浅谈脚手架设计在高职建筑力学教学改革中的应用

摘 要 本文首先深入阐述了高职院校建筑力学教学改革的现状，其后分析了基于脚手架设计的高职建筑力学课程设计思路及方法。

关键词 脚手架设计;高职;建筑力学;教学改革;应用

1高职院校建筑力学教学改革的现状分析

为了帮助并引导学生更好地理解掌握建筑相关知识技能，推动后期教学课程的有序开展，高职院校应当立足于教学现状以及面临的主要问题困境，有针对性地对教学内容、教学形式、教学方法进行改革创新，在传统教学的基础上引入一系列实际案例，在掌握扎实理论基础的情况下增加小型课程设计活动，引导学生通过自身的理解认知，独立系统的完成整个教学任务及工作过程。在这样的背景下，为了对教学进行有效改革，院校积极引入了扣件式钢管脚手架的设计内容，从一定意义上来讲，脚手架以及模板方案的设计和完善在建筑工程施工过程中是极其常见的环节，但在后期阶段关于土木工程建筑结构等课程内容中却没有作为一个独立的模块向学生进行知识技能的传授。例如，土木工程专业教学的重点在于介绍脚手架模板施工的主要过程、注意事项，而建筑结构则注重对建筑框架结构的整体设计和完善，也没有对脚手架的模板进行详细的阐述。由此可见，在学生完全掌握建筑力学相关知识的基础上，学生已经储备了足够的知识技能，此时有意识的增设脚手架课程设计，能够帮助学生更好的理解并运用已学知识，为后期有效就业发展奠定良好的基础[1]。

2基于脚手架设计的高职建筑力学课程设计思路及方法

2.1 明确脚手架的基本模型及特征，找到传力路径

在具体的施工过程中，相关设计人员、施工人员应当根据图纸中建筑物的层高、平立面尺寸等等，有效确定脚手架的基本参数，包括脚手架的材质、钢管横截面、截面模量、回转半径、抗压抗弯强度、基本风压，根据具体的高度立杆纵距、立杆横距以及步距绘制出相应的脚手架正面图和侧面图。

在这样的过程中，高职院校相关教师可以引导学生根据自身的理解和所学知识，查找相关的计算参数，正确看待BIM技术的作用及重要现实意义，运用三维建模技术，有效地巩固学生对建筑力学平面几何图形的知识掌握情况，包括抗弯截面系数、回转半径以及其他概念性的公式及计算步骤。

对于脚手架计算简图的绘制而言，教师应当有针对性的引导学生分析杆件的基本组成，通过绘图的方式帮助学生更好地掌握脚手架的空间结构，从平面体系、几何组成等等方面更为全面透彻的了解脚手架的构成原理。通过这样的方式帮助学生对几何不变体系的原理进行巩固学习，包括二元体规则、两钢片规则等等，学生通过不断的分析，了解基本规则的运用情况、注意事项，例如，斜杆的设置以及连墙件的完善，学生也能够掌握相应的学习体系。

与此同时，在进行计算简图的绘制时，教师还应当引导学生分析脚手架的荷载传递路线。具体而言，一方面，教师应当根据脚手架的设计原理及基本特征列举出所有的外荷载，包括风荷载、施工荷载以及杆件构件的自重、构配件的自重等等;另一方面，根据实际现场施工情况，将外荷载进行有效的整合归纳，分为竖荷载和水平荷载，根据实际情况将构建的荷载进行分类。例如，如果脚手板为竹笆脚手板，此时施工荷载应当首先从脚手板传至纵向水平杆，再传递给横向水平杆，最终传递至横向水平杆与立杆的连接扣件处，再由扣件传递给立杆，最后归到基础和在建建筑两个方面。竖向和水平荷载在传递给立杆后，通过底座再传递给基础，同时连墙件再将水平力传递给在建建筑。

2.2 进一步分析脚手架的具体荷载参数

在明确脚手架的基础模型及传递路径的基础上，应当进一步根据图纸设计建筑结构的相关规范以及脚手架的安全技术规范，深入分析脚手架的荷载种类，从而进一步确定荷载的具体参数取值，包括风荷载参数、活荷载参数等等，并且有效明确相关的标准值，例如结构的自重标准、脚手架自重、标准施工荷载等等。

2.3 针对纵向水平杆及横向水平杆进行科学合理的计算

（1）纵向水平杆的计算方法。从一定意义上来讲，纵向水平杆应当在横向水平杆之上，根据三跨连续梁的方式我们可以建立起纵向水平杆的计算模型，分析其主要荷载，例如，自重标准、活荷载标准、脚手板荷载标准等等，在此基础上再将这几类荷载均匀作用于纵向水平杆上，通过这样的方式计算出跨中和支座的弯矩值，从而估算其强度、挠度。

（2）横向水平杆的计算方法。对于横向水平杆而言，其主要与立杆扣件紧密连接，通过简支梁建立起相应的计算模型。在此基础上也应当确定其横向水平的主要荷载，包括纵向、横向水平杆的自重标准、脚手板荷载标准、活荷载，标准值等等。通过这样的方式根据每纵距的脚手板自重及施工荷载，计算出跨中和之座的弯矩值。

针对这一部分的教学内容而言，高职院校中的教师在进行纵向、横向水平杆的计算必须引导学生剪力弯矩的计算原理、计算步骤进行有效的复习，根据自身的理解绘制出相应的剪力图、弯矩图，并且掌握挠度的计算公式。通过对BIM技术的有效运用，剪力和弯矩的计算具有较大的强度，而挠度则属于刚度计算，通过这样的方式学生能够得出结论，即结构安全工作要求相关的构建必须拥有足够的强度及刚度。

2.4 基于立杆的计算思路

对于立杆的计算而言，首先我们应当从多个方面和层次入手分析，运用BIM技术的基本原理考虑其恒荷载标准值，包括每米立杆的承重结构、自重标准值、脚手板的自重标准值、栏杆自重标准值、吊挂的基本安全设备设施、挡脚板自重标准值等等的荷载。在具体的计算中，脚手架每米立杆的承重应当考虑的因素主要有配件的取值、脚手架的单位面积自重等等。高职院校建筑力学教师在开展教学活动时可以通过引导，加强学生对轴向压力计算概念、原理的认知理解，从而高效地掌握荷载效应的知识技能。具体而言，立杆的计算可以选择多个荷载值，找出最不利的组合进行测量，通过这样的方式明确风荷载对最终结果的影响[2]。

3结束语

综上所述，高职建筑力学教学改革应当从明确脚手架的基本模型及特征，找到传力路径、进一步分析脚手架的具体荷载参数、针对纵向水平杆及横向水平杆进行科学合理的计算、基于立杆的计算思路几个方面进行深入分析，充分发挥BIM技术的价值运用。

参考文献

[1] 武斌，张颂娟，温俊生.基于BIM的高职建筑力学课程教学改革研究[J].遼宁省交通高等专科学校学报，2018，20（6）：75-79.

[2] 黄薇.脚手架设计与高职建筑力学教学中的知识点衔接探讨[J].职业技术，2017（3）：53-56.

作者简介

杨圣飞（1971-），男，安徽宿州市人;学历：硕士，职称：副教授、高级工程师;现就职单位：重庆科创职业学院，研究方向：建筑结构力学分析、建筑工程施工技术。