基于三维视图的钢结构课堂教学探讨

包恩和 张敏 孙凌云

摘要：随着现代会进程的发展，都市高层建筑越来越多，也越建越高；同时，炼钢技术的优化、钢材在建筑行业的大量使用，使得社会对钢结构人才的需求增加；现有钢结构课程的教学更多地是将课堂时间花在公式的推导和计算案例的讲解上，学生学习的效果并不理想；如果把三维视图的概念融入到钢结构知识的讲解中，将是一个有益的尝试。

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。贠英伟、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）、《毛泽东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www.gxrc.com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計算长度系数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]贠英伟.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.

[5]陈宜虎.画法几何与土木工程制图[M].武汉：武汉理工大学出版社，2014.

[6]GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.