土木工程CAD与专业软件课程教学方法探讨及实践

罗伯光，覃荷瑛

（桂林理工大学 土木与建筑工程学院，广西 桂林 541004）

土木工程CAD与专业软件课程教学方法探讨及实践

罗伯光，覃荷瑛

（桂林理工大学 土木与建筑工程学院，广西 桂林 541004）

以培养学生动手操作能力、工程实践能力以及分析问题和解决问题、发展创新能力为目的，在土木工程CAD与专业软件课程教学中，结合建筑工程项目结构设计，从方案设计到结构计算再到施工图设计出图三阶段，探讨了一套以工程项目的结构模型输入—结构设计计算—施工图设计出图为主线的教学方法，通过该方法的教学实践，取得了良好的效果。

土木工程CAD；专业软件；课程教学；能力

《土木工程CAD与专业软件》是土木工程专业开设的重要专业课程之一，与土木工程行业接轨紧密，同时又用到大量的专业课程的理论知识以及各种建筑设计规范，是一门实践性、工程性、综合性很强的专业课程。该课程主要的教学内容是高等学校土木工程本科指导性专业规范中规定的计算机应用技术知识领域的核心知识单元和知识点[1]。在土木工程行业中所运用的各种计算机设计软件有：AUTOCAD、广厦CAD、PKPM、TBSA、SAP、ANSYS等，而PKPM是中国建筑科学研究院开发的集平面空间于一体的、以建筑结构计算为主导的建筑设计软件，是目前国内应用最广泛，被绝大多数设计院所认可的建筑结构计算程序。各高校土木工程专业从市场需求出发，为培养社会急需人才，近几年来基本上均开设该课程。学好该课程不仅能使学生掌握对软件的操作使用，更能使学生巩固以前所学专业课程的理论知识，培养学生对各种错综复杂因素的综合分析能力和解决工程实际问题的能力，实现零距离就业有非常大的帮助。笔者结合自己多年的实际工程设计和施工的经验，根据工程项目结构设计从方案设计到结构计算再到施工图设计出图三阶段，在教学中探讨了一套以工程项目的模型输入—结构设计计算—结构施工图设计出图为主线的实践教学方法，以增强学生将理论知识、建筑结构设计规范以及结构设计软件三者融会贯通的能力，提高学生的动手操作能力、技术应用能力、工程实践能力以及创新能力。

一、结合工程项目的方案设计以及结构计算，提高学生对软件基本操作技能以及技术应用能力

工程项目结构设计的阶段大体可以分为三个阶段：方案阶段、结构设计计算阶段和施工图设计出图阶段。方案阶段的主要内容有：根据建筑项目的各种资料、条件确定结构类型；再根据不同结构类型的特点及要求布置结构的承重体系和受力构件。结构计算阶段的内容为：一，荷载的计算。二，构件的试算。根据荷载值和相关构造措施等初步确定构件的截面。三，内力的计算。根据确定的构件截面和荷载值进行内力的计算；四，构件的计算。根据计算出的结构内力及规范，对构件的要求和限制来复核构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止[2]。

考虑到受实际工程经验限制，教学采用的工程项目的结构类型教师已选定，学生根据已选定的工程项目和教学内容进行初步结构设计，使学生了解软件的基本功能和主要参数的选择，熟悉各级菜单命令及其操作方法，掌握PMCAD结构建模的主要步骤、荷载的输入、计算数据文件形成、结构平面施工图的绘制，SATWE进行内力计算和配筋并绘制梁柱施工图的方法、JCCA地质资料输入、地基基础计算、绘制基础施工图等操作[2]。在操作的全过程中，要认真的考虑设计的每一环节，融入所学的理论知识以及相应规范的要求，例如：PMCAD菜单中，设计参数的地震信息和风荷载信息的输入时一定要结合工程项目，并根据抗震设计规范和荷载设计规范中相应的规定去选择参数；在框架结构项目时，填充墙是不作为构件还是作为荷载输入的，要将墙体转化为线荷载标准值作用在梁上[3]。

在教学过程中可激发学生发现问题、解决问题的强烈愿望，比如在PMCAD建模过程中，楼梯所在房间楼板是如何处理的，考虑到软件在全房间楼板开洞和楼板厚度为零的区别：平面导荷时，全房间楼板开洞处的荷载将被扣除，楼板厚度为零处不扣除，出图时楼板不配筋，可引导学生这样解决此问题：将程序设置成不自动计算楼板自重，楼梯所在房间楼板厚度设为零，恒载和活载按照实际情况输入，这样既不会漏掉荷载，计算时又符合实际情况，出图时改得也少，减少了不少工作量。类似这种问题软件本身是不会教你如何解决，也没有一本教科书有现存的答案，只有综合学过的理论知识，通过充分的思考，尝试各种方法才能正确解决好。

二、结合工程项目的结构计算，提高学生的分析问题和解决问题的能力以及培养学生严谨认真的科学工作态度和作风

工程项目的结构计算阶段内容包括的四点并不是一次性就能够完成的，在建筑结构设计过程中，有大量数据是凭借经验给定的，如：构件截面尺寸、构件布置的数量和位置、钢筋的直径等。这些提前给定的数值经过计算后是否合理，必需根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制（比如：轴压比、剪跨比、跨高比、裂缝和挠度等）来复核。不满足要求的则需调整构件的截面或布置，直到满足要求为止。教师在教学中对该部分应给予充分的重视，引导学生采用正确的检查方法对项目进行反复检查，保证各信息输入的正确性，对检查出的问题分析原因、找出对策、进行更正；例如通过对整楼模型的仔细观察，检查构件布置是否正确；通过检查荷载图，来分析荷载输入的正确性等。同时让学生养成仔细阅读分析计算结果文件的习惯，这些结果文件有WMASS.OUT文件（建筑结构设计信息）、WAQ.OUT文件（周期、振型、地震力）、WDISP.OUT文件（结构位移）、WNL.OUT文件（内力）、WPJ.OUT文件（配筋）等输出文件[2]，这些j计算结果的一个直观显示，能使我们观察到计算结果（内力、位移、裂缝等）是否符合规范、各工况下的荷载图是否正确等，教师应重点分析结果的常见问题，然后由学生对工程项目的计算结果进行分析，找出数据不合理的原因，提出改正措施，修改后再计算，分析后再修改计算，直到找到理想的结果。在这个不断修改的过程中，综合运用到大量以前所学的混凝土结构、建筑抗震、地基基础等知识，如：当结果文件中显示梁正截面钢筋超筋时，可以有几种办法解决：加大梁的宽度、加大梁的高度、提高砼强度等级等[4]，但到底哪种办法最有效呢，这在混凝土结构课程中讲的非常清楚，应引导学生善于运用。在反复的不断的修改过程中，提高了学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，以及严谨认真的科学工作态度和作风。

三、结合工程项目的结构施工图的设计，提高学生的工程实践能力及创新能力。

工程项目施工图设计出图的主要内容为：确定构件布置、构件配筋以及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。也就是说施工图表达的东西首先要符合结构计算的要求，同时还要符合规范中的构造要求，最后还要考虑施工的可操作性。在这一阶段，让学生结合实际工程项目的施工图，检查自己的施工图是否齐全，比较二者之间的差别，找出差别的原因，以及是否有必要作出修改和调整。由于“构造措施”实践性较强，不像结构计算理论强，并可根据公式进行推导，在理论教学中教师容易忽视，学生也不愿去学，造成学生的薄弱点，但构造措施是保证房屋的耐久性，提高房屋的空间刚度和整体工作性能，防止或减轻房屋开裂，提高房屋的抗震性能等重要的方法之一，所以，教师要加强学生对“构造措施”的理解，以提高学生的工程实践能力。

由于工程的个别性、复杂性、实际性，设计人员必须将PKPM所形成的施工图在AutoCad中加以修改、编辑后才能作为实际的工程施工图出图，这些工作中有很多是繁琐的、重复的。教师可以在教学中引导一些比较优秀的学生利用计算机语言编写应用程序，例如：通过ActiveX Automation技术，在Windows系统下对PKPM所形成的配筋图在AutoCAD中进行二次处理，这样既可以方便工程设计人员结合工程的实际情况更加快速、准确地编辑配筋施工图，从而提高工作效率，又可以提高学生的创新能力。

四、结束语

在土木工程CAD与专业软件课程教学中，结合了建筑工程项目结构设计，实践了一套以工程项目的结构模型输入—结构设计计算—施工图设计出图为主线的教学方法，提高了该课程的教学质量，取得了良好的效果。该课程教导学生要踏踏实实，从一个个基本的构件算起，考虑工程项目设计的每一环节，做到知其然并知其所以然，不仅保证计算模型的简化与工程实际相吻合，使计算假定与实际情况相一致，而且应注意设计软件的适用条件及其技术条件，正确地使用结构计算软件，保证计算结果准确，同时更要加强学生的理论知识和各建筑结构设计规范的学习，深刻理解规范和规程的含义，加强概念设计，保证结构满足各项构造措施的要求，为社会输送优秀的应用型人才。

[1]高等学校土木工程学科专业指导委员会.高等学校土木工程本科指导必专业规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]罗福午.建筑结构[M].武汉理工大学出版社，2012.

[3]中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部.PKPM系列软件用户手册及技术条件[Z].2011，2.

[4]沈蒲生，梁兴文.混凝土结构设计原理[M].北京：高等教育出版社，2012.

G642.0

A

1674-9324（2014）30-0215-02

本文系“桂林理工大学教学改革工程2013年立项项目”（项目编号：2013JG37）的研究成果。

基金项目：本文系“桂林理工大学教学改革工程2013年立项项目”（项目编号：2013JG37）的研究成果。

罗伯光（1975-），男，广西合浦人，本科，工程师，研究方向：混凝土结构计算机仿真分析；覃荷瑛（1972-），女，湖南邵阳人，博士，副教授，研究方向：混凝土结构耐久性。