时间：2023-08-08 09:22:57
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇混凝土结构设计基本原理，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
关键词：混凝土结构；设计；本科教学
【中图分类号】G64.23【文献标识码】A【文章编号】
土木工程是一门和人们衣食住行息息相关的学科，范围非常广泛，有房屋建筑工程、给水排水工程、公路与城市道路工程、机场工程、水利工程等。其发展取决于两方面：物质技术方面和科学理论方面。科学理论的目的是认识课题，寻求本质，主要任务是解决“为什么”，表现形态为知识理论；物质技术的目的是用来改造课题，任务是回答“做什么和怎样做”，表现形态为物质[1]。在土木工程领域科学理论主要表现为材料和结构在作用下的反应与破坏机理、计算原理；物质技术主为材料制作与加工技术、结构技术、施工技术、节能技术等。其中施工和材料，还有理论最为重要，又称为土木工程的发展的三要素：施工、材料和理论。
房屋建筑工程是土木工程的分支，同样受二个方面和三要素的制约与促进。科学理论方面每个领域都是基本相同的，由于不同领域的特殊性，其物质技术方面不尽相同。在本科教学中，作者认为应讲清理论，来理解和掌握技术；工作中，则要结合现有技术和理论，解决工程问题，创造和使用新的技术。
虽然房屋建筑工程只包含两个方面――科学和技术，但内容非常多，限于篇幅，本文主要讲述物质技术中的结构设计。结构是承重的骨架体系，根据组成材料又可分为混凝土结构、钢结构、砖混结构、木结构等。不同材料及所组成的结构体系在作用的反应与破坏机理的不同，设计方法又有所不同，本文主要从总体上讲述混凝土结构的设计方法的共性与教学改革建议。所谓结构体系是指构件按一定的传力路径而组成的结构定式，通常简称为结构。目前混凝土结构体系主要有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、筒体结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构、混合结构。
混凝土结构的材料组成主要是钢和混凝土，由于两种材料的组成关系不同，以及结构体系的不同，不同的结构在荷载的作用下有共性，又有其特性。下面就谈谈结构设计共同的基本原则和步骤。
一、结构设计
设计就是把我们的规划、构思等，以视觉的形式（声音、图像和实物等）表现出来。结构设计通常指把空间以图纸的形式表达出来。结构设计的基本原则是均匀性、整体性和经济性。均匀性指结构质量、刚度、几何尺寸和作用分布均匀。整体性一指结构在作用下，作为一个整体参与抵抗工作，二指在偶然作用下或局部的破坏，结构还能保持整体而不倒塌或缓倒塌。结构均匀，方便估计作用效应，找出薄弱部位，采取加强措施；结构整体好，能提高其抵抗偶然作用的能力及抗灾能力，从而提高安全性。具体指导方针：安全适用，经济合理，保证质量，方便施工，减轻偶然作用，避免人员伤亡，减少经济损失。实施时从项目选址，（建筑和结构）设计，施工三个阶段严格把关，科学决策。本文主要谈结构设计阶段的方法与步骤。
我国现阶段的房屋建筑设计模式是建筑设计和结构设计分别由建筑师和结构师完成。通常把结构设计分成三个阶段：方案设计，初步设计，施工图设计。
1.方案设计
本阶段结构师根据经验，结合建筑方案，运用概念设计，初选结构的型式，结构的体系，构件的形式等。所谓概念设计即根据工程经验等形成的设计原则和设计思想，进行结构总体布置并确定细部构造的过程。
由于结构在各种作用下反应的复杂性，以及实际结构与计算模型的差异，很难有效地算出结构在各种作用组合下的薄弱环节，因此本阶段主要是运用正确的结构概念进行设计[2]，且要综合考虑经济、施工和技术先进性等。
具体过程结合结构破坏可能产生的后果及对各方面影响后果的严重性，根据建筑工程抗震设防分类标准与建筑结构可靠度设计统一标准，确定结构的设防类别及结构和构件的重要性。结合《抗规》（3.4节～3.9节，6.1.1）或《高规》（第3节），确定结构的三维尺寸（长宽高），结构体系及传力途径等。通常形成2个以上的方案，以供比较和进一步的优选。
2.初步设计与计算分析
主要是对前面的方案进行优选。初选构件的截面尺寸，材料，确定结构的计算简图，包括确定结构体系，杆件类型，杆件之间的连接形式，结构与支座的连接形式，材料的力学性质，荷载的计算。根据计算简图进行结构的力学行为分析（内力、变形、稳定性、动力特性等），从强度、刚度和稳定性三个方面对方案进行比较，确定最合理的方案。用极限状态设计法，求出构件的计算配筋量。
初步估算可以用简化方法并结合概念设计（如《抗规》3.4～3.6，《砼规》3.1～3.2和3.6，《高规》第3～5章）对多个方案进行初步筛选。再对筛选的方案，利用合法有效的软件（抗震分析时要符合抗规3.6.6），对结构进一步的分析比较：内力、位移、周期、薄弱部位和复杂部位的应力分析等，综合考虑施工与经济，确定最优的方案（结构布置、构件尺寸和材料类型）。对最优方案做详细的分析与计算（细部应力计算），得出计算配筋量。
3.施工图设计
本阶段主要是根据计算结果，结合概念设计，对结构和构件的构造、连接措施，耐久性及施工的要求，进一步的明确和细化，确定结构及构件的配筋量，细部构造的处理，选定材料。
目前常用的软件能给出梁板柱墙及基础的配筋量，并根据设定钢筋库进行选筋，并用平面标注。有时软件的选筋结果不是很合理，还需要设计人员根据计算结果及规范的相关要求，并运用概念设计对配筋进行核查、调整和补充。规范相关章节为：《砼规》3.5，4章，8章～11章，《高规》3.6，3.10，6章～11章，《抗规》3.9节和第6章，非结构构件还要考虑《抗规》3.7节和第13章.基础部位则要考虑《高规》第12章及《地规》和《桩规》。综合考虑当地材料的供应和施工水平，书写施工说明，绘制配筋图。
二、教学
传统设计规范以“截面钢筋屈服”和“混凝土破碎”控制混凝土结构的安全，实际这只属于安全的较低层次。而结构在偶然作用的倒塌，才是对安全的最大威胁。因此，提高结构的抗灾性能，这才是结构安全的根本[3]。而提高结构的抗灾性能，就要加强结构的整体性。传统的房屋混凝土结构的教学也是以构件教学为主――重构件计算，轻概念。课程的安排方面也存在支离破碎的现状。
作者认为，混凝土结构的教学也应随着人们对结构设计认识的深化，而改变。指导思想为讲清原理（学生和老师），重视概念和整体方案设计的教学，构件的计算作为基本技能掌握。具体为：1.课程的重组，把混凝土设计基本原理，混凝土结构设计，高层建筑结构设计，建筑结构抗震设计，合为混凝土结构设计，分为三部分――基本原理，结构设计（非抗震和抗震）。2.编写相应的大纲和教学计划――先进行整体结构的教学（方案设计，效应的计算与组合），考虑到与结构力学的衔接先以框架结构为例。再讲基本原理，最后其它结构体系及结构的抗震设计。
三、总结
结构设计的原则是均匀性和整体性：要重视概念和方案设计（刚度、质量和几何分布均匀），加强结构的整体性，提高结构抗灾性能。教学更应该从传统的构件式教学，过渡到整体式教学：理解原理，重视概念，掌握基本技能。
参考文献
[1]科学与技术的区别[J].齐齐哈尔社联通讯，1985，S2期：28.
关键词：混凝土结构基本原理；课堂教学；教学计划；多样性教学方法
中图分类号：TU37；G6420 文献标志码：A 文章编号：10052909（2015）04005905
混凝土结构基本原理作为土木工程专业中重要的专业必修基础课程，其主要任务是培养学生掌握钢筋及混凝土两种材料所组成结构构件的基本力学性能，具备混凝土结构构件设计能力，理解其与先修课程（如材料力学、结构力学）和平行课程（如钢结构）的关联性，要求学生掌握钢筋和混凝土两种材料组成的混凝土结构构件在承受轴向力、弯矩、剪力、扭矩以及共同作用时的截面设计和承载能力评估，掌握预应力混凝土结构构件在轴心拉力和弯矩作用下的承载能力计算和评估，掌握混凝土构件裂缝宽度和挠度确定的基本原理和验算方法。为学习后续课程混凝土结构设计和毕业设计打好基础。图1为与该课程相关的先期、平行和后期课程。
图1 混凝土结构基本原理的先期课程、平行课程及后续课程示意图
我国高校土木工程专业的混凝土结构基本原理与北美国家课程设置有所不同。笔者在美国田纳西大学和加拿大麦吉尔大学做访问学者期间跟班学习混凝土结构课程，两所大学土木工程专业的本科生在该门课程上的学时为每周3小时，共36学时，学习内容包括基本原理和结构[1]，课程紧密结合设计规范，授课教师更加注重实际应用。而我国的教学将混凝土结构基本原理和结构
设计分为两门课程，在两个学期完成，原理部分64学时，设计部分36学时，学生能更好地理解混凝土结构的基本原理。
笔者以90分钟课堂教学为例，结合同济大学混凝土结构课程教学实践，阐述了多样性教学的意义，揭示了教学计划在课堂教学中的重要地位，反映了中国高校混凝土结构课程教学特色。
一、 混凝土结构基本原理教学特色
积极发挥课堂特色是提高教学质量的有力举措。笔者所在高校（同济大学）以顾祥林教授为首的“混凝土结构基本原理”教学团队在长期教学实践活动中形成了自己的教学特色，这些特色包括立体化教材、国际化办学、开放性以及自选式试验等。立体化教材是指采用教学团队编制的中文教材[2]、试验指导书和英文教材（即将出版），并集纸质教材、多媒体电子教案、教学录像、试验录像、试件陈列室等多种表现形式于一体。土木工程专业国际化办学指通过研究国际化模式并初步实践，加强双语教学和英文教材建设。开放性、自选性试验指专门配置了混凝土结构教学实验平台[3]，开放性、自选式教学试验贯穿整个理论教学过程。试验录像在课程网站上，可随时观看学习。课堂是发挥和展示这些特色教学形式的平台，根据教学大纲要求科学合理安排好课堂时间是提高教学效果的根本保证。同济大学混凝土结构基本原理课程先后被国家、上海市、学校评为精品课程。这些课堂特色的形成凝结了几代人的不断努力和探索实践，是CDIO工程教育模式的具体表现[4]。
二、混凝土结构基本原理教学方法的多样性
课堂教学方法的多样性有利于提高教学效果。多样性的课堂教学方法分别在学习模式、双语教学、考评方式、教研结合中充分体现。
引导学生采用先进的学习模式。自主学习、研究性学习和实践性学习是先进的学习模式，课堂教学中通过回答开放性问题（包括概念型、知识型和资源型等三种类型），让学生自己在思考和查阅资料中找到问题的答案，培养学生自主学习能力；根据个人兴趣和专业需要安排学生选择教学实验，接触工程实际，提高解决实际问题的能力，初步掌握正确的思考和研究方法。
双语教学和全英文教学。本课程开出完全用英语讲课的平行班，供学生自由选课，以满足学生的不同需求。随着学生英文水平的提高和国际化要求，目前全英文教学取代了双语教学。2014―2015年度选修人数占学生总数的10%。
考试方法改革。采取灵活的成绩评定方式：理论考查占90%，实验报告占10%。采取激励机制，将研究性学习和实践性学习的考评作为附加成绩。
教学团队的教师承担多项国家级、省部级课题以及实践应用课题，课题中大多为混凝土结构课题的试验研究项目。充分利用这种优势，积极引导学生参与课题研究，积极在各类课题科研试验项目中锻炼学生实践能力，强化感性认识，加深课本理论的理解，认清学科发展前沿。同时积极把国家标准、规范和规程的研究成果反映到课程教学中。由于《既有建筑物结构检测与评定标准》《装配式混凝土结构技术规程》《纤维增强复合材料加固混凝土结构技术规程》等标准、规程为本课程组教师参与编写，授课教师根据编写体会进行深层次的讲解，使学生及时掌握学科发展前沿和动态。此外，积极组织学生参加土木工程学院大学生创新实践训练计划（SITP）项目。
三、 混凝土结构基本原理课堂教学
混凝土课程具有内容多，公式符号多，构造规定多，工程实践强等特点。该课程可分为承载能力和使用性能两大部分。承载能力涵盖正截面承载能力和斜截面承载能力。正截面承载力包括轴向力、弯矩，以及弯矩与轴力共同作用时的混凝土结构构件的截面承载力，斜截面承载力包括混凝土结构构件承受剪力和扭矩时截面上的承载能力。使用性能作为课程的一个部分，简单介绍混凝土结构构件的变形，包括裂缝宽度、受弯构件挠度的计算方法。承载能力分析和使用性能课时比例为14∶1。结合试验研究，从加载到破坏全过程，提炼混凝土开裂、钢筋屈服、混凝土压碎等代表性的状态，以力的不同类型作用下的承载能力分析方法分析其破坏机理。
缜密、细致、科学的课堂教学计划是提高教学效果的关键。以混凝土结构基本原理课程中“斜截面受剪承载力”教学环节为例，根据教学大纲制定科学合理的教学计划，并对每一步教学分配合理的教学时间是提高课堂教学质量的有效途径。教学计划中应突出基本概念和原理，理论联系实际，注重系统性、新颖性和趣味性。
（一） “斜截面抗剪承载能力性能与计算”章节教学内容及要求
该章节教学内容包括：（1）无腹筋梁的受剪性能；（2）有腹筋梁的受剪承载力计算；（3）保证斜截面受弯承载力计算的构造要求。
该章节教学的基本要求：（1）熟悉无腹筋梁斜裂缝出现前后的应力状态；（2）掌握剪跨比的概念，无腹筋梁斜截面受剪的三种破坏形态以及腹筋对斜截面受剪破坏形态的影响；（3）熟练掌握矩形、T形和工字形等截面受弯构件斜截面受剪承载力的计算模型、计算方法及限制条件；（4）掌握受弯构件钢筋的布置、梁内纵筋的弯起、截断及锚固等构造要求。
（二）90分钟课程教学计划与实施
教学环节根据教学内容的第（2）点和教学要求的第（3）条展开，在90分钟的教学环节中，考虑特定时间内围绕教学目的划分若干步骤完成知识点、重点及难点的复习、解释和讨论，在此过程中合理安排教师与学生互动时间（表1）。
步骤教学目的教学知识点重点及难点教生扮演角色时间分配
1巩固平截面假定在受剪承载力分析中的不适，以及巩固斜截面的基本假定正应力与剪应力的共同作用决定构件的裂缝位置及走向斜裂缝的出现 学生讨论为主5分钟
2复习斜截面受剪承载力的实验研究复习剪跨比的概念，剪跨比对抗剪破坏模式的影响剪跨比作用的原因学生讨论为主10分钟
3复习无腹筋梁受剪承载力无腹筋梁承载力计算公式推导忽略不确定因素，
简化计算模型 学生讨论为主5分钟
4有腹筋受剪承载力计算平面桁架模型基于有腹筋梁平面桁架模型的承载力计算公式推导桁架模型中的裂缝间混凝土简化为桁架模型中的压杆教师讲解为主25分钟
5有腹筋梁受剪承载力的半理论半经验公式受剪承载力计算公式的组成及应用上限和下限值的确定教师解释为主25分钟
6受剪承载力公式及应用小结及作业布置剪跨比计算、临界截面确定、箍筋面积计算和间距确定、最小配箍率和截面限制条件的验算等教师讲解为主20分钟
表1中的步骤1―3用于巩固与复习，加深学生对剪跨比概念的理解，为后续的斜截面受剪承载力性能和计算作铺垫。这3个步骤以学生讨论为中心，共分配20分钟时间。步骤4―6用于讲解新的知识点，通过前3个步骤将学生的注意力集中于课堂教学之后，教师确认大部分学生掌握了构件斜截面抗剪的基本特征和关键参数时，以教师为主进行步骤4―6的教学，根据内容需分配70分钟时间。
步骤1实施时，结合先期课程（材料力学）和该课程第二章的材料性能中的相关内容，复习公式（1）中的正应力和剪应力产生的内力，正应力源于弯矩，而剪应力源于剪力。
σtp，cp=σ2±σ24+τ2 （1）
裂缝的发展方向与τ/σ比值有关，与水平方向夹角为1/2arctan（2τ/σ）；τ/σ越大，裂缝发展方向越陡。
步骤2实施时，必然涉及剪跨比的概念，这时可引导学生深化剪跨比的概念，为什么剪跨比能够决定构件抗剪破坏的模式，可从裂缝发展与构件长度方向的夹角大小判断，裂缝发展方向与构件长度方向的夹角越小，构件的抗剪承载能力越低。而决定夹角大小的是τ/σ，剪应力τ取决于剪力V的大小，而σ可由弯距M推算出来。这样，σ/τ可以用弯距M与剪力V和截面有效高度h0乘积的比值，可以表示为
MVh0= VaVh0=ah0（2）
ah0称为剪跨比λ。
如此，σ/τ∝MVh0，τ/σ与λ成反比。τ/σ越大，λ越小，受剪承载力越大。进而，可以用剪跨比λ说明构件抗剪破坏模式。
步骤3实施时，复习在剪压破坏模式下，沿斜裂缝取隔离体，忽略斜裂缝截面上难以确定的纵向钢筋的销栓力和裂缝间的摩擦力，得出无腹筋梁的受剪承载力为
Vc=0.24-0.06σsρsfc0.5+0.24λfcσsρsfcbh0=αc'fcbh0=αcftbh0
（3）
步骤4实施时，重点说明桁架模型，箍筋作为桁架的拉杆，上下弦纵向钢筋作为桁架的拉杆和压杆，裂缝间混凝土作为桁架的斜压杆。在桁架模型中学生往往对斜压杆难以理解。构件抗剪破坏时，斜裂缝间的混凝土受到上下纵向钢筋的约束分析，斜裂缝间混凝土受压，可以理解为斜压杆。然后，讲解纵向钢筋的受力，再说明水平钢筋的受力，最终得出有腹筋梁的受剪承载力为
Vu=nvhcorcotα=fyvAsvshcorcotα（4）
由公式（3）和（4）叠加，得出受剪承载力计算理论公式。
讲解步骤（3）和（4）之后，学生基本上可以接受这样一种思路：虽然斜截面受剪承载力性能与计算不符合平截面假定，但它仍然利用“实验―基本假定―计算模型―基本公式―适用条件―公式应用”的线索，从中体现课程的系统性。
实施步骤5过程中，在讲解为什么不用最大配箍率作为承载能力的上限时，利用实验研究结果（图2）解释。从图1可以看出，随着配箍率的增大，即横坐值的增加，纵坐标将不再变化，这表明受剪承载力Vu 与构件截面有效面积bh0的比值保持不变，因此受剪承载力受截面面积的控制或限制，解释了受剪承载力上限值的确定方法。
图2 受剪承载力/抗拉承载力比值与配箍率关系图
为开拓学生解决问题思路，可从解析角度解释。试验研究中表明，当配箍率超过一定值后，则在箍筋屈服前，斜压杆混凝土已压坏，故取斜压破坏作为受剪承载力的上限。而《混凝土结构设计规范》[5]是通过控制受剪截面的剪力设计值不大于斜压破坏时的受剪承载力来防止由于配箍率过高而产生的斜压破坏。学生对这一点往往难以理解，对从配箍率控制转化为截面面积控制感到困惑。
其实，在叠加公式（3）和（4），得到受剪承载力计算理论公式（5）后，
Vu=0.7ftbh0+1.25fyvAsvsh0（5）
不妨定义最大配箍率ρsv=1.2ftfyv，并将该配箍率带入公式（5），简单变化后可得
Vu=0.25βcfcbh0（6）
如此变化，即可得到规范设置的依据。
在第6个步骤中，为了增强学生的工程概念，在公式应用时，启发学生思考作用在梁上的集中荷载的工程意义。通常情况下，学生根据实验课获取的经验认为集中荷载是分配梁产生的或者是千斤顶给予的。通过启发学生的思考，引导他们从实际结构的主次梁考虑，解释集中荷载的位置其实就是另一方向梁的支座位置，集中荷载大小即为另一方向梁的支座反力。往往在这个时刻，学生会恍然大悟，记忆深刻，产生良好的教学效果。接着，讨论在集中荷载部位实际上应如何布置箍筋，是配在次梁支座的两侧还是放在支座的中间，只要从受剪承载力的基本原理出发，学生能得出应放在支座两侧的正确答案，因为支座处的实际计算截面积远大于bh0。如此，不仅增强了学生对工程概念的理解也提高了学习兴趣，体现了课程的新颖性和趣味性。
公式多、教材繁、考试难是多样化教学方法实施前学生对混凝土结构基本原理课程的普遍反映。多样化教学的实施加强了混凝土结构基本原理课堂教学的新颖性、趣味性、系统性，改变了学生被动学习的局面，提高了学生自主学习能力。2014年，同济大学通过网上评议调查，93%的学生反映课程教学方法灵活多样，激发了学生的兴趣和深度思考；97%的学生反映课程内容丰富新颖，具有挑战性；93%的学生反映多样化教学效果很好。从2014―2015年度学生期终考试中构件受剪承载力考题的抽查结果来看，90%以上的学生能掌握配箍率限界的概念，并能合理判断受剪控制截面和熟练应用计算公式进行抗剪配筋设计。
四、结语
同济大学混凝土结构基本原理课堂教学实践证明，通过多样化的教学方法可培养和提高学生自主学习能力，充分发挥90分钟内不同时段的教学效能是提高教学效果的重要途径。因此，只有坚持这些鲜明的教学特色，才能更好地保证和提高混凝土结构基本原理课堂教学质量。参考文献：
[1] Edward G Nawy. Reinforced concrete（fifth edition）[M]. New Jersey： Pearson Education， Inc. 2003.
[2] 顾祥林. 混凝土结构基本原理[M]. 上海： 同济大学出版社，2011.
[3] 顾祥林，林峰，黄永嘉，等. “混凝土结构基本原理”本科教学实验平台建设[J]. 实验室研究与探索， 2009， 28（2）：37-40.
【关键词】建筑结构 新版混凝土规范 教学改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）03-0019-02
1 引言
《建筑结构》是非土建类专业开设的专业基础课程，内容涵盖混凝土基本原理、钢筋混凝土结构设计、砌体结构、钢结构以及抗震设计，知识面广、内容全面。在"需求导向，能力为本，知行合一，重在创新"的人才培养理念指导下，《建筑结构》课程应紧密结合结构设计规范[1]，以结构设计基本原理为基础，以建筑结构发展最新动向为延伸，强调学生对基本概念和设计方法的掌握，培养学生发现问题、解决问题的能力。
2010年新修订的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[2]于2011年7月1日在全国范围内开始实施。新规范在总结今年来全国科研、高校和设计单位的科研成果和工程实践经验基础上，学习借鉴国外先进规范和经验，广泛征求国内有关单位意见，经过反复修订而成，代表了混凝土结构学科在现阶段的技术水平。而《建筑结构》课程体系中最重要的混凝土基本原理和钢筋混凝土结构设计必须遵循新版混凝土规范要求。因此，在新版混凝土规范出台之际，《建筑结构》课程教学应适时进行调整和完善，以确保学生能正确完成钢筋混凝土结构的设计，了解混凝土结构学科发展趋势。
2 《建筑结构》课程特点
《建筑结构》课程授课对象是非土建类学生，这一特殊的教学群体决定了该课程的主要特点：
（1）课程内容繁多。《建筑结构》以"混凝土基本原理"为基础，以"钢筋混凝土结构"、"砌体结构"、"钢结构"为应用，以"抗震设计"为补充，基本涵盖了土建类专业的大多数专业基础课。同时在《建筑结构》的教学环节中，涉及了工程材料、材料力学以及结构力学等多门课程内容，要求学生具备扎实的基础知识。
（2）课程课时少。《建筑结构》课程通常分两学期教学，总课时不足90学时，远低于土建类专业课时数。在内容多、课时少的背景下，必然要求对建筑结构教学内容进行合理分配，结合教学对象，针对专业特点，把握全局，突出重点。
（3）学生基础薄弱。非土建类学生数学、力学基础较差，面对《建筑结构》中大量公式的推导和应用，往往存在心有余而力不足的现象。尤其对一些理论性稍强的内容，学生普遍认为内容太难，无法完全掌握。
（4）学生思想不重视。学生往往只关注本专业的核心课程，不重视《建筑结构》课程，在学习过程中只求应付考试，不求真正掌握、灵活应用，所以即使老师反复强调，教学效果仍然不佳。
因此，《建筑结构》课程只有针对课程自身特点，结合非土建类专业学生基础，因材施教，才能真正实现课程教学目的。恰逢2010版混凝土规范修订，可通过对教学内容和教学方式的改进，突出新旧混凝土规范的差异，促进学生对混凝土规范的认识和理解，提高教学效果。
3 《建筑结构》教学内容改革
（1）采用高强高性能材料
新版混凝土规范提倡高强高性能材料，要求适当提高一般结构的混凝土强度等级，钢筋混凝土强度不应低于C20，采用强度级别400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。同时废除23MPa5级钢筋，以300MPa级钢筋代替，新增500MPa级钢筋，大力推广400MPa级、500MPa级高强热轧带肋钢筋作为纵向受力的主导钢筋，并逐步限制335MPa级钢筋。
（2）统一受剪承载力计算公式
在2002版规范[3]中，均布荷载作用下的受弯构件箍筋抗剪承载力为1.25fyv（Asv/s）h0，受集中荷载作用的受弯构件箍筋抗剪承载力为1.0fyv（Asv/s）h0。新版混凝土规范统一了受弯构件抗剪承载力计算公式，均按1.0fyv（Asv/s）h0计算，修订后规范适当提高了斜截面受剪承载力的安全储备。
（3）提高最小配筋率
2002版混凝土规范规定受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率取0.6，对400MPa级钢筋可减小0.1。新版混凝土规范中根据抗震设计要求，受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率如表1所示，修订后受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率有所提高。
表1 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中最小配筋率规定
受力类型 最小配筋率（%）
受压构件 全部纵向钢筋 0.50（500MPa级钢筋）
0.55（400MPa级钢筋）
0.60（300、335MPa级钢筋）
一侧纵向钢筋 0.2
受弯构件、偏心受拉、轴心
受拉构件一侧的受拉钢筋 0.2和45 中的较大值
表中：ft为混凝土抗拉强度设计值，MPa；fy为钢筋屈服强度设计值，MPa。
（4）调整裂缝宽度计算公式
新版混凝土规范中裂缝宽度计算公式形式保持不变，但对于三级裂缝控制等级的非预应力混凝土构件，最大裂缝宽度可按荷载准永久组合并考虑长期作用影响的效应计算。同时对于非预应力的受弯或偏心受压构件，受力特征系数αcr减小为1.9。修订后计算得到的裂缝宽度值有所减小，解决了采用高强钢筋受裂缝宽度限制的问题。
（5）完善了各种构件的构造要求
新版混凝土规范中对板、板柱结构、混凝土墙、钢筋锚固等构造要求进行了完善修订。包括：正式提出现浇空心楼板的最小板厚200mm；修改了锚固长度的修正系数，将锚固长度的下限值减低为0.6；完善装配式结构的构造要求，增补机械连接、浆锚接头等连接方式等等。
（6）提出新的设计原则
新版混凝土规范为提高结构抵御灾害的能力，提出了结构防倒塌概念设计，介绍了结构防倒塌定量设计方法的原则。同时为完善耐久性设计，针对既有建筑改造的迫切需要，提出了既有结构延长年限、安全复核、改变用途、扩建改造、修复加固的设计原则。
4 《建筑结构》教学方式改革
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）在第六批规范课程研究的基础上，对"从截面计算到结构设计"、"增加结构防倒塌设计的原则"、"耐久性及既有结构再设计"、"提高安全度设置水平"、"采用高强-高性能材料"以及"技术进步标准协调国际接轨"六个方面进行了补充、完善、提高。新版混凝土规范的发展方向代表了混凝土结构领域的发展方向，体现了不断进步、紧密联系工程的精神。因此，作为《建筑结构》课程更应及时贯彻2010版混凝土规范精神，结合工程实践开展教学工作，具体可进行以下几方面的教学改革尝试。
（1）大量运用对比分析法
在众多《建筑结构》课程教改研究成果中，对比分析法可以通过比较，找出事物的相同点和不同点，加深学生对教学知识的理解和掌握[4]。在《建筑结构》课程教学过程中，可采用对比分析法对新旧混凝土规范内容进行举例说明，不仅要突出修订后的内容，也应介绍规范修订的背景、原则，让学生在记住专业知识的同时，也对混凝土学科发展方向有所了解。
（2）开展"现场"教学
《建筑结构》课程中的部分概念性知识，学生往往很难把握。为让学生拥有对混凝土结构的直观认识，可以带领学生参观结构试验大厅，逐一介绍钢筋、水泥、砂石、模板等基本材料；还可带领学生旁观土建类专业学生材料试验课和混凝土试验课，观察钢筋绑扎、混凝土浇筑、振捣以及适筋梁破坏试验。通过"现场"教学把抽象的事物、概念实体化，加深学生的理解，培养学生对《建筑结构》课程的学习热情。
（3）紧密结合工程实例
对于非土建专业学生，大量概念、公式、计算内容的讲授不免显得枯燥，因此需要在教学过程中不时通过生动的工程照片、实例、视频吸引学生注意、强化学生的感性认知，将有助于《建筑结构》课程教学效果的改善。
（4）教师不断自我培训
随着新技术、新工艺、新知识的不断发展，混凝土规范进行了再次修订和完善，以规范为根本的《建筑结构》课程也应紧跟发展趋势，不断自我完善。因此，任课教师必须及时更新知识结构、增长工程实践经验、及时掌握行业发展动向，积极参与课程相关的各项科研、教改研究，不断进行自我培训，提高自身素质。同时在教学环节中，以身作则给学生树立积极向上的榜样。
5 小结
本文以新版混凝土规范为背景，结合非土建类专业学生特点，初步探讨了《建筑结构》课程的教学改革。通过对教学内容和教学方法的改进和完善，以期实现课程教学目的，完成教学任务，达到教学效果，使学生在接受建筑结构设计相关理论知识的同时，了解行业发展方向，提高自身实践能力。
参考文献：
1.王文龙. 高职《建筑结构》课程的教改实践与探索[J]. 长江工程职业技术学院学报. 2006，23（1）：43-45.
2.中华人民共和国住房和城乡建设部. 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[S]. 中国建筑工业出版社出版. 2010.
关键词框架；结构；设计；方案；原理；荷载；计算；
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着社会经济形势的不断好转，人们的生活水平得以快速提高，在这种环境背景的影响下，人们对于建筑物的使用功能和质量性能都有了更高的要求，为更好的满足人们对于现代建筑物实际的生活和心理追求，建筑框架结构设计便成为人们所关注的焦点。建筑空间、平面布局等都包含在建筑的框架结构设计中，对满足人们的需求方面起着至关重要的作用。
一、框架结构的定义和类型
1.1 定义
框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构,即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。框架结构是多层房屋的主要结构形式,也是高层建筑的基本结构单元。
1.2 类型
(1)按构件组成划分可分为梁板式结构和无梁式结构两种两种类型。
梁板式结构是指由梁、板、柱三种基本构件组成的骨架结构;无梁式结构是指由板和柱子组成的骨架结构。
(2)按框架的施工方法划分可分为现浇整体式框架、装配式框架、半现浇框架及装配整体框架。
(3)按材料组成区分可分为钢框架和混凝土框架
钢框架是指有钢梁或钢柱组成的能承受垂直和水平荷载的结构。混凝土框架是指由混凝土为汉族要材料建造的工程结构,包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构等。
二、框架结构设计的基本原理
在建筑结构中框架结构设计的基本原理主要包括两个方面:一是建筑结构的荷载,二是极限状态设计法。
2.1 建筑结构的荷载
荷载:施加在结构上的集中力或分布力,称之为直接荷载;引起结构外加变形或约束变形,称之为间接荷载。荷载效应:由作用引起的结构国构件的反映。结构抗力:结构或结构构件承受效应的能力。
2.2 极限状态设计法
为了保证框架结构设计的安全性、耐久性与实用性,必须对其极限状态进行验算。同时,这也是框架结构设计的方法。安全性:满足特定的与建筑物功能相适应的承载力极限状态;耐久性:保证结构的承载力的持续时间与环境使用度;实用性:保证结构在正常使用中时具有良好的工作性能。
三、框架结构设计及其计算要点分析
3.1框架计算简图的确定
没有地下室的多层框架房屋，一般来说基础埋的较深，对于不同的深浅度，要有不同的设计。在基础埋的比较深的时候，为了增加房屋底部的整体性，减小位移有时在±0.000附近设置基础连系梁。将基础连系梁以下的部分看作底层，层高H取基础顶面至连系梁顶面的高度，而把实际建筑的底层作为第二层考虑，层高H取连系梁顶层至一层楼面高度。基础埋深较浅时现浇的框架结构梁柱刚接，计算简图的确定主要是确定底层柱的计算长度。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010(以下简称《结构规范》)第6.2.20条规定：一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构，底层柱的计算长度取基础顶面到一层楼盖顶面的高度H，装配式框架取1.25H。对于带地下室的多层框架结构，合理确定上部结构的嵌固位置是一个关键问题。《结构规范》和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(以下简称《抗震规范》)，都没有明确地提出具置，需要具体问题具体分析。对于能够满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或采用箱型基础时，可将地下室顶作为框架上部结构的嵌固位置，在利用PKPM软件进行设计时，楼层总数仅输入地下室以上的实际层数，底层的层高H取实际层高。这样计算出的地震作用与实际情况较为接近。对于不能满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或者采用筏板式基础时，嵌固位置最好取在基础顶面。此时，利用电算进行楼层组合时，总层数应为实际的楼层数加上地下室的层数。
3.2钢筋混凝土保护层厚度的取值
混凝土保护层在保护钢筋不受锈蚀方面起着重要作用，能够有效保证钢筋的粘结锚固性能，对于构件的耐久性和钢筋的受力性能影响比较大。《结构规范》规定，保护层厚度计算应由最外层钢筋开始计算，梁柱保护层计算需考虑由箍筋及构造筋边开始计算至混凝土表面的距离。实际工作中设计人员的不重视，常会出现以下问题：1)主梁与次梁交叉处、主梁、次梁和板的钢筋关系处理不明确，造成板负筋保护层厚度不足或构件有效截面高度损失，直接影响到构件的安全性;2)地上部分与地下部分的柱因所处的环境条件不同，根据规范要求，应采取不同的保护层厚度。
3.3.1梁的设计
设计梁要注意梁度差，当梁度差较小时，两高也要与之相同。如果梁底与窗定的尺寸相差的小，大粱的高度就该与窗顶一致．外部的框架梁尽梁尽量保持外皮与住外皮的一 平。有次梁的时候，尽量使主梁和次梁分开，以免引起主次梁的抗扭。 使抗扭的纵箍筋增加。上梁纵筋的间距在满足抗裂的同时．也要注意 将梁端头的箍筋加密。小面积的梁及框架梁，上下部的纵筋避免支座 搭接。由于挑梁在总负荷中所占的比例较小。将挑粱变成截面不能够 有效的减轻自重，变截面梁时，其挠度也大于截面梁。如果挑梁的端部有次梁，要注意对其加固。一般情况下。只有当剪承载力不足时，挑梁根部才可以加斜筋。挑梁配筋必须留有空间．而就大梁而言．在梁的下部必须配置受压钢筋来减少挠度。为了保证梁的变形能力，使框架结构具有较好的抗震性能，梁端纵向受拉钢筋的配筋率应能使梁端截面的受压区相对高度满足以下要求：一级框架≤0.25ho;二、三级框架≤0.35ho，同时，纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。为了保证梁有足够的延性，提高塑性铰区压区混凝土的极限压应变值，并防止在塑性铰区内最终发生斜裂缝破坏，在梁端纵筋屈服范围内加密封闭式箍筋，对提高梁的变形能力十分有效。同时，为了防止压筋过早压曲，应严格遵照《抗震规范》限制箍筋的间距。
3.3.2柱的设计
柱的设计主要从三个方面阐述，分别是柱截面尺寸、柱纵向钢筋的配置、柱的箍筋。柱的平均剪应力太大，会使柱产生脆性的剪切破坏。平均压应力或轴压比太大会使柱产生混凝土压碎破坏，为了使柱有足够的延性，柱截面尺寸应符合以下要求：柱截面的长边应小于柱净高的1/4；且矩形截面柱，抗震等级为四级或层数不超过2层时，其最小截面尺寸不宜小于300mm，一、二、三级抗震等级且层数超过2层时不宜小于400mm；圆柱的截面直径，抗震等级为四级或层数不超过2层时不宜小于350mm，一、二、三级抗震等级且层数超过2层时不宜小于450mm；柱截面长边与短边的边长比不宜大于3；当剪压比保持较低时，可获得较好的延性，为此柱端截面的平均剪应力一般宜小于3N/mm。
结束语
建筑框架结构是我国建筑工程领域近几年所采用的，各项设计技术以及施工工艺方法还不够成熟，为此我国建筑工程领域在进行框架结构设计与建设时需要不断地在实践中丰富设计经验，提高设计质量标准，为我国建筑框架结构设计在建筑工程施工领域的健康发展奠定坚实的基础。
参考文献
[1] 蒋新梅;;论高层建筑结构设计之常见问题的分析[J];四川建材;2009
关键词：混凝土结构设计原理；双语教学；教学方法
中图分类号：TU37-4 文献标志码：A 文章编号：1005-2909（2013）02-0083-04
开展双语教学是目前高等学校教学改革的趋势，旨在培养具有坚实专业理论知识和良好专业外语交流能力的人才。
武汉大学土木建筑工程学院面对本科生开设的混凝土结构基本原理课程，也早在几年前开展了双语教学，课程组在教学实践中不断总结和改进教学方法，取得了良好的教学效果。
一、混凝土结构设计原理双语教学的特点及其开展方式
（一）双语教学特点
混凝土结构设计原理是土木工程专业开设的第一门专业课程，具有其特殊性，主要表现为以下3点。
（1）教材内容与国家规范、规程或标准（为叙述方便，以下简称“规范”）密切联系。因此，教学内容既要包括一般的概念、基本理论，又要适合中国工程实践的特点（建筑法规、设计和施工规范）。直接使用国外已有的英文教材不完全适合国内双语教学课程。
（2）与其他专业课程之间密切联系，如之后相继开设的建筑结构抗震设计、高层建筑结构设计等。
（3）专业课的课程学习与其他教学环节，如课程设计和毕业设计密切联系。
上述特殊性在某种程度上极大地增加了开展双语教学的难度，必须找到可行、合理的解决办法和配套措施，才有可能使双语教学达到预期效果。
（二）双语教学方式
根据课程的特殊性，开展双语教学有如下几种选择方式。
1.将中文教材翻译成英文版教材
目前出版的教材有武汉理工大学出版社的Concrete Structural Fundamentals，
此教材基于中国规范（GB50010―2002），内容章节安排均同中文教材，为中文教材的翻译版，教学主要用翻译版教材讲授，目前也有学校采用此种方式开展双语教学。
采用此种方式在内容上虽然与国家规范、规程或标准一致，适合中国的工程实践特点，同时能提高学生专业英语的听读能力，但有两点不足：其一，没有满足双语教学拓展学生视野、学习发达国家课程内容的目的；其二，会削弱学生对中文教材及相应中国规范内容或概念专业表述的理解，在有些表述上还可能会带来概念混淆。
例如，依据中国规范，受弯构件斜截面的破坏形态有三种类型，分别是斜压破坏、剪压破坏及斜拉破坏[1]。而依据美国ACI规范，斜截面的破坏形态被划分为四类：Arch-rib failure，Diagonal-tension failure， Shear-compression failure and Shear-bond failure[2]。其中对斜压破坏的翻译依据中文直译为Diagonal- compression failure ，与ACI中类似破坏模式Arch-rib failure表述上并不一致，破坏的具体描述也不尽相同。因而，采用翻译版作为主导教材并不合适，反而可能让学生感染了一些“Chinglish”的表达。当然，翻译版可以推荐为学生的课外学习参考书，作为从中文教材向英文原版教材的过渡。
2.中文教材与原版英文教材并重
采用中文教材用中文讲授，原版英文教材用英文讲授的方式 [3]，中文部分占50～60%，英文部分占40～50%。混凝土结构基本原理课程现有学时为54，采用此种方式，学时数要增加到90以上，相当于两门同类课程的学时数。这种方式的好处在于完全符合教育部和学校开展双语教学的目的，同时满足学生就业的要求，但是总学时数大幅度增加，教学计划需作较大调整。
3.中文教材为主、原版英文教材为辅
中文部分占70～80%，英文部分占20～30%。采用此种方式，学时数要增加到72以上，约相当于1.5 倍同类课程的学时数，教学计划也要作一定的调整。此种方式是目前在教学计划不作大调整的基础上一种比较可行和合理的选择，也是目前课堂教学所采用的双语教学方式。
（三）双语教学目的
双语教学应定位于使学生掌握中国规范及相应的专业理论和应用知识，同时了解国外相关科学技术的发展状况，从而对所学内容有一个比较全面的了解。
（1）实施双语教学，绝对不能忽视或减少中文教材和中国规范的教学内容。在专业课程双语教学中，采取中文教材为主、原版英文教材为辅或并重的形式比较合理，并且在讲授中文教材时采用中文，在讲授原版英文教材时采用英文，从而使学生准确理解并掌握基于各自规范的中文及英文混凝土结构设计相关理论和应用知识的规范表达。
（2）在双语教学中，采用原版英文教材介绍发达国家或地区的课程内容，注重讲解国外在混凝土基本原理研究领域所取得的成果以及国内外在基本原理和结构设计方面的异同，使学生进一步了解中国规范在当前所处的发展水平和今后应努力的方向。
二、课堂教学讲授方法与案例
（一）讲授方法
由于混凝土结构设计原理课程的英文教材内容多、难度大，并且相互之间的内容并不完全对应，因此，如何组织课堂教学在很大程度上决定双语教学效果，下面对此进行讨论和分析。
1.先中文内容后英文内容的讲授方法
全面系统地讲授中文教材和相应的教学环节，然后完成英文教材相应内容的教学环节。该方法的主要特点为以下三方面。
（1）中文教学内容的讲授比较系统。对于初学者来讲，混凝土结构设计原理是一门难度较大的课程，学生要经历一个从理论性到实践性课程学习的过渡阶段。在这个过程中，思维方式要产生变化。学生普遍缺乏专业实践经验，常常感到不适应，有些学生在课程结束后，似乎还未入门。因此，采用此方法可使课堂讲授较连贯，学生能够全面了解和巩固课程内容、重要知识点和工程实践中的实际应用，完成上述过程的平稳过渡。
（2）为英文教学内容的讲授奠定基础。系统完成中文教学内容的讲授后，能够相对降低学生学习和理解英文知识点的难度。在此基础上，进行英文教材的讲授，在学生对混凝土结构基本理论有一定系统了解的前提下学习英文教材的相关知识，从而能够进行基本对比，判断和掌握英文教学内容。
（3）由于课程内容难度较大、实践性较强，并且中文教学内容多达十章，通过一次讲授，学生难以完全吸收，易出现顾此失彼的现象。完成中文教材内容再进行英文教材讲授时，学生可能已忘记中文教材的相关内容，导致部分中文教材内容的重复讲解。
2.中文内容与英文内容交叉的讲授方法
按对应章节先完成中文教材内容的讲授然后进行英文教材内容的讲授。
（1）中英文教材内容的对比及时。对同一内容采用不同教材同步学习，使学生相对及时地了解和掌握知识点及其异同，可有效避免遗忘。
（2）中英文两种语言的交替应用。中英文教材对课程内容的描述、措辞及专业术语的定义不是一一对应的，可能出现词汇意义不完全对等和完全不对等的情况，也可能出现具有同一物理意义的专业术语在中英文中有多种表达方式的情况。中英文两种语言的交替应用，不但可以使学生学到专业知识，还可使学生深入理解不同语言的使用环境和物理意义。双语教学的真正目的是使学生既能学到专业知识又能提高两种语言的专业交流能力。
（3）中英文教材内容的不完全对应增加了教学的难度。例如，中文教材论述截面承载力的各章节所表现的规律性较强，一般是介绍受力过程（或破坏形态），然后介绍基本假定，在此基础上导出基本计算公式和适用条件，最后提出若干构造要求。英文教材则将受力过程（或破坏形态）、基本假定和计算方法融为一体。在讲授时，教师不能完全按照英文教材内容照本宣科，而是要将其内容进行一定的重组，使学生建立中英文教材内容的对应性，从而能够牢固地掌握所学内容。
基于以上两种方法的实践和效果比较，目前采用中文内容与英文内容交叉的讲授方法。
（二）教学案例
课程所用教材：中文教材为东南大学等四校合编的《混凝土结构设计原理》，英文教材是根据Alan Williams所著Design of Reinforced Concrete Structures（美国哥伦比亚大学、康奈尔大学等高校采用的教学参考书）主要内容选编的自编教材。
在课堂教学中，每一章内容的教学思路是：中文按教材线索讲述英文相应章节的讲述比较中外计算理论及设计方法的异同。
1.中文按教材线索讲述
中文教材主要根据构件承受不同类型的内力来划分章节。在介绍各种受力构件承载力的章节里，规律性强，一般遵循的逻辑是：结合试验描述受力过程（或破坏形态）给出合理的基本假定确定设计计算方法及适用条件计算配筋提出构造要求。
2.英文相应章节讲述
英文教材主要针对不同类型的受力构件，即梁、板、柱的设计来组织内容。一般从力学的角度分析构件的受力模型，提出设计计算方法，中间包含计算假定以及相关系数的取值依据。内容组织相对笼统，注重设计过程，理论分析相对简化。因此需根据中文内容作相应调整和归纳，根据学生英语实际水平采用全英文或中英文相结合的方式讲授。
3.总结与归纳
笔者认为双语教学最为关键的一点在于最后一个环节，即如何引导学生比较中外计算理论及设计方法的异同。
此环节中，在总结英文教材中相应理论和设计重点的基础上，分析归纳中外教学内容的异同点，在归纳的同时又会对中文教材中的设计理论和设计方法加深理解，进一步理清内容之间的逻辑关系和设计思路。
下面以中文教材第四章“受弯构件的斜截面承载力”和英文教材Chapter 4 “Shear of concrete beams”为例，介绍中英文交叉教学在总结与归纳环节中的教学思路。课堂教学按以下内容展开。
（1）设计理论的总结与比较：member shear resistance in theory（构件抗剪承载力理论），the types of shear failure modes（抗剪失效模式），基于美国ACI规范和中国GB50010―2010设计方法的总结与比较。
ACI： based on truss analogy and tests
Vu=Vc+Vs
GB50010―2010： based on empirical expressions （to analysis the relationship between the variables affecting the shear capacity of beams； VaandVdare neglected ）
Vu=Vc+Vs
（2）设计步骤的总结与比较（如图1）。
（3）为引导学生课后进一步加深对构件设计理论和设计方法的理解，采取课外开放式学习思路，锻炼和提高学生英文书面表达能力。课后除布置一定量的习题外，给出综合性较强的思考题，要求学生用英文以小论文的形式完成，并作为平时成绩计入课程的最终评定结果。
Tutorial questions：
Give some differences between ACI and GB in the design for rectangular beams subject to flexure and shear.
Give a summary of the strength design methods for rectangular beams subject to flexure and shear according to ACI.
三、结语
在专业课中实施双语教学，追求的应是效果而不是形式。混凝土结构设计原理双语教学是一个十分复杂的系统工程，其中包括教材的选择与重组、课时的调整、教学方式的选择、课堂教学内容的组织和开展、学生考核方式的调整以及教学CAI课件的建设等环节。文章仅围绕教学法的相关方面进行了分析和探讨，为使课程的双语教学达到预期教学效果，其教学方法和其他配套环节还需在实践中不断总结、探讨和改进。
参考文献：
[1]东南大学等.混凝土结构设计原理[M].4版.北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2]ALAN WILLIAMS. Design of reinforced concrete structures [M].Second Edition.Engineering Press，2000.
[3]刘幸.对土木工程专业本科生开展专业课双语教学的可行性研究[J].武汉大学教育研究，2006（3）：56-59.
Bilingual teaching method of concrete structural fundamentals
FANG Mei， LIU Xing
（School of Civil Engineering， Wuhan University， Wuhan 430072， P. R. China）
关键词：锚固长度 施工
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）05-0065-02
混凝土结构基本原理和混凝土结构设计是土木工程专业中最重要的专业基础课和专业课。然而，多年的实践表明：往往因锚固长度概念认识不足，为此，有必要对这一问题加以讨论，澄清模糊认识。
一、受拉钢筋的锚固长度的理论计算
钢筋与混凝土之间良好的粘结性能是钢筋与混凝土两种不同材料共同工作的基础。当混凝土中的钢筋单独受力时，钢筋上的力必须通过一定长度上粘结力的累积方能传递到混凝土上，这个长度称为传递长度或称钢筋应力发展长度。
以直径为2c′的圆形截面混凝土试件内配置直径为d的带肋钢筋拔出模型为例，图1a、c所示，推算钢筋在混凝土中的传递长度ltr。当钢筋受到拉力T时，由于钢筋表面凸出的肋与混凝土间的机械咬合作用，钢筋的肋会对混凝土产生斜向挤压力（图1a）。斜向挤压力的竖向分量合力就是钢筋与混凝土间的粘结力。斜向挤压力的水平分量使钢筋混凝土犹如受内压的管壁（图1d）。假定：（1）粘结应力沿钢筋纵向均匀分布（图1b）；（2）内压p引起的混凝土中的拉应力按线性分布（图1d）；（3）当混凝土发生纵向劈裂破坏时粘结失效。
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（以下简称“规范”）推荐的充分利用钢筋抗拉强度时的钢筋锚固长度计算公式即是根据这一原理而建立的，如式la≥αfy/ftd。“规范”称la为基本锚固长度。
二、大直径钢筋混凝土结构后锚固施工工艺流程及操作要点
1、工艺流程
定位孔位钢筋探查成（扩）孔清理孔钢筋处理灌胶植入钢筋钢筋定位固化、保护。
2、操作要点
定位：按设计要求标示钻孔位置、型号；
定位后钢筋探测仪检查孔位，若孔位上存在受力钢筋，钻孔位置在经设计同意后可适当调整，因大直径刚劲位置的变动将影响其受力性能。
3、钻孔
1）钻孔宜用水钻成孔，如遇非受力钢筋可直接下钻，保证孔位符合设计要求。
2）钻孔孔径d+4-10mm（为钢筋、螺栓直径）。
3）钻孔深度不得小于设计深度。
4）钻孔有效深度自构件表面坚实或从主筋保护层深度处的混凝土算起，不得包括装饰层及抹灰层厚度。
5）清理孔：钻孔完毕，检查孔深、孔径合格后，应先用清水循环转动洗净或用空气压缩机、手动气筒彻底吹净孔内碎渣和粉尘（不得带进油污），再用吸水材料擦拭孔道，并保持孔道无水。若有废孔，清净后应用化学锚固胶或高强度等级的树脂水泥砂浆填实。
6）现场负责人检查清孔工作，请总包及监理验收，做好隐检记录。
4、钢筋处理
1）在钢筋端部相应位置做上标记，标示好除锈清理的长度范围；要求此长度范围大于要求锚固深度50mm。钢材锚固长度范围内的铁锈、油污应清除干净（青色氧化外皮也应除去），并打磨出金属光泽，采用角磨机和钢丝轮片速度较快。
2）将除锈清理好的钢筋用棉丝蘸丙酮，将除锈清理长度范围内的钢筋表面擦拭干净，放在干燥处整齐码放，报请现场负责人检查。
5、准备胶：采用喜利得RE500锚固胶，产品A、B双组份的已按比例配置，应保证产品在有效期内。特制胶枪可将A、B双组份混合均匀，挤压枪柄及可使用。
6、注胶：注胶时一定保证孔洞内胶体饱满，可采用两种方法。打胶时将胶枪前断打胶管深入孔底，然后旋转打胶胶枪。此时打胶胶枪会在孔内胶的压力下自动退出，至合适深处（以胶注满孔深2/3左右为宜）停止旋转打胶枪并将其取出。可根据钻孔直径D、埋置深度L以及钢筋直径d的大小，计算出其理论用量V（体积）：V=1.10×3.14/4×（D@-d@） ×L×l0-3（ml）
7、植入钢筋：注胶完成后迅速植入钢筋。
1）如为盲孔钢筋埋植：将锚固用胶注入孔洞内2/3 即可；将处理好的钢筋，除锈清理端朝向孔洞，一边向同一方向旋转，一边缓慢将钢筋插入洞内，直至到达孔洞底部为止。此时，如无锚固用胶从洞内溢出，说明注胶量不够，须将钢筋拔出，重新注胶，再次插入钢筋，直至能使胶溢出洞口。
2）如为通孔钢筋埋植：先将处理好的钢筋插入孔内，孔两端用环氧砂浆封堵，封堵时，须在一端留出注胶孔，另一端留出出气孔；待环氧砂浆凝固后方可进行高压注胶。将配制好的锚固用胶装入打胶筒内，安装打胶嘴；将锚固用胶通过注胶孔注入孔洞内，直至另一端出气孔溢出胶为止；而后，用环氧砂浆或其它材料将注胶孔及出气孔封堵死。
8、钢筋定位及密封处理：钢筋在植入的过程中位置会有所偏转，胶液也会有流淌，批量植筋完成后应进行检查，将流淌的胶重新填回，同时对偏转的钢筋进行定位处理。
9、固化、保护
1）RE500锚固胶有一个固化过程，日平均气温25℃以上8小时内不得扰动钢筋，日平均气温25℃以下12小时内不得扰动钢筋，若有较大扰动宜重新处理。
2）RE500锚固胶在常温、低温下均可良好固化，若固化温度25℃左右，1天即可承受设计荷载；若固化温度5℃左右，2天即可承受荷载，且锚固力随时间延长继续增长。
3）对已埋植好的钢筋要做好保护工作，如进行必要的违挡、固定、挂明显标志牌等。以防锚固用胶在固化时间内，钢筋被摇摆动或碰撞，影响埋植效果。
4）用棉丝蘸少许丙酮，清理工作面遗留的胶及清理工作面的垃圾。
三、结语
我们必须理论联系实际，文章从受拉钢筋的锚固长度的理论计算出发，讨论了大直径钢筋混凝土结构后锚固施工方法，旨在使读者理解基本概念、灵活运用已掌握的基本理论和知识。
参考文献：
[1]顾祥林.混凝土结构基本原理[M].2版.上海：同济大学出版社，2011.
[2]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
关键词： 钢筋混凝土结构设计
Abstract: The steel frame structure is based on the structure of the steel make give priority to, is one of the main building structure types. Reinforced sustain tension, concrete under pressure.
Keywords: reinforced concrete; structure design
中图分类号： TU375文献标识码：A文章编号：
1钢筋混凝土框架结构设计方案构思需要考虑的问题
1.1 建筑布置在抗震设计中，应提倡平面和立面简单、规则、对称的原则，合理的建筑布置是最重要的。“规则”包括了对建筑的平面和立面外形尺寸、抗侧力构件布质量分布、承载力分布等诸多因素的综合要求。建筑师需和结构师互相配合，才能设计出抗震性能良好的建筑。在做钢筋混凝土结构的抗震设计时, 要注意：(1) 平面宜简单、规则、对称, 减少偏心，否则应考虑其不利影响；(2)刚度中心与质量中心尽量重合；(3)质量大的跨间不宜布置在结构单元的边缘，质量大的设备宜布置在距刚度中心较近的部位；(4)尽量少采用大悬挑结构；(5)围护结构宜采用轻质材料。
1.2 结构的传力路线应简捷明了。在荷载作用下，结构的传力路线越短、越直接，结构的工作效能越高，'所耗费的建材也就越少。
1.3 从力学观点看，在民用和公共建筑的平面布局中，应当尽量使柱网按开间等跨和进深等距（或近似于等距）布置，这样可以相应减少边跨柱距，也可以充分利用连续梁的受力特点以减少结构中的弯距，可以使各跨梁截面趋于一致，而提高结构的整体刚度。
1.4 结构方案还应结合工程地质情况和建筑功能要求综合考虑。
2钢筋混凝土框架结构设计的安全问题
结构设计的安全问题是所有从事结构设计与研究的人们一生都要面对的问题，要掌握保障结构设计安全所必须坚持的基本原则。
2.1 结构设计安全的底线应该清醒地认识到，结构科学和材料科学的发展远没有达到可以令建筑师们的浪漫设计无约无束的境地。在实际结构的建造过程中影响结构安全的因素众多，一方面，建筑结构理论归根结底是一门实验科学，理论与实际的偏差不可避免，另一方面，建造技术的发展水平和区域差异以及施工质量控制等等方面的诸多因素，都会给实际建造完成的建筑结构安全性能带来某种程度的不确定性
所以，建筑师们在通过建筑表达其美学或情感需求的时候，结构工程师们还是要给他们设定一条底线。这条底线不仅依赖于当代人类对自然界的认识水平，而且还依赖于现代结构技术与材料科学的发展水平，依赖于结构分析技术的发展水平。建筑结构设计绝不能突破基本力学准则的底线。
2.2 结构设计安全与结构设计的创造性并不矛盾实际上，对结构设计安全性的忧虑往往会束缚住我们结构设计创造性探索的步伐。结构设计的任务始终是：按照建筑的功能与美学需求确定安全、合理的结构体系；进而依据建筑结构可靠度设计有关标准所确定的原则对结构作用效应与结构抗力进行符合结构实际工作条件( 性能) 的分析；最终应做到在规定的结构设计使用年限内，在现行规范规定的各种荷载作用下，所设计的结构是安全可靠、经济合理、技术先进的。为了实现这样的使命，对结构设计安全的自始至终的关切无疑是必要的，另一方面，结构设计的创造性不但是当今建筑设计发展的必然要求，同时也是结构设计技术自身发展的要求。
3钢筋混凝土框架结构设计应从概念设计上着手注意的几个问题
3.1关于强柱弱梁节点。
这是为了实现在罕遇地震作用下，让梁端形成塑形铰，柱端处于非弹性工作状态，而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁措施的强弱，也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小，是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力，而且不致形成“层侧移机构”，从而使柱不被压溃的关键控制措施。柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小，以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。因此，当建筑许可时，尽可能将柱的截面尺寸做得大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。验算截面承载力时，人为地将柱的设计弯距按强柱弱梁原则调整放大，加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意节点构造，让塑性铰向梁跨内移。
3.2关于“强剪弱弯”措施
强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。
3.3注意构造措施。
a.对于大跨度柱网的框架结构，在楼梯间处的框架柱由于楼梯平台梁与其相连，使得楼梯问处的柱可能成为短柱，应对柱箍筋全长加密。这一点，在设计中容易被忽视，应引起重视。b.对框架结构外立面为带形窗时，因设置连续的窗过梁，使外框架柱可能成为短柱，应注意加强构造措施。c.对于框架结构长度略超过规范限值，建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝（规范规定裂缝宽度小于0.3mm），建议采用补偿混凝土浇筑。采用细而密的双向配筋，构造间距宜小于150mm，对屋面宜设置后浇带，后浇带处按构造措施宜适当加强。d.其它构造措施限于篇幅，这里不再赘述，请详见新规范。
3.4注意抗震设计。
(1)抗震设计的基点结构。抗震设计的基点是强度和延性。人们现在已经认识到可以利用钢筋混凝土结构屈服后的非弹性变形来抵抗地震，也就是将强度和延性两者相结合来抵抗地震。为保证结构的抗震能力，对结构设计而言, 如果我们给结构设定较低的承载力水准，相应地就要求结构具有较高的延性水准；如果我们给结构设定较高的承载力水准，则结构需要的延性水准就可以较低。在这个问题的具体处理上，各国的理念存在一定的差异。(2)能力设计法。能力设计法的基本思想为：为了使抗震钢筋混凝土结构在地震中形成所追求的“梁铰机构”或“梁柱铰机构”，就需要把不希望出现塑性铰或不希望先出现塑性铰(也就是不希望塑性转动过大)的部位的抗弯能力相对增强；为了不致在结构表现出所需的延性之前在结构的任何部位出现几乎没有延性的剪切失效，也需要相对增强各有关部位的抗剪能力；还需要采取必要的措施使可能形成塑性铰的部位具有足够的延性能力和必要的耗能能力。
4结语
钢筋混凝土结构是指承重的主要构件是用钢筋混凝土建造的。在钢筋混凝土结构设计的过程中， 要明确结构设计对建筑物功能的要求，掌握设计中的基本原理．正确使用结构设计的各种原则，设计出结构可靠的钢筋混凝土建筑物。
关键词：工程结构；课程教学；工程造价
中图分类号：G6423 文献标志码：A 文章编号：1005-2909（2013）02-0061-04
工程结构是工程造价专科专业的一门核心课程，64学时（不含课程设计），也是建筑施工、工程项目管理等课程的先行课程，其内容涵盖建筑结构设计基本原理、钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、单层工业厂房、道路与桥梁工程结构等方面，知识覆盖面广，学习难度较大。
文章针对工程造价专科学生特点及就业趋向，对工程结构课程的教学特点进行分析，结合笔者工程实践经验，提出在教学中强调结构概念设计及对设计公式、工程参数的深刻理解，综合运用实景照片、动画、视频、3D模型、计算软件等多种媒体提升教学效果，并给出了培养学生识图能力，问题分析处理能力的具体实践教学方法。
一、工程结构课程的教学特点
（一）针对专业特色，调整教学重点
武汉科技大学工程造价专科毕业生大部分进入土木工程施工、监理、咨询等领域，能胜任施工员、预算员、材料员等岗位，少有学生从事结构设计工作。因此，对工程结构课程的讲授必然有别于土木工程或结构工程本科专业，在教学中应加大建筑结构概念设计及应用的讲授学时，降低结构构件计算部分的难度，除钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构教学外，还应增加道路桥梁工程结构设计概论，培养学生建立结构体系概念，掌握其基本概念和基本原理。
（二）针对学生学习特点，把握课程难度
工程造价专科学生仅修高等数学（少学时），未修线性代数和概率与数理统计，力学也仅修了一门工程力学（少学时），因此，对工程结构设计理论有关概率论的部分无法深刻理解，结构分析困难。在教学中应减少设计公式理论的推导，重点讲解公式的适用条件和参数含义。
（三）形象化与案例教学相结合
工程结构课程与生活联系紧密，大到高层建筑、桥梁、体育场，小到自行车棚、广告牌，无不蕴含着结构原理，因此，在教学中应充分利用多媒体手段，采用启发式教学和案例教学，帮助学生打消顾虑，树立自信心。
（四）做好前后课程的衔接
工程结构课程教学中要经常回顾建筑材料、建筑构造课程中学习的内容，经常绘制弯矩图和剪力图，加强工程力学基本训练。由于建筑施工课程与建筑结构课程在同一学期开设，通过对桩的吊装过程受力分析案例讲解，将两门课程联系起来，让学生理解工程结构在设计、施工中的广泛运用。
二、工程结构课程的教学方法
（一）注重结构概念设计
在讲解建筑结构设计基本原理章节时，以承载能力极限状态设计表达式γ0S≤R为核心，从概念设计角度引导学生思考，增加结构（构件）安全储备的设计方法主要有：一是增加荷载组合效应设计值S，从荷载组合公式可知，恒载乘以系数1.2，意味着恒载增大20%，活载乘以系数1.4，意味着活载增大40%，对于安全等级为一级的重要建筑物，γ0取1.1则意味着整体荷载设计值增大10%；二是减小结构构件抗力设计值R，体现在结构构件承载力设计值均为其标准值除以大于1的材料系数。通过一增一减，保证结构（构件）有足够的安全储备。
结构刚度是结构抵抗变形的能力。从结构概念设计的角度看，内力传递途径越直接，结构刚度越大；内力分布越均匀，结构刚度越大；内力越小，结构刚度越大[1]。例如：对于深基坑工程采用钢管内支撑，若基坑宽度较大（大于20 m），一般考虑在钢支撑跨中部位增加临时立柱，通过减小跨度的方法，增大钢支撑的刚度，防止失稳破坏。
（二）注重理解公式参数的物理含义
钢筋混凝土结构设计是一门理论结合试验研究的学科，涉及公式多。在教学活动中，可以简化公式的理论推导过程，强调对公式的理解，特别是对公式中重要参数的物理含义的理解。例如：在钢筋混凝土单筋矩形梁正截面承载力计算教学中，首先讲解清楚梁正截面受弯的三个阶段，然后引导学生理解适筋梁承载力计算公式Mu=α1fcbx（h0-x/2）时，要特别讲解清楚参数x的物理含义是梁受压破坏时受压区混凝土的高度，其值最大为ξb，进一步启发学生计算出适筋梁最大配筋率为α1ξbfc/fy。由此还可以引申出以下规律：其一，混凝土强度等级，钢筋强度等级一定，加大截面的有效高度h0可增大梁的正截面抗弯能力；其二，钢筋强度等级一定，梁截面一定，其最大抗弯能力为Mu=α1fcbx（h0-x/2），适当采用高等级混凝土对梁正截面抗弯有利；其三，钢筋尽量布置为单排，在梁截面一定的情况下，不但有利于施工，对增大h0也有利；其四，梁钢筋、混凝土强度等级一定，截面高度一定，若设计弯矩大于α1fcbξb（h0-ξb/2），则只能采用双筋截面梁。
（三）注重总结系数表格中的规律
《工程结构》教材[2]中含有大量的表格，指导学生阅读表格，进行纵向横向比较，从而得到一定的规律，是教学的一个重要内容。例如：通过阅读钢筋混凝土轴心受压构件稳定系数值表（表1），可以得到以下结论：圆形截面短柱（长细比l0/d≤7）的稳定系数值φ=1.0，圆形截面长柱（长细比l0/d>7）随着长细比的增大，稳定系数φ值逐步减小。通过阅读砌体抗压强度设计值表格（表2），可以得到以下规律：对于同类砌体材料，若材料强度等级一定，砂浆强度等级越高，砌体的抗压强度设计值越大；若砂浆强度等级一定，砌体材料的强度等级越高，砌体的抗压强度设计值越大。
（四）注重讲解工程参数取值的依据
《工程结构》教材[2]由于篇幅有限，各类设计表格仅列出工程参数取值，但少有解释其取值的来源或依据，授课教师要择其重点进行讲解。例如：GB5003-2011《砌体结构设计规范》[4] 3.2.3条规定“对于无筋砌体构件，其截面面积小于0.2 m2时，γa（砌体强度设计值调整系数）为其截面面积加0.8”，其原因是砌体构件面积过小，受各种偶然因素影响（截面缺口，构件碰撞），可能导致砌体强度有较大降低，因此，需对砌体强度设计值乘以γa进行折减。这些隐藏在参数背后的道理更值得学习。
三、工程结构课程的教学手段
（一）工程实景照片的应用
工程结构课程实践性强，尽管教材中给出结构（构件）的布置图、示意图，但学生难以深刻地理解，尤其对于单层工业厂房，构件种类多，连接形式复杂，是学习的难点之一。授课教师借助工程实景图片展示构件及其连接形式，起到了很好的教学效果，如图1。
（二）动画及视频的应用
动画及视频能较好地体现结构构件在荷载作用下的破坏过程。通过观看混凝土偏心受压长柱破坏试验，能较好地理解整个破坏过程和破坏特征。采用动画演示先张法、后张法施工工艺过程，能使对学生预应力混凝土结构的设计目的、受力特点等形成完整认识。
（三）结构模型的应用
由于工程造价专业二年级学生尚未接触实际工程，尤其对钢结构工业厂房建筑结构的细部节点构造理解比较困难。在教学中借助3DMax计算机软件的良好建模功能，通过3D模型能形象地展示钢结构细部构造及其连接，如图2。
（四）结构计算软件的应用
为弥补工程造价专业专科生在结构计算方面的不足，在课堂教学中引入理正结构工具箱软件，结构计算软件典型界面如图3。通过计算软件验算教材中的柱、梁、板、墙、楼梯、基础构件及砌体结构的计算例题，让学生明白软件计算的过程，读懂计算书，同时还能够根据所学结构知识对结果进行估计和判断。
四、工程结构课程的实践教学
工程结构是一门实践性较强的课程。因此，在大学教学中要特别重视实践环节，培养学生的基本职业技能，创造机会多接触实体工程，将理论知识与工程实践相结合。
（一）培养学生的施工图识读能力
工程造价专业毕业生无论从事什么岗位的工作，施工图的识读能力是一项必备的基本职业技能。在先导课程建筑制图中，学生已掌握了建筑施工图、结构施工图的一些基础知识，但还未达到实践应用水平。在教学中重点讲解两套完整的钢筋混凝土结构、钢结构的施工图，并专门讲解平法制图规则和识图方法，通过课堂讲授和课后作业，让学生熟练掌握结构施工图的识读方法。
（二）培养学生的问题分析能力
在学习完梁构件的受力特点后，以武汉天河机场T2航站楼玻璃幕墙支承结构（图4）为例，考察学生的问题分析能力，讨论玻璃幕墙上的力的传递路径，支承结构的受力特点，支承结构的截面设计，最后授课教师给出点评：大面积的点式玻璃幕墙采用一系列平面桁架梁支承，这些平面桁架梁的工作性能类似于竖向简支梁，风荷载引起的弯矩在跨中最大，端部最小，桁架梁的截面呈抛物线，与弯矩图匹配，因此，平面桁架梁设计合理，轻巧美观。
（三）利用地域优势进行工程实践
武汉科技大学位于武汉市青山区，距武汉火车站、武汉天兴洲长江大桥、武汉钢铁集团公司较近。在工程结构实践教学中，特别注意发挥地域优势，引导学生进行工程实践。例如：布置课后作业考察施工中的武汉火车站屋盖结构（图5），绘制简图并分析其设计特点。通过实践，学生能较好地掌握拱结构、网壳结构的受力特点及应用特性。在学习完桥梁的基本组成和分类知识后，要求学生实地考察施工中的武汉天兴洲长江大桥（图6），从而更直观地了解斜拉桥的结构体系和受力特点。
参考文献：
[1] 季天健，Adrian B. 感知结构概念[M].北京：高等教育出版社，2010.
[2] 刘玲.工程结构[M]. 北京：中国计划出版社，2008.
[3] 中国建筑科学研究院.GB 50010-2010 混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[4] 中国建筑东北设计研究院有限公司.GB 50003-2011 砌体结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
Research on engineering structure course teaching of engineering cost Specialty
YU Hongliang
（School of Management， Wuhan University of Science and Technology， Wuhan 430081， P. R. China）
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