高层建筑结构设计课程教学改革的探讨 

赵果等

摘要：

为适应经济高速发展对高素质工程技术人才的迫切需要，文章

结合注册结构工程师考试要求，针对高层建筑结构设计课程教学中存在的一系列问题，对课程教学提出改革方案，通过教师引导启发、学生高效互动、师生协同进行工程案例分析等有效教学手段，取得了较为显著的教学成效。

关键词：高层建筑；结构设计；教学改革

中图分类号：G6420；TV318 文献标志码：A 文章编号：

10052909（2014）05007204

20世纪90年代以来，中国混凝土结构高层建筑发展迅速。土木工程专业委员会已把高层建筑结构设计列为土木工程专业（建工方向）的核心课程，因此，该课程的教学在培养计划中具有举足轻重的作用[1]。通过该课程的学习，使学生掌握高层建筑结构设计的基本原理和方法，了解高层建筑的结构体系与布置，掌握荷载计算方法，特别是框架、剪力墙、框架—剪力墙结构的内力和位移计算，掌握框架及剪力墙的截面设计与构造，具备分析和解决常见高层建筑结构选型、设计和施工问题的能力，为今后从事高层建筑设计、施工、监理等方面的工作打下坚实的基础。

一、当前教学中存在的问题

高层建筑结构设计课程综合性和专业性很强，其内容涉及本科四年学过的主要专业基础课和专业课，主要有材料力学、结构力学、荷载与结构设计方法、混凝土结构设计、建筑结构抗震设计等等。该课程对先修课程的依赖性较强，一些学生学习专业基础课时不求甚解，当学习高层建筑结构设计时难免信心不足。对土木工程专业本科学生，该课程一般开设在第七学期，该学期对于本科生来说是非常关键的时期。由于准备报考研究生或忙于毕业找工作，部分学生上课往往心不在焉，学习效率不高，该课程的教学必然受到一定的影响。

此外，由于该课程涉及的结构体系较多，不论是常见的框架、剪力墙，框架—剪力墙，还是超高层建筑使用的筒体结构都有所关联，教师在教学中如果

“面面俱到”，学生在学习时很难抓住重点。高层建筑结构设计课程共40个学时，如何在有限的课时内按照教学大纲要求完成教学任务，同时又能提高学生的学习兴趣，增加学生所学知识的深度，为此有必要对该课程进行教学改革。

值得一提的是，中国的执业资格考试是学生日后成为工程设计人员的门槛。因此要帮助学生打下扎实的理论基础，与工程设计顺利接轨，教师必须精心选择教学内容，积极探索教学方法，激发学生的学习兴趣，提高教学质量。

二、教学改革采取的主要措施

高层建筑结构设计课程教学改革一直以来备受关注，黄林青等[2]在教学过程中，通过组织有关竞赛将课程教学向课外延伸，并把课程教学和毕业设计相结合，培养学生发现问题和分析、解决问题的能力。宋章树等[3]在高层建筑结构设计课程教学中，提出了将该课程与其他专业课、规范和实例相结合的办法。笔者根据多年的教学经验，结合注册结构工程师考试要求，在高层建筑结构设计课程改革中，提出教师引导启发、学生高效互动、师生协同进行工程案例概念分析等有效教学手段，培养学生的工程能力和创新能力。

（一）多媒体教学手段的应用

传统的课堂教学是以教师板书为主，辅以教学模型、挂图等。但这种教学方法局限性很大，比如信息量少、速度较慢等，已不能满足教学的需要，所以采用先进的多媒体教学手段已成必然。首先，多媒体的应用使得教学信息丰富而清晰，一些板书不易完成的公式图表，都可以通过多媒体很清楚生动地展现出来；其次，多媒体的应用，增大了教学内容的信息量，通过它可介绍学科的前沿领域及其最新研究进展，及时把最新的研究成果引入教学中。还可以结合目前流行的结构分析软件进行手算结果的校核，让学生明白计算机程序的原由，为将来的工作打下坚实的基础。

（二）教学内容的调整

高层建筑结构设计课程是一门综合性课程，有部分内容与前面所学课程有所重复。比如风荷载的计算在荷载与结构设计方法这门课程中已有所涉及；混凝土结构设计课程已有讲述框架结构设计 [4]；建筑抗震设计课程中地震作用的计算方法是重点内容[5]。针对这一情况，在高层建筑结构设计课程的讲授中，对上述部分重叠内容，要把握好尺度，既要温故知新，又不能简单重复。对风荷载和地震作用的计算，最好采用启发式的教学，帮助学生回忆知识点；对于框架结构设计，重点应放在整个结构的设计，而不再是单个构件的设计，这就要求学生对框架结构特别是延性框架进行全面的分析和掌握。剪力墙结构的设计和框架—剪力墙结构的设计是学生初次接触的专业性很强的知识，要多花一定的时间和精力，增加课时，重点讲解。在教学过程中，侧重于概念的掌握、公式的运用。如用连续连杆法[6]计算双肢墙的内力和位移时，推导过程繁杂冗长，公式很多，在讲解时应重点强调整体思路。如力法方程的建立，不需要记住非常繁杂的公式，仅仅知道切口处位移的组成就可以了。

近年来，高层建筑物越来越多，学生对高层建筑也有一定的认识。在教学过程中将实际工程与教学相结合，引入典型高层建筑实例作为背景材料来介绍某些知识点，强化学生对知识点的理解；在教学过程中，可利用课余时间安排学生到正在施工的高层建筑工地参观学习。如观察钢筋的绑扎、混凝土的浇筑、剪力墙中分布钢筋的布置、框架梁柱节点的钢筋布置等。在教学过程中，应实时介绍国内外高层建筑的最新发展情况，如上海环球金融中心、南京紫峰大厦、武汉绿地中心、上海中心大厦等一系列高层建筑的兴建，标志着中国建筑技术水平的飞速发展。通过及时向学生介绍有关国内外高层建筑的最新发展情况，激发学生学习的热情。

（三）综合设计能力的培养

为了培养学生综合运用所学专业知识进行高层建筑结构设计的能力，在学习过程中，可添加一些先进成熟且已广泛应用于工程实践的内容，结合一定的课堂讨论和习题课，引导学生思考和讨论工程问题，从而培养学生独立思考的能力。课后安排学生考察附近的高层建筑，组织学生一起进行讨论，帮助学生养成生活中善于观察的好习惯。

课程启动时，按照学生的意愿，组织学生成立三个兴趣小组，分别进行框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构的设计。学生首先从选择结构方案入手，然后进行结构布置，确定结构计算简图，荷载（作用）计算，荷载（作用）下的内力计算，内力组合，直到截面设计，最后进行施工图的绘制。在设计的过程中小组成员共同参与，分工协作，既加深了对课堂知识的掌握，也锻炼培养了学生的沟通与合作能力。临近就业，这样的设计也为学生求职提供了很好的锻炼和展示自己的机会。一些学生拿着自己精心设计的成果，向用人单位推荐自己，这样的自荐方式也深受用人单位的欢迎。

课程结束之际，笔者精选一套严格按照现行制图标准绘制的剪力墙结构的施工图，从结构布置到施工图绘制的要点向学生一一讲解，分析结构设计的重要概念、准则和设计方法，并引导学生学习《高层建筑混凝土结构技术规程》[7]。通过给学生分析规范规定所依据的理论分析、试验研究和震害经验，引导学生建立设计概念，并组织学生讨论，以加深学生对重要知识点和规范的印象。

（四）考核方法的改进

应加大对学生在知识的掌握和灵活运用方面的考核。该课程总评成绩由平时成绩（占总成绩的20%）和考试成绩（占总成绩的80%）两部分组成。与往年相比，考试的试题有了较大的调整，为了使学生把主要精力放在结构设计上，而不是去死记公式和图表，在设计考题时，应增加看图分析，增强学生对知识的理解。如绘出框架—剪力墙结构的平面布置图，要求学生画出其在横向水平荷载作用下的计算简图，并指出总框架包含几榀框架、总剪力墙包含几片剪力墙、总连杆包含几根连梁及几个刚结点等。对复杂的公式可直接给出，重点考核学生的运用能力。如在判断剪力墙是哪种类型时，直接提供整体参数的计算公式，而不是让学生死记该公式。在平时成绩的评定时，要考虑学生的学习态度和学习方法，如平时作业的完成情况，参与兴趣小组的活动情况及成效等。力求全面把握学生对课内及课外延伸知识的掌握情况，给每个学生客观、公正的评价。

三、课程教学改革的成效

通过教学内容和教学方法的改革，教学质量有了显著提高。土木工程专业建筑工程方向3个班共89人，总评成绩90分以上的学生有5人，占总数的5.62%，80-89分之间的学生人数为26人，占总数的29.21%， 70-79分之间的学生人数为37人，占总数的41.57%，60-69分之间的学生人数为19人，占总数的21.35%，60分以下的学生人数为2人，占总数的2.25%。近3年学生的考试成绩和总评成绩分别见图1和图2。

图1 学生考试成绩分布图

图2 学生总评成绩分布图

从考试成绩来看，学生成绩优秀率（90分以上）和良好率（80～89分）较往年有一定的提高，中等率（70～79分）与往年持平，及格（60～69分）和不及格的学生人数下降明显，平均成绩达到了78.24分。从总评成绩来看，都有了不同程度的提升，没有不及格的现象，这说明学生对知识点的掌握程度在加深，学生设计能力也有明显的提高。

四、 结语

本科教学质量关系着人才培养的质量。高层建筑结构设计课程是对前面所学知识的综合运用，是指导毕业设计和实际工作的主要课程。通过对该门课程的教学改革，在课堂教学、实践环节、师生互动、考核方式等方面取得了显著成效。学生成绩较往年有所提高，学生实践能力也有所加强，上述改革措施值得在土木工程专业的其他课程教学中借鉴和推广。参考文献：

[1] 何淅淅.高层建筑结构设计课程改革的实践与思考[J].高等建筑教育，2007，16（1）：69-72

[2] 黄林青，陈明政，陈小英，朱浪涛，文佳.高层建筑结构设计课程教学改革尝试[J].重庆科技学院学报：社会科学版.2008（12）：209-210.

[3] 宋章树.高层建筑结构设计课程教学方法探讨[J].高等建筑教育，2009，18（3）：87-90.

[4] 东南大学，同济大学，等.混凝土结构：混凝土结构与砌体结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[5] 郭继武.建筑抗震设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[6] 包世华、张铜生.高层建筑结构设计和计算[M].北京：清华大学出版社，2013.

[7] 高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

Teaching reform of design of tall building structure course

ZHAO Guo ，JIAO Yufeng

（Institute of Civil Engineering， Henan University of Science and Technology， Luoyang 471023， P. R. China）

Abstract：

To meet the urgent requirement of economic development for highquality engineers and technicians as well as the registered structural engineer examination， according to the problem in the teaching process of highrise building structure design course， a series of improved teaching methods are proposed， such as enlightenment of teachers， higheffective interaction of students and conceptual analysis of project cases， it shows that the reform method is effective.

Keywords： tall building； structure design； teaching reform

（编辑 王 宣）