现阶段《混凝土房屋结构》课程学习目标和教学重点分析

贾英杰，孙 静，吕晓寅

（北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044）

《混凝土房屋结构》的学习在《混凝土结构设计原理》的基础上从单一的构件层面上升到综合的结构系统，担负着引导学生初步建立混凝土结构整体概念的重要任务，是土木结构工程专业培养目标中重要的专业课程。课程的设置从20世纪80年代既已开始，课程的教学大纲和教材资料等也经历了20余年的编写修订，不断完善。期间，大批优秀的土木工程技术人才走出校门、踏上工作岗位，切实满足了我国改革开放以来土木工程领域对建筑工程人员的迫切需求。

一 、课程的培养目标

《混凝土房屋结构》教学根据大纲的基本要求，主要内容包括混凝土结构房屋体系介绍、地震作用基本知识及地震作用与风荷载的基本规定、框架结构、剪力墙结构、框架-抗震墙结构、筒体结构、单层厂房及结构扭转影响等内容。涵盖了多层和高层混凝土建筑结构的外部作用、结构布置、内力分析、节点构造、概念设计等诸多方面。作为结构专业学生认知混凝土类房屋结构体系的重要课程，其培养目标包含多个层次。

（一）混凝土房屋结构体系认知的基本目标

混凝土房屋结构作为适合我国城镇现代化发展的主要体系，相比其他建筑材料的结构体系有更强烈的认知需求。对于常见的砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构、土石结构及木结构等，不同规模城市的房屋表现出对结构形式的选择性，但混凝土结构房屋在总量上仍占绝对的主导地位。课程的学习即是帮助建立初步并合理的结构概念，认识结构设计所需考虑的荷载和作用，结构的内力分析方法及其内力分布特点，构件设计内力组合要点和节点构造要求，使受教育者习得混凝土房屋结构设计的基本技能。

在计算机辅助分析普及之前，课程大纲的编排，大部分内容在于各类结构形式的内力分析方法，从模型的简化到计算假定均为手算求解内力服务，与之相应的基本目标侧重于各类手算求解方法的掌握，而其他知识要点由于课时的限制居于次要位置。计算机辅助设计普及之后，很长一段时期内，课堂讲授仍沿用以前的大纲要求，从业者进入实践领域后自己再进行必要知识的学习，在很大程度上造成了课堂教学资源的浪费和不能及时满足实践需求的尴尬。

（二）大土木专业培养体系的综合目标

大土木培养概念的提出，源于我国现阶段土木工程全面推进的现实要求。《混凝土房屋结构》课程作为从业者对工程结构概念的初次接触，对前期基础知识、专业基础知识学习的有效性认可和对其他相关平行结构体系的学习有重要的意义。

专业知识作为一个系统，其复杂程度难以言表，这更使得初学者在进行基础课学习甚至专业基础课学习阶段存在很大的盲目性，即使在课程之初进行强调。因此，如高等数学、三大力学等重要的课程学习存在因目标性不强而效率较低，掌握不扎实，对于一些实施大土木培养方案的院校，这种现象尤为明显。《混凝土房屋结构》作为专业体系内首个结构体系学习的课程，其在结构系统的学习过程中，除自身的体系认知应达到外，还应负担起对前期知识系统的关联性认识、其他结构体系学习的必要准备等任务，甚至对后续高等知识体系的完善做出学习者内在的需求准备。

参考《混凝土结构设计原理》课程与材料力学、建筑材料等的关系，《混凝土房屋结构》对前期结构力学、结构动力学、高等数学等课程的要求在各个环节也得以体现，教学时，应在从前期知识的要点出发，引入房屋结构分析设计的应用表征。如框架结构、排架结构的内力分析方法与结构力学，地震作用与结构力学的动力学部分，剪力墙结构和框架-抗震墙结构连杆连续化内力分析方法和高等数学、土力学与基础等课程，复杂剪力墙构件、框支剪力墙分析与有限元分析方法等的关联。

在对其他平行课程的学习准备过程中，《混凝土房屋结构》的讲授宜适当扩展，在结构的延性概念设计控制、钢结构荷载作用和力学分析、砌体结构地震作用底部剪力法和混凝土房屋的异同、地下结构的设计分析等方面都能有所体现。

（三）适应专业不同发展方向的细化目标

《混凝土房屋结构》课程与现行国家规范的联系也颇为紧密，众多知识要点均反映了现行相关规范的要求，如《建筑结构荷载规范》、《混凝土结构设计规范》、《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构设计规程》等规范和规程，课程与实践联系的紧密性特征决定了课程培养目标的细化和深化要求。

土木工程专业学生毕业后从事实践的基本岗位可概括为四类：1）土木工程专业管理岗位。此类实践形式主要作为甲方或业主代表，对工程项目的投资立项、进度和质量等予以控制，对专业知识的广泛性有一定要求；2）设计咨询类。此类实践形式主要是结构设计和咨询，要求对设计理论、计算方法有很好的掌握，对设计规范比较熟悉；3）施工管理类。要求对设计概念有一定的理解，对设计节点构造、施工方法和技巧、混凝土验收等环节的知识储备能满足实践要求；4）科学研究类。此类则要求明确混凝土房屋结构的研究方向和研究重点，对混凝土结构专业相关的高等专业知识要求较高。

针对此四类主要的实践形式，课堂教学环节仅能满足基本的目标要求，教师应当利用研究型教学环节，提出不同的问题，发现学生对各个方向的参与兴趣度，再在课程设计、毕业设计的实践环节，结合学生的后续发展目标和毕业去向，对题目进行针对性的设计，力求做到多样化、明确化、深入化，供有各类兴趣的同学选择，有目的的引导他们为踏入社会第一步做好准备。

二、课程的学习特点和教学要求

《混凝土房屋结构》课程知识点繁多，各知识点相对独立又相互关联，知识重点难以提炼扑捉，学生自学难度较大，教师有必要作为教学主体做好教与学各环节的组织与管理工作，帮助学生做到厚积累与高效率。

（一）课程的学习特点

课程几乎涵盖了房屋建筑领域最重要的规范和规程的内容，再加上各结构体系分析和设计的复杂性，使得这门课程的学习拥有鲜明的特点。

1.强调概念性理解，弱化条款类记忆。由于课程信息量较大，单纯的依靠记忆来加强课程学习得不偿失。如地震及地震作用的学习内容，各类术语首次出现、频度集中且之间关联度较弱，难以形成记忆链条；再如抗震等级的划分和性能设计的规定，虽有规律可循但完全可通过查询资料来确定，避免记忆浪费；还有结构设计中的各类构造、细节等规定，条款繁杂均不便于记忆。此类知识点唯有通过概念理解，将总体和重点概念理解并固化为自己的知识系统，需要时概念指引、查询资料，才为上策。

2.推荐对比记忆，形成专题学习。没有一门课程各章节是割裂开来的学习，应提倡横向学习、专题学习，而不是简单的纵向学习、孤立学习。课程内容的对比学习可以从以下几个方面挖掘：如风荷载和地震作用的对比（各自的国内分布区域特点、对环境的要求、各自的统计分布特性、动力特征、能量输入特性、高强度的持时长短、对建筑物自身的依赖程度、建筑物的内力分布特点、建筑物位移反应要求限值等）；各类构件设计之间的对比（如剪力墙和框架柱、排架柱之间，框架梁和连梁之间，框架节点和剪力墙连梁节点之间等）；各类结构体系之间的对比（构件的主要形式、结构刚度水平、内力求解方法、适用功能和适用高度、构件设计和构造要点等）；概念设计和延性设计专题（结构布置的重要性、防倒塌设计中延性的体现、各类结构延性设计的重点、抗震措施和抗震构造措施的异同等）。对比记忆有利于举一反三、加强印象，做到事半功倍。

3.有意识形成知识的系统性，增强课程相关知识的储备。学习过程中要对前期相关的基础和基础专业知识进行回顾与复习，前期知识的再理解学习远比新课程本身的新建学习效率要高。学习过程中加强对现行相关规范的了解和认识，理解教材与规范、规程的关系，便于形成理论学习与工程实践的关系框架。充分学习和利用已有设计图集（平法表示图集、单层工业厂房构件选型类图集）、设计手册（混凝土构造手册、抗震设计手册）、辅助设计软件（力学分析软件如结构力学求解器、工程设计软件、有限元分析软件）等外围系统，补充教材内容，并对自己兴趣点加以强化，为以后的发展做好准备。

（二）课程的教学要求

1.强化教师的主体意识，调动学生的学习兴趣，完善教学媒介。由于课程信息量较大、课程结构组成区别于前期课程，依靠学习者自我摸索学习经验已不可取，教师必须认识到自身的主体地位，切实设计好课堂教学环节，组织并引导学生学习，激发学习兴趣，不断完善教材、课件、课后作业安排、考试考核重点和考核形式等方面的内容。

2.充分利用研究型教学环节和设计实践环节。研究型教学的设置是以教师为主体教学方案的有效补充，在此环节，教师由主体地位改为主导，通过设计问题和研究型项目，充分调动学生的积极性，进行教学效果反馈，整理归纳学生问题，找出与学习目标不匹配的薄弱环节予以加强。而设计实践环节，除了对课堂教学环节的巩固与检验外，通过设置不同层次、不同侧重的设计题目甚至学生自选题目，引导并丰富实践类型，在成果检验环节加强学生之间的共享，为拓宽知识点和深化知识理解做出探索。

三、课程的内容调整和教学重点

经过二十多年的发展变化，混凝土房屋结构设计、研究等相关领域与开始时已有很大不同，教材的组织、课程的内容和教学重点也必须加以调整。

（一）课程的内容调整

1.课程内容的特点决定了其与时俱进的要求。《混凝土房屋结构》课程与《混凝土结构设计原理》课程不同，后者对于构件分析在材料认知、计算假定、试验验证、理论分析等方面已经成熟，现有教学内容可称为沿袭经典，少有调整。而前者的研究无论是在外部作用（风荷载和地震作用），还是结构整体分析、节点构造措施、地震反应机理、防倒塌控制等诸多方面均有很大发展，课程内容必须及时更新补充，同时对一些内容予以删减，以适合现代土木工程的发展。对于辅助设计软件比较普及的状况，这两门课程也体现出不同的要求。《混凝土结构设计原理》是构件层次的学习，相对简单容易掌握，由于是建立钢筋混凝土专业概念的首要课程，因此，构件类辅助设计软件的冲击不应是弱化原理课构件截面分析与设计的理由。而《混凝土房屋结构》课程设计实践特点明显，手工计算几乎不可能满足现实要求，方案比选优化、技术指标控制都比单纯的构件设计复杂得多，因而，结构系统的分析必须在熟悉整体概念的基础上有效利用计算机辅助设计来获得，这个环节要求对结构概念的清醒和对设计工具的熟悉。

2.结合前期基础课程，减少内力简化分析方法的内容。《混凝土结构设计原理》课程的构件截面承载力计算虽然基于材料力学的截面分析原理，但由于混凝土和钢筋材料的特殊性，并且要遵循极限状态设计理论，使得截面分析方法和材料力学有很大不同，所以《原理》的课程教材和课堂教学各环节对截面分析过程、原理进行了详细的阐述。而《混凝土房屋结构》的简化计算方法，在对结构进行模型简化后，其平面受力体系和结构力学等的计算方法基本相同，如平面排架和平面框架的内力分析。而剪力墙结构和框架-抗震墙结构的简化计算方法-连续栅片法，则需要求解高次微分方程，其适用性得到限制。另外，现有结构的复杂性对简化计算方法的假定、计算模型的不合理也提出了质疑；如平面受力体系对整体结构扭转的忽略，复杂框架结构如抽柱、楼板开大洞等情形难以体现；框架-抗震墙结构刚结体系中连梁只在剪力墙一端为固结，而框架端按铰接且不考虑框架所受轴力等等。同时，这些简化计算方法所带来的误差也不能满足现阶段结构分析的需要，一些简化计算方法所使用的参数及术语也逐步退出历史舞台，如剪力墙的分类及分类时使用的整体工作系数、墙肢惯性矩比，框架-抗震墙结构分析中的刚度特征值等。

3.根据学科发展，适当增加结构设计的最新研究成果。随着结构计算理论与分析方法的不断发展，新知识体系不断涌现，原先因课时原因无法讲授的知识点逐步由“高等理论”来到“寻常百姓家”，成为课程学习的必修内容。如结构的地震反应理论、地震作用计算方法，由简单的底部剪力法到振型分解反应谱法、静力推覆分析、弹性或弹塑性动力时程分析；由简单的平动地震作用到考虑扭转耦联的分析方法，结构刚度控制由简单的层间位移角控制丰富为规则性控制等等。结构分析则由传统的结构力学杆系分析发展到多种单元模式的有限元分析，可考虑楼板平面内变形、复杂框支剪力墙结构、转换层结构、连体结构等。这些发展远非原有课堂内容所能涉及，其根本原因是仍有大部分课时花费在简化分析方法的介绍上。

（二）课程的教学重点

根据课程的学习目标和课程特点分析，《混凝土房屋结构》教学重点的确定应该是基于概念理解为主，记忆、计算为辅的原则。

结构体系整体概念的形成应该成为课程教学最重要任务。对常用混凝土房屋结构体系的各自特点、构件组成方式、结构刚度水平、平面和竖向规则性控制、变形和内力分布特征、延性设计途径等方面都应该理解掌握。

掌握各类结构体系的地震反应水平，结构刚度、规则性程度对于地震反应的影响，地震作用下各种控制指标的背景和意义，理解延性设计对于地震区结构的重要性。理解风荷载和地震作用机理的不同，掌握风荷载计算所考虑的各项因素（各类系数的含义）。

理解掌握现阶段各类结构体系计算分析的主要方法，理解其适用性和局限性，了解其在工程实践中如何实现，了解传统手算简化方法的优缺点。在体系的掌握程度上，以框架结构为基础，以剪力墙结构、框架-抗震墙结构为提高，其他结构体系包括单厂排架结构在设计实践环节予以选择性加强。

加强对节点设计和构造要求重要性的认识，纠正只注重杆件设计的误区，将延性设计在节点和构造要求方面的体现予以明确。

同时，在课堂、课后作业以及考核中弱化计算，如框架水平力作用下的内力分布，可只考虑使用反弯点法，层数及跨数适宜，不宜设置D值法题目或较多层数。地震作用及风荷载的计算尽量说明只体现主要因素，计算模型也宜简单。

在课程设计或毕业设计等实践环节，应允许使用计算机辅助设计系统进行内力分析，加强结构整体布置优化和概念认识，避免平面体系设计的局限性以及手算引起的简单重复、过多反复和结构布置、构件断面设计不合理的现象。加强作用效应各种组合的概念理解和巩固，在课程设计和毕业设计环节充分实践。在研究型教学环节，适当引入前期课程和本体课程中未述及但结构设计中应用的相关专业知识。

四、结 语

《混凝土房屋结构》是土木工程专业建筑结构工程方向的重要课程，也是带领学生进入结构整体概念思维领域的开山课程。课程学习目标的准确建立和课程教学的重点掌握对其他专业课程如《钢结构房屋》《地下工程》等也有着重要的借鉴作用。紧密结合课程现阶段的教学特点和实践需求，对课程内容进行发展和完善，并结合其特点对其进行必要的教材和教案改革，充分发挥教师的主体作用，是本门课程教学成功与否的关键。

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[1]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3]建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[4]建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[5]东南大学，同济大学，天津大学合编.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.