讨[J].高等建筑教育，2010，19（4）：68-70.
[2]付朝江.应用型本科钢结构课程教学实践与改革探讨[J].福建工程学院学报，2008，6（5）：484-486.
[3]孙犁.《钢结构》课程教学内容改革刍议[J].洛阳工学院学报：社会科学版，1999，17（3）：85-87.
Courseconstructionofprincipleanddesignofsteelstructure
ZHoULing，wanGZhonggang，HUanGHaibin，CHenJin，wanGwei
（DepartmentofCivilengineering，LogisticalengineeringUniversity，Chongqing401311，p.R.China）
钢结构设计基本原理篇2
关键词钢结构设计原理桥梁与渡河工程教学改革
中图分类号：G424文献标识码：aDoi：10.16400/ki.kjdks.2016.02.048
随着钢桥和组合结构桥梁建设的不断增加，设计和施工单位急需大批熟练掌握桥梁钢结构设计和施工知识的专业人才。由于过去桥梁与渡河工程专业的本科阶段钢结构教学内容及教材侧重点与工业民用建筑专业无异，刚毕业的桥梁与渡河工程专业的大学生很难适应桥梁钢结构方面的工作，导致桥梁钢结构专业人才短缺、质量不高。一方面，钢桥和组合结构桥梁有着巨大的发展潜力和市场需求，另一方面，桥梁与渡河工程专业钢结构人才短缺，二者的矛盾造成了该领域就业空间广阔，并且在今后一个相当长的时期内该空间还将不断扩展。①为了满足社会对钢桥和组合结构桥梁人才的需求，我校桥梁与渡河工程专业“钢结构设计原理”课程在教学内容、教学方法及考核方式方面也在不断进行改革。
1教学内容
1.1教材
目前，国内已有的《钢结构设计原理》教材，大多基于《钢结构设计规范》（GB50017-2003）②编写，适合工业民用建筑专业的本科生进行学习。涉及公路桥涵、铁路桥梁的钢结构设计规范的《钢结构设计原理》教材极少，以至于桥梁与渡河工程专业的学生学习此类③④教材后，无法直接应用于钢桥和组合结构桥梁的钢结构构造与结构设计中。针对上述问题，我校桥梁与渡河工程专业“钢结构设计原理”课程，选用东南大学叶见曙教授编写的“结构设计原理”⑤第三版第四篇――钢结构。该书结合我国公路桥涵钢结构及木结构设计规范、钢-混凝土组合桥梁设计规范进行编写，较好地解决了教材脱离规范的问题。此外，结合钢桥、组合结构桥梁参考书籍，在授课过程中紧紧围绕桥梁专业用钢结构构件的设计原理进行讲解，使学生工作后，能够做到学以致用，更快适应工作。
1.2侧重点
桥梁与渡河工程专业学生在进行“钢结构设计原理”课程的学习之前，材料力学、结构力学、建筑材料等专业基础课都已经进行了系统的学习。在“钢结构设计原理”课程的教学过程中，涉及到这部分的内容适当从简讲授，而增加更多针对桥梁钢结构的内容。例如在材料性能方面，将讲解的重点放在桥梁钢结构用钢材、高强钢绞线、桥梁钢结构用新材料如耐候钢、耐高温钢材等材料的性能方面，让学生了解现有桥梁用钢的现状及未来的发展趋势；结合这些材料在实际工程中的应用图片，提高学生的学习兴趣；在桥梁钢结构应用中，适当介绍索设计的内容，例如钢梁桥中的体外预应力索、斜拉桥中的拉索、悬索桥中的缆索等，以有助于学生学习后续的钢桥和组合结构桥梁课程，列出主要的参考文献，供学生在课余时间有选择地学习；桥梁钢结构尤其是铁路桥，由于受到动荷载的影响，钢结构焊接的疲劳问题不容忽视，在桥梁与渡河工程专业的钢结构设计原理课程中必须补充疲劳设计的相应内容。为拓展学生的就业面，在课程讲授过程中适当增加工业民用建筑用钢结构设计原理的知识，对其所用规范进行介绍，拓宽学生的知识面。
2教学方法
桥梁与渡河工程专业的钢结构设计原理课程教学，应该既注重基本知识的传授，同时不断启发学生，调动他们学习的积极性和主观能动性，逐步培养出发现问题、思考问题、分析问题、最终解决问题的能力。通过对这种学习方法的传授，使学生既能掌握书本知识，又能不断创新进取，极大提高学生的学习积极性。
2.1理论教学
针对学生对图片或视频信息的兴趣浓厚，对单纯的数字或者文字兴味索然的现实情况，对抽象的理论问题，用动画或搜集实际工程中的图片，以幻灯片或视频形式播放给学生，让学生以娱乐的方式掌握知识。例如，钢结构的连接和破坏问题，每一项钢结构的破坏或失稳现象都通过图片展现，引导学生思考这些现象背后的机理问题，诱发学生的兴趣，从而引出该节课程教授的重点，改善课堂教学的效果；同时，图片或视频的应用，还能加深学生对基本知识与基本原理的感性认识。
但对于计算原理和公式，一定要用板书演示其推导过程，让学生的思路紧随教师的演示，充分利用课堂时间，消化计算原理，提高教学效率。在计算理论讲解完成后，结合工程应用，介绍实际桥梁钢结构的细部处理及节点构造措施，让学生做到理论与实际相结合，掌握工程中处理具体问题的方法。
采用习题课、讨论课的方式，对学生作业过程中存在的问题进行深入剖析，点评解题过程中的易错点和答题错误的原因。在讲解和讨论的过程中，帮助学生理清解题思路，规范解题步骤，总结解题技巧，提高答题的正确率，同时培养学生严谨、认真、细致的工作作风。
2.2现场教学
在桥梁与渡河工程专业的钢结构设计原理课程讲授过程中，多媒体、板书等多种手段是课堂教学的主要方法，但对于钢结构设计原理课程来说，仅有课堂教学是远远不够的。因为尽管有多媒体作为教学工具，但毕竟还是图片或短暂影片，学生难以形成一个完整的钢结构的概念，对钢结构的感性认识依旧不够具体深刻。在钢结构设计原理课程的理论教学学习期间或结束后，充分利用学校周围已建或在建钢桥与组合结构桥梁，进行现场参观、学习，便于理论知识与实际应用“接轨”，有选择性地带学生深入施工现场，进行教学实践很有必要。在进入现场之前，负责钢结构设计原理课程的教师，需要事先向学生讲解工地现场实践中所涉及的系统知识。安排好班级分组与带队教师，特别强调实习过程中的安全问题与组织纪律问题。在施工现场，让学生进一步认识真实的螺栓、焊缝、纵向和横向的加劲肋，辨别现实构件中的受拉构件、受压构件、受弯构件或压弯构件、拉弯构件，观察构件的现场连接拼装。请施工单位负责人讲解施工现场钢结构的基本概况，采用的施工方法，施工组织设计，施工质量控制要点，安全保障措施，施工过程中遇到的各种困难，出现的问题及解决的方案等。现场教学过程中，提醒学生注意观察，认真聆听讲解，将书本上的图纸和现场的实体结构充分比对，加深对书本知识的理解。同时，结合工程技术人员的讲解，学习工程中处理具体问题的方法，真正达到现场教学的目的。
2.3实践教学
实践教学分为实验教学和课程设计两部分。学生在钢结构设计原理课程学习过程中，如果对某个问题有进一步研究的兴趣，可以通过参与大学生创新实验项目，提出自己的研究课题。设计实验方案，动手制作钢结构实验模型，通过实验结果验证自己的想法或发现自己提出的方案的不足，激发学生的创新热情，培养学生的动手能力，同时也可为今后的学习和工作提供宝贵的经验。课程设计，有助于帮助学生系统地应用理论课程学习到的知识，做到学以致用。但以往的课程设计都是在理论课讲授完毕后进行，设计效果不佳。为了改善课程设计效果，打破理论教学与课程设计的严格界限，将理论教学与课程设计同步进行。⑥在钢结构设计原理课程开始上课之时，就给定课程设计题目，随着授课进度的深入，让学生以长期大作业的方式分步骤完成。这样，在理论授课过程中，学生随时可以针对课程设计的内容进行提问，并能得到及时解答，课程设计周学生只需整理计算书、绘制图纸。这样，学生有充足的时间掌握钢结构设计原理的各项设计环节内容，遇到问题能够及时得到解决。
3考核方式
在对钢结构设计原理课程的教学成果进行考核时，如果仅仅通过期中、期末的考试结果来评价学生的学习情况，显然将会是不全面的，也是不准确的。在钢结构设计原理的教学过程中，采用多种考核形式，例如随堂测验，课堂提问，组织学生进行小组讨论或者针对钢结构设计中存在的某一问题，让学生提交研究报告等方式进行考核。对学生的日常测验，也可以采用口试和笔试相结合的形式，或者把一次测验拆分为多次小的测验，这将有助于更加全面地评价学生的学习情况，降低一次考试所带来的偶然性。传统的考试方法大多偏重对知识的记忆，形式单一，难以客观、全面地评价教学效果，也难以调动学生自主学习的积极性。桥梁与渡河工程的钢结构设计原理课程考试，借鉴国家一级注册结构工程师的考试模式，在考卷中，可能涉及到的全部公式均给出，避免学生死记硬背。此外，可考虑“半开卷”考试，允许学生将自己认为重要的内容事先书写在一张a4纸上，考试时允许查看，考后随试卷上交。这样，学生对自己认为的重点进行总结，通过总结内容的实用性，可反映学生对课程重点的把控。
4结语
针对桥梁与渡河工程专业学生钢结构设计原理课程学习中存在的问题，从教学内容、教学方法和考核方式三个方面，提出了一系列的改革措施。
（1）选用《结构设计原理》教材，并结合钢桥和组合结构桥梁相关参考书籍，已学过的内容适当从简讲授，紧紧围绕桥梁专业用钢结构构件的设计原理进行讲解。（2）对抽象的理论问题，用动画或搜集实际工程中的图片，以幻灯片或视频形式进行播放；但对于计算原理和公式，一定用板书演示推导过程；采用习题课、讨论课的方式，点评解题过程中的易错点，总结解题技巧。（3）在理论课学习期间，充分利用学校周围已建或在建钢与组合结构桥梁，进行现场参观、学习。（4）理论教学与课程设计同步进行，进行大学生创新实验。（5）考核中，借鉴国家一级注册结构工程师的考试模式，给出考卷中可能涉及到的全部公式；也可考虑“半开卷”考试。
注释
①苏庆田，吴冲.钢与组合结构桥梁课程教学改革探讨[J].高等建筑教育，2013.22（4）：37-40.
②钢结构设计规范[S].GB50017-2003.
③陈绍蕃.钢结构[m].北京：中国建筑出版社，2003.
④彭伟.钢结构设计原理[m].成都：西南交通大学出版社，2004.
钢结构设计基本原理篇3
关键词：抗震加固；钢网架；整体计算
1工程概况
某工程原设计为农贸市场，改造后为三维数字社会服务管理中心，项目1993年施工建设，原农贸市场主体结构原设计为下部混凝土柱排架结构+屋面轻型钢屋架结构（角钢三角形桁架），房屋高度为6.00m，总长为43m，总宽为30m，中间设一排混凝土柱。原有工程抗震设防分类为丙类，抗震设防烈度为8度0.20g，设计分组为三组，场地特征周期为0.45s，结构阻尼比为0.05。原有工程基础采用柱下钢筋混凝土独立基础，地基处理为局部结合整片的2：8灰土垫层，处理后的地基承载力为180kpa。
根据结构检测鉴定报告，农贸市场结构评价为B级（维修），经现场检测，原柱混凝土强度设计为C20，角柱推定值为20.6，满足原设计要求，评定为C20，其余混凝土柱推定值为16.2，低于原设计要求，评定为C15。
原农贸市场西侧改造设计为汽车库，东侧改造为三维数字社会服务管理中心，由于屋面原设计不带保温，由于本次建筑功能改变，屋面改造为带保温彩钢岩棉复合保温板，拆除中间一排混凝土柱，跨度原设计15m增加到30m，对原建筑物按现行规范进行加固设计后，屋面结构结构形式为钢结构网架，屋面为不上人屋面，根据《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009，本工程为C类（适用后续使用年限50年建筑），按2010系列规范采用设计内力调整系数。
2对原有建筑结构加固改造
目前很多工程设计中将屋盖与下部结构分开进行计算分析，对屋盖下部钢筋混凝土框架部分常用pKpm，YJK等软件，上部屋盖网架采用3D3S，mSt，StwJ（pKpm模块）等，本工程网架部分采用mSt进行计算，整体计算采用YJK软件。在对网架部分用mSt计算中，考虑下部混凝土柱的刚度，按支座按弹性支承考虑。计算中网架部分杆件的控制应力比不大于0.85，网架跨中部分挠度小于短向跨度的1/250。
用YJK整体计算时对于网架等空间结构，在建模计算时在支座处设一根斜杆来模拟支座。在采用模拟施工时，必须注意施工次序的合理顺序。YJK软件在布置荷载时，可以采用蒙皮导荷（蒙皮导荷是指沿着杆件或者墙面边界形成一个面，在该面赋值面荷载）功能，可将面荷载沿着该面的投影方向或法向进行荷载导算，将荷载导算到面的周边节点上。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第10.2.8条规定，屋盖钢结构和下部支承结构协同分析时，阻尼比应符合下列规定：（1）当下部支承结构为钢结构或屋盖直接支承在地面时，阻尼比可取0.02。（2）当下部支承结构为混凝土结构时，阻尼比可取0.025～0.035。本工程计算参数取值中结构阻尼比按振型阻尼比法。振型阻尼比是指针对于各阶振型所定义的阻尼比。组合结构中，不同材料的能量耗散机理不同，因此相应构件的阻尼比也不相同，钢构件取0.02，混凝土构件取0.05。对于每一阶振型，不同构件单元对于振型阻尼比的贡献认为与单元变形能有关，变形能大的单元对该振型阻尼比的贡献较大，反之则较小。所以，可根据该阶振型下的单元变形能，采用加权平均的方法计算出振型阻尼比ζi。经对原有结构增加网架后整体计算，并提取前6阵型下的周期及结构阻尼比（表1），通过分析表明第一振型以下部钢筋混凝土框架为主，2～6振型为混合结构为主。地震作用下X向框架层间位移角满足规范要求，Y向框架层间位移角1/406不满足规范，钢筋混凝土柱配筋不满足。
针对以上验算结果，结构加固分为直接加固与间接加固两类，直接加固主要为增大截面加固法、置换混凝土加固法或复合截面加固法，间接加固主要采用体外预应力加固法、增设支点加固法、增设耗能支撑法或增设抗震墙法等。由于原有建筑框架柱强度等级评定为C15，本工程后续使用年限50年，为满足混凝土结构的耐久性，综合考虑原结构上部框架柱采用增大截面法进行加固。采加大截面法是指采用增大原构件截面面积并增配钢筋，以提高其承载力和刚度，或改变其自振频率的一种直接加固法。该方法施工工艺简单，且具有成熟的设计和施工经验，可用于本工程。框架梁采用外包型钢加固法，对钢筋混凝土梁、柱外包型钢及钢缀板焊成的构架，以达到共同受力并使原构件受到约束作用的加固方法。经加固后，结构整体计算分析，结构位移、位移比，配筋均满足要求。对下部基础不满足部分采用加大基础底面积法，该方法适用于当既有建筑物荷载增加、地基承载力或基础底面积尺寸不满足设计要求，且基础埋置较浅，基础具有扩大条件时的加固，可采用混凝土套或钢筋混凝土套扩大基础底面积。设计时，应采取有效措施，保证新、旧基础的连接牢固和变形协调。
3网架单独计算与整体建模分析
通过网架部分网架单独计算采用mSt进行计算，与整体计算采用YJK软件对比分析，在网架支座刚度对内力影响很大，固定铰支座与滑动铰支座相比，明显减少上弦跨中杆件的内力，支座处杆件内力变化，下弦内力变化不明显，网架和下部钢筋混凝土结构整体计算模型与网架单独模型内力相差较大，支座刚度越大，相差越大，支座刚度越小，相差越小。下部支承网架的混凝土结构刚度对网架内力的影响，在地震工况下的影响较大，在正常使用荷载下影响较小，支承结构的刚度越大，整体模型内力越接近单独模型相同支座的内力。因此，在进行网架下部结构的抗震设计时，应合理考虑网架的抗弯、面内剪切及轴向刚度，对改造工程，在条件允许的条件，宜进行整体分析设计。
4结语
综上所述，针对原有工程改造加固设计，首先应分析结构承载力不足的结构构件，在概念上对建筑进行总体上的加固概念设计，通过空间计算软件对加固概念设计进行复核和优化调整，使得加固方案达到安全可靠、经济，从而满足建设单位的使用要求，也能够满足后续使用年限50年的目标要求，通过对原有框架柱通过加大截面的加固方法，提高了原有结构的安全度，并按现行规范对加固后的混凝土结构与钢网架进行整体共同作用分析，复核加固后方案可靠性，并在考虑网架结构与整体结构共同作用与分别建立模型两种模型进行计算包络设计，确保结构安全，
参考文献
[1]中国建筑工业出版社.GB50011-2010.建筑抗震设计规范，北京.
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[4]薛强，郝际平，米周林.兰州理工大学体育馆的整体分析与设计[J].钢结构，2010第7期第25卷.
钢结构设计基本原理篇4
【关键词】工业建筑；结构设计；轻型钢；应用探讨
1轻型钢结构建筑概述
轻型钢结构建筑经历了实腹式单层轻型钢结构面板建筑到后来的大型工业厂房的发展过程，现在给它赋予了具有更广泛的内容和意义[1]。体系中的轻不仅仅指的是建筑结构的轻，更重要的一个特点是体现在其经济效益上，与传统的建筑相比，轻型钢结构建筑具有建造速度快，施工成本低的特点，从而大大提高了业主的经济效益。在房屋建筑中，衡量该结构是否为轻型钢结构建筑体系的标准有两条，即f指标和t直标，在其他建筑结构形式中以f指标为主。
2轻型钢结构建筑设计要点
轻型钢结构建筑设计同一般结构设计，均需满足适用性、安全性、经济性和美观性[2]。适用性是指建筑物在空间上满足生产生活要求，室内环境满足生产过程中满足安全规范生产要求，包括声环境、热环境、光环境等。声环境要求厂房外的噪声不得超过30分贝，在建筑活动中往往会造成噪声的有震动、雨水冲击和空气噪声。进行建筑设计时根据噪声来源的不同，采取相对应得设计措施进行隔声处理。热环境要求建筑物内空气流通、温度等满足人体冷热感和健康要求。光环境分为室内自然采光和人工补光，在建筑结构设计中则尽可能的要求加大自然采光，减少人工补光，降低能源的消耗，保证室内生产生活的安全进行。
3轻型钢结构厂房基础设计要求
对于门式钢架轻钥结构工业厂房基础的设计，因为其受力影响因素多，具有一定的不确定性，根据一般规律，厂房通常布置有重型大吨位吊车同时又布置多台吊车，则因为其水平移动难以控制，因此对水平采取脚柱刚接，竖向铰接。因为轻型钢结构厂房自身具有自重轻的特点，所以水平荷载主要为风荷载和起重设备所产生的水平力。因此其就会产生较大的偏心力，这是轻型钢结构厂房基础受力最大特点。
4轻型钢结构建筑设计方法
轻型钢结构建筑设计包括屋面设计、墙体设计、加层构造设计三方面。屋面设计通常包括屋面建筑材料的选择和屋面坡度的选择，对于干旱地区，屋面材料主要保温隔热性能好，雨水少，与多雨地区相比对材料的防水性能适当降低，屋面的坡度较小；在多雨区则要求屋面防水性能好，同时屋面的坡度较大。墙体设计可分为内墙和外墙，设计中应根据不同墙体的要求及相关的设计规范对墙体材料进行选择并设计，科学选择墙体板块的布置当时，做到经济安全美观合理，保证设计质量。加层设计与传统的加层设计略有不同，它在传统的加层功能基础上还具有其自身的特点。它是在原有结构的基础上对原有结构进行加固，达到对原有结构优化的目的，在设计中为了提高结构稳定性，弥补钢结构的缺点，需合理设计纵横向的支撑，使其刚度达到设计要求。
5山形门式轻型钢刚架结构体系的应用
改革开放以来，我国钢铁产业获得了快速发展，山形门式轻型钢刚架结构以其节约钢材、节约工期和节约成本的优点被许多工业厂房所选用。采用普通的轻型钢结构虽然大大降低了建筑物的自重，但是当有风荷载和起重设备作用时，会产生较大的偏心力，严重影响到结构的稳定性，对基础的设计和施工带来巨大压力。因此本文采用山形门式轻型钢刚架结构体系，可大大降低上述普通轻型钢结构设计中的问题。山形门式轻型钢刚架结构体系一般应用于仓库式工业建筑和工业厂房，在小跨度结构中优势最为明显。当厂房中无吊车时，结构对侧向力抵抗能力要求较低，因此根据结构弯矩图，结构采用线性变截面钢柱，即节省可钢材又节约成本。当厂房安设大型起重设备时，则结构具有较大的侧向力作用，则结构需提高侧向抵抗力和刚度。因此采用刚陛柱脚来提高厂房的整体刚度，在结构设计中，该结构基础通常设计为偏心基础，来避免基础底面出现拉应力的现象。在结构的连接处采用法兰盘链接已经成为了一种趋势，值得我们在以后的结构设计中借鉴。
6结论
轻型钢在结构设计中的广泛应用已成为现代建筑结构设计中的必然趋势。与传统的施工相比，其节约钢材、节约工期和节约成本的优点使其在建筑材料领域占据了绝对的优势，进一步挖掘钢结构设计特点，并结合中国古建筑形式为钢结构的设计将会有更进一步的发展。
参考文献
[1]万红霞，吴代华，蒋沦如.大跨度门式刚架轻型钢结构设计[J].武汉理工大学学报，2004（2）.
[2]周晖，韦洪生，宋雪峰.轻型钢结构设计中的材料选用[J].河北煤炭，2004（2）.
[3]王德山.钢结构设计及轻型钢结构应用[J].山西建筑，2006（7）.
钢结构设计基本原理篇5
【关键词】绿色建筑结构;结构体系;地基基础;结构构件优化
1前言
绿色建筑指的是在建筑建设中有效节约和控制能源，减少环境污染，创造美好人文环境同时尽量减少对生态环境破坏，维持大自然生态平衡。我们从建筑结构设计方面，采取合理技术手段，优化结构设计，实现绿色建筑结构设计节能降耗。
2绿色建筑结构的设计原则
绿色建筑结构设计遵循三个原则进行设计：结构整体性原则，绿色建筑结构应能充分地与建筑整体效应相符；合理适中原则，合理的结构体系及适中的经济成本是结构具备绿色特性的表现；尊重自然原则，绿色建筑的重要突出特点就是每一步都应力求做到与环境有机融合。
3绿色建筑结构设计要点主要有以下几点内容：
3.1节材内容
3.1.1择优选用
建筑形体结构造型宜简单，应符合建筑功能及技术要求，结构构造合理，避免形体标新立异造成的结构不合理、空间浪费或构造过于复杂引起的建造材料大量浪费或后期运营费用过高；不宜采用纯装饰性构件，控制造型要素中没有功能要求的装饰构件的应用；有功能作用的室外构件应在设计时与建筑一体化设计。
3.1.2对地基基础、结构体系、结构构件优化设计
（1）地基基础设计
地基基础设计结合建筑所在地实际情况，依据勘察成果、结构特点及使用要求，综合考虑施工条件、场地环境和工程造价等因素，经基础方案比选，就地取材。由于基础在建筑成本中占有较大比例，应进行多方案的对比论证，采用建筑材料消耗少的结构方案，因地制宜，综合安全合理、施工方便、节省材料、施工对环境影响小等方面论证。同时根据上部结构情况，在满足地基基础强度和建筑物沉降的前提下，地基可优先考虑天然地基，桩基优先采用预制桩。钻孔灌注桩可通过采用后注浆技术提高侧阻力和端阻力。桩底及桩侧注浆可有效提高桩基承载力1.4~1.8倍，大幅度减低材料用量。桩基础通过先期试桩以现场试压得到的单桩承载力特征值为最终单桩承载力特征值，一方面可以确保桩基具有足够承载力，另一方面也有利于发挥桩基承载力余量，符合绿色设计节材的理念。
（2）结构体系、结构构件优化设计
在保证安全性与耐久性的情况下，结构体系优化设计应符合下列要求：不应建筑形体不规则而形成的特别不规则结构；应根据建筑功能、受力特点选择材料用量较少的结构体系；高层和大跨度结构中，可合理采用钢结构体系、钢与混凝土混合结构体系；高层住宅可合理采用钢结构体系、钢与混凝土混合结构体系。高层混凝土结构的竖向构件和大跨度结构的水平构件应进行截面优化设计。大跨度混凝土楼盖结构，宜合理采用有粘结预应力梁、无粘结预应力混凝土楼板、现浇混凝土空心楼板等。由强度控制的钢结构构件，应优先选用高强钢材；由刚度控制的钢结构，应优先调整构件布置和构件截面，增加钢结构刚度。钢结构楼盖结构，宜合理采用组合梁进行设计。绿色建筑应尽量选用利于空间灵活分割的结构体系，为实现住宅的可改造及空间的可变性提供必要的条件。要尽量减少过多的大面积钢筋混凝土承重墙的设置。通常框架结构体系要比砌体承重结构在空间分隔上更加灵活；大开间预应力楼板或板柱体系可提供无内柱、内梁的自由分隔平面，比传统的主次梁钢筋混凝土楼板分隔灵活。高层大开间大空间住宅的抗侧力结构进行设计方案的比较及优化，有效地节约材料用量。
3.1.3采用工业化生产的预制构件
以工厂预制构件为主要构件，经现场装配、连接而成混凝土结构，其主要特点：以预制钢筋混凝土梁、柱，代替现浇梁、柱；以预制钢筋混凝土墙取代现浇剪力墙或砌体围护；节水、节电、节材，社会效益明显。
3.2结构材料选用
在设计过程中应根据建筑功能、层数、跨度、荷载等情况，优化结构体系、平面布置、构件类型及截面尺寸的设计，合理采用高耐久性建筑结构材料；在保证安全的情况下，应合理使用可再利用建筑材料和可再循环材料，其质量之和占建筑材料总质量的比例，对于居住建筑不应小于6%，符合我国可持续发展的管理理念，减少生产加工新材料带来的资源、能源消耗和环境污染，具有良好的经济、社会和环境效益；充分利用不同结构材料的强度、刚度及延性等特性，减少对材料尤其是不可再生资源的消耗。结构材料选择应符合下列要求：应优先采用高性能、高强度材料；现浇混凝土应采用预拌混凝土；建筑砂浆全部采用预拌砂浆；受力钢筋宜合理选用高强钢筋。在普通混凝土结构中，受力钢筋优先选用HRB400级热轧带肋钢筋及以上受力普通钢筋（包括梁、柱、墙、板、基础等构件中的纵向受力筋及箍筋），用量应达到钢筋总量的30%以上；在预应力混凝土结构中，宜使用高强螺旋肋钢丝以及钢绞线。对于钢结构，Q345及以上高强钢材的用量应达到总量的50%以上。使用高强钢筋可节约钢材使用量，减轻建筑自重、节约基础费用，建筑使用寿命结束后可再循环使用。使用高强混凝土可减少构件截面尺寸，节约混凝土用量，提高混凝土耐久性，增加建筑物的使用面积。
3.3绿色建筑结构创新点
采用资源消耗少和环境影响小的建筑结构，如钢结构、砌体结构、木结构、预制钢筋混凝土结构等；应用建筑信息模型（Bim）技术，实现三维结构设计可视化，参数化结构构件设计，构件统计和材料算量，共享核心数据，实现协同化设计。
4案例分析
米那亚大厦是建筑师杨经文生态高层商业建筑作品，平面中每三层凹进一次，设置空中花园，直至建筑屋顶，空中花园沿建筑表面螺旋上升；被围和的房间形成结构核心筒；楼、电梯和卫生间都自然采光通风；屋顶露台由钢和铝的支架结构所覆盖，同时为屋顶游泳池及顶层体育馆曲屋顶提供遮阳和自然采光，达到生态绿色的效果。该绿色生态建筑值得我们在结构选型关注和思考。
5结语
综上所述，绿色建筑结构设计是绿色建筑重要的内容，保持绿色建筑的理念，从结构体系的优化设计、建筑结构材料以及地基基础设计入手，确保绿色建筑结构设计能够不断开拓创新，更新新的设计理念，促进建筑行业的可持续不断发展。
参考文献
[1]《绿色建筑评价标准》（GB/t50378-2014）[S].
[2]《民用建筑绿色设计规范》（JGJ/t229-2010）[S].
[3]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）[S].
钢结构设计基本原理篇6
关键词：钢结构结构稳定结构设计
1、引言
稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的损失。现代工程史上不乏因失稳而造成的钢结构事故，其中影响最大的是1907年加拿大魁北克一座大桥在施工中破坏，9000吨钢结构全部坠入河中，桥上施工的人员75人遇难。破坏是由于悬臂的受压下弦失稳造成的。而美国哈特福特城的体育馆网架结构，平面92m×110m，突然于1978年破坏而落地，破坏起因可能是压杆屈曲。以及1988年加拿大一停车场的屋盖结构塌落，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这两次事故都和没有设置适当的文撑有关[1]。在我国1988年也曾发生l3.2×l7.99m网架因腹杆稳定位不足而在施工过程中塌落的事故。从上可以看出，钢结构中的稳定问题是钢结构设计中以待解决的主要问题，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡，所以我们在钢结构设计中，一定要把握好这一关。目前，钢结构中出现过的失稳事故都是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性能不够清楚，对如何保证结构稳定缺少明确概念，造成一般性结构设计中不应有的薄弱环节。另一方面是由于新型结构的出现，如空间网架，网壳结构等，设计者对其如何设计还没有完全的了解。本文针对这些问题提出了在设计中应该明确在钢结构稳定设计中的一些基本概念，以及对新型钢结构稳定性研究应该了解的一些问题并且应该懂得如何解决这些问题。只有这样我们在设计中才能更好处理钢结构稳定问题。
2、钢结构稳定设计的基本概念
2.1强度与稳定的区别[2]
强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度，因此是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性，对混凝土等脆性材料，可取它的最大强度，对钢材则常取它的屈服点。
稳定问题则与强度问题不同，它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态，因此，它是一个变形问题。如轴压柱，由于失稳，侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩，因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然，轴压强度不是柱子破坏的主要原因。
2.2钢结构失稳的分类[1]
(1)第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题（也叫分支点失稳）。完善直杆轴心受压时的屈曲和完善平板中面受压时的屈曲都属于这一类。
(2)第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题（也叫极值点失稳）。由建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力，属于这一类。
(3)跃越失稳是一种不同于以上两种类型，它既无平衡分岔点，又无极值点，它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。
区分结构失稳类型的性质十分重要，这样才有可能正确估量结构的稳定承载力。随着稳定问题研究的逐步深入，上述分类看起来已经不够了。设计为轴心受压的构件，实际上总不免有一点初弯曲，荷载的作用点也难免有偏心。因此，我们要真正掌握这种构件的性能，就必须了解缺陷对它的影响，其他构件也都有个缺陷影响问题。另一方面就是深入对构件屈曲后性能的研究。
2.3钢结构设计的原则
根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。
(1)结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求
目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。就如上述的1988年加拿大一停车场的屋盖结构塌落，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这两次事故都和没有设置适当的文撑而造成出平面失稳。
由平面桁架组成的塔架，基于同样原因，需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系。
(2)结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算十分重要[3]。
目前任设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。GBJl7—88规范对单层或多层框架给出的计算长度系数采用了五条基本假定，其中包括：“框架中所有柱子是同时丧失稳定的，即各柱同时达到其临界荷载”。按照这条假定，框架各柱的稳定参数杆件稳定计算的常用方法，往往是依据一定的简化假设或者典型情况得出的，设计者必须确知所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。在实际工程中，框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况还可举出以下两种，即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这两种情况若按规范的系数计算，都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。
(3)设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。
结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。
2.4钢结构稳定设计特点
（1）失稳和整体刚度:现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法。
（2）稳定性整体分析：杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体。稳定分析必须从整体着眼。
（3）稳定计算的其它特点：在弹性稳定计算中，除了需要考虑结构的整体性外，还有一些其他特点需要引起重视，首先要做的就是二阶分析，这种分析对柔性构件尤为重要，这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响，其次，普遍用于应力问题的迭加原理[4]．在弹性稳定计算中不能应用。这是因为迭加原理的应用应以满足以下条件为前提：
1）材料服从虎克定律变成正比；
2）结构的变形很小。
而弹性稳定计算一般均不能满足第2）个条件，非弹性稳定计算则两个前提都不符合。
了解了一些在钢结构设计中应该明确的一些基本概念，有助于我们在设计中更好地处理稳定方面的问题，随着新型钢结构体系地不断发展，我们对稳定问题的研究要求也不断地提高，之所以在设计中出现结构失稳问题，另一个重要原因就是我们对新型结构稳定知之甚少，也就是目前钢结构稳定研究中存在的问题。
3、钢结构稳定性研究中存在的问题
钢结构体系稳定性研究虽然取得了一定的进展，但也存在一些不容忽视的问题[5]：
(1)目前在网壳结构稳定性的研究中，梁-柱单元理论已成为主要的研究工具。但梁-柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说，虽然有学者对梁-柱单元进行过修正[3]。主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。
(2)在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题，目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数，未反映整体稳定与局部稳定的关联性。
(3)预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善，目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。
(4)钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响，目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围，而在实际工程中，由于结构参数的不确定性，会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究。
从上面可以看出，我们的钢结构稳定理论还是不够完善，我们在设计中一般都是把钢结构看成是完善的结构体系，针对上述问题（4），我们可以看出在设计中我们没有考虑一些随机因素的影响。但是我们在考虑这些因素之前，应该弄清楚这些随机因素的来源，一般情况下把影响钢结构稳定性随机因素分为三类：
(1)物理、几何不确定性：如材料（弹性模量，屈服应力，泊松比等）、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等。
(2)统计的不确定性：在统计与稳定性有关的物理量和几何量时，总是根据有限样本来选择概率密度分布函数，因此带来一定的经验性。这种不确定性称为统计的不确定性，是由于缺乏信息造成的。
(3)模型的不确定性：为了对结构进行分析，所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素，所导致的理论值与实际承载力的差异，都归结为模型的不确定性。
以上都是钢结构稳定设计中存在的问题，只有我们进一步地深入研究这些稳定，钢结构稳定理论将会进一步完善，如对于钢结构稳定设计中涉及到随机因素的影响，国外已经引入了钢结构稳定的可靠度设计，这也表明了钢结构稳定设计理论也在不断的完善。
4、结束语
钢结构稳定问题区别于强度问题。在实际设计中，设计人员应该明确知道结构构件的稳定性能，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。针对上述问题，本文提出了在设计过程中设计人员应该明确的一些基本概念；其次，随着新型结构的出现，设计人员对其性能认识的不足，从而导致构件的失稳，本文就这个问题阐述了新型结构现存的一些问题，并且针对一些问题论述了产生的原因。总之，只有深入了解这些问题，才会使得钢结构稳定理论设计不断地完善。
参考文献
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钢结构设计基本原理篇7
新工科建设是应对新经济的挑战，从服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的高度，在“卓越计划”的基础上，提出的一项持续深化工程教育改革的重大行动计划。根据新工科“新”的内涵，即新兴、新型、新生。“新兴”指的是全新出现、前所未有的新学科，主要指从其他非工科的学科门类，如应用理科等一些基础学科，孕育、延伸和拓展出来的面向未来新技术和新产业发展的学科。“新型”指的是对传统的、现有的（旧）学科进行转型、改造和升级，包括对内涵的拓展、培养目标和标准的转变或提高、培养模式的改革和创新等，而形成的新学科。“新生”指的是由不同学科交叉，包括现有不同工程学科的交叉复合、工程学科与其他学科的交叉融合等而产生出来的新学科。钢结构课程的教学改革属于新型、新生的范畴。本文从新工科专业建设的重点之一，即从“新工科人才培养模式”出发，包括课程体系和教学内容改革、教育教学方式改革、课堂教学与课外学习的关系、通识教育与专业教育的关系等方面，探讨钢结构课程教学改革的措施和方法。
1课程体系和教学内容改革
目前，多数院校在开设土木工程专业的钢结构课程时，课时偏少，更多的重视混凝土课程设置，本科阶段的钢结构课程中，学生所学内容主要是钢结构基本原理的学习，对于钢结构设计内容开设的极少，随着大跨度钢结构的发展及广泛应用，其设计愈显重要。通常学生主要学习钢结构的连接计算，焊缝及螺栓连接；轴心受力构件的计算，但部分院校所讲内容未包括格构式构件的设计，只讲授了实腹柱的强度、刚度、稳定的计算。稳定问题是钢结构中最重要的知识之一，由于稳定的理论及计算较难以理解，只是教授学生如何使用公式而已，未能使学生从失稳的机理上去掌握。同时受压构件的稳定问题在此课程开设之前的“材料力学”课程中有相关章节内容，部分院校开设力学课程时，并未讲授此章节，主要考虑到课时限制及内容的难度而省略了，但笔者建议在力学教学中关于压杆稳定的计算应重点讲解，为后期钢结构的稳定计算打下基础。后续内容便是钢结构受弯构件的计算，只是简单介绍了些概念问题，并未进行理论和设计的计算。拉压弯构件及屋架的计算，很多院校也忽略了此部分教学内容，造成学生无法对钢结构的设计及计算有整体上的理解。
钢结构的计算和设计需考虑实际施工的需要，在所学课程“土木工程施工”中，关于钢结构的施工内容较少，而且钢结构施工内容较为陈旧，很少涉及到动画或视频。
由于土木工程专业属于应用型学科，大多情况要求工作人员持证上岗，故教学中适量加入工程师考试内容，使学生提前了解考试题型，便于学生掌握规范内容及其应用，同时可加深对理论知识的理解。
2教学方式改革
钢结构问题均为实际工程问题，对于此课程的讲授难免需要实践教学。大多数院校在钢结构教学中，学生均反映内容较为难学，难以理解；一方面是钢结构与力学知识联系比较密切，学生力学基础薄弱，另一方面是钢结构连接、安装及实物有些抽象，学生只是在课堂上学习，未见过钢结构现场，对大部分构件、结构难以想象出来，造成学生感觉钢结构内容的学习很困难。故笔者认为，钢结构课程讲授过程中必须搭配实践教学，如讲到钢结构加工时，可把教室移到加工现场参观并加以讲解；涉及钢结构连接时，可安排学生到钢结构安装现场或已有钢结构建筑场地进行讲解。学校可与相关企业合作建立钢结构实习基地，才能真正解决钢结构实践教学的问题。
钢结构除了教室教学，还可让学生亲自动手试验去掌握课本知识。如轴心受力构件、受弯构件及拉压弯构件的整体稳定和局部稳定的破坏模式，课堂上学生理解，此部分内容对学生的空间想象能力及力学知识要求较高，为让学生有个直观的认识，可加工不同截面类型的试验构件通过实际试验让学生观察到试件产生整体失稳和局部失稳的过程，然后再从理论上教学，学生便易于接受。
同时需调整钢结构教学课时，应包括理论课时、实践（试验）课时和课程设计等，教学过程中应充分利用多媒体教学资源及手段，对于课本图片多为平面图，加之一些知识点较难理解，难以让学生看懂，且钢结构多为空间立体杆件结构，尤其钢结构的加工连接、安装、吊装均需提供详细的三维图纸和动画视频，这样可使学生达到身临其境的感觉，才能减轻学生的负担，从而提高教学效果。
3考核方式的改革
钢结构课程一般考核方式主要包括：平时成绩、考试成绩和期中考试成绩，大多数学校把平时成绩定为出勤率的考察，但学生出勤是必须的，也是学习这门课的前提和基础，因此，可把平时成绩改为平时作业、课堂听课状态、上课提问回答问题的情况、参与小组讨论情况等，若无特殊原因缺勤或迟到早退的现象，则在平时成绩中倒扣分。最后还可添加钢结构课程设计的成绩，钢结构同混凝土课程一样，均需要通过设计来最终考核学生对课本知识的掌握和应用情况，即学生的综合知识的运用能力。
4提供课外学习平台
一门课程的学习仅仅通过教师每节课的45分钟是远远不够的，学校可提供数字学习资源平台，为学生开通课下线上查阅资料，观看相关教学视频的渠道，让学生把课上的疑难问题在课下及时解决，达到事半功倍的效果。同时可组织创新创业实践、结构设计大赛、试验设计竞赛、专业社会实践等，积极引导学生参与进去，使学生利用?n本所学的理论知识应用到实际中去，以培养其实践用手能力、应用能力、创新能力。
大学四年最后的环节就是毕业设计，现阶段由于钢结构教学课时设置不足，毕业设计的对象基本都是混凝土结构，对于钢结构的设计较少，导致学生出现对钢结构设计的难度较大的错觉，为了丰富毕业设计的对象，锻炼学生的综合知识能力，指导教师可根据学生的兴趣和个人情况选定一些合适的钢结构设计题目，以锻炼其查阅钢结构规范及资料的能力。
5加强通识教育与专业教育
不同类型高校在新工科人才培养上对待二者关系上有不同的处理方式，但也有一致的方面：一是强调通识教育对专业教育的支持，包括加强基础科学教育使学生对各种新技术的科学基础有扎实的理解等，这些对学生适应日后新技术和新产业的快速发展和变化十分重要；二是新工科要求注重专业教育的包容性、发展性和未来性对通识教育提出了更高的要求，必然促进通识教育的改革。
根据钢结构的教学内容可知，该课程与力学中“材料力学”、“结构力学”知识联系最为密切，因此，力学老师应加强材料力学、结构力学的教学及考核方式，把学生的力学功底打牢。进而推知，材料力学的基础是数学，土木工程本科专业数学课程主要包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计，数学即为通识教育课程，尤其是高等数学中的微积分的知识、线性代数中的矩阵知识及概率论与数理统计中的概率统计知识对后期力学的学习至关重要，同样必须加强通识教育课程的学习。
钢结构设计基本原理篇8
[关键词]抗震加固；强柱弱梁；经济节约。
overallseismicstrengtheningbuilding’seconomicmeasures
ZhaoQing1,QianXu2,ZhaoJie3
（1.ChinainternationalengineeringDesign&ConsultCo.LtD,Beijing100044，
2.BeijingforeignenterprisehumanresourcesserviceCo.,Ltd.，Beijing100020
3.ChinaDatangtechnology&engineeringCo.LtD,Beijing100097）
中图分类号：tU973+31文献标识码：a
[abstract]Recently,inChina'smajorcity,constructionprojectshasbeenincreasinglysaturated,duetothedevelopmentofsociety,neitherfunctionnordecorationoftheexistingbuildingshavebeenunabletomeetrequirements,thereinforcementandreconstructionprojectsgetmoreandmore.accordingtoanalysiscompletedprojectoftheseismicstrengtheningdesign,onlyjudgementstrictlywhicharethemembersneedtoreinforceandcomparevariousschemes,wecangetthesafetyandeconomicaleffect.
[Keywords]aseismicstrengthening,strong-columnandweak-beam,economy&saving.
1加固设计实例分析：
1.1实例1：2012年所做一加固设计工程为钢筋混凝土框架-核心筒结构，地上28层、局部29层、地下二层，房屋高度99.800m；抗震设防烈度：6度，设计地震分组为第二组,地震作用计算按6度,抗震措施按7度设防要求。设计施工图开始时间为2008年1月，结束时间为2010年1月。采用Satwe2008版计算软件计算，基础采用JCCaD软件计算。竣工于2011年12月。工程验收完成后，由于更换甲方，使用功能进行了较大修改。并进行了检测，根据检测报告显示：所有混凝土标号均未达到设计要求，其中筏板部分混凝土标号低于原设计2个等级，其他部分混凝土标号低于原设计1个等级；其他合格。按照新的使用功能和混凝土实际标号，结构工程师对建筑物的整体性，构件及基础进行了必要的验算。影响结构安全的部位，综合考虑技术经济效果，进行加固设计。
1.1.1基础部分加固分析：
1)原有设计：原设计人员选用梁板式筏形基础，建筑地基基础设计等级为乙级；采用CFG桩复合地基。处理后的地基承载力特征值fspk>450kpa。筏板厚度1800，地基梁为900x1900。
2)基础验算：采用JCCaD软件，按照本建筑物的条件，首先按普通弹性地基梁计算。地基梁不满足计算，计算结果很多与图纸配筋差距非常大。
3)采取的措施：a）与地勘沟通后，建议增大基床系数，将基床值K由20000提高到80000，计算结果略好，但仍有一部分地基梁实际配筋不满足计算。b）.本工程上部结构刚度较大、荷载分布不均匀，并且用模式1算不下来，因此考虑采用考虑等代上部结构刚度影响的弹性地基梁计算，初步估算上部结构等代刚度为基础梁刚度的33倍。计算结果更加好，但仍有一部分地基梁实际配筋不满足计算，且差距很大。由于后三种计算不适合本建筑，因此，计算只考虑JCCaD基础梁计算中的前2个。c）.由于筏板厚度较大，梁仅高出筏板100，考虑按照筏板有限元计算方法再进行验算。计算结果很不理想，大部分筏板超筋。d）.经过几轮计算，机算结果均为不满足，手算考虑框架柱的宽度，并考虑基础梁自身梁高影响，将基础梁跨度减小，L0=L-Hc-Hb
Hc--柱截面高；Hb--基础梁截面高度
计算结果基本上满足了实际配筋，但仍有个别部位地基梁实际配筋不满足计算。
4)基础加固方案选择：
考虑到基础为重要构件，应留有安全储备，各种计算方法均不能完全满足计算结果，如采用加固方法，对于地基基础来说，难度很大；因此，调整思路，经与甲方沟通，在不影响使用功能的前提下，采用在地下二层（设备层）不满足计算的地基梁上布置剪力墙（开大门洞），采用植筋的方法施工新加剪力墙。施工方法见下面示
经过计算，基础构件计算均满足了要求。
1.1.2.上部结构加固分析：
计算结果显示周期，地震力，位移等抗震指标均满足规范要求；各类构件中计算超出实际配筋的部分，应根据具体情况进行分析，确定加固方案。
1)剪力墙
本工程从基础至顶未改变剪力墙厚度，筒体外圈厚均为450，内墙厚均为320，剪力墙结构底部加强部位为地下二层至17.750m（地上五层）。混凝土标号降低后，部分连梁配筋超出原有配筋。由于本工程修改和加固的难度很大，且任何加固改造都会对原有结构造成一些破坏。经过认真考虑，我公司针对剪力墙的性能进行了计算复核：剪力墙的厚度分别改为310（450）及200（250），保持实际的结构刚度及水平力的分配，将墙厚为450及250时的实际剪力墙内力作为新墙厚的内力，保证新墙厚的各墙肢的水平剪力不小于原有墙厚各墙肢的剪力的条件下，进行复核。计算步骤如下：
1.摘出原有墙厚的墙肢内力。
2.修改墙厚
3.施加外荷载
4.试算，直至满足所有墙肢内力超过原墙厚的最大墙肢内力
5.摘出现有墙厚的墙肢内力。
6.输出计算结果
结论：经过复核后，结果显示：墙体配筋均为构造，310厚墙体as=1.6,200厚墙体as=1.0；构造边缘构件的配筋率也可满足0.006ac。经过以上的验算，其主体结构核心筒墙，在墙厚310，内部墙体200厚的状态下，墙的安全性能和抗震性能仍能够得到保障。因此我院决定，目前墙体设计在能够保证结构安全的前提下，不进行加固处理。
2)梁柱部分：
按照实际使用情况进行验算后，结果表明：有些楼层的很多梁计算配筋与实配钢筋有出入，大部分差距在10%以内，少部分差距到10%~15%。因为属于t型梁范围内的板配有一定数量的钢筋as，而楼板钢筋参与负弯矩分配。施工图设计时承载力阶段“梁”配筋实际上采用（m梁+m板）、板筋照配，造成实际“广义梁端”承载力为（m梁+m板+m板2）,形成m柱
[条文说明]：汶川地震震害表明，结构柱底或柱顶出现破坏严重，缘板和梁裂缝宽度验算增加的梁纵筋的作用，低估了梁端的承载力，相对高估了柱端承载力，因此在实配柱纵筋和箍筋时，应考虑这部分梁纵筋的影响：
柱增加的单向纵筋和箍筋可按以下简化计算确定：
柱增加的单边纵筋：
柱增加的箍筋：，
其中：
-------验算裂缝宽度或考虑梁翼缘板增加的钢筋；
-------梁纵向钢筋的强度设计值；
-------柱纵向钢筋的强度设计值；
-------柱箍的强度设计值；
-------梁截面有效高度；
-------柱截面有效高度；
--------柱的净高；
为了减轻设计人员的工作量，可按以下方法配筋：
（a）考虑梁翼缘板的影响时，柱纵筋单边增加2（二级钢），柱箍筋增加量较小，无须再增加。
（b）考虑梁裂缝宽度验算影响时，柱纵筋单边增加50%agb，agb为验算裂缝宽度增加的梁面支座钢筋。柱箍筋无须再增加。
福建省建筑结构抗震设计暂行技术规定中第6条的规定也符合《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010条文说明中第6.2.5条的精神，实现梁端“强剪弱弯”的设计概念。按照结构图纸，板厚100，板上负筋,为圆8@200及圆8@150（三级），6hf约为600mm，板下筋为圆8@200（三级），每边最少配筋量为3跟圆8（上，下），考虑下筋保护层厚度折减钢筋量,配筋量为151+0.85x151=279，两侧agb=2x279=558mm2(三级)。柱钢筋每边as=22+2+2.8=26.8，实配钢筋为as=44，大于26.8，实现了强柱弱梁的设计思想。考虑到梁端计算钢筋中包含了翼缘板内钢筋，因此所有框架梁负筋应允许减少558mm2(三级)。
根据《混凝土结构加固设计规范GB50367-2006》及以往工程经验，本着安全适用，经济合理的原则，考虑本工程的实际情况，将分为以下几种情况进行加固设计：
a．端支座及下筋实际配筋量少于计算配筋量5%以内时，即as端实>0.95as端计，as底实>0.95as底计,不再进行加固；
b．端支座实际配筋量少于计算配筋量超出5%，未超过5%+3cm2时，即as端实>0.95as端计-3时不需要进行加固。
c．as端实as端计-as端实，考虑塑性铰出现在梁端，调幅至梁底，无需加固；如梁底钢筋也无余量，应进行加固设计。
d.下筋实际配筋量少于计算配筋量5%以上时，即
as底实(as底计-as底实)，可考虑减小梁端调幅量，无需加固；
e.端支座及下筋实际配筋量少于计算配筋量均超出5%以上时，应进行加固设计。
确认应进行加固的梁，可采用以下两种加固形式，1）钢筋亏欠量少于实配钢筋的40%以内时，采用贴碳纤维加固，2）钢筋亏欠量多于实配钢筋的40%时，采用增大截面法加固。
3)楼板部分：
均为双向板，降低1级混凝土标号后，板配筋应相应增加1%~1.5%，考虑到钢筋欠缺不多（5%以内），且楼板为次要构件，本次不考虑加固。
1.2实例2：2013年所做一加固设计工程为钢筋混凝土框架-剪力墙结构办公楼，地上26层、地下四层，房屋高度96.600m；抗震设防烈度：8度，设计地震分组为第一组,抗震措施按8度设防要求。设计施工图开始时间为2004年1月，结束时间为2005年1月。采用Satwe2005版计算软件计算，基础采用JCCaD软件计算。竣工于2008年12月。工程验收完成后，由于更换甲方，一些楼层使用功能进行了较大修改，例如局部夹层、增加厨房、屋顶增加廊道等。全楼进行了检测，均为合格。按照新的使用功能，结构工程师对建筑物的整体性，构件及基础进行验算。影响结构安全的部位，综合考虑技术经济效果，进行加固设计。
1.2.1基础部分加固分析：
经过对原有设计的复核，结构总的竖向荷载增加在5%以内。考虑到建筑物完工至今已经满5年，基底持力层土质很好，固结发展完成，因此基础部分不就行加固处理。
1.2.2.上部结构加固分析：
计算结果显示周期，地震力，位移等抗震指标均满足规范要求；各类构件中计算超出实际配筋的部分，应根据具体情况进行分析，确定加固方案。
1)剪力墙
由于采用的规范不同，如果按照现有规范进行复核，计算中增加了层间剪力的计算，几乎所有的剪力墙构件的层间剪力均超筋。本工程的实际情况是，2008年完工后并未使用，根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006，第3.1.2及3.1.7条，后续使用年限经与使用方及审图单位商议，确定维持原设计图纸使用年限50年，即从2004年作为建筑起始年份计算，因此，本次设计作为装修使用前的修改设计进行，沿用2005版计算软件，以避免对剪力墙的大量加固。
此次修改设计，对个别剪力墙进行了删除和开门洞，不仅一些连梁有超筋现象，也发现一些剪力墙墙体也有计算配筋超出原有墙体配筋问题。鉴于本工程原有设计已对连梁超筋采取了有效措施，故本次加固设计不再对连梁进行加固。但是剪力墙做为非常重要的抗侧力构件，不应该存在不满足计算的现象存在，但是剪力墙的加固在施工上非常有难度，而且按照常规的粘钢等加固方法也非常的不经济，且容易对原有剪力墙钢筋造成破坏。因此，设计人员调整思路，经与甲方沟通，在不影响使用和美观功能的前提下，采用在不同楼层增加钢支撑的方法，改善受力，使剪力墙全部满足计算要求。
2)梁柱部分：
按照实际使用情况进行验算后，结果表明：a.改变荷载的楼层的很多梁计算配筋与实配钢筋有出入，根据实例1的设计原理，对框架梁进行甄别，分别采用以下两种加固形式，①钢筋亏欠量少于实配钢筋的40%以内时，采用贴碳纤维加固，②钢筋亏欠量多于实配钢筋的40%时，采用增大截面法加固。b.框架柱部分计算超出原有设计部分均采用粘钢方法进行加固处理。c.夹层设计本着充分利用原有结构的原则，尽量不影响到原有建筑的整体分析计算，采用钢结构加层；梁上植筋栓塞焊接钢板，钢柱柱脚铰接；楼板采用压型钢板与混凝土组合楼板。
3)楼板部分：
楼板为次要构件，本次加固设计除大跨板以外，均按照塑性计算，通过板配筋对比计算，增加量小于5%以内，本次不考虑加固；增加量5%~20%部分采用粘贴碳纤维方法加固；配筋量相差过大时，采用增加钢次梁的方法减小板跨，满足计算。
2从设计阶段加强经济性分析：
2.1分析影响经济性的宏观因素：从长期的加固设计经验来看，方案的选择是影响经济因素的主要因素，构件的加固是次要因素，只有对方案进行仔细推敲研究，选出最安全、合理、经济的加固方案，才能达到节约的目的。
2.2分析影响经济性的微观因素：按照各结构受力构件的重要性，不同对待。基础及竖向承重构件，为相对重要构件，必要时应留有安全储备；梁板等水平受力构件量大且可作为次要构件，根据经验少加固甚至不加固，充分发挥原有的构件的潜力。
2.3从设计概念入手，理论指导，深入分析，找出确实需要加固的构件，不仅仅要考虑结构构件在地震力作用下的破坏情况并对其进行抗震加固、提高其抗震承载力,更要考虑整体结构的抗震性能。千万不可做无用功甚至加固后引起整体结构抗震不利。
2.4结构抗震加固是在对既有建筑物或构筑物进行检测、评价、维修的基础上，进行加固改造，为了取得了良好的社会和经济效益，要对加工方法进行研究，确定最适合的加固方案。
3.结论：
由于时代的进步和国力的增长，新规范中增加了很多抗震构造措施，这对于建筑物的抗震性能是非常有效的。但由于已有建筑物的实际情况各有不同，有些加固很难实现；而且，为实现该加固也造成资金上的巨大浪费，这就需要设计人员按照实际情况，按照现行规范及经验分析判断，既要满足规范要求，抗震要求，安全要求，也不能给甲方造成不必要的浪费，实现安全性和经济性的统一。
参考文献［1］GB50011-2008建筑抗震设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社,2008.
［2］JGJ116-98建筑抗震加固技术规程［S］北京：中国建筑工业出版社，1998.
［3］《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006［S］国家标准
钢结构设计基本原理篇9
关键词：钢结构；三维视图；教学改革
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2016）02-0161-02
课堂教学是钢结构教学中的一个重要环节，而传统课堂教学主要依靠教师粉笔板书授课，学生带着书本和笔记录教师所授重点；基于钢结构知识点的抽象性，需要学生心中对所涉及内容的空间三维实体图形有比较清晰的概念才行，然而很多情况下教师根本无法用语言将某些实物讲清楚，学生听了半天也不知道教师在讲什么，势必会降低课堂效率和教学质量。
一、钢结构课堂教学学时数偏少的现状
我校土木工程专业本科人才培养方案中《钢结构》作为工民建和道路桥梁与渡河工程方向的专业必修课放在第四学期开课，48学时，其中实践4学时，配有一个钢结构课程设计。调查其他土建类高校开课情况可知，钢结构课程的总学时也就在50～60学时之间，这样的学时数对于钢结构课程来说远远达不到良好的教学效果。o英伟、刘凌云等认为，目前钢结构课程的开课情况与钢结构的发展趋势相背离，呼吁适当增加钢结构的学时至90以上[1-2]。但是笔者认为，在人才培养方案总学时固定的情况下（大多高校在170～220学分），以16学时为1学分计算为2720～3520学时。稍微分析一下人才培养方案就会发现，公共必修课中《思想品德修养与法律基础》（48学时）、《中国近现代史纲要》（32学时）、《马克思主义基本原理》（48学时）、《思想与中国特色社会主义理论体系概论》（96学时）、《形势与政策》（128学时）、《安全教育》（24学时）、《国防教育》（16学时）、《就业指导》（38学时）等课程均是教育部及教育主管部门定下的，也就是不能动的；再考虑大学英语和体育课程等所占用的学时、学分数后，用于专业教学的课程学时数已经少得可怜了；而且现在提倡应用型人才的培养，要求增加实践学时的比重，这样一来要求增加钢结构教学时数的建议自然也就很难实现了。
二、钢结构课程的重要性和教学内容
钢结构人才培养严重滞后，专业技术人员缺乏，这已成为目前影响整个钢结构行业健康快速发展的“瓶颈”。[1]笔者2015年8月7日在广西人才网内搜索“钢结构职位”，见表1，可知仅广西地区对钢结构人才的需求还是很大的。
我校钢结构教材选用武汉理工大学出版社戴国欣主编《钢结构》，该书分为上下篇。上篇“钢结构原理”为土木工程专业的技术基础课，内容包括绪论（特点、概率极限状态设计方法等）、钢结构材料特性、钢结构的连接、钢结构基本构件（轴心拉杆和压杆、受弯构件、拉弯和压弯构件）的工作原理和设计方法；下篇“建筑钢结构设计”为本专业建筑工程方向的专业必修课，也可作为其他专门化方向的选修课，内容包括单层厂房结构、钢结构抗震和抗火设计要点。[3]其中大多高校仅讲解《钢结构原理》部分，至于下篇《建筑钢结构设计》开设的高校寥寥无几。暂且不论开设内容的多少，我们且看在有限的学时内如何有效讲好、讲透这些内容，让学生能够入门，为其后续自学和研究钢结构打下良好的基础。
三、基于三维视图的钢结构课堂教学
“钢结构的连接”部分在《钢结构》课程中占有相当的比重，在实际教学工程中，不论是焊缝连接还是螺栓连接真正涉及到的理论并不多，也不难，但是学生往往反映听不懂，看不懂，更多不能识图。以《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》（01SG519）一节点为例，第54至56页相关内容，图1。[4]
当学生一看到图1（a）时，估计大脑会一片空白，他们不知道这张图传递的是什么信息，不知道哪个是梁，哪个是柱子，不知道焊缝符号是什么意思，也不清楚螺栓如何连接，更别提各自的受力计算了。现有教材中，也没有给学生形成空间认识的任何内容。如果此时我们附上图1（b）的三维图形，相信学生自会对照来理解；然后结合图1（c）进行解释，如表示现场安装焊缝等，箭头线下的小矩形表示垫板，箭头线上的v表示v型坡口对接焊缝。[5]
在讲到钢结构基本构件（轴心拉杆和压杆、受弯构件、拉弯和压弯构件）的工作原理和设计方法时，笔者认为首要的还是先给学生一个空间的整体认识，让学生知道整体结构，然后再进入到构件的细部，设计和计算过程。这样学生才能读得进去，也能读得出来，避免只见树木不见森林的弊端。此时，建议教师给学生展示柱子两个方向均有梁连接的三维视图，图2。
接着给学生解释的时候可以设疑，比如有两根实际长度都是6m的柱子，其中一根柱在x轴和y轴有梁连接，而另一根却没有任何连接时，他们的计算长度会相等吗？等于实际长度6m吗？学生这时自然会发现其中的不一样。接着教师可以接着提问，如果连接梁的刚度不一样，刚铰接不一样，计算长度是不是也跟着改变呢？最终教师可以告诉学生，“单层或多层框架等截面柱，在框架平面内的计算长度应等于该层柱的高度乘以计算长度系数μ”[6]。
四、结论
在钢结构的教学中，关键是教会学生如何识读钢结构施工图和具备一定的制图能力，而培养学生建筑结构的空间三维观和整体概念的把握就显得尤为重要了。笔者以为，在讲解钢结构计算理论之前，先通过相应三维视图的展示让学生了解钢结构的空间连接和细部构造必将起到事半功倍的效果，对培养真正意义上的应用性人才也是大有益处。
参考文献：
[1]o英伟.新形势下钢结构行业人才培养研究[J].教育与职业，2011，（24）：135-137.
[2]刘凌云.钢结构课程教学改革初探[J].教育与职业，2007，（29）：190-191.
[3]戴国欣.钢结构[m].武汉：武汉理工大学出版社，2012.
[4]中国建筑标准设计研究院.多、高层民用建筑钢结构节点构造详图[S].北京：中国计划出版社，2009.
钢结构设计基本原理篇10
关键词钢结构CDio探究性教学
中图分类号：G424文献标识码：a
SteelStructureteachingReformBasedonCDioteachingtheory
HUanGLing
（SchoolofCivilengineeringandarchitecture，nanchangHangkongUniversity，nanchang，Jiangxi330063）
abstractSteelcurriculumisthebackboneofCivilengineeringprofessionalcourses，includingsteeldesignprinciplesanddesignofsteelstructures.BasedontheconceptofCDioengineeringeducation，adoptedinteachingtheintegrationoftheoryandpractice，theintegrationofteachingideas，usinginquiry-basedteachingmethods"problem-based"，whichgreatlystimulatedthestudents'interestandenthusiasm.CurriculumsystemfocusingonstudentdeveloppracticalabilitiesandinnovativethinkingtoachievetheCDioeducationmodelinthe"knowledge，abilityandquality"teachinggoals.
Keywordssteelstructure；CDio；inquiryteaching
0前言
随着我国钢结构建筑形式增多和数量增大，钢结构在土木工程领域的重要性不断增强，钢结构学科发展和更新迅速，新形势下市场的需求对钢结构课堂教学提出了越来越高的要求。钢结构课程的主要内容包括材料特性、各类基本构件（包括轴心受拉、轴心受压、受弯、拉弯和压弯）的受力特点和设计计算方法、构件之间连接的设计计算方法以及建筑钢结构设计。不少高校强调钢结构理论教学与工程训练相结合，但传统的重理论轻实践的教学模式仍在延续。如何在钢结构课程中强调学生“素质和能力”并重，激发学生学习兴趣和热情尤其重要。目前国际上影响较大的CDio工程教育培养模式，即代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（implement）和运作（operate），让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，强调将教育过程放到工程领域的情境之中。CDio教育模式的核心是学生的学习目的是为理解学习内容，并通过理论的实践应用体会到所受的教育是有用的，从而学生的学习积极性、创造性潜能被激发出来，达到“知识、能力、素质”有效统一的教学目标。
1教学内容的改革
结合CDio教育改革模式，根据钢结构课程特点，创建系统化的课程体系和教学方法，切实解决钢结构课程教学面临的实际问题尤其重要。钢结构课程基于CDio的钢结构课程改革主要围绕以下几方面进行：
1.1理论教学部分
传统钢结构课程理论教学分为原理与设计两大部分，钢结构原理主要介绍钢结构的材料特性、钢结构的连接、钢结构的基本构件的设计原理。钢结构设计则介绍各种具体的工程结构的形式、体系及其设计计算方法，包括单层厂房结构、大跨度房屋结构、多层及高层房屋结构等。传统的教学模式是单向的教师教学、学生被动接受的满堂灌模式。很多年来我们没有切实下力气加强学生工程素质的培养，导致很多学生对钢结构课程兴趣不大。基于CDio的教学模式和理论，我们对课程进行了系统的改革。将课堂教学与实践教学融合，增强了课程的一体化，使得理论与实践教学增强连贯性与整体性。以增强学生“知识、能力、素质”为教学目标。
整门课程中，“绪论”在整个钢结构课程中起着纵向连接的作用，它能激发学生的学习热情，明确学习目的，建立钢知识结构的整体性概念。“绪论”部分，我们采用的教学素材丰富，包括大量钢结构图片、施工视频和综合案例，教学中三分之一的时间由老师讲解，其他时间采用开放课堂的方式进行。针对老师给出的综合案例，由学生课前认真做好准备，课堂采用分组讨论，小组代表发言，老师辅助点评的教学方式。通过真实的案例讨论，增加了学生对钢结构的感性认识，极大激发学生的学习兴趣。通过老师的讲解后使学生获得初步的工程经验，增强了学生学习的主动性，提高学习效率。
在钢结构性能一章中，建立了以正确选择钢材，了解钢材特性，构件设计为主线的理论课程新体系，尝试让学生建立工程师的思维。本章以工程设计项目设计为主线，贯穿整个理论教学。以一个实际的工程项目，让学生从选择钢材做起，让学生带着问题主动去思考，去探究，让学生在“学中做，做中学”。在学生通过自己思考，老师讲解钢材的性质后，将工程结构事故以案例的形式提出，进一步引导学生在工程实际中学会正确选材。同时工程案例的讨论和分析加深了学生对引起脆性破坏因素的理解，各种引起钢结构脆性破坏实例分析可以让学生来以专业的视角来分析和判断问题，培养他们成为面向工程的技术人员，更重要的是让学生建立科学严谨的工作态度，提高了学生的综合素质。
整个课程体系中，将钢结构稳定和钢结构的脆性破坏作为突出的课程重点。以稳定为例，首先通过动画、工程照片形象生动展现实际压杆的失稳现象，让学生建立对失稳问题的感性认识。然后给出厂房由于杆件失稳引起的整体倒塌事故给学生分组准备，课堂上组织学生从结构理论的稳定、施工的要求、施工的规范等多角度进行讨论。通这种教学模式，学生变被动接受为主动参与教学的过程。基于CDio的教育理念，强调课程的连续性和贯通性。将钢结构设计原理中构件的设计一并放入整体结构的设计中考虑。在钢结构平台设计、组合楼盖设计、多层钢框架结构设计、型钢混凝土组合结构设计中讲解单根的梁柱设计，并将钢结构节点设计作为钢结构整体设计的重要部分。在整体设计中加强学生的读图看图能力的培养，通过教学内容和实际工程的紧密结合，使得教学形式更加形象生动，继而加深学生对钢结构整体设计的理解。从课程内容上真正实现了CDio的培养目标，实现了学生“知识、能力、素质”有效的高度统一。
1.2实践环节的改革
（1）在钢结构课程中安排学生专题调研。例如：在讲到“绪论”时，学生进入课题小组，可选择自身感兴趣专题给出调研报告。可选择内容包括“钢结构行业发展状况调查”，“钢结构的防腐蚀”，“钢结构的防火”“钢结构的施工新技术”等，学生通过各种渠道查找相关内容，获得第一手资料。由课题小组汇总研究报告，制作课件和讲稿，由课题小组面向全班讲授，时间不宜长，最后老师进行点评和补充讲解。通过这一环节，让学生了解了钢结构工程的现状和发展趋势，认识了现代钢结构工程研究及产业发展的问题，让学生明确学习目标和未来发展对人才需求的特点，极大提高了学生学习的积极性和主动性。
（2）以“实践项目”为载体，与CDio的工程理念实现对接，实现从“设计一实现”项目的转变。例如，将实际工程项目中的“节点设计”作为一个专题项目。由教师提供实际工程状况，让学生在掌握一定知识的基础上，自己提出设计方案，并用图纸绘出设计意图。学生根据已有力学概念和钢结构基础知识先自行设计节点，通过项目小组课交流讨论，对节点设计做出合理解释，针对学生出现问题教师纠正学生错误的力学概念及设计误区。然后与实际工程设计节点进行对比，讲清楚蕴含了哪些知识点，如何考虑，施工中应注意的问题等，加深了学生印象，通过这一教学过程让学生深刻理解如何运用概念进行设计，并做到融会贯通。以实践项目为载体，以能力培养为纽带，将课程群中相关知识点连接起来，使学生学到的知识具有较严密的逻辑性，较丰富的关联度，培养了学生分析、解决问题的能力，提高他们的创新精神、综合素质，达到“知识、能力、素质”有机统一的教学目标。
2教学方法的改革
在钢结构传统教学中，讲授已成为最主要的教学方式，相比于组织讨论、指导自学等教学行为，讲授显然是一种最便于教师掌控的教学行为。在钢结构教学中对于讲授的改革不是简单地放弃使用讲授，而是应按照研究性学习的特征及其实施要求，对讲授进行结构性的调整和变革。钢结构课程中着重讲授如：钢结构产业的背景性知识、前沿重点问题、研究问题的方法、及如何加强各知识点之间的联系、知识与生活的关联及实践运用等。对于促进学生的研究性学习而言，讲授的核心价值不在于直接给学生传递知识结论本身，而是为学生学习发现问题和独立解决问题提供支持、帮助、刺激和鼓励。在钢结构课程中，我们尝试采用了pBL（problem-basedlearning）教学法，即以问题为基础的教学方法，强调把学习设置到复杂的、有意义、相对真实的问题情境中，通过学习者合作解决问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能，培养自主学习、终身学习的能力。例如在讲到钢结构的整体稳定时，引出学生感兴趣的整体失稳事故，由教师给出工程概况，提出系列问题，鼓励学生多角度根据已有知识分析整体失稳现象出现的原因，继而总结在遇到此类现象时该从哪里着手进行分析。为了在教学改革中更加客观、准确地评价pBL的效果和效率，通过调查问卷了解到学生对pBL学习的主观感受以及综合能力的提高。大部分学生认为pBL提高了他们的兴趣和热情及自学能力，增加他们独立学习的能力。但在学习中也出现了某些困难，包括压力增大，老师提问对学生的强制感、紧张感等，因为老师正在对他们进行评估。调查结果显示：93.1%的学生认为这种方法调动了学习的兴趣和积极性；87%的学生认为pBL可以变被动学习为主动学习，激发了思维，对自学能力有很大提高，85%的学生认为可以掌握重点内容，尤其对于理解难点内容有帮助。
3结论
本文为解决钢结构传统教学中存在的系列问题，采用基于CDio教育理念，对钢结构教学进行了改革，提出通过课程一体化教学和教学方式的改革，将理论教学与工程实践相结合，引导学生主动思考与探索，极大激发了学生学习兴趣，提高学生的工程实践能力和创新能力，从而达到提高教育质量的最终目的。
本课题受江西省“十二五”规划课题资助（课题编号：11YB376）
参考文献
[1]许英，汪宏，张益多，米旭峰.结构设计原理教学方法与教学手段探[J].高等建筑教育，2008.17（3）：88-91.