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建築結構課程設計教學探討
來源: | 作者:pmo16d5c3 | 發布時間: 968天前 | 1492 次瀏覽 | 分享到:

摘要:自頂向下的教學方法以設計目標為導向,強調知識的上下邏輯脈絡,及知識點之間的橫向關聯。建築結構整體傳力是由上到下傳給基礎,由此決定單向板肋梁樓蓋課程設計采用自頂向下的教學內容,體現了知識的上下邏輯脈絡及知識點之間的橫向關聯。實踐表明,通過自頂向下組織教學內容,有助於教師有效組織教學,引導學生綜合掌握設計要點並建立自己的知識體係。

關鍵:結構設計;自頂向下;教學方法;知識體係

任何結構設計過程是一個知識綜合應用的過程,單向板肋梁樓蓋課程設計包括結構力學的內力計算方法、混凝土結構基本原理的課程中梁的正截麵和斜截麵的計算、截麵尺寸配筋的構造規定、CAD製圖的基本技能以及混凝土結構設計規範等,原來的課程知識瑣碎分散,知識要點分散在各個章節中,各種參數的關聯不明確,學生學習後,沒有清晰的知識脈絡[1]。

1采用自頂向下的教學內容

單向板肋梁樓蓋設計過程,按照自頂向下分為結構方案確定->計算簡圖->內力計算->截麵設計包括配筋計算->施工圖繪製,其中核心是力的傳遞,知識的左右橫向協調關聯包括主梁次梁的配筋協調,箍筋與受力鋼筋協調還有施工圖中元素的統一[2]。單向板肋梁樓蓋課程自頂向下設計分為幾個階段。

1.1方案設計

由橫向框架承重方案決定單向板樓蓋設計建築結構設計首先是根據建築方案確定結構方案,主要內容是豎向結構體係和水平結構體係等。結構豎向體係包括承重牆體、柱的布置和基礎選擇,現澆混凝土肋型樓蓋是一種水平結構體係,根據承重傳力方案又分為縱向、橫向與縱橫向(如圖1圖2所示),確定板的單向板雙向板選擇,主、次梁的布置,並根據跨度初步確定構件的截麵尺寸[3]。

1.2平麵布置計算簡圖

結構的計算簡圖是將空間的結構簡化為力學模型,從而明確結構的內力計算方法,包括梁板的支座與荷載大小。從結構整體上分析,核心要點就是混凝土肋梁樓蓋的傳力關係,是板的荷載傳給次梁再傳給主梁再傳給柱,由此確定板梁的荷載大小,次梁是板的鉸支座,主梁是次梁的鉸支座,二柱就是主梁的鉸支座[4]。

1.3內力計算

根據計算簡圖確定的恒活載大小,計算各種恒活載作用下的內力,再進行內力組合,並根據控製截麵的內力組合進行梁板構件的截麵設計[5]。現澆整體式樓蓋結構內力計算方法包括彈性理論具有較大的安全儲備、塑性理論特點是內力分析與截麵計算相協調,結果比較經濟[6]。關鍵還是傳力關係,是板的荷載傳給次梁再傳給主梁再傳給柱,主梁的重要性超過板次梁,要保證使用中有較好的性能。所以板和次梁按塑性理論計算內力,而主梁按彈性理論分析內力。內力包絡圖是用結構力學中力矩分配法,計算活載的不同位置作用下內力變化,由此得出跨中與支座處的內力最大值作為配筋計算的依據(如圖3所示)。單向板次梁按照彈性理論計算,通過內力包絡圖對應的附錄表查詢跨中與支座處的內力。單向板肋梁樓蓋按塑性理論方法計算結構內力根據查表確定跨中與支座處的內力[7]。

1.4截麵設計

梁板構件的截麵設計需要根據控製截麵的內力組合,而控製截麵就是對受力鋼筋計算起控製作用的截麵。根據包絡圖發現梁板跨中正彎矩最大值(配正鋼筋)支座支座邊緣處負彎矩最大值(配負鋼筋)。根據梁板的正截麵抗彎承載力計算配正負鋼筋,根據梁的斜截麵抗剪承載力計算配年的箍筋和彎起鋼筋。(1)板梁配筋的橫向協調關聯:板與板之間受力鋼筋和負鋼筋的直徑間距的協調統一。而分布鋼筋根據規範構造決定。對於梁配筋圖,鴨筋與彎起鋼筋可以由受力鋼筋彎起截斷,上部的負鋼筋可以兼做架立鋼筋,箍筋的由上下受力架立鋼筋固定,箍筋的股肢數與上下鋼筋數量有關,腰筋有構造決定,有腰筋必有拉筋。(2)板與主次梁之間鋼筋關聯:板在主梁支座處受拉區構造鋼筋(如圖4所示),次梁在主梁支座處受拉區設置鴨筋,主梁受次梁傳遞反力的斜裂縫處布置附加橫向鋼筋或者吊筋(如圖5所示),同時注意橫向鋼筋與原來抗剪箍筋協調。

1.5施工圖設計

繪製施工圖要正確規範簡潔美觀。每個圖的線條圖層要正確規範統一,了解斷麵圖與平麵圖對應關係,板梁鋼筋圖與平麵結構總圖關係,關鍵是梁板的單個配筋圖決定了平麵結構總圖。橫向關聯就是施工圖中同一個設計元素在不同圖中的統一。施工圖設計采用手工製圖和CAD繪圖結合,鋼筋圖先用手工製圖再轉為CAD圖,平麵布置圖和結構總圖用CAD製圖,最終達到綜合訓練目的。

2采用自頂向下的教學組織

首先根據單向板肋梁樓蓋自頂向下設計內容,九九热这里只有精品要求每個學生獨立完成單向板肋梁樓蓋的設計,通過改變活荷載大小、平麵軸線尺寸以及材料強度,使每個學生設計參數各不相同;以此培養學生的獨立思考能力和避免學生出現抄襲現象[8]。第二,要求學生通過改變次梁的根數進行多方案比較:無次梁、單根次梁、兩根次梁。要求學生確定每種方案的構件尺寸,並且計算混凝土用量和鋼筋用量。學生發現:次梁根數改變改變跨度,帶來梁的受力模式的變化,會導致板厚、梁截麵的尺寸變化;最終梁板配筋等材料用量變化。通過方案探討重現了自頂向下的教學內容,學生由此掌握設計要點並建立自己的知識體係[9]。最後,建築結構設計是一個團隊協作的過程,需要設計校對審核。為了培養團隊協作能力,根據學生對知識的掌握不同,允許學生按個性化差異自由組合,每個人選擇適合自己能力的設計題,各組員分工協作,相互校對審核,共同完成每個人課程設計。通過分組合作,學生相互溝通,學習探討,共同成長。

3結語

建築結構整體傳力是由上到下傳給基礎,由此決定單向板肋梁樓蓋課程設計采用自頂向下的教學內容,體現了知識的上下邏輯脈絡及知識點之間的橫向關聯[10]。實踐表明,通過自頂向下組織教學內容,教師可以引導學生深刻理解計算的嚴謹取值的規範,鍛煉學生定性的判斷能力,最終培養學生綜合分析能力並構建自己的知識體係。

參考文獻

[1]宋鳳蓮,劉梅清,巫世晶.多層次開放式工程實踐教學模式研究[J],實驗技術與管理,2007,24(8):93-95.

[2]顏喜林.結構仿真在軌道交通工程實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索,2010,29(7):118-119.

[3]魯保富,鄭春龍.構建培養創新能力的實驗教學體係[J]實驗室研究與探索,2005,24(4):627.

[4]顏喜林.城市軌道交通工程實踐教學模式探討[J].實驗技術與管理,2010,27(12):171-172.

[5]宋鳳蓮,劉梅清,巫世晶.多層次開放式工程實踐教學模式研究[J],實驗技術與管理,2007,24(8):93-95.

[6]高向玲,趙憲忠.以卓越工程師培養為目標的設計類課程教與學-以土木工程專業建築混凝土結構設計為例[J].高等建築教育,2016(4):90-94.

[7]於旭.《混凝土結構設計》教學探討與體會[J].教育教學論壇,2016(45):197-198.

[8]朱秀清,周莉.《水工鋼筋混凝土結構學》課程設計教學改革與實踐[J].教育教學論壇,2016(36):124-125.

[9]方冬慧.基於應用型人才培養的《建築結構設計》教學改革[J].亞太教育,2016(19):56,70.

[10]許英,汪宏.鋼筋混凝土結構設計原理課程教學探討[J].高等建築教育,2010(6):81-83.

作者:顏喜林 石嶸 單位:上海工程技術大學城市軌道交通學院