時間:2022-07-24 14:52:06
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論文摘要:在工程結構計算中,應該合理的利用計算機的驗算速度的快捷,但不能讓計算機替代結構工程師的對專業知識的鉆研、工程設計經驗的積累、工程設計思想的思考、工程結構計算過程的理解。
從20世紀八十年代開始,在水利、水電、建筑、公路等各種工程建設的勘察設計工程中,就開始引入了計算機替代人工進行計算的計算機應用技術的應用,但是現在很多剛離校就業的大學生們,完全依賴著計算機,以計算機的計算數據為準,進行工程設計,這對工程建設的安全是極大的威脅。對工程勘察設計工程師進行正確應用計算機技術進行工程勘察設計工作的教育和提醒,是當前應該注意的比較突出的一個問題。
1結構工程中計算機技術應用現狀
隨著計算機硬件技術、軟件技術的高速發展。各種計算機應用程序的開發形成了這一批結構工程師從走出校門,就在計算機上進行結構工程計算、設計。他們不再經歷老一代結構工程師們通過手工計算的過程。甚至迷信計算機,以為計算機是解決工程問題的源泉,簡單地信賴計算機。隨著大量的計算機軟件的開發,但又缺乏對計算機軟件的質量的保證,包括對軟件開發者和其技術支持的技術資質證明;軟件開發商的質量保證、質量控制過程的嚴格評價,軟件中所用技術的理論依據的嚴格評價;簡單和復雜例題測試結果的嚴格評價及其與其他獨立求解結果的比較;等等很多威脅到工程結構安全的問題,被計算機軟件應用的發展所掩蓋了。
在當今世界,計算機的濫用開始日益威脅著公眾的安全,計算機被抬高到了是知識、經驗、思維的替代品。人們越來越愿意相信計算機使他們能對工程作出正確的判斷,而很少有人在想,特別是年輕的結構工程們更很少去想,如果沒有計算機,結構設計工程中需要哪些必要的知識和經驗。大家都相信,解決工程問題的專業知識就是怎樣使用計算機以及計算機本身的專業知識。甚至把使用計算機的能力當成能勝任工作的能力。大量的結構工程師們相信,他們僅僅依靠計算機就可以“解決”工程問題。沒有人認識到高質量的工程只能是淵博的工程理論知識、豐富的工程實踐經驗、以及艱辛的腦力勞動、高質量的設計思想相結合的產物。
在工程結構設計計算中利用計算機自動化技術已有了很嚴重的負面影響,它使年輕的一代結構設計工程師們相信計算機的安全性、知識性和能力。他們變得如此依賴計算機,以至于喪失了不依賴計算機進行計算工作的能力。他們不懂得,計算機不可能記錄有關模型、分析和設計的一些技巧。在現實工程實踐經驗中,工程結構,特別是水利水電工程結構的模型是千差萬別的,計算機不可能識別上千萬種工程設計思想,除了具有快捷的計算速度以外,計算機程序只是一些離散的知識。而真正的工程知識是經驗、直覺、靈感、領悟力、創造力、想象力和“認知”的巨大綜合體,它超越了任何計算機程序和程序員對結構工程的“理解”。
現代工程具有復雜的理論依據、集體的設計思想,依靠計算機是不可能讓人們學習有意義的經驗的。越來越多的工程師們都期盼計算機軟件能將結構工程設計程序完全自動化。希望在解決工程問題時他們只需要區化類型和條件,讓程序自動生成必要的數學模型,完成復雜而重復的分析和設計過程。最后由制圖工具完成設計圖紙。這樣,結構工程唯一的責任就是明確所要解決的問題,然后評價最后的設計“成果”。而對于是否能可靠的檢測特征值,在進行分析時是否用了足夠的模型、狀態,或計算機建立數學模型的理論是否正確,是否符合工程實際的特征,分析結果對工程結構敏感部位是否敏感,計算結果是否在條件允許范圍之內,是否能根據實際的工程結構模型對某些邊界條件進行調整。這些在年輕一代的結構工程師們心中,都變得模糊不清。
很多軟件開發商,在對計算機知識的精通之外,畢竟不是結構工程師,專業技術知識肯定有著各種方面的欠缺。計算機是一種工具,不可能替代人的腦力勞動、人的知識、經驗的積累,計算機能處理大量的信息,但計算機程序是沒有多少工程實際工作經驗的程序員編制的,程序對工程建立的數學模型也不會很完善,在計算中,即使是錯誤的信息,計算機也不可能識別,同樣的都在計算機上顯示給專業技術工程師們。這就要求專業技術工程師們自己能通過專業技術知識的掌握,來控制設計計算中的偏差。
在軟件的實際應用方面,那些只有極少經驗、極少學識、年輕的結構工程師依靠計算機軟件來解決極度復雜的結構分析和設計問題。他們對結構力學基本原理和設計規范的背景知識了解很少。無法判斷程序算法所蘊含的假設和步驟,也無法判斷計算機運算結果的質量。寧愿相信計算機程序產生的任何結果都是正確的,無法懷疑計算機作出的所有結果,以及用獨立的例題校驗結果。
2在工程結構設計計算中正確合理的應用計算機技術
首先,在年輕一代的結構工程師中,應讓他們對工程設計的危險性、對公眾安全的威脅、對工程建筑設計的責任感有一定的認識,結構工程師應該知道,工程結構特性是由結構工程設計的質量決定的。真正的結構工程師,應該不用計算機就能工作,計算機應用技術本身并不是壞事,問題的核心是在結構工程計算中計算機的使用方法,不能濫用計算機。要強調工程實踐中知識、專業技術以及經驗的重要性,了解“為什么”這樣設計才是關鍵。專業的結構工程師應在參加工作的最初一段時間內,對結構工程設計計算進行手工求解,了解手工求解的原理、基本原則和提煉模型、識別計算結果中的錯誤,解決問題的其他方法,判斷計算結果的有效性。對計算機的計算結果應持批評態度,尊重工程實踐經驗,通過工程實踐學習工程設計,強調從那些資深的或有經驗的結構工程師那里學習結構工程設計。不依賴計算機解決工程問題,經常懷疑計算機,在沒有深入的誰以前不使用計算機的結果。在被工程師證實正確之前,假設計算機提供的結果是錯誤的。在用計算機求解之前,必須先知道答案。不崇拜計算機,而崇尚知識和經驗,提倡全面了解工程理論和實踐中的所有經驗。
六十年代,參加并擔任貴州省十一個工廠的廠房加固設計及駐現場代表。自始至終參加了二個國家重點工程的設計和施工全過程,每項工程歷時一年多。
四十多年中,主持了二個國家重點工程,四個省級重點工程和二十多個一般工程的土建結構設計,參加和審核了一百七十多項工程,五百多個子項工程的土建設計,絕大部分已建成。曾在總投資十億多元的中外合資工程中,任中外合作設計項目的土建設計技術負責人。參加了與丹麥、德國、美國、日本的合作設計和對伊朗的設計技術服務工作。
一九八二年后,在《建筑技術》、《特種結構》、《水泥-石灰》等雜志及《地基處理與樁基礎》國際學術會議均有專業,其中:《砌塊式筒倉結構》、《空間框架的受扭計算》等內容均為國內首創,已在工程中推廣使用;有的論文收入《中國建設科技文庫》。2007年主編《工程建設項目管理基礎教程》一書。
一九九年前擔任〈重慶建工學院〉、〈同濟大學〉、〈東南大學〉、〈河海大學〉學生的畢業設計指導工作。一九九年后受聘〈東南大學〉、〈河海大學〉研究生碩士、博士學位論文校外評閱人和答辯委員會委員,并為〈東南大學〉研究生講課。
關鍵詞:高層建筑;結構計算;結構選型
隨著高層建筑在我國的迅速發展,建筑高度的不斷增加,建筑類型與功能的愈來愈復雜,結構體系的更加多樣化,高層建筑結構設計也越來越成為結構工程師設計工作的主要重點和難點之所在。
1 高層建筑結構設計特點
1)水平荷載成為決定因素。一方面,因為樓房自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值,僅與樓房高度的一次方成正比;而水平荷載對結構產生的傾覆力矩,以及由此在豎向構件中引起的軸力,是與樓房高度的兩次方成正比;另一方面,對某一定高度樓房來說,豎向荷載大體上是定值,而作為水平荷載的風荷載和地震作用,其數值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度的變化。
2)軸向變形不容忽視。高層建筑中,豎向荷載數值很大,能夠在柱中引起較大的軸向變形,從而會對連續梁彎矩產生影響,造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小,跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大;還會對預制構件的下料長度產生影響,要求根據軸向變形計算值,對下料長度進行調整;另外對構件剪力和側移產生影響,與考慮構件豎向變形比較,會得出偏于不安全的結果。
3)側移成為控制指標。與較低樓房不同,結構側移已成為高層建筑結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加,水平荷載下結構的側移變形迅速增大,因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。
4)結構延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言,高層建筑結構更柔一些,在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力,避免倒塌,特別需要在構造上采取恰當的措施,來保證結構具有足夠的延性。
2 高層建筑的結構體系
1)框架-剪力墻體系。當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時,往往需要在建筑平面的適當位置設置較大的剪力墻來代替部分框架,便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時,框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協同工作的結構體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載,剪力墻主要承受水平剪力。框架-剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設置,增大了結構的側向剛度,使建筑物的水平位移減小,同時框架承受的水平剪力顯著降低且內力沿豎向的分布趨于均勻,所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于框架體。
2)剪力墻體系。當受力主體結構全部由平面剪力墻構件組成時,即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中,單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結構,其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度都比較高,有一定的延性,傳力直接均勻,整體性好,抗倒塌能力強,是一種良好的結構體系,能建高度大于框架或框架-剪力墻體系。
3)筒體體系。凡采用筒體為抗側力構件的結構體系統稱為筒體體系,包括單筒體、筒體-框架、筒中筒、多束筒等多種型式。筒體是一種空間受力構件,分實腹筒和空腹筒兩種類型。實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結構單體,空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構成的空間受力構件。筒體體系具有很大的剛度和強度,各構件受力比較合理,抗風、抗震能力很強,往往應用于大跨度、大空間或超高層。
3 高層建筑結構設計應注意的問題
3?1 結構選型
對于高層建筑結構而言,在工程設計的結構選型階段,應注意以下幾點:
1)結構的規則性問題。新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動,新規范在這方面增添了相當多的限制條件,例如:平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等,而且新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案?!币虼私Y構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意,以避免后期施工圖設計階段工作的被動。
2)結構的超高問題。在抗震規范與高規中,對結構的總高度都有嚴格的限制,尤其是新規范中針對以前的超高問題,除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外,增加了B級高度的建筑,因此必須對結構的該項控制因素嚴格注意,一旦結構為B級高度建筑或超過了B級高度,其設計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設計中,出現過由于結構類型的變更而忽略該問題,導致施工圖審查時未予通過,必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況,對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。
3)嵌固端的設置問題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設置在地下室頂板,也有可能設置在人防頂板等位置,因此在這個問題上,結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面,如:嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等等問題,而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。
4)短肢剪力墻的設置問題。在新規范中對墻肢截面厚度不大于300mm且高厚比為4~8的墻定義為短肢剪力墻,且根據實驗數據和實際經驗,對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制,因此在高層建筑設計中,結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻,以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。
3?2 地基與基礎設計
地基與基礎設計一直是結構工程師比較重視的方面,不僅僅由于該階段設計過程的好與壞將直接影響后期設計工作的進行,同時也是因為地基基礎也是整個工程造價的決定性因素,因此,在這一階段所出現的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。在地基基礎設計中要注意地方性規范的重要性問題。由于我國占地面積較廣,地質條件相當復雜,作為國家標準,僅僅一本《地基基礎設計規范》無法對全國各地的地基基礎都進行詳細的描述和規定,因此,作為建立在國家標準之下的地方標準。地方性的“地基基礎設計規范”能夠將各地方的地基基礎類型和設計處理方法等一些成熟的經驗描述和規定得更為詳細和準確,所以在進行地基基礎設計時,一定要對地方規范進行深入地學習,以避免對整個結構設計或后期設計工作造成較大的影響。
3?3 結構計算與分析
在結構計算與分析階段,如何準確,高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理,是決定工程設計質量好壞的關鍵。由于新規范的推出對結構整體計算和分析部分相當多的內容進行了調整和改進,因此,對這一階段比較常見的問題應該有一個清晰的認識。
1)結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有:SATWE、TAT、GSSAP等,但是由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異,因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同。所以在進行工程整體結構計算和分析時必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件,并從不同軟件相差較大的計算結果中,判斷哪個是合理的,哪個是可以作為參考的,哪個又是意義不大的,這將是結構工程師在設計工作中首要的工作。否則,如果選擇了不合適的計算軟件,不但會浪費大量的時間和精力,而且有可能使結構有不安全的隱患存在。
2)是否需要地震力放大,考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內容實際上在新老規范中都有提及,只是在新規范中根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數。
3)振型數目是否足夠。在新規范中增加一個振型參與系數的概念,并明確提出了該參數的限值。由于在舊規范設計中,并未提出振型參與系數的概念,或即使有該概念,該參數的限值也未必一定符合新規范的要求,因此在計算分析階段必須對計算結果中該參數的結果進行判斷,并決定是否要調整振型數目的取值。
4)多塔之間各地震周期的互相干擾,是否需要分開計算。一段時間以來,大底盤,多塔樓的高層建筑類型大量涌現,而在計算分析該類型高層建筑時,是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算,還是將結構人為地分開進行計算,是結構工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大,就有可能出現即使振型參與系數滿足要求,但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大,從而使結構出現不安全的隱患。
5)非結構構件的計算與設計。在高層建筑中,往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容,尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時,由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大,因此,必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。
4 結 語
總之,高層建筑結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程,任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全因素。以上也只是筆者在設計過程和設計管理過程中對高層建筑結構設計一些淺薄的認識。
參考文獻:
[1]JGJ 3-2002,高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社.
關鍵詞:結構設計土木工程施工技術
在設計單位十幾年從事結構設計工作,對工程設計可以講有一定的掌握;但一般講設計,往往只是著眼于施工圖,實際上對于一個具體的工程項目而言,施工圖僅僅是其中的一個環節。建設單位要達成對建筑的使用功能和質量水準的合理預期,設計人員的設計意圖要得到準確、無誤的實現,則設計與施工的密切配合非常關鍵。結構工程師通過自學或繼續教育培訓等途徑,對相關的土木工程施工技術進行學習,了解施工技術發展的國內外最新資訊,拓展對具體施工工藝的掌握;這些,無疑都是有助于設計人員提高設計水平和設計質量。這里就結合自己的工作實踐,淺談幾點看法。
(1)對于建筑的深基坑支護設計,就目前而言,一般并不包括在施工圖合同內容中。設計單位根據建筑總平面圖所標定的、相鄰既有建筑物或構筑物的分布情況,結合基坑側壁的土質和高度,在施工圖上提出有關支護的原則性意見和建議;具體的工作則由施工單位自行解決或另行委托專項支護設計。據了解,目前已經有專業的計算機應用程序在深基坑支護設計中得到應用,只是相當比例的設計院沒有配備;這其中固然有技術風險與經濟收益不相稱的實際因素。但這種現狀與當今深基坑支護技術的發展趨勢、以及城市施工現場條件嚴重背離,對設計人員消化吸收新的支護技術尤其不利,應當引起設計院管理層與設計人員的重視、并盡快加以改進。
(2)高層建筑普遍采用的鉆孔灌注樁基礎的設計,通常設計人員在施工圖上一般對施工機具的選用并未加以明確限定,任由建設單位選擇;而建設單位從節省造價的出發點考慮,最終選擇的工程樁成孔機具多是渦錐鉆,且實質上是以個體單機為單位的渦錐鉆。結果導致施工圖上標明的工藝指標難以做到嚴格控制,不可避免地出現較多數量問題樁,樁承載力也不能充分形成;至于工作面的整潔更是無從談起,爛泥污水充斥基坑,施工進度緩慢。
事實上,更加先進的施工工藝—旋挖—已經在本市投入應用;考察西高新技術開發區某些施工現場,由于采用了先進進口旋挖機具:首先,設備和施工工藝先進、人為不確定因素很少,使成孔質量得到了充分保證,樁孔的垂直度、孔底清渣程度等各項指標非常令人滿意。其次,對比于同樁徑、同樁長的渦錐成孔樁,單樁極限承載力一般要提高將近百分之四十至五十(靜壓檢驗數據),這足以抵消因機具費用較高而增加的單樁造價;折算成單位極限承載力造價,則兩者接近或持平。第三,對比某兩個基坑作業面面積相近的工地,兩臺旋挖機具日成樁數與最大密度排布的渦錐成樁數量相當(均為18根),而且前者提出的泥土即時可以裝車運出工地,綜合效率高于后者。第四,施工現場異常整潔,地面無泥,只有少量的清水可很容易地有組織排除。
基于以上的對比,本人認為,旋挖成樁工藝的先進性十分明顯;設計人員應該在施工圖上明確對先進施工機具的選擇。同時又因為旋挖成樁單樁成本較高,應注意提出較全面的對比數據,以說服建設單位接受。
(3)工程設計過程中,工程師的設計意圖和施工單位操作的可行性之間,應該注意是否存在沖突,并預先在施工圖中加以解決。具體的事例如:某工程基礎梁筏的兩個方向地梁設計高度相同,這在基礎的設計意圖上并無問題;但如此一來,施工時就必然有一個方向的的地梁縱向鋼筋要從其垂直方向的地梁縱向鋼筋之下穿過,當地梁寬度超出作為支座的柱邊長時,將出現不能同時保證雙方向地梁有效高度的情況;最后不得不將一個方向的地梁高度抬高5cm。工程設計中經常會遇到許多與此類似的問題,如果設計人員在施工圖階段即予以考慮,是很容易解決的;否則一旦工程開工,往往難以處理。
(4)目前有關鋼筋機械連接新技術,許多是國家相應規范、規程中未列出而各地區施工中都不同范圍采用的;鑒于缺乏國家正式頒布實施的規程對工藝操作進行約束,設計人員在設計中普遍不愿意采用。同時,這些新技術一般都有相當級別的檢測單位出具的正式檢驗報告,其在價格的競爭力和施工操作的簡捷快速方面,又對建設單位有著很強的吸引力。筆者認為設計人員遇到這種情況時,不應簡單地強硬堅持自己的設計,而應該嚴謹、全面地對建設單位擬采用的新技術進行評判,并考察該技術在類似工程中應用的效果。
關鍵詞:高層建筑;高層結構設計;抗震;常見問題;
一、高層建筑結構設計的意義及依據 1.1概念設計的意義 高層建筑能做到結構功能與外部條件一致,充分展現先進的設計,發揮結構的功能并取得與經濟性的協調,更好地解決構造處理,用概念設計來判斷計算設計的合理性。 1.2概念設計的依據 高層建筑結構總體系與各分體系的工作原理和力學性質,設計和構造處理原則,計算程序的力學模型和功能,吸取或不斷積累的實踐經驗。
二、高層建筑結構設計的幾個問題及設計方面的原則 2.1高層建筑結構受力性能 對于一個建筑物的最初的方案設計,建筑師考慮更多的是它的空間組成特點,而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的,由于建筑物是由一些大而重的構件所組成,因此結構必須能將它本身的重量傳至地面,結構的荷載總是向下作用于地面的,而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系,因此,在建筑設計的方案階段,就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。 2.2高層建筑結構設計中的扭轉問題 在水平荷載作用下,高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻,減輕結構的扭轉振動,應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。同時,在結構平面布置時,應盡可能使結構處于對稱狀態。
2.3 選用適當的計算簡圖:結構計算是在計算簡圖的基礎上進行的,計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故經常發生,所以選擇適當的計算簡圖是保證結構安全的重要條件。
關鍵詞:土木工程;實踐教學;模式
中圖分類號:G642.0?搖 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)41-0237-02
一、引言
實踐性教學是實現“應用型高等專門人才”培養目標的關鍵性教學環節,對于培養具有創新精神和實踐能力的高質量人才有著不可替代的重要作用。而土木工程專業性質為技術應用型學科,研究對象是實際工程簡化后的模型,理論體系是源自于實踐,反之又通過總結、提煉、創新來指導實踐。土木工程實踐性教學以“技能訓練—結構設計—工程設計”為主線,通過工程實踐來增加學生的工程實感,鞏固和拓展土木工程專業的基本理論和基本技能。而對于我國目前的高校土木工程專業教學來講,教學模式通常是根據不同的研究方向采用班級為單元的教學方法。學生的學習基本上是被動的學習模式,主要包括課前預習講課的內容,課上通過多媒體PPT學習和記錄學習要點,師生互動、答疑和課后普通作業以及大作業等幾個重要方面。對于土木工程專業的實踐性教學環節,各個高校間相差不大,主要包括:實驗室教學、針對實際工程而設計的課程設計、暑假的生產實習環節和大四的畢業設計等?;谖覈咝6嗄甑慕虒W效果和畢業生的反饋分析表明:50%以上的實踐性教學存在弊端或不足,主要體現在某些高校數年重復的課程設計,畢業設計(論文)中結合工程實際不夠,題目重復率高,過分依賴已出版的設計示例等,缺乏學生自己的獨立思考和主動性的設計。此外,實驗課課時少,實驗室僅在實驗課對學生開放,缺乏科研能力的培養和鍛煉;生產實習基本等同于觀摩,學生難以直接參與工地勞動和管理工作;認識實習基本是1~2天,也沒能達到令學生掌握從事專業工作所必須的基本常識。因此,如何開展高校土木工程專業實踐教學,如何確保實踐性教學的實施和質量,使該專業學生具備從事土木工程的項目規劃、設計、施工與管理的能力和基本的研究開發能力,一直是我們深思的一個重要問題。本文將從激勵機制的建立、項目教學法以及實踐教學與國家注冊工程師制度接軌等多個方面對高等學校土木工程專業實踐教學模式進行探討。
二、實踐教學實現模式
1.通過激勵機制培養教師的工程實踐能力和創新意識。畢業后即參加工作的高校青年教師,基本均具備較強理論知識,但卻缺乏一定的工程實踐能力和創新意識。而加強教師隊伍建設是人才培養的關鍵。只有教師具備實踐意識和創新能力,才能激發學生相應的思想和能力。目前的評價體系中過分機械地套用美國和歐洲的評價模式,主要考核教師發表的高水平學術論文和縱向科研項目,而對于縱向科研的完成情況缺乏全過程的監督機制和考核標準,更談不上全面的教師實踐能力的培養。因此,考核教師的工程實踐能力應該是全方位的。還要根據教師自己的發展目標和各層次學校學科建設的需要,鼓勵直接從校園出來的青年教師定期地去對口的設計院、施工單位或監理公司等單位進行一年以上的掛職訓練,通過參與企業單位的重大工程項目,發現自身的不足和培養獨立實踐能力和創新意識。良性激勵機制的建立,對于學科的發展和教師工程實踐能力與創新能力的提高具有重要的促進作用。對此,作者深有感會。作者曾在對口的設計院進行為期一年的掛職鍛煉,對土木工程的實踐設計有了全新的認識。對專業的課程體系、教學內容、教學方法與手段等也有了新的認識并進行了改進:將工程實踐與所承擔的理論教學相結合,教學內容面向實際,更多地采用工程實際案例分析。這樣可以打破傳統的純課堂講授模式,實現理論教學和實踐教學的有機統一,近年來在我校的高校土木工程專業教學中取得了非常好的效果。
2.切實加強學生工程實踐能力培養。工程實踐教學是教學的重要環節。為了培養學生的工程素質,作者總結如下途徑:①加強實驗課、討論課教學輔助地位。實驗課和討論課均宜以小組方式進行,根據設定的題目或者學生基于所學的內容自己選定題目,由學生自由分組,通過文獻查閱,多媒體制作、課堂演講、師生提問和共同討論等一系列過程,加強學生對課程的理解,尤其是重要概念和原理的掌握。此外,專題討論課可以提高學生的團隊合作精神、專業報告寫作與演示水平、語言表達能力和辯論能力等。而為了突顯此類課程重要性,可將所取得的成績納入綜合成績評分標準中。通過不同小組學生的學習,可使學生自身獲得在土木工程領域內綜合運用所學知識的能力,培養學生的創新意識。②密切結合工程實際真正做好課程設計和畢業設計。課程設計和畢業設計是檢驗土木工程專業學生對于理論基礎學習和綜合運用知識能力程度的重要指標,可結合教學和企業生產的需要,安排在工程實踐中由實習單位擬定,題目為真實的工程項目。學生的設計工作可直接為企業服務。而企業工程實例可提供最真實的數據、直觀的檢驗標準等。我國高校正在逐步吸取西方著名高校的經驗。近年來土木工程專業與企業在工程領域的合作進一步加強。甚至高校的部分教師直接來自企業單位。土木工程專業學生的實習由過去學校統一安排的模式正走向自己聯系、中外聯合培養、校企聯合培養的模式。甚至有學生直接參與企業單位的工程設計實踐。這將有利于企業選拔合適的人才對象,也有利于高校人才的培養。③工程實踐教學。土木工程的實踐教學必須落實到實處。學生進行工程實踐必須進入工地現場,虛心向工程師學習,以普通工人的身份參加土木工程的全過程。其目的是讓學生熟悉工地一般生產情況,了解生產的基本工藝過程和管理模式,培養學生的職業素養。實習結束后,學生要寫出實習報告,由實習單位給出鑒定,交學校實踐指導小組審查后方可通過。在中外培養和自己聯系實習單位的實踐環節中,尤其要注意學生全過程的考核和反饋。此外,在實踐性較強的課程中均安排綜合性大作業或設計,以增加學生工程應用能力和綜合能力的訓練,使其適應土木工程高度綜合性的特點。課外還可持之以恒地組織學生進行各種形式結構設計競賽活動。
3.項目與教學有機結合教學法。項目與教學的有機結合是師生通過共同實施一個完整的“項目”工作而進行的教學活動。項目教學主張師生的雙向互動,使傳統的被動教學通過項目自身的溶入,實現整個教學過程的主動性。這有利于調動學生的學習積極性,也對教師提出了較高的挑戰,有利于形成師生雙向主動的教學模式。項目實施之前教師首先需要確定能力目標、知識目標、素質目標。而項目實施過程中學生應充分發揮主觀能動性,大膽實踐,善于學習,勇于創新,深入研究項目要求,努力實現項目目標。項目與教學的有機結合,通過探索工程實例,可以使學生逐步建立工程結構意識,懂得如何運用所學的知識,實現以教師為“先導”,學生為“主體”的教學理念,充分發掘學生的創造潛能,在土木工程的專業素養培養過程中,形成實踐能力、動手能力、分析能力、應變能力、交流能力、合作能力和解決實際問題綜合能力的全過程培養體系。
4.土木工程實踐教學與國家注冊工程師制度接軌。注冊工程師制度是一種執業資格制度,最早是西方國家對某些關系人民生命財產安全的執業人員實行的一種準入控制,在英、美等發達國家已經實施了很多年。實踐證明,它有助于統一工程專業人員的水平,提高其專業綜合素質及能力。這里以注冊結構工程師考試為例。土木工程專業相關的注冊考試包括注冊結構師、注冊建造師及注冊巖土師等,注冊土木工程師的考試所涉及的知識面非常廣泛,不僅包括高等數學、計算機應用基礎、物理學等公共基礎課的內容,還包括建筑制圖、建筑力學、建筑材料等專業基礎課的內容,更有如房屋建筑學、施工技術與組織管理、土力學及地基基礎、鋼結構、土木工程概預算等專業課的內容。上述土木工程課程龐雜,其理論性和實踐性較強。通過引入國家注冊工程師制度,可以實現教學與實際工程應用相結合,學生學習也有了明確的方向和檢驗的標準。
三、結語
培養土木工程專業應用型人才就是要樹立學生實際工程觀念,培養學生的實踐能力和創新能力。而實踐性教學是教學科研與工程實際相結合的重要環節,同時又是教學過程中的薄弱環節。因此,本文從土木工程專業工程實踐教學出發,探討其實現模式,將學生應用能力和創新能力的培養貫穿在整個教學的各環節之中,促進教學改革向著滿足時代要求的方向發展,為社會培養出更多合格有用的土木工程人才。
參考文獻:
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(一)選題多元化與自主化
畢業設計選題可多元化,如建筑結構設計、基坑設計、施工組織與概預算及論文等類型。盡量選擇與學生將從事工作相關的題目,也可以讓學生自主選題,一方面使學生盡快熟悉工作性質和工作流程,另一方面增加設計的目的性,激發學生對畢業設計的熱情。需注意的是,畢業設計選題多元化、自主化不等于簡單的崗前培訓,應避免急功近利。應用型本科院校的畢業設計選題應具有一定的“全局觀”,不僅要讓學生知道做什么、如何做,也要掌握相關的結構基本概念。近幾年結構設計類課題選擇框架結構還是剪力墻結構一直存在較大的爭論,實踐證明,選做框架結構更能達到“授人以漁”的目的。
(二)選題團隊化與合作化
一項工程需要多專業分工合作或需要多方的比較優化,如一棟建筑的完成需要建筑、結構、暖通動力等專業人員的參與。采用團隊化課題,可讓相關專業學生都參與,模擬一個真實的工程環境,不但能激發學生的學習積極性,提高工程實踐能力,還能鍛煉學生組織溝通能力。針對此類選題,應注意制定科學靈活的考核方式。
(三)教研結合,相得益彰
應用型本科院校的大多數專業都需要教學和科研“雙肩挑”??蒲许椖恳话愣挤从沉吮緦W科的最新發展動態,有利于開闊學生視野,激發學生好奇心、創造性和工作熱情。在應用型本科院校中,教研結合將更好地為學生創造真實的實踐環境,有利于學生職業目標的設定和實現。同時,結合科研選題還可解決應用型本科院校研究生少、科研人力不足的問題,從而可以讓專業教師擁有更多的時間提高教學質量。學院近幾年針對結合科研項目的畢業設計進行了諸多有益的嘗試,反響熱烈。
二、優化教學內容,注重結構概念
對結構設計類題目,手算設計效率不高,且目前設計單位均采用PKPM、ETABS或盈建科等專業軟件進行設計出圖。同時,應用型本科院校學生大多面臨到工作單位實習而畢業設計時間不足等問題。鑒于此,筆者建議應用型本科院校畢業設計可在手算為主、電算驗證的傳統模式基礎上,適當提高電算比例,并注重結構概念的培養。如對框架結構畢業設計,其中單榀框架結構在豎向荷載和水平作用下的內力分析可直接借助SAP2000等軟件完成,相比“分層法”和“D值法”可節省不少時間,專業理論知識得到工程實訓的同時,工作效率顯著提高,可讓學生從紛繁復雜的計算中抽身出來,擁有更多的時間去鞏固和提升結構概念設計能力。近幾年的畢業設計教學實踐證明,該種方式起到了良好的教學效果。需注意的是,電算比例的提高應以不影響結構概念掌握為原則,且利用專業軟件進行輔助設計的前提是對其計算原理、過程及參數的理解,只有這樣才能對其結果進行可靠的評判。近幾年,在答辯過程中發現不少學生完全依賴PKPM等軟件電算完成畢業設計,而對相關參數意義和設置一知半解,遠未達到畢業設計的教學目的。
三、建立創新機制,提高教學質量
畢業設計創新機制的建立,符合“卓越計劃”創新教育相關精神,可從畢業設計指導模式、學生優化分組及實踐教學基地建設等多方面入手,提高教學質量。
(一)導師小組聯合指導模式
一個教師帶幾個學生的畢業設計指導模式,師生之間能充分交流,有利于培養學生的獨立思考能力和創新能力。但由于每位教師專業技能、指導方式的差別,難以保障畢業設計的整體質量。由青年教師與富有教學和工程實踐經驗的教師組成聯合指導小組,既保證了每位學生得到全方位、高水平的專業訓練,還可彌補部分教師工程經驗不足的問題,起到“傳幫帶”的作用。
(二)雙導師合作指導模式
聘請理論功底扎實、實踐經驗豐富的工程師與校內指導教師合作指導學生畢業設計,不僅可培養學生解決實際問題的能力,還可提高校內指導教師的實踐水平。目前,學院校企合作指導畢業設計比例占總數的近60%,畢業設計質量明顯改善。
(三)優化學生分組
通過網絡雙向選擇的選題管理形式,雖可滿足學生個性化的培養要求,但在師生溝通不充分的情況下,易出現優良學生相對集中情況,不利于整個院系畢業設計工作的開展。院系應根據每個學生的理論水平和動手能力,通過合理分組,保證在同一導師或同一組下存在多層次水平的學生,有助于畢業設計整體質量的提升。
(四)實踐教學基地
通過建立校外實踐教學基地,借助社會力量辦學,是開拓畢業設計實踐性教學和綜合素質與工程能力培養的有利途徑。通過“產學研”渠道,與熱心支持學校教學的設計、施工和企事業單位建立機制靈活、優勢互補的校外實踐教學基地,可有效地解決畢業設計選題和指導與工程實際脫節的問題,對提高和保證畢業設計質量大有裨益。目前,學院已與上海華東發展城建設計(集團)有限公司等多家單位建立了合作指導畢業設計實踐教學基地。
四、加強實踐訓練,提高教師素質
應用型本科院校的土木工程專業畢業生大部分就業于施工單位,工作在生產第一線,側重于解決工程中的實際問題,因此教師除應有較深的專業理論功底之外,還應具有豐富的工程經驗和工程閱歷。學院近幾年通過以下措施,進一步提升了指導教師的工程素質。
(1)加強“雙師型”教師隊伍建設,鼓勵專業教師積極參加建設部組織的執業資格考試。目前,土木工程系60%以上的教師具有注冊結構工程師、注冊巖土工程師、注冊建造師及注冊監理師等專業執業資質。
(2)鼓勵教師積極參與工程實踐,并把工程實踐的成果納入教師考核體系。目前,教師參加橫向項目的比例達到100%。
(3)鼓勵教師去企業掛職鍛煉,并納入教師職稱評定要求。土木工程系每年派出1~2名教師去大型設計單位掛職實踐,大大提高了教師的專業水平。
五、強化監控管理,科學靈活考核
畢業設計整個過程包括確定指導教師、選題、查閱和收集資料、開題、中期檢查、結題驗收、評閱答辯及歸檔等各個環節。自2011年學院通過畢業設計系統實行網絡統一管理,嚴格控制各階段的時間節點,并成立畢業設計指導委員會對各環節進行階段性檢查,實施嚴格質量控制,如每周師生需有1~2次的見面交流機會,且相關記錄需及時上傳畢業設計系統。從論文質量、平時表現、創新能力、答辯成績等多方面對畢業設計進行全面考核。根據不同類型選題及團隊課題,制定科學靈活的考核標準。若畢業設計中出現抄襲他人成果、編造數據等現象則從嚴處理。近幾年,學院聘請校外專家參與畢業設計的答辯工作,請專家從實際工程的角度檢驗畢業設計質量,畢業設計質量逐年提高。
六、提升安全理念,促進安全土木
近年來,土木工程領域安全事故頻發。上海應用技術學院城建學院針對建筑業安全技術人員缺乏的現狀,充分利用土木工程與安全工程交叉學科的優勢,以培養“能分析、會檢測、懂施工、知處置的從事土木工程領域中的安全技術人才”為專業特色。畢業設計作為土木工程專業教學計劃中最重要的一個實踐性教學環節,指導教師時刻結合畢業設計內容給學生灌輸“安全土木”理念,使其日后成為土木工程領域中合格的安全技術人才。
七、結語