時間：2022-08-21 04:42:16
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關(guān)鍵詞：廠房；大跨度結(jié)構(gòu)；桁架結(jié)構(gòu)；方案選擇
中圖分類號：TU393文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1006-6012（2015）12-0075-01
近年來，大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛，按照剛性差異以及組合方式的不同，可以劃分為2種結(jié)構(gòu)形式，一種是剛性結(jié)構(gòu)，另一種是柔性結(jié)構(gòu)。剛性大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)一般由空間桁架、網(wǎng)架等鋼桿件構(gòu)成。對于剛性大跨度房屋結(jié)構(gòu)來講，其主要設(shè)計依據(jù)是所受荷載。
1工程概況
某兩連跨廠房，長300m，跨度70m，采用鋼結(jié)構(gòu)方案，基礎(chǔ)采用混凝土獨立基礎(chǔ)。本工程屋頂形式采用張弦桁架構(gòu)件，同時連接格構(gòu)柱剛性，格構(gòu)柱的柱腳主要采用鉸接的連接方式。
2結(jié)構(gòu)方案的選定
根據(jù)建筑外形尺寸對項目結(jié)構(gòu)方案進行對比與分析，以優(yōu)選出最佳的結(jié)構(gòu)方案，經(jīng)過分析，本工程屋頂鋼結(jié)構(gòu)方案選定了張弦桁架方案，并與格構(gòu)柱剛性連接。這種方案具有以下幾方面的優(yōu)點：一是張弦結(jié)構(gòu)具有操作方便、重量輕、承載力好，有利于解決了結(jié)構(gòu)剛度問題；二是屋頂構(gòu)件與格構(gòu)柱剛性連接，實現(xiàn)了地震作用下側(cè)向位移及風(fēng)荷載的有效控制；三是柱腳采用鉸接連接，在地震作用下，上部結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生彎矩，這樣能夠合理利用原有基礎(chǔ)。屋頂結(jié)構(gòu)采用弦桿截面為219mm×10mm的張弦桁架，并與腹桿連接，其拉索采用￠15.2鋼絞線，其抗拉強度為1860MPa一共6束。同時，采用6孔夾片式錨具，將3道截面為180mm×8mm鋼管的立桿設(shè)置于張弦桁架與拉索之間。為了滿足錨固的作業(yè)需要，將315mm×40mm錨杯設(shè)置在下弦桿上，同時，確保弦桿與錨杯焊接。
3大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計中注意問題
在進行大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要做好單榀主桁架的驗算工作，并對單榀主桁結(jié)構(gòu)中墻面、屋頂?shù)奈恢眠M行分析與確定。同時，本工程所受的結(jié)構(gòu)荷載包括以下幾種：屋面荷載、雪荷載以及地震作用等。項目所處區(qū)域為50年一遇，屋面地震烈度為6度。本工程采用張弦桁架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布受到拉索預(yù)張力大小的影響。因此，在拉索預(yù)張力確定時，我們需要考慮到以下幾個方面的因素：
（1）單跨屋面在荷載作用時，其張弦桁架對格構(gòu)柱不會產(chǎn)生水平推力，這樣有利于自平衡體系的形成。
（2）單跨屋面在荷載作用后，在正常使用下，其相對撓度值與反拱值相互抵消，滿足了使用極限狀態(tài)要求。
（3）在風(fēng)荷載作用時，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計中相關(guān)規(guī)定，拉索要小于應(yīng)力比。
（4）屋頂桁架在風(fēng)荷載作用下，要確保其拉索具有足夠的拉力，以免造成拉索失去作用。在進行大跨度鋼結(jié)構(gòu)分析時，要按照桿單元對桁架腹桿進行分析，同時要按照梁單元對弦桿進行分析。在結(jié)構(gòu)計算的過程中，本工程采用SAP2000V1462軟件進行結(jié)構(gòu)計算，并控制好拉索拉應(yīng)力和最大應(yīng)力比，一般來說，拉索拉應(yīng)力為900MPa，最大應(yīng)力比為0.48，以提升拉索材料的強度。經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析，張弦桁架的拉索初始內(nèi)力為198kN，初始反拱值為86mm。由此可見，在溫度荷載作用下進行結(jié)構(gòu)分析，應(yīng)選擇正溫，不能選擇負(fù)溫。但在負(fù)溫作用下，由于拉索拉力較大，所以拉索不會失去作用。屋頂張弦桁架具有一定的平衡性，所以其拉索可以提高屋頂桁架的剛度，在施加預(yù)張力的過程中，我們要充分考慮到屋頂桁架的剛度，當(dāng)剛度滿足要求后，屋頂桁架要與格構(gòu)鋼柱進行焊接。對于兩跨張弦桁架來說，要確保內(nèi)力構(gòu)造與尺寸的一致性。此外，我們還應(yīng)對單跨屋頂張弦桁架結(jié)構(gòu)的施工工況進行分析，旨在為了施工吊裝作業(yè)提供依據(jù)。在進行單榀結(jié)構(gòu)模態(tài)分析時，應(yīng)選用前5階周期的結(jié)構(gòu)模態(tài)進行分析，經(jīng)分析得知，結(jié)構(gòu)側(cè)向的剛度不足。同時，張弦桁架結(jié)構(gòu)是一種平面受力結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)平面的需要一定支撐體系，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為此，應(yīng)將次桁架設(shè)置于桁架與立桿的相交位置，同時將交叉支撐設(shè)置于次桁架之間，這樣就可以形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)空間體系。經(jīng)過以下因素分析與比較，最終選擇了桁架桿件截面。
4施工過程控制
在張弦桁架結(jié)構(gòu)安裝時，應(yīng)按照建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求進行施工，同時，在結(jié)構(gòu)分析時，要對不同的施工工況進行模擬與分析。在本工程張弦桁架施工安裝的過程中，要結(jié)合現(xiàn)場結(jié)構(gòu)特點，按照以下步驟進行施工。焊接屋頂拱形桁架；安裝鋼拉索，張拉反拱，以達(dá)到初始預(yù)張力值；焊接屋頂桁架與邊柱柱，從而形成兩連拱結(jié)構(gòu)；將交叉支撐安裝于兩連拱結(jié)構(gòu)之間，這樣有利于形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)空間體系。安裝桁架。綜上分析得知，拉索張拉工作極其重要。在施工過程中，要確定好拉索節(jié)點的位置，盡可能地降低理論長度的偏差。在拉索張拉的過程中，要控制好屋頂反拱值，一般控制在87mm左右。拉索內(nèi)力值為110kN，拉索軸向變形值為50mm。在施工監(jiān)測時，我們要對拉索內(nèi)力進行監(jiān)控，確保監(jiān)測結(jié)果滿足設(shè)計要求。在拉索張拉時，要先固定好立桿臨時支撐，待張拉完畢后，要采用U形夾將立桿下部與拉索夾緊，防止拉索出現(xiàn)串動。
5結(jié)束語
綜上所述，通過對某廠房大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計分析，得到了以下幾個方面的結(jié)論：
（1）本工程與其他大跨結(jié)構(gòu)的不同之外在于大跨度設(shè)計是由結(jié)構(gòu)剛度控制，需要考慮到結(jié)構(gòu)整體側(cè)向的剛度，同時要對原有基礎(chǔ)進行利用。
（2）在施加預(yù)張力時，要控制好預(yù)張力的大小，確保張弦桁架結(jié)構(gòu)的承載力及剛度。
（3）張弦桁架結(jié)構(gòu)是一種平面受力結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)平面的需要一定支撐體系，因此，在張拉過程中要確保張弦桁架的穩(wěn)定性。
（4）對于大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用專用連接構(gòu)造，確保計算模型與實際結(jié)構(gòu)的一致性，確保結(jié)構(gòu)傳力的明確性。鋼結(jié)構(gòu)作為房屋建筑結(jié)構(gòu)形式之一，具有重量輕、安裝方便、強度高、施工周期短等優(yōu)點。在房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，要結(jié)合工程實際情況，優(yōu)選最佳的結(jié)構(gòu)形式，在選擇鋼結(jié)構(gòu)材料時，要充分考慮到房屋建筑結(jié)構(gòu)的尺寸和受力形式。一般來說，由于建筑鋼結(jié)構(gòu)都是采用現(xiàn)場拼裝的安裝方式，因此在設(shè)計時要考慮到鋼結(jié)構(gòu)在運輸和起吊中的剛度，以確保結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。
參考文獻：
[1]JGJ7－2010空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.
關(guān)鍵詞: 豎縫抗剪抗剪承載力栓釘接合面
中圖分類號：TU37文獻標(biāo)識碼： A
0 引言
鋼管混凝土邊框剪力墻結(jié)構(gòu)是一種新型鋼-混凝土組合剪力墻，即利用抗剪連接鍵將鋼管混凝土邊框和剪力墻進行可靠連接。接合面連接的好壞是關(guān)系結(jié)構(gòu)整體抗震性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵問題，目前國內(nèi)外對該類結(jié)構(gòu)豎縫抗震性能的研究并不多，各國規(guī)范對其抗剪強度的計算采用不同的破壞機理。
1 抗剪承載力計算公式
1.1栓釘連接件抗剪承載力計算公式
抗剪連接件的形式很多，一般按照變形能力可分為剛性連接件和柔性連接件兩大類。目前最常用的抗剪連接件是栓釘，對栓釘抗剪連接承載力的計算研究的比較多，但是各國對其計算公式?jīng)]有形成統(tǒng)一。
加拿大《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》SI6.1-1974規(guī)定
≤448Ast
日本規(guī)范亦采用式(1)，但規(guī)定Ec和fc的適用范圍為500～900 MPa，這是偏于保守。
Eurocode 4規(guī)定:當(dāng)hst/dst≥4(hst和dst分別表示栓釘?shù)母叨群椭睆?時，有
≤0.64Astfu
其中，Ast表示栓釘桿的橫截面面積，Ec表示混凝土的彈性模量，fck表示混凝土圓柱體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值(=0.83fcu)，fu為栓釘?shù)臉O限抗拉強度。
美國鋼筋混凝土房屋建筑規(guī)范（ACI318-83）基于摩剪理論給出保守計算公式
其中：Ac為抗剪混凝土面積；K1為系數(shù)，普通混凝土K1等于2.81MPa，全輕骨料混凝土K1等于1.41 MPa，輕砂混凝土K1等于1.76 MPa。
中國學(xué)者聶建國、沈聚敏、崔玉萍、胡夏閩等人對栓釘抗剪連接件進行了研究并取得一些成果。這些成果為制定我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中有關(guān)剪力連接件計算的條文提供了依據(jù)。
《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》(1997修訂稿)規(guī)定，當(dāng)hst/dst≥4.0時，有
≤0.7Astf
其中，Ast表示栓釘桿的橫截面面積，Ec表示混凝土的彈性模量，fc表示混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值，f表示栓釘抗拉強度設(shè)計值
我國現(xiàn)行的GB50017-2002鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對鋼-混凝土組合梁設(shè)計條文進行了較大改進，其中給出的栓釘承載力公式為:
≤0.7Astfλ
其中，λ為栓釘材料抗拉強度最大值與屈服值之比，f表示栓釘抗拉強度設(shè)計值。
本次試驗栓釘?shù)挠嬎愫奢d采用美國鋼筋混凝土房屋建筑規(guī)范（ACI318-83）。
1.2銷鍵抗剪承載力計算公式
接縫處承載力驗算還需包括抗剪銷鍵的焊縫強度驗算和混凝土的局部承壓驗算，焊縫在剪力作用下按純剪切考慮，可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017的規(guī)定計算；驗算抗剪銷鍵上混凝土的受壓承載力時，局部承壓混凝土的垂直抗壓強度可取1.5fc。
2 試驗概述
本試驗共設(shè)計了5個試件，試件的配置方式是根據(jù)栓釘?shù)呐滗撀试?%左右進行設(shè)計。因此在試件配置時選擇6個栓釘（1.32%）和4個栓釘（0.88%）。試驗中鋼管采用120mm*120mm*4mm的普通Q345級方鋼管； 銷鍵為直徑20mm的螺紋鋼筋加工而成，長100mm，豎向間距225mm，焊接在鋼管壁上；栓釘為ML15標(biāo)準(zhǔn)尺寸，直徑13mm，長80mm，在豎向接合面上的水平間距均為60mm，豎向間距為200mm或250mm。通過栓釘抗拉強度試驗得到栓釘抗拉強度為355.78Mpa。
試件墻體部分采用C30自密實混凝土，經(jīng)過試配最終確定配合比比值為：0.41:1: 2.54:2.75。鋼管內(nèi)部混凝土為C50自密實混凝土，其配合比比值為：0.22:1:1.13:1.22。
本次試驗用MTS作動器完成，加載點取在鋼管與混凝土結(jié)合部鋼管壁上，管壁上焊接30*120*15mm厚的鋼條，以保證直剪面發(fā)生直剪破壞。試驗采用國內(nèi)外常用的擬靜力加載方案以模擬地震作用，即對試件施加低周反復(fù)荷載直至破壞。
3 計算結(jié)果分析
本次試驗試件破壞形式全部為混凝土破壞，栓釘未剪斷。本次試驗試驗結(jié)果與各國規(guī)范計算值的比較見表1。
表1 豎縫抗剪試驗值與各國規(guī)范計算值的對比
注：試件編號中“6S2P”是指6個栓釘和2個銷鍵的組合連接方式，SP是指Shear Performance。
通過比較發(fā)現(xiàn)各國規(guī)范計算值均高于試驗結(jié)果，原因有以下幾點：
1）本次試驗的栓釘為直剪破壞，與推出試驗相似，各國規(guī)范是對組合梁中栓釘連接件的規(guī)定，而國內(nèi)外的研究都表明，推出試驗得到的栓釘抗剪承載力比組合梁中栓釘?shù)膶嶋H抗剪承載力要低。
2）由于栓釘布置較密集，在試驗時出現(xiàn)群釘效應(yīng)導(dǎo)致每根焊釘承載力比普通單釘承載力要小。
4 抗剪承載力計算
各國的規(guī)范中有關(guān)于栓釘抗剪承載力的計算公式，但是對栓釘和銷鍵組合抗剪的計算公式未見報道，因此，在研究國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范基礎(chǔ)上，提出栓釘和銷鍵組合抗剪承載力計算公式：
（1）
式中：
Ast是栓釘?shù)臋M截面面積，Ec是混凝土的彈性模量，fck是混凝土圓柱體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值，l是抗剪銷鍵長度，d為抗剪銷鍵高度，fc是混凝土抗壓設(shè)計強度，α為局部承壓有效面積調(diào)整系數(shù)，建議取0.9。
表2 試件抗剪承載力實測值和計算值
按該計算公式（1）得出各試件的豎向接合面抗剪承載力計算值和實測值見表2，計算值和實測值吻合較好，試件SP-6S和SP-6S2P相對誤差略微偏大原因可能是公式（1）中關(guān)于栓釘抗剪承載力計算的理論值偏大造成的。
結(jié)論
（1）鋼管混凝土邊框與墻板豎向接合面采用栓釘和銷鍵的組合連接方式能夠保證剪力有效傳遞，且能夠保證接縫的穩(wěn)定性。
（2）本次試驗試件的破壞形式與推出試驗相似，且試件的實際壓力值均低于各國規(guī)范的計算值。
（3）對于采用栓釘和銷鍵組合連接方式的構(gòu)件，按照公式（1）進行計算，其計算值與實測值吻合良好，可以應(yīng)用到工程設(shè)計中。
參考文獻
[1]落英章. 鋼--混凝土組合梁栓釘剪力連接件的研究[J].湖南：碩士論文，2008.
[2]胡夏閩，劉子彤，趙國藩. 鋼與混凝土組合梁栓釘連接件的設(shè)計承載力[M].北京: 建筑工業(yè)出版社，2000.
[3]宋國華，王東煒等. 裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)豎縫抗剪承載力研究及國內(nèi)外規(guī)范的比較. 世界地震工程，2005，2（6）：125-128.
關(guān)鍵詞 ：輕鋼結(jié)構(gòu)；單層廠房；設(shè)計；
中圖分類號： TU391 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：
引言
隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域起到了舉足輕重的作用，扮演著越來越重要的角色，無論在工業(yè)還是民用建筑中，鋼結(jié)構(gòu)以其突出的特點迅速地占領(lǐng)著越來越廣的市場。其特點有：其整體剛度和抗震性能好、施工速度快、自重輕、承載力高，在大跨度及超高層建筑中代替了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但也存在著防火性能差、易腐蝕等缺點，在設(shè)計中根據(jù)其特點揚長避短才能更好地發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的作用。
一、鋼結(jié)構(gòu)廠房空間結(jié)構(gòu)解析
為了使本論文的鋼結(jié)構(gòu)廠房分析設(shè)計更具有針對性和信服力，這里以實際的煉鋼廠房鋼結(jié)構(gòu)廠房為具體研究對象進行分析討論。由于鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，煉鋼廠就成了一個重要的生產(chǎn)場所，屬于抗震規(guī)范中的乙類設(shè)防建筑。由于工藝布置的特殊性和生產(chǎn)設(shè)備的需要，煉鋼廠主廠房往往具有質(zhì)量、剛度分布嚴(yán)重不均勻的特點。又基于建設(shè)周期及抗震性能等的綜合考慮，這類廠房大都采用全鋼結(jié)構(gòu)建造。本文中以某設(shè)計生產(chǎn)能力為50噸的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠為研究對象。
由于工藝要求的復(fù)雜性，該廠房由爐渣跨、加料跨、爐子跨、鋼水接收跨、連鑄澆鑄跨、連鑄出坯跨共六跨組成，核心設(shè)備布置在爐子跨中部的塔樓內(nèi)。該轉(zhuǎn)爐煉鋼廠房主要由塔樓、散狀料上料系統(tǒng)、柱子系統(tǒng)、屋蓋系統(tǒng)和吊車梁系統(tǒng)幾大部分組成，各部分的結(jié)構(gòu)大都是由型鋼和鋼板焊接或螺栓連接而成。
二、輕鋼結(jié)構(gòu)單層廠房設(shè)計的要點
2.1結(jié)構(gòu)體系
1) 門式剛架分為單跨、雙跨、多跨以及帶挑檐的和帶毗屋等多種形式。多跨剛架中柱與剛架梁的連接可采用鉸接。
2) 輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)體系中，屋面常采用有檁體系，檁條間距為1． 5 m，屋面板為壓型鋼板或夾芯板，檁條采用冷彎C 型鋼或高頻焊接薄壁H 型鋼; 外墻采用有墻梁體系，墻梁間距為1.5 m ～ 2.1 m，墻面板為壓型鋼板或夾芯板，墻梁采用冷彎C 型鋼或高頻焊接薄壁H 型鋼。主剛架梁下翼緣和主剛架柱內(nèi)側(cè)翼緣平面外的穩(wěn)定性，可通過在剛架梁下翼緣和檁條間或剛架柱內(nèi)側(cè)翼緣和墻梁之間設(shè)置的隅撐來保證。主剛架之間的水平支撐可采用張緊的圓鋼或角鋼。
3) 根據(jù)跨度、高度和荷載不同，門式剛架的梁柱可采用變截面或等截面實腹焊接工字鋼或成品H 型鋼截面。單層廠房中當(dāng)設(shè)有橋式起重機時，柱截面宜采用等截面構(gòu)件。
4) 輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房剛架柱基礎(chǔ)，剛架柱柱腳與鋼筋混凝土基礎(chǔ)的連接可按鉸接或剛接，當(dāng)廠房內(nèi)設(shè)有橋式起重機時按剛接連接，其他情況按鉸接連接。
焊接實腹式工型截面門式剛架承重結(jié)構(gòu)由剛架和基礎(chǔ)兩部分組成。門式剛架承重結(jié)構(gòu)體系的剛架、檁條( 或墻梁) 以及壓型鋼板間通過可靠的連接和支撐相互依托，體系受力更趨向于空間化。
2.2 結(jié)構(gòu)布置
1) 屋面結(jié)構(gòu)平面布置
單層廠房輕剛結(jié)構(gòu)房屋伸縮縫的設(shè)置: 當(dāng)房屋縱向長度不小于300 m，橫向長度不小于150 m 時需要設(shè)置溫度伸縮縫。溫度伸縮縫的做法有兩種: 檁條連接處的螺栓孔采用橢圓孔或設(shè)置雙排柱，使結(jié)構(gòu)有足夠的伸縮空間; 吊車梁與柱的連接處宜采用橢圓孔。
屋面檁條的布置，應(yīng)考慮天窗、通風(fēng)屋脊、采光帶等因素的影響，屋面壓型鋼板厚度和檁條間距應(yīng)按計算確定。
2)墻面墻梁布置
單層廠房輕剛結(jié)構(gòu)房屋墻面墻梁的布置，應(yīng)根據(jù)門窗的位置、大小確定墻梁的位置，另外設(shè)有挑檐、雨篷時還應(yīng)增設(shè)墻梁等構(gòu)件，墻梁的規(guī)格尺寸應(yīng)由計算確定，同時還應(yīng)考慮墻面板的規(guī)格，考慮到廠房的美觀，一般墻面梁設(shè)在主剛架柱的外側(cè)。
3) 支撐布置
橫向水平支撐和豎向柱間支撐可提高剛架的整體剛度，并能承擔(dān)和傳遞水平力，防止桿件產(chǎn)生過大的振動，避免壓桿的側(cè)向失穩(wěn)，可保證結(jié)構(gòu)安裝時的穩(wěn)定。
當(dāng)設(shè)有溫度伸縮縫時，在每個溫度伸縮單元應(yīng)分別同時設(shè)置橫向水平支撐和豎向柱間支撐以形成幾何不變、穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)體系。
橫向水平支撐一般設(shè)置在溫度伸縮單元兩端第一開間剛架梁上翼緣，在水平支撐交叉的節(jié)點處應(yīng)設(shè)置剛性系桿。橫向水平支撐的間距不大于45 m。橫向水平支撐既可以采用十字交叉圓鋼，又可以采用雙角鋼作支撐。
當(dāng)溫度伸縮單元長度不超過90 m 時，在溫度伸縮單元兩端第一開間的上柱處設(shè)置上柱柱間支撐，在溫度伸縮單元中間的柱開間內(nèi)分別設(shè)置上下柱柱間支撐。上柱柱間支撐為單片角鋼，連接在柱腹板的中間，下柱柱間支撐為雙片角鋼，連接在下柱兩側(cè)翼緣。值得注意的是在溫度伸縮單元的端部不設(shè)下柱柱間支撐。
在剛架轉(zhuǎn)折處應(yīng)沿房屋全長設(shè)置剛性系桿。
三、輕鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼構(gòu)件的設(shè)計
3.1 主要承重構(gòu)件( 剛架) 內(nèi)力計算方法
剛架的內(nèi)力計算方法分彈性分析和塑性分析方法，變截面門式剛架通常采用彈性分析方法，等截面門式剛架通常采用塑性分析方法，同時還應(yīng)滿足現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求。
3.2 門式剛架位移( 側(cè)移) 計算
當(dāng)屋面坡度不大于1 ∶ 5 時，柱頂在水平力H 作用下的位移( 側(cè)移) u，可按下列公式計算:
柱腳鉸接剛架:
柱腳剛接剛架:
其中，h，L 分別為剛接柱高度和剛架跨度; Ic，Ib分別為柱和橫梁的平均慣性矩; H 為剛架柱頂?shù)刃搅? ζt為剛架柱與剛架梁的線剛度比。
3.3 構(gòu)件強度計算
工型截面受彎構(gòu)件在剪力、彎矩共同作用時，強度按下式進行計算:
當(dāng)
當(dāng)截面為雙軸對稱時:
其中，Mf為兩翼緣所承擔(dān)的彎矩; Me為構(gòu)件有效截面所承擔(dān)的彎矩，Me = We f，We為構(gòu)件有效截面最大受壓纖維的截面模量;Af為構(gòu)件翼緣的截面面積; Vd為腹板抗剪承載力設(shè)計值，Vd =hw tw fv '。
3.4 構(gòu)件穩(wěn)定計算
軸心受壓構(gòu)件( 工型截面) 局部穩(wěn)定計算:
受壓翼緣:
腹板:
其中，b 為受壓翼緣自由外伸寬度; t 為受壓翼緣的厚度; fy為鋼材屈服強度; hw為腹板的計算高度; tw為腹板的厚度。
3.5剛架柱基礎(chǔ)的設(shè)計
3.5.1基礎(chǔ)形式
門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)常用的基礎(chǔ)形式有:
1) 鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，一般用于地基承載力比較大，土質(zhì)比較均勻的情況。
2) 柱下條形基礎(chǔ)多用于加固工程中，在處理新舊建筑物基礎(chǔ)時，可以避免對舊建筑物基礎(chǔ)造成不利的影響。
3) 樁基礎(chǔ)一般用于深基礎(chǔ)，地基回填土較多、持力層較深的情況。
3.5.2 基礎(chǔ)的設(shè)計
1) 輕鋼結(jié)構(gòu)廠房門式剛架柱基礎(chǔ)通過鋼板與鋼筋混凝土基礎(chǔ)之間連接采用鉸接或剛接柱腳。
2) 柱腳錨栓應(yīng)采用Q235 鋼或Q345 鋼制作。錨栓的錨固長度應(yīng)符合GB 50007-2002 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，為抵抗上拔力錨栓端部設(shè)置彎鉤或錨板，錨栓的直徑不小于24 mm，且應(yīng)采用雙螺母或采取防止螺帽松動的有效措施; 柱腳錨栓按下柱柱間支撐傳遞的縱向風(fēng)荷載和吊車剎車力或縱向地震作用的上拔力計算。剛架柱底部的水平力由柱腳底板與鋼筋混凝土基礎(chǔ)頂面之間的摩擦力來承擔(dān)，若還不滿足須設(shè)置槽鋼或角鋼抗剪鍵。計算柱腳錨栓的受拉承載力時，應(yīng)采用螺紋處的有效截面面積。
結(jié)束語
輕鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、工廠化和商品化程度高、施工周期短、節(jié)能環(huán)保等明顯的優(yōu)點。輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架設(shè)計在單層工業(yè)廠房中越來越得到人們的青睞，但它畢竟還是一個新生事物，需要我們設(shè)計人員在工程設(shè)計中不斷的探索、改進、回訪中積累經(jīng)驗，進而解決在工程設(shè)計中遇到的新技術(shù)、新問題。新技術(shù)、新材料的應(yīng)用給設(shè)計人員提供了鍛煉的機會，帶來了新的挑戰(zhàn)，只要對不斷出現(xiàn)的新技術(shù)、新材料、新問題勇于探索、勇于創(chuàng)新，就能攻克難關(guān)，從而使新技術(shù)、新材料得到廣泛應(yīng)用，我們的設(shè)計水平也會有較大的提高。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】建筑設(shè)計，抗震設(shè)計，作用分析
中圖分類號：S611 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：
一、前言
在目前的發(fā)展趨勢中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主流趨勢有低碳，環(huán)保，安全，節(jié)能，生態(tài)。其中指標(biāo)之一，就是建筑的安全性，而我國目前破壞力最大的安全威脅便是地震，因此，加強對建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，必將會被提升到建筑設(shè)計新的戰(zhàn)略高度。
二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震性能衡量標(biāo)準(zhǔn)
現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范對于建筑結(jié)構(gòu)的性能從兩個角度進行描述，一是通過損壞的程度描述其性能，將建筑結(jié)構(gòu)的損壞程度分為不損壞和屬正常維修下的損壞、可修復(fù)的破壞和倒塌；二是描述用途的重要性，即抗震設(shè)防分類。主要是氛圍甲、乙、丙、丁四類。
現(xiàn)行規(guī)范對于部分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)提出了相應(yīng)的定量指標(biāo)，即正常維修和倒塌的層間變位角。而在設(shè)防類別上，提出了不同的抗震措施。其中乙類抗震措施的相關(guān)規(guī)定比甲類高一度。在強烈地震的影響下，乙類受到的毀壞程度比甲類輕。但是對于抗震能力，仍然缺乏確定的數(shù)量變化。借助于現(xiàn)行航震鑒定標(biāo)攤b所引進的”綜合抗震能力由數(shù)量上的區(qū)別”有可能使不同性能要求的結(jié)構(gòu)所具有的抗震能力由數(shù)量上的區(qū)別。比如在判斷結(jié)構(gòu)抗力的高低中，可以采用結(jié)構(gòu)樓層的受剪承載力與設(shè)計地震剪力的比值。而在結(jié)構(gòu)變形能力高低方面，可以用結(jié)構(gòu)所具有的變形能力與基本變形能力的比值來表征，這樣就能保證不同性能要求下所對應(yīng)的抗震措施的數(shù)量化。對于丙類結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，主要利用抗力和變形能力進行組合，并作為綜合抗震能力的基本值。而乙類建筑，設(shè)計的綜合抗震能力要低于相應(yīng)的基本值。
三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對建筑抗震性能的影響
1、 砌筑體結(jié)構(gòu)影響基本變化能力的構(gòu)造，重點是將整個圈梁、主要構(gòu)造柱數(shù)量、具置、斷面截面尺寸和配筋數(shù)量的分級，局部的墻體尺寸、樓梯間的構(gòu)造等只適用于考慮局部影響。比如，5-6層磚房的主要構(gòu)造柱數(shù)量，房屋四角和樓梯間四角應(yīng)該設(shè)計為第一等級，用于房屋隔開間的內(nèi)外墻鏈接處和樓梯間四角設(shè)計為第二等級。對于房屋每開間的內(nèi)外墻鏈接位和樓梯間四角設(shè)計為第三等級；此處不用設(shè)置構(gòu)造柱與抗震設(shè)計不同。當(dāng)然，在相同設(shè)防烈度和性能要求的前提下，對與層數(shù)要求不同的砌筑結(jié)構(gòu)，基本延性構(gòu)造的要求也不同，構(gòu)造柱設(shè)置就需要隨房屋層數(shù)的不斷增加而相應(yīng)提高。目前主要難題是，需要根據(jù)具體實例進行計算和分析，針對同地點、同結(jié)構(gòu)的房屋按照不同等級采取相應(yīng)措施后，其措施的構(gòu)造影響能力系數(shù)如何確定？是否可在某個范圍內(nèi)取值。
2、 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對變形能力構(gòu)造的影響，可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整內(nèi)力、提高結(jié)構(gòu)柱箍筋和縱向鋼筋體積配箍率、抗震墻墻體和構(gòu)造作為抗震能力分級的重點，而框支層、短柱、鏈接的構(gòu)造作為局部的影響。不同層數(shù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在相同設(shè)防烈度性能的要求，延性構(gòu)造要求也不一樣。目前，內(nèi)力調(diào)整、縱筋總配筋率和箍筋體積配箍筋率等都成型的分級和取值，但如何將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的影響系數(shù)還需要進一步的計算和研究。
3、 鋼筋結(jié)構(gòu)對變形能力構(gòu)造的影響，可調(diào)整內(nèi)力、各節(jié)點域內(nèi)構(gòu)造、構(gòu)件的長細(xì)比和支撐設(shè)置作為重點的分級，這時構(gòu)件的寬厚就是結(jié)構(gòu)的局部影響。在相同設(shè)防烈度和性能的要求下，對建筑層數(shù)不同的結(jié)構(gòu)建筑，基本延性構(gòu)造需求也不同。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中也有一些現(xiàn)成的定量取值，也要研究將其轉(zhuǎn)化為影響系數(shù)的方法。
四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計措施
1、要嚴(yán)格選擇地基選址
地基選址是進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，因此，在房間結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，要科學(xué)避開山嘴，山包，陡坡，河流等不利因素，要本著堅硬，牢固，平坦，開闊的選址原則。親身實地，利用先進技術(shù)設(shè)備，進行地質(zhì)勘探，山石水土監(jiān)測，并取樣論證，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)分析。力求使得整個地基牢固可靠，地質(zhì)穩(wěn)定無滲漏，無坍塌，無暗河，無熔巖，無火山……從而保證整個地基不會因為承載而發(fā)生小范圍的坍塌。影響到整體承載能力和抗震能力設(shè)計。
2、確保結(jié)構(gòu)的整體性
在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，一般而言，要尤其注意其是由諸多構(gòu)件共同組合在一起，如此，要進行整體化的對待。要充分調(diào)動各個構(gòu)件的作用來完成整體建筑的抗震效果。當(dāng)建筑的一些構(gòu)件基本都失去了原有的功能時候，那么，在地震來臨之后，很容易讓整體的建筑結(jié)構(gòu)喪失對地震的抵抗能力。在這種情況下，很容易讓整個建筑坍塌，因此，要保證所有構(gòu)件的功能協(xié)調(diào)，并確保所有的構(gòu)件都能夠在地震作用下保證良好的性能，如此，可以讓建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震能力增強。同時，要堅持實施多級防震措施。傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)多采取的是三級設(shè)防措施，即小震不壞、中震可修、大震不倒。但在新的時期，建筑結(jié)構(gòu)必須是采取的多級設(shè)防模式，保護建筑主體抗震能力，減輕經(jīng)濟損失，使得建筑抗震中更加安全。
3、屋頂建筑抗震設(shè)計也是整個設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。近幾十年來，從多數(shù)建筑抗震設(shè)計評定結(jié)果看，屋頂建筑設(shè)計還存在一些問題，例如：屋頂設(shè)計較高或者設(shè)計過重。屋頂設(shè)計較高或者設(shè)計過重，無形當(dāng)中加大了屋頂建筑變形，而且地震作用也加大了，尤其對自身和屋頂之下的建筑物的抗震作用都不利。有時屋頂建筑的重心和屋頂之下的中心不在同一直線上，如果屋頂?shù)目箓?cè)力墻和屋頂之下的抗側(cè)力強出現(xiàn)間斷，在地震發(fā)生時，帶來的地震扭轉(zhuǎn)作用也會更嚴(yán)重，對抗震更不利。所以，進行屋頂建筑設(shè)計過程中時，應(yīng)該最大限度的降低屋頂建筑的高度。選用強度較高、輕質(zhì)、剛度均勻的材料，使得地震作用傳遞不受阻礙；屋頂重心和屋頂之下的建筑中心在同一直線上；如果屋頂建筑非常高，屋頂建筑就必須具有較強的抗震性，讓屋頂建筑地震作用和突變降低到最小，盡量避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
4、要合理且恰當(dāng)?shù)夭季值卣鹜饬Φ哪芰總鬟f與吸收的途徑，在地震當(dāng)中，要確保建筑的支柱、梁與墻的軸線，處于同一個平面上，從而可以形成構(gòu)件的雙向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。并且可以使其在地震的作用下，呈現(xiàn)彎剪性的破壞，并使塑性屈服情況，盡量的發(fā)生在墻的根底部，從而連梁適合在梁端產(chǎn)生塑性屈服，這樣還具有足夠的變形的能力。在震災(zāi)中，在墻段部分充分發(fā)揮抗震功能之前，要按照"強墻弱梁"的原則，來大力加強墻肢的承載力，避免墻肢遭到剪切性的破壞現(xiàn)象，從而最大限度的提高建筑結(jié)構(gòu)的整體的抗震能力。
5、要根據(jù)抗震等級，在對墻、柱以及梁節(jié)點設(shè)計中，采取相對應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，力求確保建筑物結(jié)構(gòu)，在地震的作用下可以達(dá)到三個水準(zhǔn)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。還可以根據(jù)"強柱弱梁"、和"強剪弱彎" 、以及"強節(jié)點弱構(gòu)件"幾種構(gòu)造的原則，在建筑設(shè)計中，合理的選擇柱截面的尺寸，以此控制柱的軸壓比，并還要注意構(gòu)造配筋的要求，還要保證，鋼筋砼結(jié)構(gòu)建筑在地震的作用下，能夠具有足夠的承載能力以及具備足夠的延性。
6、在建筑設(shè)計過程中，要設(shè)置出多道抗震的防線，即，在設(shè)計一個抗震結(jié)構(gòu)的體系當(dāng)中，有一部分延性比較好的構(gòu)件，在地震的作用下，首先可以擔(dān)負(fù)起第一道抗震防線的作用，然事，其他的構(gòu)件，在第一道抗震防線屈服以后，在地震中，會依次的形成第二道、第三道或者是更多道的抗震的防線，這樣的抗震結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計，在建筑設(shè)計當(dāng)中，對于確保建筑結(jié)構(gòu)具有的抗震安全性，是非常的行之有效的設(shè)計方法和手段。
五、結(jié)束語
建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，關(guān)乎民生，關(guān)乎經(jīng)濟發(fā)展，社會穩(wěn)定，對建筑實施結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，主要涉及對建筑高度，承載力，總體結(jié)構(gòu)，各個部件的性能規(guī)劃等一系列的因素，要求通過對各個構(gòu)件和整體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，既實現(xiàn)滿足居民生活生產(chǎn)保障安全的需要，又具有值得欣賞的美學(xué)價值。
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Abstract： The popularization and application of the steel structure housing is the inevitable trend of the development of China's housing industrialization. Through comparative analysis of the advantages and disadvantages to common structure form of the steel structure housing， the applicability principle of the structure form was put forward， method of improving lateral force resisting performance was proposed， in order to further promote the steel structure residential structure system， which provides a theoretical reference for in the application domestic building trade， and points out effective approaches of industrialization development of the steel structure housing.
關(guān)鍵詞： 鋼結(jié)構(gòu)住宅；結(jié)構(gòu)形式；抗側(cè)力性能；產(chǎn)業(yè)化發(fā)展
Key words： steel structure housing；structure；lateral force resisting performance；industrialization development
中圖分類號：TU391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）34-0130-02
0 引言
鋼結(jié)構(gòu)住宅以其“環(huán)保、節(jié)能、工業(yè)化”和“綠色建筑”等特征成為了二十一世紀(jì)住宅建筑業(yè)的主導(dǎo)方向之一。我國對鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展也提出了更明確的要求，為此，建立系統(tǒng)的理論研究和發(fā)展規(guī)劃對鋼結(jié)構(gòu)住宅體系產(chǎn)業(yè)化的迅猛發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。
1 國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)住宅研究現(xiàn)狀
現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑體系誕生于20世紀(jì)初，在一些發(fā)達(dá)國家的發(fā)展己有上百年的歷史，工業(yè)化生產(chǎn)和預(yù)制裝配程度較高。世界各國逐步形成自己獨特的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系I1]。自1960年以來，美國就開始發(fā)展冷成型鋼結(jié)構(gòu)建筑[2]。20世紀(jì)80年代，1984年TarpyTS對螺栓連接的冷成型構(gòu)件墻體的抗剪性能進行了研究[3]。1982年wolfeR.w對有石膏板填充的冷成型鋼構(gòu)件墻的極限承載力進行了研究[4]。1999年GadE.F研究了冷成型鋼結(jié)構(gòu)住宅中單片墻體以及整體結(jié)構(gòu)在地震荷載下的性能[5]。而我國的鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展較晚，與發(fā)達(dá)國家相比，國內(nèi)建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)仍是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，新材料、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)體系、新應(yīng)用領(lǐng)域不斷出現(xiàn)。要加快建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展，對現(xiàn)有建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的更新、完善或補充，以及對新的結(jié)構(gòu)體系和新的應(yīng)用領(lǐng)域的建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的編制工作顯得非常緊急。
2 鋼結(jié)構(gòu)住宅的技術(shù)性分析
2.1 鋼結(jié)構(gòu)住宅主體結(jié)構(gòu)體系比較 鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)體系并不是簡單的用鋼材替代混凝土和砌體作為支承結(jié)構(gòu)，而是以鋼結(jié)構(gòu)為主體結(jié)構(gòu)，另外還包括圍護結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)防火、鋼結(jié)構(gòu)防腐及建筑設(shè)備的一個綜合技術(shù)體系。鋼結(jié)構(gòu)住宅主體結(jié)構(gòu)體系一般有以下形式：①純鋼框架體系；②冷彎C型鋼龍骨體系及熱軋型鋼龍骨體系；③鋼框架支撐體系；④鋼框架-剪力墻系；⑤鋼框架-混凝土組合結(jié)構(gòu)體系；⑥錯列桁架體系。上述各類結(jié)構(gòu)形式綜合比較如表1所示。
在這幾種結(jié)構(gòu)體系中，前兩種結(jié)構(gòu)體系主要用于低層鋼結(jié)構(gòu)住宅，其他可適用于多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅。而且從表中可以看出鋼結(jié)構(gòu)住宅的共同缺點為抗側(cè)力性能比較差。為進一步推進鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系在國內(nèi)建筑的應(yīng)用，對于該結(jié)構(gòu)體系尚需進行深入的研究。
2.2 提高鋼結(jié)構(gòu)住宅的抗側(cè)力性能方法 輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系與傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)住宅體系有很大的不同，它主要由輕鋼結(jié)構(gòu)體系、樓面結(jié)構(gòu)體系和圍護結(jié)構(gòu)體系等組成。而輕鋼龍骨體系是一種新型的結(jié)構(gòu)形式相對于其它結(jié)構(gòu)形式的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅，輕鋼龍骨體系的研究和應(yīng)用更不成熟、不完善，更需要加強研究力度。關(guān)于低層輕鋼龍骨住宅的試驗和理論研究主要集中研究復(fù)合墻體的抗側(cè)力性能的研究，2008年武漢理工大學(xué)高景輝對輕鋼龍骨墻體的破壞模式做了分析，得出自攻螺栓連接破壞時一種主要因素，通過有限元參數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，影響輕鋼龍骨復(fù)合墻體抗剪性能的最關(guān)鍵因素是自攻螺栓的數(shù)量，其次是墻體的尺寸、支撐。2010年浙江工業(yè)大學(xué)郎晟頡在靜力分析的基礎(chǔ)上研究了復(fù)合墻體的滯回性能與抗震性能，得出了隨著墻板厚度的增加，墻體抗側(cè)承載力隨著墻板材料不同有不同程度的提高，導(dǎo)軌與墻板的間距對墻體抗側(cè)性能影響最大。同年武漢理工大學(xué)張翠萍對三種不同支撐的輕鋼龍骨墻體：輕鋼龍骨剛架體系、輕鋼龍骨剛架支撐體系、輕鋼龍骨剛架端支撐體系，進行了抗側(cè)力性能分析，得出帶支撐的墻體的抗側(cè)極限承載力能滿足帶蒙皮的組合墻體的抗側(cè)力性能的研究。
3 鋼結(jié)構(gòu)住宅的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展
鋼結(jié)構(gòu)住宅有著重量輕、抗震性能好、施工周期短、工業(yè)化程度高、環(huán)保效果好等特點，作為未來住宅的發(fā)展方向，人們正在逐漸關(guān)注它、接受它。目前的問題是，我國建筑鋼材消費嚴(yán)重偏低，且絕對量相差非常之大。如何加大建筑業(yè)中各類鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用比例，大力推進建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，提高建筑用鋼在國家總鋼材產(chǎn)量中的份額，將是擺在在我們面前的重要課題。由于市場經(jīng)濟尚不完善，建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過于迅猛，長期以來自發(fā)形成的我國建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈配置存在較嚴(yán)重的問題，而改變這種現(xiàn)狀更加需要推進技術(shù)創(chuàng)新和成套技術(shù)集成體系的應(yīng)用，使科技轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)力，促進住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。如果我們能實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)住宅的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，住宅建設(shè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的勞動生產(chǎn)率將大大提高，其具有的廣泛的社會、經(jīng)濟效益會更加明顯地展現(xiàn)在社會經(jīng)濟的各領(lǐng)域，并被市場認(rèn)可和接受。而進行產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵是影響鋼結(jié)構(gòu)住宅經(jīng)濟性的主要因素，如施工技術(shù)及施工組織設(shè)計的選擇；鋼材的選用；結(jié)構(gòu)體系設(shè)計，圍護及其它配套體系的發(fā)展及產(chǎn)品更新；鋼結(jié)構(gòu)的防火、防腐處理；原材料價格，尤其是鋼材價格的上下波動；部品部件的產(chǎn)業(yè)化、社會化水平、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)；部品部件的設(shè)計、制造、安裝等等。針對影響鋼結(jié)構(gòu)住宅成本的主要因素，從成本控制的角度對供應(yīng)鏈管理、產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、企業(yè)管理等理論，通過加強鋼結(jié)構(gòu)住宅領(lǐng)域的供應(yīng)鏈管理，部品部件的生產(chǎn)社會化，住宅區(qū)的產(chǎn)業(yè)化運作，及公司管理理念的創(chuàng)新、提高管理水平，國家政策等一系列措施，尋求鋼結(jié)構(gòu)住宅的成本控制的對策，增強鋼結(jié)構(gòu)住宅與傳統(tǒng)混凝土住宅的競爭優(yōu)勢，從而改善鋼結(jié)構(gòu)住宅面臨的建造成本較高、市場份額小、
社會對鋼結(jié)構(gòu)住宅的認(rèn)識程度不夠等現(xiàn)狀，吸引更多的社會主體參與到鋼結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)領(lǐng)域中，來促進鋼結(jié)構(gòu)住宅的基本建設(shè)、應(yīng)用與推廣。
參考文獻：
[1]周濤.鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)體系及其建筑設(shè)計研究以多層、小高層住宅為例[D].北京建筑工程學(xué)院，碩士論文，2004.
[2]Yuwei.wen.Cold—formedsteeldesign[M].Newyork： Wiley，1985.
[3]TarpyT·S·Shear resistanee of steel stud wanll Panels. Proe Seventh Int SPeeialty Confon Cold Formed Steel Struetures，1984：203～248.
1.課題名稱：
鋼筋混凝土多層、多跨框架軟件開發(fā)
2.項目研究背景：
所要編寫的結(jié)構(gòu)程序是混凝土的框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，建筑指各種房屋及其附屬的構(gòu)筑物。建筑結(jié)構(gòu)是在建筑中，由若干構(gòu)件，即組成結(jié)構(gòu)的單元如梁、板、柱等，連接而構(gòu)成的能承受作用(或稱荷載)的平面或空間體系。
編寫算例使用建設(shè)部最新出臺的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》gb50010-xx,該規(guī)范與原混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范gbj10-89相比，新增內(nèi)容約占15%，有重大修訂的內(nèi)容約占35%，保持和基本保持原規(guī)范內(nèi)容的部分約占50%，規(guī)范全面總結(jié)了原規(guī)范實施以來的實踐經(jīng)驗，借鑒了國外先進標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
3.項目研究意義：
建筑中，結(jié)構(gòu)是為建筑物提供安全可靠、經(jīng)久耐用、節(jié)能節(jié)材、滿足建筑功能的一個重要組成部分，它與建筑材料、制品、施工的工業(yè)化水平密切相關(guān)，對發(fā)展新技術(shù)。新材料，提高機械化、自動化水平有著重要的促進作用。
由于結(jié)構(gòu)計算牽扯的數(shù)學(xué)公式較多，并且所涉及的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)很零碎。并且計算量非常之大，近年來，隨著經(jīng)濟進一步發(fā)展，城市人口集中、用地緊張以及商業(yè)競爭的激烈化，更加劇了房屋設(shè)計的復(fù)雜性，許多多高層建筑不斷的被建造。這些建筑無論從時間上還是從勞動量上，都客觀的需要計算機程序的輔助設(shè)計。這樣，結(jié)構(gòu)軟件開發(fā)就顯得尤為重要。
一棟建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，主要取決于結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件的截面尺寸、材料強度等級以及主要機構(gòu)構(gòu)造是否合理。這些問題已經(jīng)正確解決，結(jié)構(gòu)計算、施工圖的繪制、則是另令人辛苦的具體程序設(shè)計工作了，因此原來在學(xué)校使用的手算方法，將被運用到具體的程序代碼中去，精力就不僅集中在怎樣利用所學(xué)的結(jié)構(gòu)知識來設(shè)計出做法，還要想到如何把這些做法用代碼來實現(xiàn)，
4.文獻研究概況
在不同類型的結(jié)構(gòu)設(shè)計中有些內(nèi)容是一樣的，做框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時關(guān)鍵是要減少漏項、減少差錯，計算機也是如此的。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(gbj68-84)該標(biāo)準(zhǔn)是為了合理地統(tǒng)一各類材料的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則，是制定工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、鋼結(jié)構(gòu)、薄壁型鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等設(shè)計規(guī)范以及地基基礎(chǔ)和建筑抗震等設(shè)計規(guī)范應(yīng)遵守的準(zhǔn)則，這些規(guī)范均應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)的要求制定相應(yīng)的具體規(guī)定。制定其它土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范時，可參照此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原則。本標(biāo)準(zhǔn)適用于建筑物(包括一般構(gòu)筑物)的整個結(jié)構(gòu)，以及組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和基礎(chǔ);適用于結(jié)構(gòu)的使用階段，以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作、運輸與安裝等施工階段。本標(biāo)準(zhǔn)引進了現(xiàn)代結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計理論，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法分析確定，即將各種影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素都視為隨機變量，使設(shè)計的概念和方法都建立在統(tǒng)計數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，并以主要根據(jù)統(tǒng)計分析確定的失效概率來度量結(jié)構(gòu)的可靠性，屬于“概率設(shè)計法”，這是設(shè)計思想上的重要演進。這也是當(dāng)代國際上工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方法發(fā)展的總趨勢，而我國在設(shè)計規(guī)范(或標(biāo)準(zhǔn))中采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法是迄今為止采用最廣泛的國家。
結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)常見的作用效應(yīng)有：
1.內(nèi)力。
軸向力，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一正截面上的法向拉力或壓力;
剪力，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一截面上的切向力;
彎矩，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一截面上的內(nèi)力矩;
扭矩，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一截面上的剪力構(gòu)成的力偶矩。
2.應(yīng)力。如正應(yīng)力、剪應(yīng)力、主應(yīng)力等。
5.變形。作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中各點間的相對位移。變形分為彈性變形和塑性變形。
6.應(yīng)變：如線應(yīng)變、剪應(yīng)變和主應(yīng)變等。
極限狀態(tài)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)可分為兩類：
1.承載能力極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)：
(1)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡(如傾覆等);
(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強度被超過而破壞(包括疲勞破壞)，或因過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載;(3)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系;
(4)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定(如壓屈等)。
2.正常使用極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到使用功能上允許的某一限值的極限狀態(tài)。出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)：
(1)影響正常使用或外觀的變形;
(2)影響正常使用或耐久性能的局部損壞(包括裂縫);
(3)影響正常使用的振動;(4)影響正常使用的其它特定狀態(tài)。
結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本任務(wù)，是在結(jié)構(gòu)的可靠與經(jīng)濟之間選擇一種合理的平衡，力求以最低的代價，使所建造的結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的使用期限內(nèi)，能滿足預(yù)定的安全性、適用性和耐久性等功能要求。為達(dá)到這個目的，人們采用過多種設(shè)計方法。以現(xiàn)代觀點看，可劃分為定值設(shè)計法和概率設(shè)計法兩大類。
1.定值設(shè)計法。將影響結(jié)構(gòu)可靠度的主要因素(如荷載、材料強度、幾何參數(shù)、計算公式精度等)看作非隨機變量，而且采用以經(jīng)驗為主確定的安全系數(shù)來度量結(jié)構(gòu)可靠性的設(shè)計方法，即確定性方法。此方法要求任何情況下結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)s(內(nèi)力、變形、裂縫寬度等)不應(yīng)大于結(jié)構(gòu)抗力r(強度、剛度、抗裂度等)，即s≤r。在20世紀(jì)70年代中期前，我國和國外主要都采用這種方法。2.概率設(shè)計法：將影響結(jié)構(gòu)可靠度的主要因素看作隨機變量，而且采用以統(tǒng)計為主確定的失效概率或可靠指標(biāo)來度量結(jié)構(gòu)可靠性的設(shè)計方法，即非確定性方法。此方法要求按概率觀念來設(shè)計結(jié)構(gòu)，也就是出現(xiàn)結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)3大于結(jié)構(gòu)抗力r(s>r)的概率應(yīng)小于某個可以接受的規(guī)定值。這種方法是20世紀(jì)40年代提出來的，至70年代后期在國際上已進入實用階段。我國自80年代中期，結(jié)構(gòu)設(shè)計方法開始由定值法向概率法過渡。
面向?qū)ο缶幊?/p>
使創(chuàng)建windows程序較為容易的關(guān)鍵技術(shù)是面向?qū)ο缶幊蹋騩op。這種技術(shù)可以創(chuàng)建可重用組建，它是程序的組成模塊。
幾個定義
控件提供程序可見界面的可重用對象。控件的示例有文本框、標(biāo)簽和命令按鈕。
事件由用戶或操作系統(tǒng)引發(fā)的動作。事件的示例有擊鍵、單擊鼠標(biāo)、一段時間的限制，或從端口接收數(shù)據(jù)。
方法嵌入在對象定義中的程序代碼，它定義對象怎樣處理信息并響應(yīng)某事件。例如，數(shù)據(jù)庫對象有打開紀(jì)錄集并從一個記錄移動到另一個記錄的方法。
對象程序的基本元素，它含有定義其特征的屬性，定義其任務(wù)和識別它可以響應(yīng)的事件的方法。控件和窗體是visualbasic中所有對象的示例。
過程為完成任務(wù)而編寫的代碼段。過程通常用于響應(yīng)特定的事件。
屬性對象的特征，如尺寸、位置、顏色或文本。屬性決定對象的外觀，有時也決定對象的行為。屬性也用于為對象提供數(shù)據(jù)和從對象取回信息。
5.設(shè)計主要內(nèi)容
本軟件適用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土多層、多跨的框架的設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計要完成的工作包括：
1.平面鋼架分析程序的改造
對結(jié)構(gòu)力學(xué)教研室版平面鋼架分析程序進行修改和補充。要求：
(1)編寫自動生成節(jié)點坐標(biāo)和單元節(jié)點編號的程序，或以圖形方式輸入計算簡圖。
(2)修改程序，使之適合多工況內(nèi)力計算;(3)根據(jù)輸入、輸出數(shù)據(jù)的特點，設(shè)計適當(dāng)?shù)娜藱C界面。輸出應(yīng)可選的顯示各構(gòu)件端力和內(nèi)力圖。
2.編寫鋼筋混凝土多層多跨框架機構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計程序
(1)根據(jù)有關(guān)的規(guī)范，應(yīng)明確計算的各種荷載(恒載、樓屋面活載、風(fēng)荷載和地震作用等)的計算方法，在次基礎(chǔ)上編寫自動生成各種荷載作用下的結(jié)點荷載和單元荷載的程序。
地震作用按底部剪力法確定。自振周期用經(jīng)驗公式確定。
(2)計算各種荷載單獨作用時框架各桿件的內(nèi)力。計算結(jié)構(gòu)存放在各自的桿端力(隨機)文件中。
對豎向荷載下的梁端彎距進行塑性調(diào)幅。
(3)在(2)中產(chǎn)生的桿端力文件基礎(chǔ)上，分別計算各種可能的荷載組合下，梁、柱控制截面的內(nèi)力。計算結(jié)果存放在適當(dāng)?shù)奈募小?/p>
(4)從(3)生成的文件中選出最不利組合，同時給出截面配筋。
梁、柱截面配筋的確定應(yīng)考慮抗震設(shè)計的要求。
3.位移。作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中某點位變(線位移)或某線段方向的改變(角位移)。
4.撓度。構(gòu)件軸線或中面上某點在彎短作用平面內(nèi)垂直于軸線或中面的線位移。
(5)部分編程較熟練的同學(xué)可根據(jù)計算結(jié)果和構(gòu)造規(guī)定，用auto-cadvba繪制梁、柱配筋圖。
5.成果形式
本畢業(yè)設(shè)計的成果應(yīng)包括：
1.可運行的、并能給出正確計算結(jié)果的源程序
在存放源程序的軟盤中，應(yīng)至少有一個算例的數(shù)據(jù)文件，可在基本不需另外鍵入數(shù)據(jù)的前提下，顯示正確地運行結(jié)果。
2.軟件使用手冊
這是為用戶準(zhǔn)備的關(guān)于軟件使用方法、操作步驟和其他必要的文字材料。
3.軟件說明書
這是軟件作者的工作檔案，是軟件維護的基本資料。其中應(yīng)包括：
(1)軟件所依據(jù)的工作檔案、力學(xué)和工程結(jié)構(gòu)模型的較為詳細(xì)的描述，主要的計算公式及其使用的符號的含義，重要算法的文字說明：
(2)程序的結(jié)構(gòu)：模塊的劃分的情況、各模塊相互之間的關(guān)系及各模塊的功能;
(3)帶有較為詳細(xì)的注釋的源程序文本。其中應(yīng)注明各標(biāo)識符的含義(盡可能的采用通用公式中的符號)。各程序段的功能、相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式和特殊算法的說明;(4)為使他人根據(jù)軟件說明書讀懂你的程序所必需的其他資料。
(5)部分編程較熟練的同學(xué)可遞交梁、柱配筋圖紙一張。
4.對自己所編程序的評價
(1)對算例計算結(jié)果的合理性進行必要的分析;
(2)總結(jié)軟件設(shè)計過程中的經(jīng)驗和及教訓(xùn)，提出設(shè)計改進意見。
以上各項資料處源程序文本以軟盤形式提交外，其余均用計算機打印。
6.進度計劃
第一周畢業(yè)實習(xí)，參觀工程，收集資料。
第二周需求分析：描述計算機模型，編些初步的軟件說明書。
第三周軟件設(shè)計：選擇模塊劃分的方案
第四周模塊設(shè)計：數(shù)據(jù)輸入界面設(shè)計(梁柱截面數(shù)據(jù))
或數(shù)據(jù)輸入界面設(shè)計(可視化圖形輸入)
第五周數(shù)據(jù)輸入界面設(shè)計(框架數(shù)據(jù)、附加荷載)
第六周模塊設(shè)計：荷載計算(恒載、活載)，相應(yīng)的內(nèi)力計算
第七周荷載計算(風(fēng)荷載、地震作用)，相應(yīng)的內(nèi)力計算
第八周模塊設(shè)計：梁配筋計算
第九周梁荷載組合，確定梁配筋
第十周梁荷載組合，確定梁配筋
第十一周模塊設(shè)計：柱配筋計算
第十二周柱荷載組合，確定柱配筋
第十三周柱荷載組合，確定柱配筋
第十四周軟件測試或用autocadvba繪制梁、柱配筋圖;
第十五周軟件測試
第十六周整理源程序，編寫軟件說明數(shù)和用戶手冊
關(guān)鍵詞 鋼結(jié)構(gòu)；抗震；性能；節(jié)點；設(shè)計；
中圖分類號：TU391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：
引言
隨著我國經(jīng)濟的進一步發(fā)展和建筑技術(shù)的逐漸進步,鋼結(jié)構(gòu)也越來越廣泛的應(yīng)用于建筑當(dāng)中,其中在建筑結(jié)構(gòu)中,鋼結(jié)構(gòu)具有良好抗震性,并且工業(yè)化生產(chǎn)程度較高,鋼結(jié)構(gòu)施工周期較短,并且具體節(jié)能環(huán)保、延展性好等優(yōu)點,特別對于鋼結(jié)構(gòu)建筑具有的延展性可以對地震波產(chǎn)生衰減作用,減少地震對鋼結(jié)構(gòu)建筑的破壞。針對鋼結(jié)構(gòu)建筑的如此突出的優(yōu)點,美國等等國家的鋼結(jié)構(gòu)建筑已占到所在國內(nèi)建筑總量的一半以上。日本是地震多發(fā)的國家,鋼結(jié)構(gòu)建筑在日本建筑當(dāng)中的占有率更是達(dá)到了65％左右。根據(jù)日本阪神地震后資料的顯示,在地震中鋼結(jié)構(gòu)建筑的受損程度和受損概率要遠(yuǎn)低于混凝土結(jié)構(gòu)。2008年四川汶川地震中,作為鋼結(jié)構(gòu)建筑的綿陽體育館也沒有受到損壞,成為安置地震災(zāi)民的主要地點。
一、鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能
不同的結(jié)構(gòu)形式,抗震性能明顯不同。混凝土結(jié)構(gòu)的房屋受壓較好,但不抗拉力,兩種力的差距達(dá)10倍。當(dāng)?shù)卣饋砼R時,房屋在地震波循環(huán)荷載情況下,極易發(fā)生整體垮塌。
而鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延展性,可以將地震波的能耗抵消掉。鋼材基本上屬各向同性材料,扛拉、抗壓、扛剪強度均很高,而且具有良好的延展性,特別是鋼結(jié)構(gòu)憑著自己特有的高延展性減輕了地震反應(yīng)。鋼結(jié)構(gòu)還可以看作比較理想的彈塑性結(jié)構(gòu),可以通過結(jié)構(gòu)的塑性變形吸收和消耗地震輸入能量,從而具有較高的抵抗強烈地震的能力。鋼結(jié)構(gòu)相對于其他結(jié)構(gòu)自重輕,這也大大減輕了地震作用的影響。鋼結(jié)構(gòu)除了抗震性能高,施工周期短、工業(yè)化程度高、環(huán)保性能好的特點也顯著優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)。
二、鋼結(jié)構(gòu)破壞部位
鋼結(jié)構(gòu)的震害主要有節(jié)結(jié)構(gòu)的整體倒塌、構(gòu)件的破壞和點連接的破壞等三種形式。
2.1 節(jié)點連接的破壞
2.1.1 框架梁柱節(jié)點區(qū)的破壞原因
對節(jié)點破壞原因的分析:(1)裂縫主要出現(xiàn)在節(jié)點下翼緣,是因為鋼結(jié)構(gòu)梁上翼緣有樓板加強,并且上翼緣焊縫無腹板妨礙施焊;(2)梁端焊縫通過孔邊緣會出現(xiàn)應(yīng)力集中,引發(fā)裂縫;(3)梁翼緣端部全熔透坡口焊的襯板邊緣形成人工縫,縫隙在豎向力作用下擴大;(4)焊縫存在缺陷,特別是下翼緣梁端現(xiàn)場焊縫的中部,因為腹板妨礙焊接和檢查,出現(xiàn)不連續(xù);(5)焊縫金屬的沖擊韌性低。
2.1.2 支撐連接的破壞
采用螺栓連接的支撐破壞形式,包括支撐桿件螺孔間剪切滑移的破壞、節(jié)點板端部剪切滑移的破壞、以及支撐截面削弱處斷裂。支撐是框架一支撐結(jié)構(gòu)當(dāng)中最重要的抗側(cè)力部分,一旦發(fā)生地震的時候,它將首先承受水平地震作用,如某層的支撐發(fā)生破壞,將使這個樓層成為薄弱層,造成嚴(yán)重后果。
2.2 構(gòu)件的破壞
2.2.1 支撐桿件的整體失穩(wěn)、局部失穩(wěn)和斷裂破壞
當(dāng)支撐構(gòu)件的組成板件寬厚比較大時,往往伴隨著整體失穩(wěn)出現(xiàn)板件的局部失穩(wěn)現(xiàn)象,進而引發(fā)低周疲勞和斷裂破壞,這在以往的震害中并不少見。試驗研究表明,要防止板件在往復(fù)塑性應(yīng)變作用下發(fā)生局部失穩(wěn),進而引發(fā)低周疲勞破壞,必須對支撐板件的寬厚比進行限制,且應(yīng)比塑性設(shè)計的還要嚴(yán)格。
2.2.2 鋼柱脆性斷裂
在1995年阪神地震當(dāng)中,位于蘆屋市海濱城高層住宅小區(qū),小區(qū)當(dāng)中的2l棟巨型鋼框架結(jié)構(gòu)的住宅樓共有57根鋼柱發(fā)生了斷裂現(xiàn)象,所有箱形截面柱的斷裂都發(fā)生在14層以下的樓層里,并且都是脆性受拉斷裂,斷口呈水平的形狀。
我們分析認(rèn)為:①有的鋼柱斷裂發(fā)生在拼接焊縫附近,這里可能正是焊接缺陷構(gòu)成的薄弱部位;②鋼柱暴露于室外,當(dāng)時正值日本的嚴(yán)冬,鋼材溫度低于0攝氏度;③箱形截面柱的壁厚達(dá)50mm,厚板焊接時過熱,使焊縫附近鋼材延展性降低;④豎向地震及傾覆力矩在柱中產(chǎn)生較大的拉力。
2.3 結(jié)構(gòu)的倒塌破壞
1985年墨西哥發(fā)生的大地震中,墨西哥市的某個綜合大樓的3個22層的鋼結(jié)構(gòu)塔樓之一發(fā)生倒塌,其余2棟鋼結(jié)構(gòu)塔樓也發(fā)生了嚴(yán)重破壞,其中1棟已經(jīng)接近倒塌。這3棟塔樓的結(jié)構(gòu)體系都是框架-支撐結(jié)構(gòu)。有關(guān)分析證明,塔樓發(fā)生倒塌或者嚴(yán)重破壞的主要原因,是因為縱橫向垂直支撐偏位設(shè)置,從而導(dǎo)致剛度中心和質(zhì)量重心相距太大,所以在地震中產(chǎn)生了較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),致使鋼柱的承載力小于作用力大于,引發(fā)了3棟相同的塔樓發(fā)生了嚴(yán)重破壞甚至倒塌。由此可見,規(guī)則對稱的結(jié)構(gòu)體系對抗震是十分有利的。
三、鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的建議
彈性結(jié)構(gòu)在地震作用下的阻尼力c通常總是很小，可以忽略。彈性結(jié)構(gòu)經(jīng)歷的最大地震力Fmax，可以采用絕對最大加速度表示：
Fmax=kymax=一m(+ag)max (1)
如果只是用Fmax做結(jié)構(gòu)設(shè)計，則結(jié)構(gòu)在地震作用下應(yīng)當(dāng)保持彈性，不會破壞。
為了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方便，引進了加速度的動力放大系數(shù)βmax譜，反應(yīng)譜的形狀和分段記號見圖1。我國采用的是平均譜，βmax取為2．25。采用彈性譜確定地震力，則
FE=ZβW (2)
式中：Z為地震系數(shù)，是地震最大加速度與重力加速度的比值；W為結(jié)構(gòu)的重量；β是動力放大系數(shù)，按β譜取值。
圖1 β譜
我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》自GBJ11―89以來，采用了以概率可靠度為基礎(chǔ)的三水準(zhǔn)(小震不壞、中震可修、大震不倒)、兩階段(小震下的截面抗震驗算和大震下的結(jié)構(gòu)變形驗算)的抗震設(shè)計思想。目前國際上對“不倒”有比較統(tǒng)一的認(rèn)識，對鋼框架結(jié)構(gòu)層間位移角在1/50～1/30，就能夠保證其“不倒”。
在三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)的描述中，“抗震設(shè)防烈度”的概念非常重要，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要設(shè)防的最重要目標(biāo)是：在遭遇本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震作用下，可能損壞，經(jīng)一般修理仍可使用。
抗震設(shè)計不能按彈性反應(yīng)要求來對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，其主要理由有三點：①按式(2)來計算地震作用，在遭受設(shè)防烈度的地震作用時，結(jié)構(gòu)仍然處于彈性階段，因此肯定是安全的。但按式(2)計算的地震作用到底有多大?舉個例子：按8度設(shè)防烈度，Z=0．2，β=2．25，則FE=0．2×2．25W=0．45W，相當(dāng)于豎向荷載的45％的水平力作用在結(jié)構(gòu)上，這個結(jié)構(gòu)將非常強大才能抵抗這個水平力，因此采用完全彈性的計算地震力，從經(jīng)濟上考慮，無法承受；②歷次地震表明，讓結(jié)構(gòu)經(jīng)受一定程度的塑性變形，對結(jié)構(gòu)的安全并沒有什么大的影響；從彈性反應(yīng)譜知道，結(jié)構(gòu)的地震作用受到結(jié)構(gòu)固有周期的影響。如果結(jié)構(gòu)的剛度小，周期長，則地震作用越小。如果在地震過程中，結(jié)構(gòu)的剛度也能減小(通過塑性變形)，特別是在最大地震加速度到來之前發(fā)生塑性變形，剛度下降，則這個結(jié)構(gòu)遭受的地震作用將顯著地降低。所以，結(jié)構(gòu)工程專家們的一致意見是，結(jié)構(gòu)應(yīng)恰當(dāng)設(shè)計，使其既滿足規(guī)范地震力要求，又符合構(gòu)造要求(如對材料的要求、長細(xì)比、寬厚比、軸壓比等)，抗震安全才達(dá)到可接受水平。
規(guī)范要求：水平地震影響系數(shù)最大值amax見表1；鋼結(jié)構(gòu)的彈性位移角限值為1/300；彈塑性位移角限值為1/50。
表1規(guī)范規(guī)定的amax值
在我國進行鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計時，采用上述抗震設(shè)計法的指導(dǎo)思想就是，即便發(fā)生大震，鋼骨架(特別是梁)將產(chǎn)生適當(dāng)?shù)乃苄宰冃蝸砦盏卣鹉芰浚苊饨ㄖ锶w倒塌破壞。為了使鋼框架實現(xiàn)梁鉸倒塌機制，確保建筑物的性能，需要使用抗震性能好的鋼材。
結(jié)束語
由于本人的能力和精力所限，本文還存在許多不足，鋼結(jié)構(gòu)抗震問題一直是設(shè)計行業(yè)的一大難點，規(guī)范中也不過是寥寥幾頁就帶過了。論文對于某些問題的論述應(yīng)該收集更多的數(shù)據(jù)，增加定量分析將更具有說服力；由于時間關(guān)系沒能作具體的個案研究也是本文一大卻憾。以上不足之處將是今后努力的方向，結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個長期的課題，以后將在工作之余繼續(xù)努力深入實踐，將這一課題的研究不斷的完善，使研究成果具有更大的實際應(yīng)用價值。
參考文獻
[1]張曉波,從汶川地震看鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件拼接建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展[J].住宅產(chǎn)業(yè),2008(7).
[2]崔輝輝等,支撐布置方式對具水平加強層全鋼高層結(jié)構(gòu)抗震性能的影響分析[J].福建建筑,2008(9).
畢業(yè)論文是教學(xué)環(huán)節(jié)中很重要的一個部分，是考察學(xué)生綜合使用所學(xué)理論知識的一個應(yīng)用能力，發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力也得到了重要體現(xiàn)。比如土木工程專業(yè)的學(xué)生，就能獲得在施工單位從方案環(huán)節(jié)到施工的整個過程的鍛煉，然后把這些理論和實踐都融匯到土木工程畢業(yè)論文中去。
通過畢業(yè)設(shè)計這一重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)土木工程專業(yè)本科畢業(yè)生正確的理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。 畢業(yè)設(shè)計要求我們在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立系統(tǒng)的完成一項工程設(shè)計，解決與之有關(guān)的所有問題，熟悉相關(guān)設(shè)計規(guī)范、手冊、標(biāo)準(zhǔn)圖以及工程實踐中常用的方法，具有實踐性、綜合性強的顯著特點。因此畢業(yè)設(shè)計對于培養(yǎng)學(xué)生初步的科學(xué)研究能力，提高其綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題能力有著重要意義。
在完成本次畢業(yè)設(shè)計過程中，我們需要運用感性和理性知識去把握整個建筑的處理，這其中就包括建筑外觀和結(jié)構(gòu)兩個方面。還需要我們更好的了解國內(nèi)外建筑設(shè)計的發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及趨勢，更多的關(guān)注這方面的學(xué)術(shù)動態(tài)，以及我們在以后的土木工程專業(yè)發(fā)展的方向。同時積極、獨立的完成本次畢業(yè)設(shè)計也是為今后的實際工作做出的必要的準(zhǔn)備。
1.1研究現(xiàn)狀：
土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)，技術(shù)和工程的總稱。土木工程是伴隨著人類社會的發(fā)展而發(fā)展起來的。它所建造的工程設(shè)施反映出各個歷史時期社會經(jīng)濟、文化、科學(xué)、技術(shù)發(fā)展的面貌，因而土木工程也就成為社會歷史發(fā)展的見證之一。土木工程在我國可以分為：建筑工程、橋梁工程、公路和城市道路工程、鐵路工程、隧道工程、水利工程、港口工程、給水和排水工程、環(huán)境工程。作為土木工程專業(yè)的學(xué)生，深知土木工程設(shè)計范圍之廣，以及和社會生活聯(lián)系之密切。我們在校只是學(xué)習(xí)了土木工程這一個小的分支并且著重學(xué)習(xí)了工民建部分。工民建方面就結(jié)構(gòu)布置部分有以下幾種結(jié)構(gòu)：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)等等。
就此次的設(shè)計題目，以及結(jié)合任務(wù)書所給定的各項條件，選擇了框架結(jié)構(gòu)比較合理并且切合實際。
1.2發(fā)展趨勢：
框架結(jié)構(gòu)由梁柱構(gòu)成，構(gòu)件截面較小，因此框架結(jié)構(gòu)的承載力和剛度都較低，它的受力特點類似于豎向懸臂剪切梁，樓層越高，水平位移越慢，高層框架在縱橫兩個方向都承受很大的水平力，這時，現(xiàn)澆樓面也作為梁共同工作的，裝配整體式樓面的作用則不考慮，框架結(jié)構(gòu)的墻體是填充墻，起圍護和分隔作用，框架結(jié)構(gòu)的特點是能為建筑提供靈活的使用空間，可提供較大的使用空間，也可構(gòu)成豐富多變的立面造型。國外多用鋼為框架材料，而國內(nèi)主要為鋼筋混凝土框架，框架結(jié)構(gòu)可通過合理的設(shè)計，使之具有良好的延性，成為“延性框架”,在地震作用下，這種延性框架具有良好的抗震性能。
[1]鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)作為一種常用的結(jié)構(gòu)形式, 具有傳力明確、結(jié)構(gòu)布置靈活、抗震性和整體性好的優(yōu)點, 目前已被廣泛地應(yīng)用于各類多層的工業(yè)與民用建筑中。隨著社會的發(fā)展，多層框架結(jié)構(gòu)的建筑越來越多了。但隨著結(jié)構(gòu)高度增加，水平作用使得框架底部梁柱構(gòu)件的彎矩和剪力顯著增加，從而導(dǎo)致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，將給建筑平面布置和空間處理帶來困難，影響建筑空間的正常使用，在材料用量和造價方面也趨于不合理。框架結(jié)構(gòu)住宅是指以鋼筋混凝土澆搗成承重梁柱，再用預(yù)制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、浮石、蛭石、陶爛等輕質(zhì)板材隔墻分戶裝配成而的住宅。適合大規(guī)模工業(yè)化施工，效率較高，工程質(zhì)量較好。
[2]框架結(jié)構(gòu)房屋的布置應(yīng)對稱、均勻，減小抗側(cè)剛度中與水平荷載合力作用線的距離，減小結(jié)構(gòu)重心和剛度中心之間的距離，以減小結(jié)構(gòu)發(fā)生的扭轉(zhuǎn)。由于框架構(gòu)件截面較小，抗側(cè)剛度較小，在強震作用下結(jié)構(gòu)整移和層間位移都較大，容易產(chǎn)生震害。此外，非結(jié)構(gòu)性破壞如填充墻、建筑裝修和設(shè)備管道等破壞較嚴(yán)重。因而其主要適用于非抗震區(qū)和層數(shù)較少的建筑，抗震設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)除需加強梁、柱和節(jié)點的抗震措施外，還需注意填充墻的材料以及填充墻與框架的連接方式等，以避免框架變形過大時填充墻的破壞。框架結(jié)構(gòu)是柔性結(jié)構(gòu)，有水平位移，房屋的總水平位移越大，人的感覺越不舒服，而層間位移會影響建筑物的裝修和隔墻開裂，因而對這兩種水平位移進行限，這樣在設(shè)計中要增大房屋的抗側(cè)剛度。在框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，柱頂、柱底、梁端易出現(xiàn)裂縫。
[3]作為一座辦公樓設(shè)計，在設(shè)計之前作為設(shè)計者必須深入實際，調(diào)查研究，了解其所屬位置地理、經(jīng)濟條件。而作為本課題中框架結(jié)構(gòu)的辦公樓，必須整體設(shè)計、大門入口設(shè)計要體現(xiàn)行政辦公特征。設(shè)計要滿足室內(nèi)水、電、暖、訊、消防、抗震等配套設(shè)計要求。因此必須察看相應(yīng)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等。
1.3研究方法：
框架是典型的桿件體系，近似計算的方法很多，工程中最實用的是力矩分配法及D值法，前者多用于豎向作用下求解，后者用于水平作用下求解。
這些方法的使用都作了以下幾點的假定：
[1]忽略粱，柱軸向變形及剪切變形。
[2]桿件為等截面(等剛度)，以桿件軸線作為框架計算軸線。
[3]在豎向荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移很小，因此在做豎向荷載下計算時，假定結(jié)構(gòu)無側(cè)移。
1.4應(yīng)用領(lǐng)域：
框架結(jié)構(gòu)可設(shè)計成靜定的三鉸框架或超靜定的雙鉸框架與無鉸框架。框架鋼結(jié)構(gòu)常用于大跨度的公共建筑、多層工業(yè)廠房和一些特殊用途的建筑物中，如劇場、商場、體育館、火車站、展覽廳、造船廠、飛機庫、停車場、輕工業(yè)車間等。
2、課題任務(wù)、重點研究內(nèi)容、實現(xiàn)途徑
本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)包括三個部分：建筑設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工組織設(shè)計。
2.1建筑設(shè)計
2.1.1設(shè)計任務(wù)
根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求完成建筑平面、剖面及立面設(shè)計;根據(jù)相應(yīng)的建筑設(shè)計規(guī)范并結(jié)合實際情況初步確定預(yù)設(shè)建筑物的平面形狀，立面外觀，側(cè)面外觀，單層平面尺寸，以及建筑物的層數(shù);由功能分區(qū)的相關(guān)原則初步確定建筑物各部分的功能，最終初步確定出建筑設(shè)計部分的輪廓。
2.1.2設(shè)計成果：
(一)總平面圖：1：500要求標(biāo)明建筑物位置、道路、綠化、標(biāo)高、朝向等。
(二)平面圖：1：100或1：200平面圖應(yīng)標(biāo)明各房間名稱，固定設(shè)備布置。
1.底層平面圖：標(biāo)注三道尺寸，注標(biāo)高。
2.標(biāo)準(zhǔn)層平面圖：標(biāo)注三道尺寸，注標(biāo)高。
3.頂層平面圖：標(biāo)注兩道尺寸，注標(biāo)高。
(三)剖面圖：比例1：100或1：200(一個)
要求剖到樓梯，標(biāo)注層高、樓梯平臺、屋頂、室內(nèi)外地坪標(biāo)高、標(biāo)注兩道尺寸(門窗洞口、層高)。
(四)立面圖：比例1：100或1:200(二至三個)
1.入口立面
2.側(cè)立面或背立面
標(biāo)注三道尺寸(墻段及洞口、層高、總高)，標(biāo)明室內(nèi)外地坪標(biāo)高，屋頂標(biāo)高。
(五)節(jié)點詳圖：(二至三個)比例自定
(六)設(shè)計簡要說明：
1.建筑總平面及概況。
2.方案特點及主要建筑技術(shù)措施。
3.防火設(shè)計簡要說明。
(七)主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)
1.總用地面積
2.總建筑面積
3.建筑密度(底層建筑面積/總用地面積)
4.容積率(總建筑面積/總用地面積)
5.綠地率(綠地面積/總用地面積)
2.1.3進度安排
第1周：講解建筑設(shè)計基本原理、建筑設(shè)計基本步驟，了解并掌握辦公建筑基本設(shè)計知識。完成“一草”。
第2周：深入方案，細(xì)化初步設(shè)計，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供必要的條件。完成“二草”。
第3周：結(jié)構(gòu)設(shè)計完成之后，完成施工圖設(shè)計。
2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.2.1設(shè)計任務(wù)
根據(jù)建筑設(shè)計方案及設(shè)計原始資料，選擇結(jié)構(gòu)體系，布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，確定構(gòu)件配筋，繪制結(jié)構(gòu)施工圖。
2.2.2設(shè)計內(nèi)容和步驟
1.根據(jù)房屋基本情況確定結(jié)構(gòu)設(shè)計基本參數(shù)
2.進行結(jié)構(gòu)平面布置
3.手算一榀框架，并用計算機程序PK復(fù)核
4.使用PMCAD,建立結(jié)構(gòu)整體計算模型，用SATWE進行結(jié)構(gòu)空間分析與設(shè)計
5.設(shè)計一部現(xiàn)澆板式樓梯
6.基礎(chǔ)設(shè)計
7.整理計算書，繪制結(jié)構(gòu)施工圖
關(guān)鍵詞：土木工程專業(yè)教師；來源與組成；教學(xué)能力要求；教學(xué)能力培養(yǎng)
Pick to: this paper analyzes the sources and composition of institutions of higher learning civil engineering professional teachers, analyzes the causes of deficiency of teachers' practical teaching ability; Analysis of the civil engineering according to the requirement of teaching to the teachers' teaching ability, put forward the measures of training professional teachers teaching ability.
Key words: civil engineering professional teachers; Source and composition; Teaching ability; Teaching ability training
中圖分類號：G424.1文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
1、前言
土木工程是建造各類設(shè)施的科學(xué)、技術(shù)和工程的總稱。它既指工程設(shè)施也指工程技術(shù)活動。土木工程屬于基礎(chǔ)學(xué)科。建國初期在許多學(xué)校就已開設(shè)了土木工程專業(yè)，1998年國家教委把建筑工程、橋梁與隧道工程，地下工程等合并成為一個大的專業(yè)，合稱為土木工程。
土木工程專業(yè)培養(yǎng)教學(xué)體系包括理論教學(xué)與實踐教學(xué)兩大塊，兩者既相互獨立又相互支撐。理論教學(xué)以“數(shù)學(xué)——力學(xué)——結(jié)構(gòu)——施工”為課程主線。具體設(shè)置為：（1）數(shù)學(xué)課程系列：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率與數(shù)理統(tǒng)計、計算方法。（2）力學(xué)課程系列：理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、彈性力學(xué)、有限元。（3）結(jié)構(gòu)課程系列：工程制圖、建筑材料、房屋建筑學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)工程、高層建筑結(jié)構(gòu)、單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、特種結(jié)構(gòu)、橋梁工程、道路工程。（4）施工課程系列：施工技術(shù)、建筑施工管理、工程概預(yù)算與招投標(biāo)、建設(shè)監(jiān)理。
實踐教學(xué)體系，是由實踐教學(xué)活動的各個要素組成的有機整體，實踐性教學(xué)以“技能訓(xùn)練一結(jié)構(gòu)設(shè)計一工程設(shè)計”為課程主線。具體設(shè)置為：（1）技能訓(xùn)練系列：工程制圖、計算機輔助設(shè)計、認(rèn)識實習(xí)、房屋建筑學(xué)設(shè)計(民用建筑、工業(yè)建筑) 、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)。（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計系列：整體式肋梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計、單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計、鋼屋架和鋼平臺設(shè)計、基礎(chǔ)工程設(shè)計。（3）工程設(shè)計系列：施工組織設(shè)計、工程概預(yù)算設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計。
2、我國土木工程高校教師來源及教師實踐教學(xué)能力不足的現(xiàn)狀
高等教育擴招以來，有越來越多的高學(xué)歷人才走進專業(yè)教師隊伍，隨著國家提出建設(shè)一批國內(nèi)外知名學(xué)府戰(zhàn)略規(guī)劃，教師隊伍正形成金字塔式從塔尖到塔底的流向，具有國外留學(xué)經(jīng)歷的人員流向國內(nèi)專業(yè)領(lǐng)先的高校，國內(nèi)專業(yè)排名前列畢業(yè)的人員流向?qū)I(yè)排名中等的高校，從專業(yè)排名中等的高校畢業(yè)的人員流向?qū)I(yè)排名較后的高校。
國家對重點院校的和一般普通院校的投入比例懸殊巨大，高端教師人才向重點院校聚集度加強。重點院校依托強有力的師資隊伍建立項目申報平臺，設(shè)立經(jīng)濟實體為教師打造從事科學(xué)研究、工程實踐、技術(shù)創(chuàng)新的實踐平臺，同時借助優(yōu)良管理模式為教師營造鼓勵創(chuàng)新機制的團隊合作的環(huán)境。相比較之下，普通院校的資源欠缺、人才缺乏、辦學(xué)經(jīng)費少，依靠自身力量發(fā)展就顯得舉步維艱。
我國土木專業(yè)高校教師構(gòu)成來源大多是從高校到高校，少數(shù)是從企業(yè)到高校。傳統(tǒng)教育模式下教師隊伍由重知識輕能力，重理論輕經(jīng)驗、重應(yīng)試輕創(chuàng)新、重學(xué)歷輕資格（注冊資格）的碩士、博士組成。教師教學(xué)能力培養(yǎng)管理機制落后，重職前教育輕職后教育，重臨時短期培訓(xùn)輕系統(tǒng)長期培養(yǎng)。這種狀況下，教師的教學(xué)難以有較高的水平發(fā)揮。在教學(xué)過程中表現(xiàn)為教師隊伍的實踐教學(xué)能力較弱、實踐教學(xué)建設(shè)能力不足、實踐教學(xué)結(jié)構(gòu)不夠合理、課堂講授的理論知識與在工作場所的實踐知識脫節(jié)、科研與教學(xué)脫節(jié)等等現(xiàn)象。
3、土木工程專業(yè)教學(xué)對教師教學(xué)能力的要求
土木工程專業(yè)具有社會性、綜合性、實踐性、技術(shù)經(jīng)濟和藝術(shù)統(tǒng)一性四個基本屬性，土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)課程體系從人文社科基礎(chǔ)課、自然科學(xué)基礎(chǔ)課、語言類基礎(chǔ)課、經(jīng)濟與管理基礎(chǔ)課、計算機基礎(chǔ)課、體育藝術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)課到專業(yè)課及工程實踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)等方面涵蓋住四個屬性領(lǐng)域的范圍。人才培養(yǎng)課程體系每一方面任務(wù)的順利實現(xiàn)都對教師教學(xué)能力提出了嚴(yán)格的能力要求。
開展專業(yè)的教學(xué)，教師應(yīng)從把握其性質(zhì)規(guī)律的角度出發(fā)，掌握必要的專業(yè)與非專業(yè)知識，在長期的教學(xué)實踐中，逐步提高自身教授能力、科研能力、管理能力和創(chuàng)造能力。
教師要提高自身教授能力，應(yīng)在對土木工程專業(yè)本身認(rèn)識的基礎(chǔ)上，對整個專業(yè)培養(yǎng)設(shè)置的課程體系做到深入了解，充分理解整個課程體系及單獨一門課程的培養(yǎng)目標(biāo)。并結(jié)合本校的課程特色，切實地講好課程體系中的課程，結(jié)合學(xué)校實際與自身的發(fā)展，應(yīng)側(cè)重地講解好有關(guān)聯(lián)的1～2門或多門課程。
而要講解好一門課程，首先應(yīng)能讓教師教學(xué)工作積極性的意識得到加強，能熱愛教師職業(yè)，熱衷教學(xué)工作，一個教師是一個學(xué)校的形象，一門課程是一個學(xué)校的品牌。同時教師應(yīng)做到為人師表，“德高為范，技高為師”。長期堅持良好的“教風(fēng)”，嚴(yán)格執(zhí)行課表，嚴(yán)格執(zhí)行教學(xué)計劃，嚴(yán)格考核。課程之間是相互關(guān)聯(lián)的，一個課程體系是一個系統(tǒng)，最好能夠講授1～2遍最相關(guān)的課程，聽遍所有相關(guān)課程。教學(xué)好比從一桶水中倒出一杯水，這樣站在講臺上才能有底氣、自如。
教師課堂教學(xué)是土木專業(yè)綜合性的生動體現(xiàn)，教師通過教學(xué)實踐將個人智力所需知識技能內(nèi)化為個體心理特征而形成一種職業(yè)素質(zhì)。教師學(xué)習(xí)土木專業(yè)社會性、藝術(shù)性、技術(shù)性知識提升自己的教學(xué)效能感和元認(rèn)知能力，并在教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)實踐和教學(xué)評價三環(huán)節(jié)體現(xiàn)出勝任感與駕馭感。這種感覺由以下七個方面核心能力支持：1）把握課程標(biāo)準(zhǔn)和參考教材的能力，即把握教學(xué)進度計劃、教學(xué)大綱、重難點的時間分配；2）選擇教材和教學(xué)參考書的能力，即選擇國家規(guī)劃教材，專業(yè)委員會推薦教材或知名專家、著名出版社組織編寫的教材，選擇對教材起輔助作用的書籍，如提供“四新”介紹或拓展深入研究專業(yè)知識；3）教案設(shè)計能力，即教案設(shè)計滿足教學(xué)使用的要求，還要融入多媒體等手段，以高超的藝術(shù)形式表現(xiàn)，重點突出，形象生動；4）講授能力，包括語言講授和非語言講授，講課要有正確性、完整性、層次性、技術(shù)性、藝術(shù)性、節(jié)奏感，語言表達(dá)要清晰、生動、講邏輯。非語言講授如板書要講究工整、如用計算機要講究形象，突出重點，一目了然；5）實際操作能力，即要掌握課堂教學(xué)規(guī)律、熟練應(yīng)用教學(xué)手段，管理和組織課堂教學(xué)，靈活應(yīng)對各種教學(xué)情況；6）檢查教學(xué)效果能力，運用科學(xué)的評價方法統(tǒng)計、整理和分析教學(xué)效果，的反饋；7）開展第二課堂的能力，即開展選修課，開展科研工程實踐的能力。
另外，應(yīng)加強科研能力的培養(yǎng)，科研對于搞好教學(xué)是不可缺少的。將科研成果補充到教材，可激發(fā)、調(diào)動教學(xué)積極性，并有助于鞏固、加深、教學(xué)內(nèi)容。沒有前沿水平的研究，不可能有前沿水平的教學(xué)。教科書上的理論上的東西往往與實踐有距離，只有通過科研實踐才能體會并把它講出來。還要注重知識發(fā)展的方法論，知識有的已經(jīng)過時，有的即將過時，但是產(chǎn)生和發(fā)展知識的方法論是永存的，課程教學(xué)最重要的目的是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識、創(chuàng)造新知識的能力。
此外，應(yīng)注意研究和改進教學(xué)方法，不同類型的課程應(yīng)采用不同的教學(xué)方法。土木工程專業(yè)課程，具有實踐性、綜合性、動態(tài)性、應(yīng)用性等特點，因此，需將知識概念和能力整合在一起。在教學(xué)中注重研究性學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)等現(xiàn)代教育理念，并在教學(xué)中的實踐應(yīng)用。
在教學(xué)中應(yīng)樹立以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心的觀念，完善理論教學(xué)與實踐教學(xué)相融合、課內(nèi)外相結(jié)合的課程體系，實現(xiàn)理論教學(xué)、實踐教學(xué)和自主研學(xué)的有機銜接，強化實踐訓(xùn)練，改革考核方式，探索強化能力和素質(zhì)培養(yǎng)的實踐教學(xué)新模式。
大學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生始終是第一位的任務(wù)。應(yīng)進一步強化教學(xué)工作的中心地位，發(fā)揮優(yōu)秀教師示范引領(lǐng)作用，搭建青年教師教學(xué)研討和經(jīng)驗交流平臺，提升青年教師教學(xué)水平，促進青年教師專業(yè)發(fā)展，切實提高課堂教學(xué)質(zhì)量，培育未來教學(xué)名師。
4、對教師教學(xué)能力培養(yǎng)的幾點思考
為改善土木工程專業(yè)教師教學(xué)能力不足的現(xiàn)狀，必須對教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)課程，教師培養(yǎng)，教育資源，教學(xué)管理進行大膽探索，按照高起點，少走彎路，解決實際的思路從以下幾個方面著手：
(1)優(yōu)化設(shè)置課程結(jié)構(gòu)，加強工程實踐模塊的課程。課程設(shè)置的結(jié)構(gòu)對教師教學(xué)能力的貢獻不成比例，我國現(xiàn)行木工程課程設(shè)置對教師教學(xué)能力的貢獻率為88.89%，其中在知識廣度方面，人文社會科學(xué)與自然科學(xué)課程設(shè)置占總課程的40%而貢獻率為8.56%，因此可針對性的適當(dāng)減少人文社科與自然科學(xué)課程的比例，增加實踐課程，同時增加文社科與自然科學(xué)選修課，強調(diào)理論教學(xué)與實踐教學(xué)高度融合，突顯培養(yǎng)應(yīng)用型人才的“實基礎(chǔ)、寬知識、強能力、快適應(yīng)”的特色。
(2)青年教師的教學(xué)能力培養(yǎng)措施
1）教學(xué)能力培養(yǎng)：采取導(dǎo)、練、幫、帶的措施培養(yǎng)青年教師的教學(xué)能力。導(dǎo)：每個青年教師配一位副高以上有經(jīng)驗的教師作為導(dǎo)師，制定個性化培養(yǎng)方案。練：跟班聽課，批改作業(yè)，課堂設(shè)計、說課、試講，練寫教案。幫：發(fā)現(xiàn)問題重點幫助，發(fā)現(xiàn)好苗子重點幫教。帶：老教師帶動青年教師，教案批閱、試課講評。
2）教學(xué)建設(shè)能力培養(yǎng)：在導(dǎo)師指導(dǎo)下，參加教學(xué)大綱、指導(dǎo)書、授課計劃等編寫，參加教材和講義、習(xí)題集的編寫，參加課件制作。
3）科研能力培養(yǎng)：采取團隊培養(yǎng)和送出去相結(jié)合的辦法，一方面在學(xué)科帶頭人指導(dǎo)下，中青年教師參加或獨立申報科研課題，制定相關(guān)政策鼓勵支持中青年教師申報和參與科研教研課題。另一方面，統(tǒng)籌安排中青年教師到重點院校訪學(xué)、進修、深造。
4）提高學(xué)歷：有計劃提高青年教師的學(xué)歷，充分創(chuàng)造條件讓他們順利完成學(xué)業(yè)。
5）提高專業(yè)水平和實踐能力：有計劃安排青年教師參加校內(nèi)企業(yè)相關(guān)崗位從事有關(guān)技術(shù)工作，并通過產(chǎn)學(xué)研合作項目有效提高專業(yè)技術(shù)水平。
6）提高教育理論修養(yǎng)：主要進行上崗前教育理論、師德修養(yǎng)培訓(xùn)和職業(yè)道德教育。組織青年教師參加教育廳舉辦的教育理論培訓(xùn)班學(xué)習(xí)。
7）建立青年教師培訓(xùn)制度，積極支持和鼓勵青年教師參加國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流活動，為青年教師創(chuàng)造國內(nèi)進修機會，同時有計劃地選派一些素質(zhì)好的優(yōu)秀青年教師出國留學(xué)深造，注重青年教師的學(xué)歷提高工作。
(3)建立土木工程教師專業(yè)化制度，全面落實教師聘任制度和教師資格制度。教師資格是教師從業(yè)的基本保證，教師聘任是教師是否達(dá)到教學(xué)水平的衡量。教師專業(yè)化能保證教師隊伍的活力，保證教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提高，有利于凝聚優(yōu)秀教師從事科研，促進科研教學(xué)雙向互動的良性循環(huán)。
(4)注重注冊工程師教育培訓(xùn)。實行執(zhí)業(yè)資格注冊考試和持證上崗是我國人事制度改革的重要成果，是社會經(jīng)濟發(fā)展的必然要求。為增強教師的專業(yè)教育水平，宜結(jié)合注冊師考試制度對教師進行培養(yǎng)，讓教師了解行業(yè)的法律規(guī)范，使教師能給學(xué)生進行基本理論和基本技能的講授，滿足社會與企業(yè)、學(xué)生就業(yè)與發(fā)展的需要。
(5)拓展工程實踐途徑，為教師尋找多種渠道到參與實際科研設(shè)計。通過學(xué)校與設(shè)計院、施工單位合作，互派人員；聘請專家?guī)禹椖可陥蟆⒖茖W(xué)研究；派教師到高校跟進項目；成立產(chǎn)學(xué)研中心。按照力學(xué)結(jié)構(gòu)和施工兩方向加強教師實踐。為提高教師教學(xué)能力搭建實踐平臺；培養(yǎng)和發(fā)展教師教學(xué)興趣和愛好；建立基于科學(xué)、技術(shù)、工程實踐為核心的教學(xué)管理方案；增加教師教學(xué)實踐的機會，促進教師綜合知識的增長和教學(xué)能力提高。
(6)建立教師五年培養(yǎng)計劃和教師培養(yǎng)指導(dǎo)細(xì)則。一名教師從入職擔(dān)任專業(yè)課到熟練講授需要4—5年的時間，教師要過思想教育關(guān)，業(yè)務(wù)技術(shù)關(guān)，講授評比關(guān)，才能成為合格的教師。明確規(guī)定教師五年內(nèi)參加的教學(xué)能力學(xué)習(xí)活動和完成的成果。
(7)落實青年教師導(dǎo)師制度，建立動態(tài)監(jiān)督管理評價體系，借鑒法國巴黎高等師范大學(xué)個人化的培養(yǎng)模式，導(dǎo)師依據(jù)五年培養(yǎng)計劃和培養(yǎng)細(xì)則，結(jié)合青年教師的個人情況，從教師的思想、業(yè)務(wù)知識技能、教學(xué)能力給出培養(yǎng)方案，著重言傳身教和體驗式培養(yǎng)，隨時監(jiān)督完成情況。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】裝配整體式、空間鋼網(wǎng)格、盒式結(jié)構(gòu)
中圖分類號：TU241文獻標(biāo)識碼： A
隨著我國鋼產(chǎn)量的迅速增長，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展進入了飛速發(fā)展階段，鋼結(jié)構(gòu)的住宅迎來了廣闊的發(fā)展前景。但是我國沒有一套高品質(zhì)、配套完整的適合市場推廣的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，這是我國鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)亟需解決的問題。目前鋼結(jié)構(gòu)住宅所采用的體系比較單一，一般仍采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系；屋面和墻體材料等配套的圍護系統(tǒng)不完善，無法解決傳統(tǒng)的墻體開裂問題，外墻一般仍采用傳統(tǒng)的板材掛板和砌塊砌筑的方式，維護費用高；另外防腐和防火依舊是限制鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的重要關(guān)鍵因素。
空間鋼網(wǎng)格力學(xué)效應(yīng)等效為空間的網(wǎng)格板，橫向和豎向的空間網(wǎng)格板組成了網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)，它具有“板”的力學(xué)效應(yīng)。其空間剛度和空間整體性優(yōu)于鋼框架結(jié)構(gòu)。
1、概念
裝配整體式空間鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系由馬克儉教授提出，并已經(jīng)申請為國家發(fā)明專利，目前已在國內(nèi)多層大跨度工程中得到了運用。裝配整體式空間鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是由平面鋼空腹梁正交組成，與傳統(tǒng)的H型鋼正交組成的密肋井字樓蓋相比較，該結(jié)構(gòu)體系去掉了傳遞剪力的腹板，而在交叉結(jié)點處用鋼管取而代之。兩者比較，前者線剛度有限，必須考慮結(jié)構(gòu)剪切變形的影響，而后者線剛度趨近無窮大，只需考慮結(jié)構(gòu)彎曲變形的影響。
在條件相同的荷載和條件相同的跨度下，由于裝配整體式空間鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)自身重量比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)輕三分之一左右，因此其用鋼量也相應(yīng)下降。同時，空腹部位是樓蓋水平管線布置的理想位置。樓板采用協(xié)同鋼網(wǎng)格空腹夾層板，因此大幅度減輕該結(jié)構(gòu)本身的重量。利用此技術(shù)，可以克服框架梁板結(jié)構(gòu)“有墻就有梁”的常規(guī)做法，適用于靈活劃分空間，有效降低結(jié)構(gòu)的層高。
2、裝配整體式空間鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)
豎向網(wǎng)格式墻架和橫向網(wǎng)格式樓板組合形成“裝配整體式空間鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)”，如圖所示。
網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)
密肋網(wǎng)格板
裝配整體式空間鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)由鋼-混凝土協(xié)同式組合空腹夾層樓蓋以及鋼網(wǎng)格式承重外墻組成。空腹樓蓋由交叉梁組成正交斜放或正交正放網(wǎng)格，承重外墻由橫梁與密肋柱形成鋼網(wǎng)格后，他們具有與平板同樣的空間三維受力特性。
3 鋼-混凝土協(xié)同式組合空腹夾層樓蓋
鋼-混凝土協(xié)同式組合空腹夾層樓蓋由T型鋼上肋和下肋組成的雙層井字拼裝單元在拼裝點處通過高強度螺栓連接，然后在樓蓋上面澆筑一層鋼筋混凝土板，通過栓釘與上肋T型鋼梁連接。這種樓蓋可以在多層和高層的大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)以及大柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用。
4 鋼網(wǎng)格式承重外墻
由H型鋼密柱（間距a=1.5m，2m）與H型鋼樓層網(wǎng)格橫梁組成單層鋼網(wǎng)格板墻架，在網(wǎng)格中央采用高強度螺栓連接形成豎向空間鋼網(wǎng)格墻架，與空腹樓蓋組成裝配整體式的空間鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)。裝配整體式的空間鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)的特性與水平板的受力特性相同，這種與盒式結(jié)構(gòu)的豎向結(jié)構(gòu)體系相當(dāng)。采用這種豎向結(jié)構(gòu)體系可以明顯提高其抗剪剛度，并可以解決傳統(tǒng)抗彎鋼框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度弱的缺點。鋼網(wǎng)格式承重墻架組裝時，也是采用工廠焊接形成若干個單元構(gòu)件，運往現(xiàn)場，采用高強螺栓等強連接。該墻架與鋼空腹夾層板樓蓋連接形成盒式結(jié)構(gòu)，如圖所示。
墻架單元與樓蓋單元的拼接示意圖
盒式結(jié)構(gòu)將常規(guī)框架結(jié)構(gòu)改變?yōu)樾〗孛媪⒅c層間橫梁及鋼空腹樓蓋 T 型梁組成的網(wǎng)格式框架，外墻在填充適量苯板后可采用現(xiàn)澆工業(yè)石膏填充網(wǎng)格空隙。這樣既能充分利用鋼結(jié)構(gòu)高強度、抗震性能優(yōu)異的特點，又能利用石膏來解決鋼構(gòu)件的防腐蝕、防火及外墻保溫，施工、維護費用低廉，使用的工業(yè)石膏廢渣起到了保護環(huán)境的作用。
相對于鋼框架結(jié)構(gòu)，盒式結(jié)構(gòu)受力比較均勻，使構(gòu)件內(nèi)力值大幅度減小，相應(yīng)的構(gòu)件截面也減小，而且截面也比較均勻。在處理防銹和防火方面也比較方便，鋼框架結(jié)構(gòu)有時會因為構(gòu)件尺寸不合適，容易造成接縫不嚴(yán)，無法滿足防銹和防火的要求。由于盒式結(jié)構(gòu)的構(gòu)件比較均勻，而鋼柱可以直接采用DQ墻板包裹，墻面平整無突出，且完全被封閉，能夠達(dá)到防銹防火和保溫隔熱的雙重效果。
5 特點
（1）盒式結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度優(yōu)越，結(jié)構(gòu)頂部位移小，抗震性能好。
（2）鋼結(jié)構(gòu)部分維護簡單。橫向鋼網(wǎng)格外墻采用現(xiàn)澆填充石膏墻體，墻體施工簡單，保溫性能好且不易開裂，鋼構(gòu)件完全包裹在石膏墻體內(nèi)，無需再做防銹和防火處理。
（3）居室內(nèi)可以做到無柱無梁，使用美觀、方便，有效節(jié)約層高。
（4）綠色建筑，施工文明程度大幅度提高；盒式結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格均分成每件重量不超過 500 kg 的拼裝單元，加工廠制作，構(gòu)件運輸方便；施工現(xiàn)場采用高強螺栓連接，消除了常規(guī)結(jié)構(gòu)梁柱仍需的焊接工序，避免了火患，是一種適合市場推廣的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系。
6 經(jīng)濟性分析
鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)應(yīng)用于小高層住宅結(jié)構(gòu)可以很好的滿足規(guī)范對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求。相比常規(guī)的鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，在某些指標(biāo)上有著比較大的優(yōu)勢，克服了普通鋼框架剛度弱的劣勢，是一種力學(xué)性能更好的體系。當(dāng)進行結(jié)構(gòu)類型的選擇時，在都能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求時，其建筑的綜合造價和功能要求的綜合效益也是至關(guān)重要的。鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)體系的明顯優(yōu)勢在于其跨度可以做的很大，可以保證保證住宅的戶型內(nèi)沒有柱子，做到房間分割靈活。
（1）鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)的樓蓋采用鋼空腹夾層板網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，采用其特有的雙層T型空腹梁高度為 320 mm，混凝土面板的厚度為 80 mm；而常規(guī)鋼框架結(jié)構(gòu)的框架梁最小高度為 400 mm，混凝土面板的最小厚度為 100 mm，鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)每層要比常規(guī)鋼框架結(jié)構(gòu)節(jié)約層高 100 mm，同時降低了樓板的自重，也減小了混凝土面板的澆筑量。若層數(shù)較多時，其經(jīng)濟效益將更加明顯。采用鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)的樓蓋，混凝土面板比普通框架結(jié)構(gòu)的樓板薄，既減輕了自重又減少了配筋及混凝土用量。
（2）鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)的外墻采用300厚的現(xiàn)澆脫硫石膏，是高的保溫系數(shù)為，比普通磚或混凝土都高，房屋外墻的保溫性能將大大提高，基本可以滿足國家或地方要求的節(jié)能65%的要求。相對普通的陶粒或加氣混凝土砌塊外墻，可以不用另外做外保溫材料，減少了施工工序、節(jié)省了工成造價。
（3）鋼構(gòu)件的防火處理，鋼網(wǎng)格式框架墻可以采用現(xiàn)澆填充石膏墻體，石膏給豎向鋼構(gòu)件兩側(cè)形成大于25mm的保護層，既解決了外墻圍護功能，又解決了鋼構(gòu)件的防火問題。
（4）鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)受力比較均勻，使得其構(gòu)件截面較小、自重輕，可在工廠車間焊接成單元式構(gòu)架，運往現(xiàn)場，用高強螺栓拼接，這樣解決了常規(guī)鋼架結(jié)構(gòu)構(gòu)件大而重，運輸過程和安裝過程的難度比較大。同時鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)基本上不需要進行現(xiàn)場施焊，因此可以加快施工的速度。
7 結(jié) 論
（1）與普通鋼框架結(jié)構(gòu)相比，鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)可以節(jié)約層高，可以保證室內(nèi)無柱無梁，居室的劃分不受梁柱的限制，打破傳統(tǒng)鋼框架結(jié)構(gòu) “有墻必有梁”的作法。
（2）鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面較小、較均勻、自重較輕，可以先在加工廠車間焊接拼裝成單元構(gòu)件，運輸至施工現(xiàn)場后采用高強螺栓拼接，解決了常規(guī)鋼架結(jié)構(gòu)構(gòu)件大而重，運輸過程和安裝過程的難度比較大，施工現(xiàn)場需電焊的問題；同時也加快了施工速度。
（3）鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)重量輕，因此層間彎矩和層間剪力與普通鋼框架相比要小很多，其抗側(cè)移性能、抵抗地震力的能力、抗扭性能以及整體穩(wěn)定性方面都要優(yōu)于普通鋼框架結(jié)構(gòu)。
（4）鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)采用 DQ 輕質(zhì)墻板包裹，其防銹防火性能與保溫隔熱性能優(yōu)良，能節(jié)省大量的防水防火材料和保溫材料；用鋼量鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)比普通鋼框架結(jié)構(gòu)可以節(jié)約 17%左右，能有效地降低工程造價。
（5）鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)承擔(dān)了結(jié)構(gòu)40%以上的傾覆彎矩，比鋼框架-剪力墻的比率高近10%；承擔(dān)了結(jié)構(gòu)20%以上的基底剪力，比鋼框架-剪力墻的比率略高。這說明與鋼框架結(jié)構(gòu)相比，鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)能夠更有效分擔(dān)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，它是更好的第二道抗震防線。
（6）鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆石膏外墻，其保溫節(jié)能性能更好；其工業(yè)石膏用量大，每平米可達(dá)0.36t，環(huán)保優(yōu)勢明顯。同時由于外墻現(xiàn)澆石膏代替了大量的防火措施，可以節(jié)約40%的防火造價。
參考文獻
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會議收到論文報告58篇并印發(fā)了文集，有140人參加會議，在第一天的大會和第二天的分組會上分別有17位和26位專家作了報告，另外還安排了半天時間進行自由發(fā)言和討論。會議氣氛熱烈，取得了預(yù)期的效果，不同觀點之間也進行了較為充分的交流。
鑒于這一會議的論壇性質(zhì)，以下僅就會上提出的一些問題及建議作一歸納，提交與會專家考慮并審議。
一、土建結(jié)構(gòu)工程的安全性
結(jié)構(gòu)安全性是結(jié)構(gòu)防止破壞倒塌的能力，是結(jié)構(gòu)工程最重要的質(zhì)量指標(biāo)。結(jié)構(gòu)工程的安全性主要決定于結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工水準(zhǔn)，也與結(jié)構(gòu)的正確使用（維護、檢測）有關(guān)，而這些又與土建工程法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范、規(guī)程、條例等）的合理設(shè)置及運用相關(guān)聯(lián)。
1．我國結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)
對結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計來說，結(jié)構(gòu)的安全性主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的安全性、結(jié)構(gòu)的整體牢固性與結(jié)構(gòu)的耐久性等幾個方面。我國建筑物和橋梁等土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范在這些方面的安全設(shè)置水準(zhǔn)，總體上要比國外同類規(guī)范低得多。
1.1構(gòu)件承載能力的安全設(shè)置水準(zhǔn)
與結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全水準(zhǔn)關(guān)系最大的二個因素是：1）規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)需要承受多大的荷載（荷載標(biāo)準(zhǔn)值），比如同樣是辦公樓，我國規(guī)范自1959年以來均規(guī)定樓板承受的活荷載是每平方米150公斤(現(xiàn)已確定在新的規(guī)范里將改回到200公斤)，而美、英則為240和250公斤；2)規(guī)范規(guī)定的荷載分項系數(shù)與材料強度分項系數(shù)的大小，前者是計算確定荷載對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用時，將荷載標(biāo)準(zhǔn)值加以放大的一個系數(shù)，后者是計算確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件固有的承載能力時，將構(gòu)件材料的強度標(biāo)準(zhǔn)值加以縮小的一個系數(shù)。這些用量值表示的系數(shù)體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)構(gòu)件在給定標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的安全度，在安全系數(shù)設(shè)計方法(如我國的公路橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范)中稱為安全系數(shù)，體現(xiàn)了安全儲備的需要；而在可靠度設(shè)計方法(如我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范)中稱為分項系數(shù)，體現(xiàn)了一定的名義失效概率或可靠指標(biāo)。安全系數(shù)或分項系數(shù)越大，表明安全度越高。我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定活荷載與恒載（如結(jié)構(gòu)自重）的分項系數(shù)分別為1.4和1.2，而美國則分別為1.7和1.4，英國1.6和1.4；這樣根據(jù)我國規(guī)范設(shè)計辦公樓時，所依據(jù)的樓層設(shè)計荷載（荷載標(biāo)準(zhǔn)值與荷載分項系數(shù)的乘積）值大約只有英美的52%（考慮人員和設(shè)施等活載）和85%（對結(jié)構(gòu)自重等恒載），而設(shè)計時據(jù)以確定構(gòu)件能夠承受荷載的能力（與材料強度分項系數(shù)有關(guān)）卻要比英美規(guī)范高出的10~15%，二者都使構(gòu)件承載力的安全水準(zhǔn)下降。日本與德國的設(shè)計規(guī)范在某些方面比英美還要保守些。一些發(fā)展中國家的結(jié)構(gòu)設(shè)計多根據(jù)發(fā)達(dá)國家的規(guī)范，就如我國解放前和建國初期的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法參照美國規(guī)范一樣。至于中國的香港和臺灣，至今仍分別以英國和參考美國規(guī)范為依據(jù)。這里需要說明的是，在其他建筑物的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值上，與國外的差別并沒有象辦公樓、公寓、宿舍中這樣大。不同材料、不同類型的結(jié)構(gòu)在安全設(shè)置水準(zhǔn)上與國際間的差距并不相同，比如鋼結(jié)構(gòu)的差距可能相對小些。
公路橋梁結(jié)構(gòu)的情況也與房屋建筑結(jié)構(gòu)類似，除車載標(biāo)準(zhǔn)外，荷載分項安全系數(shù)（我國規(guī)范對車載取1.4，比國際著名的美國AASHTO規(guī)范的1.75約低25%）與材料強度分項安全系數(shù)均規(guī)定較低。
盡管我國設(shè)計規(guī)范所設(shè)定的安全貯備較低，但是某些工程的材料用量反而有高于國外同類工程的，這里的問題主要在于設(shè)計墨守陳規(guī)，在結(jié)構(gòu)方案、材料選用、分析計算、結(jié)構(gòu)構(gòu)造上缺乏創(chuàng)新。
1.2結(jié)構(gòu)的整體牢固性
除了結(jié)構(gòu)構(gòu)件要有足夠承載能力外，結(jié)構(gòu)物還要有整體牢固性。結(jié)構(gòu)的整體牢固性是結(jié)構(gòu)出現(xiàn)某處的局部破壞不至于導(dǎo)致大范圍連續(xù)破壞倒塌的能力，或者說是結(jié)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)與其原因不相稱的破壞后果。結(jié)構(gòu)的整體牢固性主要依靠結(jié)構(gòu)能有良好的延性和必要的冗余度，用來對付地震、爆炸等災(zāi)害荷載或因人為差錯導(dǎo)致的災(zāi)難后果，可以減輕災(zāi)害損失。唐山地震造成的巨大傷亡與當(dāng)?shù)胤课萁Y(jié)構(gòu)缺乏整體牢固性有很大關(guān)系。2001年石家莊發(fā)生故意破壞的惡性爆炸事件，一棟住宅樓因土炸藥爆炸造成的墻體局部破壞，竟導(dǎo)致整棟樓的連續(xù)倒塌，也是房屋設(shè)計牢固性不足的表現(xiàn)。
1.3結(jié)構(gòu)的耐久安全性
我國土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工規(guī)范，重點放在各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強度要求，而對環(huán)境因素作用（如干濕、凍融等大氣侵蝕以及工程周圍水、土中有害化學(xué)介質(zhì)侵蝕）下的耐久性要求則相對考慮較少。混凝土結(jié)構(gòu)因鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)安全事故，其嚴(yán)重程度已遠(yuǎn)過于因結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力安全水準(zhǔn)設(shè)置偏低所帶來的危害，所以這個問題必須引起格外重視。我國規(guī)范規(guī)定的與耐久性有關(guān)的一些要求，如保護鋼筋免遭銹蝕的混凝土保護層最小厚度和混凝土的最低強度等級，都顯著低于國外規(guī)范。損害結(jié)構(gòu)承載力的安全性只是耐久性不足的后果之一；提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的安全設(shè)置水準(zhǔn)，在一些情況下也有利于結(jié)構(gòu)的耐久性與結(jié)構(gòu)使用壽命。
2．調(diào)整結(jié)構(gòu)安全設(shè)置水準(zhǔn)的不同見解
我國結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)較低，與我國建國后長期處于短缺經(jīng)濟和計劃體制的歷史條件有關(guān)。但是，能夠?qū)ν两ńY(jié)構(gòu)取用較低的安全水準(zhǔn)并基本滿足了當(dāng)時的生產(chǎn)與生活需求，而且業(yè)已歷經(jīng)了較長時間的考驗，這是國內(nèi)土建科技人員經(jīng)過巨大努力所取得的重大成就；但是，由于安全儲備較低，抵御意外作用的能力相對不足。如果適當(dāng)提高安全設(shè)置水準(zhǔn)將有利于減少事故的發(fā)生頻率和提高工程抗御災(zāi)害的能力。國內(nèi)發(fā)生的大量工程安全事故，主要是由于管理上的腐敗和不善以及嚴(yán)重的人為錯誤所致。現(xiàn)在提出要重新審視結(jié)構(gòu)的安全設(shè)置水準(zhǔn)，主要是基于客觀形勢的變化，是由于我們現(xiàn)在從事的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要為今后的現(xiàn)代化奠定基礎(chǔ)，要滿足今后幾十年、上百年內(nèi)人們生產(chǎn)生活水平發(fā)展的需要，有些土建結(jié)構(gòu)如商品房屋則更要滿足市場經(jīng)濟條件下具備商品屬性的需要。國內(nèi)近幾年來已對建筑結(jié)構(gòu)安全度的設(shè)置水準(zhǔn)組織過幾次討論，在如何調(diào)整的問題上存在較大的意見分歧，這次科技論壇上同樣反映了這些不同的見解：
1）認(rèn)為我國現(xiàn)行規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)是足夠的，并已為長期實踐所證明，而國外就沒有這種經(jīng)驗。我國取得的這一成功經(jīng)驗決不能輕易丟掉，在安全度上不能跟著英美的高標(biāo)準(zhǔn)走；安全度高了是浪費，除個別需調(diào)整外，總體上不必變動。
2）認(rèn)為我國規(guī)范的安全度設(shè)置水準(zhǔn)盡管不高，但在全面遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有關(guān)規(guī)定，即在正常設(shè)計、正常施工和正常使用的“三正常”條件下，據(jù)此建成的上百億平米的建筑物絕大多數(shù)至今仍在安全使用，表明這些規(guī)范規(guī)定的水準(zhǔn)仍然適用；但是理想的“三正常”很難做到，同時為了縮小與先進國際標(biāo)準(zhǔn)的差距以及鑒于可持續(xù)發(fā)展和提高耐久性的需要，在物質(zhì)供應(yīng)條件業(yè)已改善的市場經(jīng)濟條件下，結(jié)構(gòu)的安全設(shè)置水準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)提高。這種提高只能適度，因為我國目前尚屬發(fā)展中國家。
3）認(rèn)為我國規(guī)范的安全設(shè)置水準(zhǔn)應(yīng)該大體與國際水準(zhǔn)接近，需要大幅度提高。這是由于隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和生活水平不斷提高，土建工程特別是重大基礎(chǔ)設(shè)施工程出現(xiàn)事故所造成的風(fēng)險損失后果將愈益嚴(yán)重，而為了提高工程安全程度所需要的經(jīng)費投入在整個工程（特別是建筑工程）造價中所占的比重現(xiàn)在已愈來愈低，材料供應(yīng)也十分充裕。過去的低安全水準(zhǔn)只是適應(yīng)了以往短缺型計劃經(jīng)濟年代的需要，但決不是沒有風(fēng)險，如果規(guī)范的安全水準(zhǔn)較高，曾經(jīng)發(fā)生過的有些安全事故本來是可以避免的，而規(guī)范的這一缺陷在一定程度上為“三正常”的提法所掩蓋。在建的工程要為將來的現(xiàn)代化社會服務(wù)，安全性上一定要有高標(biāo)準(zhǔn)。低的安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在參與將來的國際競爭中也難以被承認(rèn)，即使結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全設(shè)置水準(zhǔn)能夠提高到與發(fā)達(dá)國家一樣，由于我們的施工質(zhì)量總體較差，結(jié)構(gòu)的安全性依然會有差距。
3、結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的概率可靠度設(shè)計方法
自1984年國家建委和國家建設(shè)部頒布了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以來，我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范已從80年代末期起拋棄了傳統(tǒng)的多安全系數(shù)設(shè)計方法，從而統(tǒng)一采用以概率理論為基礎(chǔ)的可靠度設(shè)計方法；其它的工程部門如公路、鐵路、港口、水利的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范也正在或計劃作這樣的轉(zhuǎn)變。我國規(guī)范的可靠度設(shè)計方法是參考國際上的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)ISO2394并經(jīng)過國內(nèi)科技人員努力后得以實施的。將可靠度設(shè)計方法用于結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，在國際學(xué)術(shù)界內(nèi)通常被看成是一種發(fā)展趨勢，但在工程內(nèi)界則存在不同看法。盡管有了ISO2394，國外卻鮮有重要或著名的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范已直接采用了可靠度設(shè)計方法，至今仍采用多安全系數(shù)設(shè)計方法或稱荷載抗力系數(shù)法。在我國，對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的可靠度設(shè)計方法以及企圖將我國各個行業(yè)的各種結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范都用可靠度方法統(tǒng)一起來的做法，雖然工程設(shè)計界頗有微詞，但學(xué)術(shù)界持贊成和肯定者是主流，不過仍不時有人對可靠度方法用于設(shè)計規(guī)范的適用性提出質(zhì)疑。這次科技論壇上則較為集中地反映了對規(guī)范可靠度方法的意見分歧。
對我國規(guī)范的可靠度設(shè)計方法持肯定意見的專家認(rèn)為這是重大的科技進步，可靠度方法對安全度的概率定義要比定值的安全系數(shù)更清晰、更科學(xué)、更合理，當(dāng)然概率可靠度設(shè)計方法本身尚有不少缺陷，有待進一步修改完善。持相反意見的人則認(rèn)為，結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范所面向的是類型多樣的復(fù)雜群體，在安全度上需要考慮的不確定性與不確知性非常復(fù)雜，并不是“從統(tǒng)計數(shù)學(xué)觀點出發(fā)的概率定義”所能科學(xué)描述或處理；規(guī)范可靠度方法在我國十多年的實踐表明，它并沒有給結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性帶來明顯實效，反而造成了安全概念上的某些混亂；對工程技術(shù)人員來說，結(jié)構(gòu)的安全度用可靠指標(biāo)和虛假的失效概率表達(dá)后變得更加不可揣摩和模糊不清，不如安全系數(shù)那樣從安全儲備出發(fā)的度量方法更為直觀和便于處理具體工程的安全問題；現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范中的可靠度方法很不成熟，存在不少根本缺陷；他們認(rèn)為半概率的多安全系數(shù)方法更適用于規(guī)范，也不排斥可靠度分析的結(jié)果可以作為一種參考，在綜合判斷安全系數(shù)的合理取值時予以考慮。
二、土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性
土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性與工程的使用壽命相聯(lián)系，是使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)保持正常功能的能力，這一正常功能包括結(jié)構(gòu)的安全性和結(jié)構(gòu)的適用性，而且更多地體現(xiàn)在適用性上。
1、土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性現(xiàn)狀
大多數(shù)土建結(jié)構(gòu)由混凝土建造。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是當(dāng)前困擾土建基礎(chǔ)設(shè)施工程的世界性問題，并非我國所特有，但是至今尚未引起我國政府主管部門和廣大設(shè)計與施工部門的足夠重視。
長期以來，人們一直以為混凝土應(yīng)是非常耐久的材料。直到70年代末期，發(fā)達(dá)國家才逐漸發(fā)現(xiàn)原先建成的基礎(chǔ)設(shè)施工程在一些環(huán)境下出現(xiàn)過早損壞。美國許多城市的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程和港口工程建成后不到二、三十年甚至在更短的時期內(nèi)就出現(xiàn)劣化；據(jù)1998年美國土木工程學(xué)會的一份材料估計，他們需要有1.3萬億美元來處理美國國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施工程存在的問題，僅修理與更換公路橋梁的混凝土橋面板一項就需800億美無，而現(xiàn)在聯(lián)邦政府每年為此的撥款只有50～60億美元。另有資料指出，美國因除冰鹽引起鋼筋銹蝕需限載通行的公路橋梁已占這一環(huán)境下橋梁的1/4。發(fā)達(dá)國家為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性投入了大量科研經(jīng)費并積極采取應(yīng)對措施，如加拿大安大略省的公路橋梁為對付除冰鹽侵蝕及凍融損害，鋼筋的混凝土保護層最小厚度從50年代的2.5cm逐漸增加到4cm、6cm直到80年代后的7cm，而混凝土強度的最低等級也從50年代的C25增到后來的C40，橋面板混凝土從不要求外加引氣劑、不設(shè)防水層到必須引氣以及需要設(shè)置高級防水膠膜并引入環(huán)氧涂膜鋼筋。而我國遭受鹽凍侵蝕地區(qū)的公路橋梁在耐久性設(shè)計方面至今仍無明確要求，對混凝土保護層和強度的要求僅為2.5cm與C25，與上面提到的加拿大50年代水準(zhǔn)一致。國內(nèi)按這種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的一座大橋，建成后僅8年，由于鹽凍侵蝕，現(xiàn)已不得不部分拆除重建。
我國建設(shè)部于80年代的一項調(diào)查表明，國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)建筑物在使用25～30年后即需大修，處于嚴(yán)酷環(huán)境下的建筑物使用壽命僅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用環(huán)境相對較好，一般可維持50年以上，但室外的陽臺、雨罩等露天構(gòu)件的使用壽命通常僅有30～40年。橋梁、港工等基礎(chǔ)設(shè)施工程的耐久性問題更為嚴(yán)重，由于鋼筋的混凝土保護層過薄且密實性差，許多工程建成后幾年就出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土開裂。海港碼頭一般使用十年左右就因混凝土順筋開裂和剝落，需要大修。京津地區(qū)的城市立交橋由于冬天灑除冰鹽及冰凍作用，使用十幾年后就出現(xiàn)問題，有的不得不限載、大修或拆除。鹽凍也對混凝土路面造成傷害，東北地區(qū)一條高等級公路只經(jīng)過一個冬天就大面積剝蝕。我國鐵路隧道用低強度的C15混凝土作襯砌材料，密實度和抗?jié)B性差，不耐地下水與機車廢氣侵蝕，開裂與滲漏嚴(yán)重；對幾個路局所轄的隧道進行抽樣調(diào)查表明，漏水的占50.4%，其中1/3滲漏嚴(yán)重，并導(dǎo)致鋼軌等配件銹蝕以及電力牽引地段漏電，影響正常運行，而1999年頒布的鐵路隧道設(shè)計規(guī)范仍未能對隧道的耐久性問題采取適當(dāng)?shù)膶Σ撸邕m當(dāng)提高混凝土的最低強度等級和在混凝土中摻入化學(xué)纖維等。
耐久性問題的嚴(yán)重性和迫切性在于我們許多正在建設(shè)的工程仍未吸取國際和國內(nèi)的大量慘痛教訓(xùn)，還沿著老路重蹈覆轍。一些北方城市新建成的立交橋和高速公路橋，仍沒有在材料性能和結(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面采取必要的防治凍融和鹽害的綜合措施。甚至大型工程如2000年投入運行的珠海蓮花跨海大橋，其主體結(jié)構(gòu)在浪濺區(qū)仍采用不耐海水干濕交替侵蝕的C30混凝土與3～4cm厚的保護層厚度。
有專家估計，我國“大干”基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的還可延續(xù)20年，由于忽視耐久性，迎接我們的還會有“大修”20年的，這個可能不用很久就將到來，其耗費將倍增于當(dāng)初這些工程施工建設(shè)時的投資。
使混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題進一步加劇的原因有：
1)由于混凝土的質(zhì)量檢驗習(xí)慣上以單一的強度指標(biāo)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致水泥工業(yè)對水泥強度的不適當(dāng)追求，使水泥細(xì)度增加，早強的礦物成份比例提高，這些都不利于混凝土的耐久性。我國對水泥質(zhì)量的檢驗在強度上只要求不低于規(guī)定的最低許可值，而國外則同時還要求不高于規(guī)定的最高值，如果強度超過了也被認(rèn)為不合格，這種要求還有利于水泥產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性。
2)工程施工單位不適當(dāng)?shù)丶涌焓┕みM度，尤其是政府行政領(lǐng)導(dǎo)對工程進度的不適當(dāng)干預(yù)。混凝土的耐久性質(zhì)量尤其需要有足夠的施工養(yǎng)護期加以保證，早產(chǎn)有損生命健康的概念同樣適用于混凝土。國內(nèi)媒體上大加宣傳的所謂幾個月就修成一條大路、建成一座大橋、或蓋成一幢高樓的工程以及搶工獻禮工程，很可能就是今后注定要花掉更多資金進行大修的短命工程。提前完成合同規(guī)定施工期的在國外要被罰款，因為意味著工程質(zhì)量有遭到損害的可能。
3)環(huán)境的不斷惡化，如廢氣、酸雨，我國的酸雨面積已超過國土的30%。
當(dāng)前迫切需要進行的工作是盡快編制橋梁、隧道、港工等基礎(chǔ)設(shè)施工程耐久性設(shè)計的技術(shù)條例，修訂補充現(xiàn)行規(guī)范中對結(jié)構(gòu)耐久性的要求。首先需要明確的是各種基礎(chǔ)設(shè)施工程的設(shè)計工作壽命，在重要工程的設(shè)計文件中必須有使用壽命的要求和論證。當(dāng)前在建的眾多工程在耐久性上之所以仍然沿著重蹈覆轍的道路走，很重要的一個原因是工程設(shè)計施工技術(shù)人員在耐久性上沒有可資遵循的新依據(jù)。更為嚴(yán)重的是現(xiàn)行規(guī)范中的有些條文，本身就對耐久性有害。為了提高混凝土耐久性，在混凝土中合理使用粉煤灰、礦渣等礦物摻合料是重要的技術(shù)手段，國外有的規(guī)范甚至規(guī)定在橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)中必須加入粉煤灰等摻合料，而我國的鐵路混凝土橋隧施工規(guī)范仍在明文禁止使用。此外，工程技術(shù)界還存在長期形成的一些過時的看法，對改善混凝土的耐久性能造成阻力。例如，顧慮會影響混凝土強度而不愿使用引氣劑，而引氣本應(yīng)作為改善混凝土耐久性和工作性的常規(guī)手段；又如，希望加大水泥用量來保證混凝土強度，而盡可能低的水泥用量本應(yīng)是提高混凝土抗裂和耐久性能的重要途徑。
在修訂規(guī)范的耐久性要求上，交通部于2001年頒布的港工混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范已為其它土建工程行業(yè)起到較好的示范作用。我們一方面要參照國內(nèi)外已有的資料和經(jīng)驗，盡快編寫出相應(yīng)的設(shè)計施工技術(shù)文件以應(yīng)急需，另一方面則要安排系統(tǒng)的研究項目，加大耐久性研究工作的支持力度；混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是當(dāng)前國際上結(jié)構(gòu)工程學(xué)科最為重要的前沿研究領(lǐng)域之一，而我國在這一方面相當(dāng)落后。混凝土的耐久性研究離不開原材料和環(huán)境等特定條件，需要考慮本國的特點，是不能完全依賴國外研究成果的。
重視混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性也是可持續(xù)發(fā)展的需要。生產(chǎn)混凝土所需的水泥、砂、石等原材料均需大量消耗國土資源并破壞植被與河床，水泥生產(chǎn)排放的二氧化碳已占人類活動排放總量的1/5～1/6，而我國排放的二氧化碳量已居世界第二。我國現(xiàn)在每年生產(chǎn)5億多噸水泥，與之相伴的是年耗20多億方的砂石，長此以往實難以為繼。延長結(jié)構(gòu)使用壽命意味著節(jié)約材料，而耐久的混凝土一般又應(yīng)是水泥用量較低和礦物摻合料(工業(yè)廢料)用量較高的混凝土，所以耐久的混凝土正適應(yīng)環(huán)境保護的需要。國際上對橋梁、隧道等土木工程的設(shè)計工作壽命多為100年，有的如英國為120年。考慮到耐久性不足所造成的巨大經(jīng)濟損失和資源浪費，國際上近年來有要求將這些工程的最低工作壽命進一步延長的趨勢，如提出城市環(huán)境中的橋梁至少應(yīng)有150年。
2．土建結(jié)構(gòu)工程使用階段的正常檢測與維護
結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命的概念，與使用階段的檢測、維護和修理不能分割，對處于露天和惡劣環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施工程來說尤其如此。為了保證結(jié)構(gòu)安全性和耐久性，一些工程在建成后的使用過程中，應(yīng)該進行定期檢測和維護。我國有結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計規(guī)范與施工規(guī)范，但沒有如何使用的規(guī)范。有些工程倒塌事故，例如最近四川宜賓的南門大橋發(fā)生橋面坍落事故，就是因為橋面結(jié)構(gòu)與主拱之間的吊桿在連接處發(fā)生銹蝕，如果有定期的檢測要求，這樣的事故很有可能避免。有些國家對于結(jié)構(gòu)的損壞可能導(dǎo)致公眾安全的建筑物與橋、隧等公共工程，強制規(guī)定必須定期檢測；即使是建筑物的玻璃幕墻和外墻面磚等建筑部件，因其墜落后容易傷及公眾，也有強制定期檢測的要求。我國由于施工管理水平和事故操作人員的素質(zhì)相對較差，質(zhì)量控制與質(zhì)量保證制度不夠健全，規(guī)范對結(jié)構(gòu)安全與耐久性的設(shè)置水準(zhǔn)又相對較低，已建的工程中往往存在較多隱患，所以更有必要從法制上確定土建工程的正常使用和定期檢測的要求。對于土建結(jié)構(gòu)工程的安全質(zhì)量，雖然政府已作出了設(shè)計與施工的責(zé)任單位和個人需對其“終身負(fù)責(zé)”的規(guī)定，但是這種要求執(zhí)行起來缺乏可操作性。要將結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量事故減少到最低程度，還應(yīng)以預(yù)防為主，通過例行檢測及時發(fā)現(xiàn)問題。
現(xiàn)在國內(nèi)有大量土建工程因步入老化期需要診治，也有大量已建的違章工程需要評估，更有許多工程發(fā)生病害需要診斷和加固，各地已涌現(xiàn)了不少從事土建工程診斷、治理與加固的隊伍，并有蓬勃發(fā)展成為一種新興行業(yè)的趨勢。出現(xiàn)問題和病害以后再來治理固然重要，但是我們應(yīng)該更加強調(diào)預(yù)防。對于在役土建工程的檢測和評估，要建立相應(yīng)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，要有從業(yè)人員的注冊和從業(yè)機構(gòu)的資質(zhì)認(rèn)證制度，在管理體制上予以規(guī)范。
從國家對公共工程建設(shè)的投資和對工程設(shè)計的要求來看，需要有工程整個使用期限即全壽命費用支出的論證。只注意工程項目建設(shè)的一次投資支出，很少考慮工程建成后需要正常維護與修理的長期費用，不但可能損害工程使用壽命和正常使用功能，而且經(jīng)濟上算總賬會很不合算。在發(fā)達(dá)國家，由于新建工程少，用于維修的費用往往更為主要，英國1978年的土建維修費上升到1965年的3.7倍，1980年的維修費占當(dāng)年土建費用總支出的2/3。我國雖是發(fā)展中國家，現(xiàn)在正大興土木，可是過去建成的大量工程已經(jīng)或過早老化。國內(nèi)40％公路橋梁的橋齡已大于25年，加上進入90年代以后交通量猛增，超載嚴(yán)重，以往的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)又低，路、橋的維修問題十分突出。由于養(yǎng)護維修費用得不到保證，造成工程安全隱患并在以后需要支出更多的大修費用。在土建工程的投資上，希望有關(guān)部門能加大已建工程維修的費用。
為加速路橋等公共工程建設(shè)，國家現(xiàn)在鼓勵投資公司出資并給以一定期限如30年的經(jīng)營收入作為補償。如果對重要土建工程有必須進行定期檢測與評估的法規(guī)，就能保證這些工程在一定期限后歸還國家管理和經(jīng)營時的良好功能，對于設(shè)計工作壽命為100年的橋梁，至少還可正常使用70年，而不至于30年到期后國家接收的已是一個破舊的工程。
三、技術(shù)規(guī)范的作用與管理
這次科技論壇對于土建結(jié)構(gòu)工程技術(shù)規(guī)范的定位、作用與管理也進行了討論并提出了一些看法。
長期以來，受計劃經(jīng)濟體制的影響，我們往往視技術(shù)規(guī)范為法，將規(guī)范的具體規(guī)定和要求等同于法律條文來對待。技術(shù)規(guī)范或規(guī)程，與各種技術(shù)條例、技術(shù)要求、工法、指南等技術(shù)文件一樣都是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，本身不具有法律作用，只當(dāng)工程各方（業(yè)主、設(shè)計、施工企業(yè)）認(rèn)同作為設(shè)計與施工的依據(jù)并在契約的基礎(chǔ)上，才能作為法律仲裁的依據(jù)。將技術(shù)問題法制化并強制執(zhí)行，不利于技術(shù)進步和創(chuàng)造性的發(fā)揮，反而容易成為推卸責(zé)任的借口。當(dāng)然，政府部門從國家和公眾的整體利益出發(fā)，需要在安全、環(huán)保等重大原則上對土建工程的設(shè)計施工提出必須滿足的最低要求并制定相應(yīng)的法規(guī)，但法規(guī)一般并不需要提供如何達(dá)到這些要求的具體技術(shù)途徑和方法，后者是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)。政府也可以原則認(rèn)可或批準(zhǔn)某些重要的技術(shù)規(guī)范或其中某些內(nèi)容使用。
土建工程有著強烈的個性，需要工程技術(shù)人員針對具體特點去解決設(shè)計與施工問題。所以規(guī)范作為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)宜強調(diào)其指導(dǎo)性而不是強制性。如果規(guī)范條文看作為一般意義上的法律條文，就有可能束縛設(shè)計施工人員的主動創(chuàng)造性并阻礙新技術(shù)的應(yīng)用。。我國土建工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計上與國外相比的最大差距就在于方案與技術(shù)上的創(chuàng)新，這與以往過分強調(diào)規(guī)范的法律地位從而形成所謂“結(jié)構(gòu)設(shè)計就是規(guī)范加計算”的傾向不無關(guān)聯(lián)。我國的技術(shù)規(guī)范在編寫風(fēng)格上也有模仿法律的傾向，極少提及使用者需要注意規(guī)范可能存在的某些不足之處或允許并鼓勵使用者在某些問題上可以另辟蹊徑。如果在設(shè)計施工中要取代規(guī)范中已經(jīng)落后過時甚至有害的技術(shù)規(guī)定，則無異于違法行為。相反，只要墨守規(guī)范，即使出了事故，就可不負(fù)法律責(zé)任。這樣就在客觀上降低了對工程技術(shù)人員的業(yè)務(wù)技能要求與職責(zé)要求，不利于提高我國建筑企業(yè)和從業(yè)人員的素質(zhì)以及參與今后的國際競爭。為了消除這些負(fù)面影響并杜絕鉆規(guī)范條文的空子進行偷工減料，應(yīng)有必要建立這樣的共識并作出規(guī)定，即遵守了規(guī)范條文并不意味著就可免除法律責(zé)任。國外有些規(guī)范就是這樣規(guī)定的。
企圖不斷加強技術(shù)規(guī)范的強制性來解決屢禁不止的工程事故，不是解決問題的有效途徑。現(xiàn)在，有關(guān)主管部門將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的部分條文抽出來，明確列為強制性條文，同時規(guī)定各個設(shè)計單位完成的設(shè)計，須通過有關(guān)部門或其授權(quán)委任的其他企事業(yè)設(shè)計單位的審查，而審查的主要內(nèi)容就在于對照規(guī)范強制性條文的要求，其任務(wù)已類似于執(zhí)法；這種做法是否明智似可商榷。我國土建工程事故頻繁的原因，主要在于管理不善，特別是管理環(huán)節(jié)上的腐敗；其次是施工操作人員素質(zhì)低，又難以短期解決；過分強調(diào)規(guī)范的地位與作用，未能建立與規(guī)范配套的完整標(biāo)準(zhǔn)體系，比如缺乏指南、工法等更為詳盡具體的技術(shù)文件，可以用來指導(dǎo)和規(guī)范設(shè)計與施工的各個具體環(huán)節(jié)，也有一定的關(guān)系。從設(shè)計角度看，出現(xiàn)事故主要不是由于沒有按照規(guī)范強制性條文的規(guī)定，而是方案性的錯誤或忽略主要的設(shè)計條件；也有一些工程則因過去的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)過低，耐久性不足，在使用過程中又缺乏應(yīng)有的例行檢測而導(dǎo)致失效。其實，要做到設(shè)計規(guī)范強制條文的要求最為容易，為此請專業(yè)人士審查似無必要。重要的工程設(shè)計應(yīng)規(guī)定請專業(yè)單位全面審核，其要點也應(yīng)在結(jié)構(gòu)方案、構(gòu)造方法與計算分析的原則上。從結(jié)構(gòu)設(shè)計的國家規(guī)范中抽出的強制性條文不免支離破碎，個別條文的規(guī)定也不一定適合某些地區(qū)和某些工程的具體特點，反而造成麻煩。
我國幅員廣闊，各地經(jīng)濟發(fā)展很不平衡，技術(shù)力量懸殊，環(huán)境條件各異，客觀上要求規(guī)范能給設(shè)計人員更多靈活性，少一些強制性，這樣才能更好地在規(guī)范的指導(dǎo)下，根據(jù)工程的特點和具體條件去解決問題。總之，在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)上，要擺脫計劃經(jīng)濟年代遺留下來的過分強求統(tǒng)一、較少考慮個性和缺乏實事求是靈活性的傾向。要提倡和鼓勵各省市編制地方性規(guī)范，在工程的安全性和耐久性標(biāo)準(zhǔn)上，可有不同的設(shè)置水準(zhǔn)。比如上海、北京、廣州這些大城市應(yīng)該高些，在抗震防災(zāi)要求上，更應(yīng)區(qū)別對待。全國性的規(guī)范訂得愈詳細(xì)，其適用性可能變得愈差，造成的混亂也可能愈多；特別象巖土工程那樣的規(guī)范更是如此。
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的強制性越多，也意味著政府有關(guān)部門在具體技術(shù)問題上需要承擔(dān)的責(zé)任越重，而這些本來不該是政府部門的職責(zé)。規(guī)范中的要求是最低要求，在安全設(shè)置水準(zhǔn)上，政府需要干預(yù)的也應(yīng)是保證公眾安全的最低要求。對于土建結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，政府有關(guān)部門至今仍規(guī)定任何部門和個人不得隨意提高抗震的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)(建抗586號文件)。事實上，如將商品房的抗震設(shè)防烈度提高1度，抗震能力可提高約1倍，而增加的房屋造價相當(dāng)有限，在眾多城市中可能僅及居民用于室內(nèi)裝修費用的幾分之一。政府的這一規(guī)定無異于限制居民只能購置抗震安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)最低的房屋，如果發(fā)生地震造成損害，有關(guān)部門如何解釋？
規(guī)范等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的管理體制亟待改善。建國以來，由政府部門負(fù)責(zé)統(tǒng)管并指定有關(guān)企事業(yè)單位分別承擔(dān)每本規(guī)范編寫和修訂工作的做法已越來越不能適應(yīng)當(dāng)前的形勢，有些在經(jīng)費和人力上得不到保證，平時基本上沒有專門人員去搜集了解規(guī)范使用中的問題并及時修改補充規(guī)范條文；面對新的結(jié)構(gòu)型式、新的材料和新的工藝，規(guī)范的過時條文不但成為推廣新技術(shù)的阻力，而且有被誤用或盲目套用而造成工程質(zhì)量安全事故。
發(fā)達(dá)國家有關(guān)土建結(jié)構(gòu)工程的規(guī)范及與之配套的各類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多由行業(yè)協(xié)會或?qū)I(yè)學(xué)會編制及管理，規(guī)范的翻新周期短，不象我們要長達(dá)10年以上。我國的學(xué)會與協(xié)會重復(fù)設(shè)置，分工不明，并且至今還依附于某一政府部門，基本上只起到政府職能部門非官方代言人的作用，距離獨立和富有活力的健全機構(gòu)還差的很遠(yuǎn)，如何發(fā)揮這些機構(gòu)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編寫和管理中的作用也是值得探討的一個問題。建議隨著改革的深入，整頓合并有關(guān)的學(xué)會、協(xié)會，加強其職能，并逐漸成為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制管理的主體。
四、準(zhǔn)備提交政府有關(guān)部門考慮的建議
為了改善我國土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性，這次論壇中提出了以下建議供政府有關(guān)部門考慮，：
1、橋梁、隧道、道路、港口等基礎(chǔ)設(shè)施工程的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，已是當(dāng)前亟待采取措施應(yīng)對的重大問題。否則，一些工程的正常使用功能和安全性將得不到有效保證，我國的現(xiàn)代化建設(shè)和國民經(jīng)濟會蒙受巨大損失，并將給生產(chǎn)和公眾生活帶來長期困擾。
建議國家建設(shè)部、交通部、鐵道部主管土建工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的部門，能對工程的耐久性要求作重點審查，明確土建工程的設(shè)計應(yīng)有最低使用壽命的要求，重要工程的設(shè)計文件中應(yīng)有正常使用壽命和耐久性設(shè)計的獨立章節(jié)與論證；
建議國家自然科學(xué)基金委員會能在今后一段時期內(nèi)對混凝土工程耐久性的基礎(chǔ)理論研究給予重點支持；
建議國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局為在近期內(nèi)編訂有關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)給以立項資助；
建議中國工程院土木水利建筑學(xué)部在其咨詢研究項目中，聯(lián)絡(luò)國內(nèi)有關(guān)專家，促進土建結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計指導(dǎo)性技術(shù)條例的編制。
2、土建工程使用過程中的安全性，應(yīng)有定期的檢測和正常的維護修理加以保證。對于重要土建工程，我國尚無必須進行安全檢測的法規(guī)。在基礎(chǔ)設(shè)施工程的投資上有重新建、輕維修的傾向，不利于工程壽命和投資效益。
建議對橋、隧等重要公共基礎(chǔ)設(shè)施和公共建筑物，在其使用期內(nèi)實施強制性的定期安全檢測。為此，需要制定法規(guī)，編制相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；對于土建結(jié)構(gòu)工程的檢測與評估，需要建立從業(yè)人員的注冊制度和從業(yè)機構(gòu)的資質(zhì)認(rèn)證與監(jiān)管體制。凡屬已建工程的安全診斷也可一并歸入這一行業(yè)。
建議政府有關(guān)部門在橋、隧、道路等土建基礎(chǔ)設(shè)施工程投資上，根據(jù)需要，加大工程維修費的比例。
3、完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系與管理體制，發(fā)揮學(xué)會、協(xié)會在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制、修訂和管理中的作用；逐步淡化技術(shù)規(guī)范條文的強制性質(zhì)；鼓勵編制地方性規(guī)范(標(biāo)準(zhǔn))和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)不同地區(qū)在環(huán)境地質(zhì)和經(jīng)濟、技術(shù)水平上的差異，并鼓勵科技創(chuàng)新和技術(shù)進步。
Capstone課程，即整合性實作課程，或頂點課程，是指大學(xué)高年級學(xué)生在教師指導(dǎo)下，應(yīng)用所學(xué)專業(yè)課程知識，解決復(fù)雜且整合性工程設(shè)計問題的教學(xué)過程[1-4]。這里的復(fù)雜且整合性工程設(shè)計問題一般具有以下特點：需要大學(xué)多門課程知識才可以解決的問題；問題本身是多面向的，或在技術(shù)、專業(yè)方面存在相互沖突；是一個實際的工程設(shè)計問題，沒有現(xiàn)成的解決辦法；需創(chuàng)新應(yīng)用專業(yè)基本理論和技術(shù)實務(wù)上最新成果才可以解決的問題；需考慮現(xiàn)實環(huán)境多方面的約束，如人力、資金、設(shè)備、材料、信息等；問題本身可能對社會及環(huán)境有廣泛而深遠(yuǎn)的影響；教學(xué)過程能夠覆蓋多項專業(yè)核心能力培養(yǎng)。
Capstone課程目前已經(jīng)得到國際工程教育界的廣泛重視，在國際工程教育認(rèn)證的眾多版本規(guī)范中都明確提出將Capstone課程作為本科工程教育的重要必修課[5-7]。美國ABET的前身是1932年在紐約創(chuàng)辦的工程師專業(yè)發(fā)展理事會（ECPD），最初由美國土木工程師協(xié)會、美國機械工程師協(xié)會和美國電氣工程師協(xié)會等7個協(xié)會組成，現(xiàn)已發(fā)展成為由30個專業(yè)和技術(shù)性協(xié)會組成的聯(lián)盟。ABET作為一個非官方的中介性、非營利認(rèn)證機構(gòu)，其專業(yè)認(rèn)證的權(quán)威性得到了美國教育部（USDE）和美國高等教育委員會（CHEA）的雙重認(rèn)可。ABET目前主要在工程、技術(shù)、計算機科學(xué)以及應(yīng)用科學(xué)等4大學(xué)科領(lǐng)域開展專業(yè)認(rèn)證。在ABET頒布的最新工程專業(yè)認(rèn)證規(guī)范中，要求每個參與認(rèn)證的工程專業(yè)必須向?qū)W生提供整合性設(shè)計課程的教學(xué)實踐[8-10]。國際上其他隸屬于Washington Accord， Seoul Accord， Sydney Accords3個著名工程教育認(rèn)證組織的工程教育認(rèn)證機構(gòu)，如中國臺灣的IEET、加拿大的CEAB、韓國的ABEEK、澳洲的EA等都有此規(guī)定要求[11-12]。工程教育中開設(shè)必修Capstone課程，已經(jīng)成為國際工程教育界的發(fā)展趨勢。
在具體開課模式上，無論是Stanford、Berkeley、MIT等國際著名高校，還是IEET認(rèn)證過的中國臺灣高校，都規(guī)定Capstone課程教育中，學(xué)生必須分組執(zhí)行教學(xué)計劃，而非個人執(zhí)行計劃，專業(yè)要制定統(tǒng)一的執(zhí)行規(guī)則，課程內(nèi)容要對應(yīng)人才培養(yǎng)方案中多數(shù)核心能力。
到目前為止，中國高等教育對頂點課程的關(guān)注還很少，學(xué)術(shù)性的介紹和研究也不多見。據(jù)粗略考察，在教育部頒布的文件中，只有2003年頒布的《全國普通高等學(xué)校體育教育本科專業(yè)課程方案》對頂點課程有所提及，并將其定義為“?楸弦蛋囁?設(shè)的綜合四年所學(xué)知識的課程”。但是關(guān)于課程開設(shè)的內(nèi)容、形式、時數(shù)則沒有詳細(xì)的規(guī)定。
與此相似，在中國土木工程本科教育中，Capstone課程也難覓蹤跡。一些類似的設(shè)計課程，如土木工程畢業(yè)設(shè)計、核心課程的課程設(shè)計等，從教學(xué)組織模式、課程評量方法，以及課程對實現(xiàn)教育目標(biāo)和專業(yè)核心能力的檢視方面來看，這些課程還不能算是真正的Capstone課程，很多方面還存在較大差距。
武夷學(xué)院土木工程專業(yè)2015-2016學(xué)年開始被福建省教育廳批準(zhǔn)為首批接受“臺灣中華工程教育學(xué)會”（IEET）國際工程教育認(rèn)證的14個試點專業(yè)之一。武夷學(xué)院土木工程專業(yè)按照國際工程教育認(rèn)證規(guī)范要求，將土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計改造為Capstone課程，并從開課模式、課程成績評量方法、課程教學(xué)效果檢視等方面開展了Capstone課程教學(xué)初步探索。2016年9月12-13日，國家工程教育認(rèn)證專家進入武夷學(xué)院土木工程專業(yè)實地訪評，通過查閱Capstone課程教學(xué)檔案、現(xiàn)場考核學(xué)生等，對Capstone課程教學(xué)效果給予了充分肯定。本文擬對武夷學(xué)院土木工程專業(yè)Capstone課程教學(xué)進行詳細(xì)介紹，以期為推動國內(nèi)土木工程專業(yè)本科教育與國際工程教育接軌，提高國際工程教育認(rèn)證實效，促進新建本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型發(fā)展和培養(yǎng)國際化應(yīng)用型高級人才提供教學(xué)參考。
一、Capstone課程體系的建立
Capstone課程不是一個單一課程，而是一個系統(tǒng)的課程體系。這是因為，要完成Capstone課程任務(wù)，通過課程教學(xué)取得實效，學(xué)生核心能力得到培養(yǎng)，必須與其他先修課程形成一個完整的課程體系。在充分論證基礎(chǔ)上，依托產(chǎn)業(yè)界專家，對課程進行改造，從人才培養(yǎng)方案中挑選若干實踐課程，建立從Cornerstone（基石）課程到Capstone課程的一整套從低年級到高年級遞進式整合性實作課程體系（見圖1）。
Capstone課程體系的第一層是Cornerstone課程，即基石課程，面向大學(xué)一二年級學(xué)生開設(shè)，對土木工程專業(yè)學(xué)生有數(shù)學(xué)建模競賽、CAD制圖、計算機程序設(shè)計等基礎(chǔ)類設(shè)計競賽，這是學(xué)生利用已掌握的少數(shù)核心能力解決模擬工程問題的初步體驗。
第二層次是銜接課程，針對大學(xué)二三年級學(xué)生開設(shè)。包括土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程設(shè)計、混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計、施工組織設(shè)計課程設(shè)計、深基坑與邊坡工程課程設(shè)計、隧道工程課程設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計等單科設(shè)計類課程，以及每年一度的省級、國家級大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽和建筑信息模型（BIM）設(shè)計大賽。第二層次的課程為大二和大三學(xué)生提供了整合一部分專業(yè)核心能力解決教師設(shè)計出的工程問題的機會，是Capstone課程與Cornerstone課程的銜接橋梁。這些課程中的專業(yè)課程設(shè)計常常是個人完成課程計劃，而結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽、BIM設(shè)計大賽則是小組合作完成，旨在使學(xué)生團隊合作能力得到初步訓(xùn)練。
第三層次是Capstone課程，武夷學(xué)院土木工程專業(yè)稱為土木工程設(shè)計實務(wù)課程，針對大學(xué)四年級學(xué)生開設(shè)。表1是Capstone課程綱要。從表1可以看出，Capstone課程教學(xué)以解決復(fù)雜且整合性工程問題為主要教學(xué)過程，涵蓋土木工程專業(yè)全部核心能力的訓(xùn)練，通過Capstone課程教學(xué)，使學(xué)生專業(yè)核心能力得到進一步鞏固。
二、Capstone課程教學(xué)初探
（一） 按照國際工程教育認(rèn)證規(guī)范要求，改造“畢業(yè)設(shè)計”為Capstone課程
在中國高等教育設(shè)置Capstone課程有兩條可能的路徑：一是在課程設(shè)置中直接增加Capstone課程，強化學(xué)生的知識整合和階段過渡。但是這要增加總學(xué)分，增加學(xué)生負(fù)擔(dān)。二是對本科教育中傳統(tǒng)的畢業(yè)論文（設(shè)計）、核心專業(yè)課程的課程設(shè)計等進行改造，達(dá)到Capstone課程標(biāo)準(zhǔn)。
武夷學(xué)院土木工程專業(yè)課程規(guī)劃中包括整合工程設(shè)計能力的專題實作課程，即Capstone課程，是通過對原有畢業(yè)設(shè)計課程的改造實現(xiàn)的。該課程為必修課程，6個學(xué)分，分別在大學(xué)四年級的第一學(xué)期和第二學(xué)期開設(shè)，其中第一學(xué)期5學(xué)分，第二學(xué)期1學(xué)分，合計6學(xué)分。因大四第二學(xué)期中途安排畢業(yè)實習(xí)，所以Capstone課程是結(jié)合畢業(yè)實習(xí)一起進行的。
按照國際工程教育認(rèn)證規(guī)范要求，對原有畢業(yè)設(shè)計課程進行系統(tǒng)改造，以達(dá)到Capstone課程標(biāo)準(zhǔn)，具體做法是：
第一，土木工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計采取分組進行，每組學(xué)生一般為3人，最多不超過4人，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)興趣自由組隊。每組完成一個工程設(shè)計實務(wù)課題，課題類型圍繞專業(yè)方向設(shè)置，一般有房屋建筑工程設(shè)計、巖土工程設(shè)計、道路橋梁工程設(shè)計等。設(shè)計過程中強調(diào)組內(nèi)學(xué)生的團結(jié)協(xié)作，提倡跨小組的合作。工程設(shè)計題目主要來自于生產(chǎn)實踐。
第二，為涵蓋大部分土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的專業(yè)核心能力訓(xùn)練，擴展Capstone課程內(nèi)容，Capstone課程主要內(nèi)容有：制定工作計劃、深入實際調(diào)查研究和收集資料、中外文獻閱讀、現(xiàn)場勘查、勘探與取樣、建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算、施工圖設(shè)計、施工組織設(shè)計、工程概預(yù)算、工程環(huán)境影響與倫理分析等。
第三，改造課程成績評量機制。為避免出現(xiàn)不同指導(dǎo)教師對課程成績評定的偏差，規(guī)定Capstone課程的成績由三個部分組成，分別是指導(dǎo)教師評量成績（占總分的50%）、兩位評閱教師對Capstone課程報告書的評閱成績（取平均分，占總分的20%）和Capstone課程匯報答辯成績（由答辯小組依據(jù)匯報答辯情況評定，占總分的30%）。
第四，為每一個課題小組安排一名
業(yè)界專家，參與課題指導(dǎo)和成績評定。業(yè)界專家參與Capstone課程教學(xué)的優(yōu)點是：一是為課題直接來源于工程實踐提供便捷途徑，業(yè)界專家承擔(dān)的工程項目就是最好的Capstone課題；二是為學(xué)生與產(chǎn)業(yè)界零距離接觸提供機會，學(xué)生可以通過實習(xí)直接參與業(yè)界專家的工程項目；三是提高了Capstone課程成績評定結(jié)果與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的一致性程度。
（二）創(chuàng)新Capstone課程開課模式
國內(nèi)土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學(xué)形式基本上是教師出題，每個學(xué)生在教學(xué)計劃規(guī)定的時間內(nèi)完成設(shè)計，一人一題。這種開課模式存在的主要問題：一是假題很多，大部分的設(shè)計題目都是教師虛構(gòu)的，如某某賓館設(shè)計、某某中學(xué)教學(xué)樓設(shè)計，每年的題目基本一樣。二是學(xué)生做也是假做，雖然按照一些行業(yè)規(guī)范進行設(shè)計，但是無論是房屋建筑工程、巖土工程還是道路橋梁工程的設(shè)計，都僅僅涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計或施工組織設(shè)計等很少的一部分內(nèi)容，與實際工程設(shè)計要求相差甚遠(yuǎn)，解決的問題不能算是整合性復(fù)雜的工程設(shè)計問題，課題涵蓋核心能力少，學(xué)生不能得到系統(tǒng)的土木工程設(shè)計訓(xùn)練。三是一人一題，不能通過畢業(yè)設(shè)計教學(xué)過程為學(xué)生提供團隊協(xié)作能力訓(xùn)練，不符合國際工程教育認(rèn)證規(guī)范要求，而且要在有限時間內(nèi)完成一個完整的工程項目設(shè)計，顯然是不切實際的，只是對畢業(yè)設(shè)計的一再簡化，教學(xué)效果不理想。
以業(yè)界專家正在承擔(dān)的實際工程項目作為Capstone課題，這種真題訓(xùn)練是提高畢業(yè)設(shè)計效果、鍛煉學(xué)生專業(yè)核心能力的最好途徑。真題還需要真做，以一個實際的邊坡防護工程設(shè)計為例，課題任務(wù)應(yīng)當(dāng)包括現(xiàn)場勘查、勘探與取樣、現(xiàn)場測試、室內(nèi)測試、防護工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工圖設(shè)計、施工組織設(shè)計、工程概預(yù)算、工程環(huán)境影響評價與工程倫理分析等。雖然任務(wù)較多，因為是小組合作完成，學(xué)生個人的負(fù)擔(dān)會減輕很多。
課題指導(dǎo)應(yīng)分階段進行，在不同階段，針對課題任務(wù)的重點不同，有針對性地開展設(shè)計指導(dǎo)。注重引入業(yè)界專家擔(dān)任?n題指導(dǎo)教師，圍繞工程設(shè)計中的一些關(guān)鍵實務(wù)技術(shù)，開設(shè)專題講座，提供體驗產(chǎn)業(yè)界的機會，向?qū)W生傳授業(yè)界流行的設(shè)計理念與方法，使課題設(shè)計成果更加符合業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，而不至于“院校味”太濃厚，脫離實際。
（三）探索Capstone課程教學(xué)成效檢視辦法
準(zhǔn)確評估Capstone課程教學(xué)效果是十分重要的，有助于課程教學(xué)效果的持續(xù)改善。依照課題分組、分階段進行的Capstone課程教學(xué)，與一般基礎(chǔ)課、專業(yè)課的教學(xué)模式存在明顯不同，Capstone課程教學(xué)效果評價也不能僅僅依靠課程成績來完成。問卷調(diào)查方法是一個很好的補充。
Capstone課程教學(xué)目的之一是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)核心能力。為檢視學(xué)生專業(yè)核心能力的培養(yǎng)效果，設(shè)置學(xué)生專業(yè)核心能力問卷調(diào)查表（見表2），針對每一項專業(yè)核心能力對學(xué)生進行調(diào)研，按照非常滿意、滿意、一般、不滿意、非常不滿意5個等級打分。通過該表的統(tǒng)計分析，得到學(xué)生核心能力的達(dá)成度，檢視Capstone課程教學(xué)效果。
團隊協(xié)作能力是Capstone課程教學(xué)效果的重要保障，也是國際工程教育認(rèn)證專家十分重視的觀察點。Capstone課程教學(xué)的溝通主要有課題組學(xué)生之間的溝通、學(xué)生與指導(dǎo)教師之間的溝通、學(xué)生現(xiàn)場調(diào)研過程中與業(yè)界之間的溝通等。溝通能力在很大程度上影響到Capstone課程的執(zhí)行效果，必須十分重視學(xué)生溝通能力的培養(yǎng)。可以設(shè)計Capstone課程執(zhí)行中學(xué)生團隊協(xié)作問卷調(diào)查表（見表3）。該表由課題指導(dǎo)教師完成，針對每一位學(xué)生在課題執(zhí)行中的團隊協(xié)作表現(xiàn)，按照非常滿意、滿意、一般、不滿意、非常不滿意5個等級打分。通過該表的統(tǒng)計分析，可以得到學(xué)生在Capstone課程教學(xué)過程中團隊合作能力情況。
三、結(jié)語
與土木工程專業(yè)以往的畢業(yè)設(shè)計相比較，Capstone課程在開課形式上要求學(xué)生按照小組進行，分組教學(xué)，為學(xué)生提供團隊協(xié)作能力訓(xùn)練的機會。強調(diào)業(yè)界專家參與教學(xué)實踐，確保課程教學(xué)與產(chǎn)業(yè)界零距離接觸。課程內(nèi)容要涵蓋絕大部分土木工程專業(yè)核心能力的訓(xùn)練，不能簡化課題任務(wù)。
Capstone?n程作為大學(xué)四年的總體課程，在工程教育中具有重要地位。如何使課程體系、課程教學(xué)模式、課程評量方法、課程教學(xué)效果評估等更加符合國際工程教育認(rèn)證的一般規(guī)范要求，國內(nèi)應(yīng)用型本科高校土木工程專業(yè)還面臨許多問題需要深入探索。
要積極開展Capstone課程體系的教育學(xué)理論研究，利用高等教育基本原理與高等教育歷史分析方法，論證Capstone課程體系在土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)中的必要性和重要意義，建立Capstone課程體系教育理論，指導(dǎo)Capstone課程體系的創(chuàng)新教育實踐。
