發(fā)布時間：2023-09-17 15:03:02
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：應(yīng)用創(chuàng)新型人才；“混凝土結(jié)構(gòu)基本原理”；教學(xué)改革；課程建設(shè)
中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（a）-0000-00
Abstract： The course of concrete structure principle is an important professional course in the civil engineering major. After analyzing the course characteristics and current teaching situation， this paper surrounds the target of training applied innovative talents， conducts in-depth research and discussion for the existing problems from the aspects of optimize teaching contents， improving teaching methods， examination assessment methods and enhancing practice teaching. It can provide a reference for improving this course’s teaching quality and the actual effect.
Key words： Applied and innovative talent； Concrete structure principle； Teaching reform； Course construction
一、教學(xué)改革的背景與意義
當(dāng)前高等教育的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出多元化和多樣性，發(fā)展應(yīng)用型本科教育，培養(yǎng)多樣化人才已成為了共同的選擇和普遍趨勢。為此，我國專門提出了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”。太原理工大學(xué)作為一所理工科優(yōu)勢明顯的“211工程”重點建設(shè)大學(xué)，是教育部61所首批入選的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”、國家“大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃”的實施高校，在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才方面承擔(dān)著重要的責(zé)任。針對土木工程專業(yè)的本科生教育，在新形勢下如何培養(yǎng)素質(zhì)高、能力強、滿足企業(yè)所要求的高等技術(shù)應(yīng)用型人才，是土木工程專業(yè)課程教學(xué)改革所面臨的主要任務(wù)。
《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程是土木工程專業(yè)一門重要的必修專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容覆蓋了土木工程專業(yè)下屬的建筑工程、巖土工程、結(jié)構(gòu)工程、道路橋梁工程、工程管理等專業(yè)方向，在整個人才培養(yǎng)中發(fā)揮著承接專業(yè)知識啟迪實踐應(yīng)用的功能，其教學(xué)質(zhì)量直接影響教育質(zhì)量。其教學(xué)質(zhì)量對于培養(yǎng)土木工程應(yīng)用型高技術(shù)人才，特別是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程能力具有非常重要的作用[1，2，3]。但從太原理工大學(xué)及全國其他高校的教學(xué)現(xiàn)狀來看，學(xué)生普遍存在著理論脫離實際的傾向，實踐動手能力較差，缺乏運用所學(xué)知識分析、解決問題的能力。為了破解這一難題，急需根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》知識體系的認知規(guī)律，結(jié)合我校土木工程專業(yè)的特點，對其教學(xué)改革進行探索與研究。
二、課程的特點與教學(xué)現(xiàn)狀
《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程是土木工程專業(yè)的主導(dǎo)課程，以結(jié)構(gòu)力學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、土木工程材料等課程內(nèi)容為基礎(chǔ)，具有理論性、綜合性、實驗性和實踐性強的特點，其基本理論涵蓋了材料性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、構(gòu)件承載能力計算及裂縫、變形與耐久性的驗算，還涉及到了預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的基本知識。教學(xué)內(nèi)容跨度廣、難度大，存在著“七多”，即概念多、公式多、系數(shù)多、符號多、構(gòu)造規(guī)定多、教學(xué)環(huán)節(jié)多，且其文字內(nèi)容敘述多[4，5]。因此學(xué)生在學(xué)習(xí)時往往覺得很難，做題時難以入手。傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要是以教師為主體地位，采用課堂授課的方式，強調(diào)理論知識的傳授。面臨著以下幾方面的問題：
（1）教學(xué)觀念缺陷。由于采用以教師為中心，學(xué)生一味地被灌輸知識。這種以繼承為中心的教育，強調(diào)知識的記憶、模仿和重復(fù)練習(xí)，缺乏先進的教育理念，極大的壓抑和束縛了學(xué)生的創(chuàng)新意識。
（2）教學(xué)資源匱乏。該課程的內(nèi)容非常豐富，且涉及到很多的規(guī)范和工程實踐，難度比較大。在師資力量方面，目前大多數(shù)教師是博碩士畢業(yè)后直接進入高校任教，缺乏一定的工程實踐經(jīng)驗和鍛煉機會，動手實踐能力相對較弱，加之教學(xué)方式單一，直接影響到了該課程的授課效果。
（3）教學(xué)考核落后。由于考試方式主要采用閉卷形式，考核內(nèi)容大多圍繞課本知識，套用各種公式。而學(xué)生多以“應(yīng)試”為學(xué)習(xí)目的，只是在短時間內(nèi)集中強化式記憶，死記硬背來應(yīng)付考試。顯然，這種類型的考核方式達不到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程意識的教學(xué)目的。
因此，在明確該課程的特點和規(guī)律后，為了適應(yīng)新時期對土木工程卓越人才的培養(yǎng)目標要求，旨在提高學(xué)生綜合素質(zhì)為目的，迫切需要改革和完善該課程教學(xué)體系，根據(jù)知識的結(jié)構(gòu)體系和認知規(guī)律，既注重基本概念和基本理論的講授，又努力提高學(xué)生綜合運用知識與理論的能力，提高學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐動手能力。
三、教學(xué)改革的方法與手段
從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式這幾個基本方面著手，對該課程的教學(xué)模式進行教學(xué)研究和改革探討，以期建立科學(xué)合理的教學(xué)模式，貫穿“授之以漁”的思想，提高其教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平。具體描述如下：
（一）教學(xué)內(nèi)容改革
（1）理論部分：在教學(xué)過程中強化知識體系的完整、系統(tǒng)和科學(xué)性，教學(xué)內(nèi)容以混凝土結(jié)構(gòu)中的基本構(gòu)件（軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件、受扭構(gòu)件、偏心受力構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件）的截面設(shè)計為主線，每部分都劃分成“原理、設(shè)計、驗證”三部分，讓學(xué)生系統(tǒng)掌握它的受力破壞機理、計算基本假定、計算模型、計算公式以及構(gòu)造設(shè)計要求。通過這樣的講解模式使學(xué)生思路清晰，搭建起易于掌握的可塑性知識框架，構(gòu)建了應(yīng)用知識進行技術(shù)創(chuàng)新能力。
（2）試驗部分：改變傳統(tǒng)教學(xué)中陳舊的演示試驗?zāi)Ｊ剑唇處煂σ褲仓玫臉?gòu)件進行加載，通過破壞現(xiàn)象來分析其原因。采用讓學(xué)生直接動手參與，記錄現(xiàn)象并進行思考，培養(yǎng)他們研究性學(xué)習(xí)的能力。如梁的抗彎試驗，對于方案的設(shè)計、構(gòu)件的澆注、以及從加載到破壞的過程，學(xué)生來參與，最后驗證試驗結(jié)果和現(xiàn)象是否與預(yù)期相同。以激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和科學(xué)創(chuàng)造性思維方法，進一步認識和加深對課本知識的理解、綜合分析與解決問題的能力。
（二）教學(xué)方法改革
傳統(tǒng)的教學(xué)方法是老師給學(xué)生擺明現(xiàn)象、提出問題，然后老師來回答疑問。結(jié)合多年的教學(xué)實踐后，發(fā)現(xiàn)學(xué)生更愿意接受互動參與式的教學(xué)方式。因此，教師應(yīng)從學(xué)生對知識的認知程度上入手，全面調(diào)動其參與性，聯(lián)系相關(guān)的知識點，力爭達到實現(xiàn)融會貫通。具體如下：
（1）將工程案例穿插到教學(xué)過程中，如課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和工程現(xiàn)場錄像，都是很好的素材。把解決工程問題作為學(xué)習(xí)的動力，激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，明白所學(xué)理論知識與實踐的相互關(guān)系，在什么場合使用以及如何使用。此外，在教學(xué)時教師應(yīng)先提出學(xué)習(xí)的目標和任務(wù)，分析和總結(jié)知識內(nèi)容的特點，設(shè)置疑問、對重點和難點問題進行討論，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際和用知識解決實際問題的能力。避免學(xué)生在學(xué)習(xí)時漫無目的，耗費大量時間卻效果不佳。
（2）該部分教學(xué)內(nèi)容多且與現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程等聯(lián)系比較強，應(yīng)在分析該階段學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和各種教學(xué)方法的特點等后，確定有哪些適于多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)的板書。引入大量的圖片、動畫、工程現(xiàn)場錄像等到課堂中來，如清楚直觀地展示梁、柱、樓蓋等構(gòu)件的鋼筋形式、位置、數(shù)量、搭接方式，甚至還可以采用視頻跟蹤，讓學(xué)生了解并熟悉一棟建筑的整個施工過程。這樣學(xué)生會在學(xué)習(xí)時產(chǎn)生親切感和親臨感，有利于掌握基本概念，提高整體教學(xué)效果。此外，隨著工程建設(shè)的需求和發(fā)展其內(nèi)容和知識還在不斷地更新。教師要及時將學(xué)科的發(fā)展動態(tài)和自己的科研成果來不斷填充教學(xué)內(nèi)容，使所授課的知識緊跟學(xué)科發(fā)展前沿，開闊學(xué)生的視野。
（3）考核方式改革。采用多元化的考核方式來評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，減少其僅靠考試前快速突擊就可取得好成績的弊端，以更加真實合理的方式地來評價學(xué)生的學(xué)業(yè)水平。如綜合考量到平時作業(yè)、布置任務(wù)的完成情況、課程設(shè)計和筆試環(huán)節(jié)，真正激勵學(xué)生平時的認真學(xué)習(xí)熱情和積極性。
四、結(jié)論
通過作者自身的教學(xué)鉆研與經(jīng)驗探討體會，深刻認識到《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》是一門理論與實際密切相聯(lián)的學(xué)科，各知識點環(huán)環(huán)相扣，且涉及專業(yè)學(xué)科面的范圍非常廣。教師應(yīng)從本課程的認知規(guī)律和學(xué)生的求知特點來尋找突破口，以先進的教育理念和培養(yǎng)土木工程應(yīng)用型人才為方針，采取多樣化的教學(xué)方法和手段來緊貼實踐，縮小從理論到實踐的距離，找到學(xué)生易于接受的最佳方式，將基本技能、工程實踐能力和創(chuàng)新意識真正的融入到教學(xué)工作中去，達到既提升學(xué)生知識水平的同時，又拓展了其綜合能力。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：軌道工程；混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理；課程建設(shè)
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）33-0131-02
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》是軌道工程本科專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生以后從事軌道工程施工和設(shè)計應(yīng)該必須學(xué)習(xí)和掌握的基礎(chǔ)專業(yè)知識。所以，該專業(yè)學(xué)生的專業(yè)水平是由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》這一課程的教學(xué)質(zhì)量決定的。同時，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》這一課程具有很強的理論性和實踐性，因此在教學(xué)過程中，為滿足現(xiàn)代社會發(fā)展的需要，以及應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)，需要改革教學(xué)方法，合理安排教學(xué)環(huán)節(jié)和改善教學(xué)內(nèi)容，對課程進行剖析和定位，努力提高和培養(yǎng)學(xué)生在工程實踐方面的認知能力。
我國已經(jīng)建設(shè)、正在建設(shè)、正在規(guī)劃的軌道交通的城市已有30多個，規(guī)劃城市軌道交通網(wǎng)總里程5000多公里，2014年末運營總里程已達到2933公里。我國高鐵總里程達到10000多公里，約占世界高鐵運營里程的46%。隨著我國總理在出國訪問時一直向世界各國推銷我國制造的高鐵，說明我國高鐵逐漸走向世界。軌道交通學(xué)院畢業(yè)的學(xué)生有機會走出國門參與國外高鐵、軌道交通的建設(shè)，從而要求學(xué)生具備很強的專業(yè)基礎(chǔ)能力。因此，軌道工程方向的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程建設(shè)具有重要的意義。本文結(jié)合軌道工程專業(yè)方向的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程的建設(shè)實踐，就課程建設(shè)的教學(xué)內(nèi)容進行了探討。
一、課程建設(shè)教學(xué)內(nèi)容選擇與安排
目前國內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的教材多達幾十種，表1列出最近幾年各大出版社所出的有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的主要教材。
從表1所列的教材內(nèi)容大部分偏向《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62―2004）和《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010―2010），而由于我校軌道工程專業(yè)的學(xué)生主要是從事鐵路、軌道交通行業(yè)，因此在選取教材方面主要考慮鐵路、軌道方向。因此大部分教材不適合軌道工程方向的學(xué)生。而中國鐵道出版社出版的李喬主編的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》為普通高等教育“十五”規(guī)劃教材，教材質(zhì)量好，該類教材“強調(diào)理論、重視理論”，并且涉及到《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009―2001）、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62―2004）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010―2010）、《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB 10002.1―2005）和《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB 10002.3―2005），非常適合軌道工程專業(yè)學(xué)生。像軌道、鐵路交通等施工單位部門是我校這一層次學(xué)校軌道工程專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后大多分配到的地方，這類單位需要培養(yǎng)富有創(chuàng)造精神的應(yīng)用型人才，要求學(xué)生掌握能運用基本理論解決實際工程問題的能力，因此選擇該教材在某種程度上可以滿足軌道工程專業(yè)學(xué)生的人才培養(yǎng)需要。
然而，此教材將第4章“軸心受力構(gòu)件正截面承載力計算”放在第5章“受彎構(gòu)件正截面承載力計算”前面，與第8章“偏心受力構(gòu)件正截面承載力計算”脫節(jié)，同時第9章“鋼筋混凝土構(gòu)件的變形和裂縫驗算”講授的是受彎構(gòu)件的變形驗算和裂縫寬度計算，又與第5章“受彎構(gòu)件正截面承載力計算”脫節(jié)。因此，根據(jù)我校最新修訂的課程教學(xué)大綱以及軌道工程專業(yè)培養(yǎng)目標的要求，對教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化重組應(yīng)建立在課程組內(nèi)多方探討該課程的教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，并對課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標形成基本一致的認識。如把教材的第9章“鋼筋混凝土構(gòu)件的變形和裂縫驗算”放在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面計算、斜截面承載力計算后面，然后把軸心受力構(gòu)件放在偏心受力構(gòu)件承載力計算前面，這樣系統(tǒng)的把鋼筋混凝土受彎構(gòu)件計算的相關(guān)內(nèi)容串聯(lián)起來。
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程具有較強的實踐性和理論性，并且在教學(xué)內(nèi)容上文字敘述太多，構(gòu)造規(guī)定多、構(gòu)件受力模式多，計算公式多，規(guī)范多。尤其是各種規(guī)范規(guī)定的符號、計算方法不同，因此學(xué)生總是覺得做題無從入手，在學(xué)習(xí)時常常覺得困難重重。所以需要經(jīng)過精心選編，參考《結(jié)構(gòu)設(shè)計原理計算示例》編寫了課程教學(xué)的模擬試題集和習(xí)題集，內(nèi)容不僅涵蓋了全部教學(xué)內(nèi)容，并包括可能遇到的所有題型以及一級結(jié)構(gòu)師職業(yè)資格考試試題，而且給出標準的參考答案以及詳細解題步驟，為鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容起到了非常好的作用。
二、課程建設(shè)教學(xué)方法
（一）課堂形式
為提高教學(xué)質(zhì)量，我們提倡以板書為輔，以多媒體教學(xué)為主的教學(xué)手段。但是根據(jù)課上實踐來看，學(xué)生對于公式推導(dǎo)、理論剖析的理解不深，導(dǎo)致采用多媒體課件的效果不理想。因此對于章節(jié)重點內(nèi)容的介紹，可以插入視頻錄像的內(nèi)容使學(xué)生記住知識點。如講解鋼筋混凝土受彎構(gòu)件破壞模式時，可以放鋼筋混凝土梁靜力加載試驗的錄像，便于學(xué)生了解鋼筋混凝土受彎構(gòu)件適筋梁從開始加載至破壞經(jīng)歷了哪幾個應(yīng)力階段，各個應(yīng)力階段的主要特征以及這幾個應(yīng)力階段計算依據(jù)等。
（二）課堂內(nèi)容
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程，作為一門實踐性較強的學(xué)科，理論聯(lián)系實際是一個非常突出的客觀事實。因此，可以在課下帶領(lǐng)學(xué)生到建筑工地實地參觀，并利用現(xiàn)場講解鋼筋的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等施工知識，有機結(jié)合理論與實踐。如：近幾年來我校新校區(qū)施工項目較多，結(jié)合軌道工程實習(xí)基地、體育館等相繼開工的方便條件，帶領(lǐng)學(xué)生現(xiàn)場參觀梁的支模，鋼筋的錨固、搭接、延伸、彎起，澆筑混凝土等施工過程，以及預(yù)應(yīng)力張拉工藝及過程，了解預(yù)應(yīng)力筋的種類、錨具等，可以極大的豐富了課堂內(nèi)容，使理論知識在實際工程中得以化解、消化。
（三）理論教學(xué)與期末課程設(shè)計相結(jié)合
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》這門課程在學(xué)期末安排了兩周的課程設(shè)計，內(nèi)容是預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁設(shè)計。在理論教學(xué)時就將課程設(shè)計題目布置給學(xué)生，重點講解預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計基本步驟，使得學(xué)生帶著任務(wù)學(xué)習(xí)，思考預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失等問題。而在期末課程設(shè)計時，對于同學(xué)們沒有理解的理論問題，也會再次采用講課的形式集中講解。通過實踐，讓學(xué)生進一步鞏固所學(xué)的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的能力，為今后從事軌道工程設(shè)計打下牢固的基礎(chǔ)。
三、結(jié)束語
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》是一門涉及到結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑材料、施工等多方面的內(nèi)容，并且是理論、課程設(shè)計和實踐相結(jié)合，同時又起著承前啟后的作用，是多門專業(yè)課程的前期課程。
針對軌道工程專業(yè)的特點，首先在課堂上采取視頻錄像、動畫等教學(xué)手段吸引學(xué)生的興趣。其次，在實踐環(huán)節(jié)方面帶領(lǐng)學(xué)生參觀施工工地，使學(xué)生深刻理解抽象的書本理論知識。最后將理論教學(xué)和課程設(shè)計相結(jié)合，使學(xué)生鞏固所學(xué)的知識，為后續(xù)課程（橋梁工程）的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和將來工作及進一步研究打下基礎(chǔ)。
參考文獻：
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[關(guān)鍵詞] 少數(shù)民族；混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理；教學(xué)方法
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 13. 127
[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2016）13- 0228- 03
新疆自古以來一直是一個少數(shù)民族聚居的地區(qū)，據(jù)第六次全疆人口普查數(shù)據(jù)顯示，少數(shù)民族人口占全區(qū)總?cè)丝诘?9.9%。對于民族地區(qū)來說科技發(fā)展的關(guān)鍵之一是民族科技隊伍的壯大，隨著國家絲綢之路經(jīng)濟帶的蓬勃建設(shè)，土木工程建設(shè)的不斷升溫，作為經(jīng)濟帶核心區(qū)的新疆，急需大量土木工程行業(yè)高素質(zhì)少數(shù)民族技術(shù)人員。
混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程是土木工程專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它是學(xué)習(xí)專業(yè)課的基礎(chǔ)，本門課程掌握程度的好壞直接影響到后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)的效果，并對畢業(yè)設(shè)計任務(wù)的完成起著至關(guān)重要的作用。
1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程的特點
混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理作為土木工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門非常重要但又較難掌握的課程，對于土木工程專業(yè)的學(xué)生來說只有在掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計計算的基本理論和構(gòu)造知識的基礎(chǔ)上才能順利地學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程和從事鋼筋混凝土建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)的工作。該課程涉及理論知識廣泛，概念、計算公式繁雜，多為工程實踐經(jīng)驗總結(jié)的內(nèi)容，具有很強的實踐性。
1.1 涉及理論知識廣泛
本課程涉及的內(nèi)容非常廣泛，在掌握高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等相關(guān)數(shù)學(xué)及力學(xué)知識的基礎(chǔ)上才能更好地理解本課程的基本思路及解題方法。
但本課程與數(shù)學(xué)、力學(xué)又不盡相同：從研究對象看，與經(jīng)典力學(xué)中經(jīng)高度理想化的研究對象不同，不能用純數(shù)學(xué)、純力學(xué)的觀點去分析，沒有統(tǒng)一的力學(xué)體系；從研究方法來看，理論推導(dǎo)及基本假定較多，與經(jīng)典力學(xué)相比，精度較差；從課程內(nèi)容來看，內(nèi)容多而雜，缺乏系統(tǒng)性，且與工程實踐緊密聯(lián)系，強調(diào)實用性和技術(shù)性。
1.2 概念及計算公式繁雜
本課程基本概念多、公式多，大多是在數(shù)學(xué)及力學(xué)理論基礎(chǔ)上做一定的基本假定后推導(dǎo)得出的，公式中的符號多且形似，但意義不同，極易混淆。需在理解基本假定的前提下進行理論推導(dǎo)，對學(xué)生的基礎(chǔ)知識要求較高。
1.3 與工程結(jié)合緊密
本課程是一門理論與實際工程緊密聯(lián)系的課程。學(xué)習(xí)該課程的目的是掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計計算的基本理論和構(gòu)造知識，為從事鋼筋混凝土建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計打下牢固的基礎(chǔ)。因此，學(xué)習(xí)本課程必須緊密結(jié)合工程實際應(yīng)用及相關(guān)規(guī)范，才能在以后的工作中更好地應(yīng)用本課程相關(guān)理論。
2 少數(shù)民族學(xué)生的特點
少數(shù)民族學(xué)生大多來自偏遠的少數(shù)民族鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這些地區(qū)教育資源落后，學(xué)生的漢語水平較差、基礎(chǔ)知識較薄弱、生活環(huán)境較單一、接觸工程實例較少。
2.1 漢語言水平較差
部分來自經(jīng)濟發(fā)展落后地區(qū)的少數(shù)民族學(xué)生在學(xué)習(xí)及日常生活中使用自己的母語，漢語基礎(chǔ)十分薄弱。為加強少數(shù)民族學(xué)生漢語聽、說、讀、寫等能力，進入大學(xué)后需學(xué)習(xí)一年漢語?？杉词菇?jīng)過一年預(yù)科，少數(shù)民族學(xué)生對漢語文字理解的深度及對漢語的駕馭能力仍很有限，部分少數(shù)民族學(xué)生未能達到接受大學(xué)專業(yè)教育的一般水平。但在課堂教學(xué)所使用的教材及授課語言均為漢語，從而造成少數(shù)民族學(xué)生的理解存在較大障礙。
2.2 理論基礎(chǔ)薄弱
新疆地域廣闊，經(jīng)濟發(fā)展不平衡，很多偏遠地區(qū)教育資源匱乏，許多民族學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱、知識斷層明顯，這給少數(shù)民族學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識埋下了很大的隱患。這樣的少數(shù)民族學(xué)生進入大學(xué)學(xué)習(xí)后，要與漢族學(xué)生在相同的時間內(nèi)達到規(guī)定的課程學(xué)習(xí)內(nèi)容要求，對少數(shù)民族學(xué)生來說壓力大，對老師來說教學(xué)任務(wù)重，對本課程的教學(xué)帶來了很大的困難。
2.3 工程的感性認識匱乏
大多數(shù)少數(shù)民族學(xué)生來自農(nóng)村和牧區(qū)，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的基本構(gòu)件（柱、梁、板）從未見過，缺乏感性認識，理論與實際脫節(jié)，將所學(xué)知識應(yīng)用到解決實際問題的能力較差。而土木工程專業(yè)最注重培養(yǎng)的就是靈活運用所學(xué)知識并將其應(yīng)用于解決實際工程問題的能力。這一問題是少數(shù)民族學(xué)生學(xué)習(xí)效率低下的重要因素。
3 少數(shù)民族學(xué)生學(xué)習(xí)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程教學(xué)方法的探討
3.1 增強漢語水平
少數(shù)民族學(xué)生學(xué)習(xí)效率低下、概念模糊、不能靈活應(yīng)用理論知識解決實際工程問題最根本的原因就是漢語水平低，理解困難。
經(jīng)過一年的預(yù)科學(xué)習(xí)，許多少數(shù)民族學(xué)生雖掌握了漢語基礎(chǔ)知識，但對土木工程專業(yè)所要求的漢語理解水平還有一定的差距，因此造成少數(shù)民族學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)時理解和自學(xué)上的困難。因此，在專業(yè)課前增加少數(shù)民族學(xué)生專業(yè)漢語的學(xué)習(xí)是非常有必要的，尤其要重視少數(shù)民族學(xué)生對專業(yè)詞匯的理解與表達。
鼓勵少數(shù)民族學(xué)生和漢族學(xué)生交流，建立起學(xué)習(xí)漢語的良好的環(huán)境，從而激發(fā)少數(shù)民族學(xué)生對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)興趣，促進對專業(yè)知識的理解和掌握。
3.2 注重理解
少數(shù)民族學(xué)生理論基礎(chǔ)較薄弱又缺乏感性認識，從而對理論知識的應(yīng)用能力較差，不能做到舉一反三，學(xué)以致用。因此，在教學(xué)過程中要針對少數(shù)民族學(xué)生，運用形象生動的教學(xué)方法幫助少數(shù)民族學(xué)生去理解所學(xué)知識。
將教學(xué)內(nèi)容通俗化，從而使少數(shù)民族學(xué)生更容易接受課堂內(nèi)容，加強學(xué)生對專業(yè)知識的理解。教師應(yīng)立足民族學(xué)生實際、關(guān)注民族學(xué)生特點，考慮到他們的實際漢語水平和理解能力。在專業(yè)知識內(nèi)容的語言表達中不能簡單直截了當(dāng)?shù)匾敫拍?、定義、公式，應(yīng)當(dāng)清晰、正確、生動地把書面語轉(zhuǎn)變成口頭語，以通俗易懂的方式表達出來。
教學(xué)方法多樣化，引入多媒體、教學(xué)模型等輔助方法增進學(xué)生的理解。適當(dāng)?shù)匾胍恍┍匾妮o助教學(xué)方法和手段，把晦澀難懂的知識通過比較直觀的方式展示出來，引導(dǎo)少數(shù)民族學(xué)生自我概括、理解，增強感性認識，提高學(xué)習(xí)興趣。
培養(yǎng)少數(shù)民族學(xué)生的自學(xué)能力。自學(xué)能力的培養(yǎng)比僅僅傳授課本知識更為重要和緊迫。學(xué)習(xí)對知識的分析是培養(yǎng)少數(shù)民族學(xué)生創(chuàng)造性思維的首要環(huán)節(jié)，對少數(shù)民族學(xué)生講授書本知識不僅應(yīng)以淺顯易懂的語言將知識告訴他們，更重要的是教會少數(shù)民族學(xué)生理解、掌握思路和方法。通過分析引導(dǎo)少數(shù)民族學(xué)生自己總結(jié)得出結(jié)論，特別要注意的是教結(jié)論而不是給結(jié)論。
3.3 注重理論與實際相結(jié)合
由于生活環(huán)境的限制，許多少數(shù)民族學(xué)生對土木工程中各基本的結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有感性認識，但混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理這門課程的實際應(yīng)用性強，理論知識抽象，從而使他們在學(xué)習(xí)理論知識的同時不能將其與實際工程聯(lián)系起來，讓教學(xué)效果大打折扣。因此將實驗與實習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)貫穿到理論課的教授過程中十分有必要。
實驗課的教學(xué)環(huán)節(jié)可以很好地促進少數(shù)民族學(xué)生基本操作技能和實踐動手能力，使少數(shù)民族學(xué)生有較多的動手機會。通過實驗可以幫助他們理解、印證課堂教學(xué)講授的理論知識，從而彌補由于語言障礙造成的理論學(xué)習(xí)困難的缺陷。
有條件的情況下在課堂講授期間帶領(lǐng)學(xué)生參觀工地進行認識實習(xí)，有助于學(xué)生對所學(xué)的構(gòu)件及功能有感觀上的了解，便于理論學(xué)習(xí)的具體開展。通過認識實習(xí)讓學(xué)生切身感受到自己所學(xué)鋼筋混凝土知識與實際工程之間的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生探求知識的愿景，從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。
4 結(jié) 語
在新疆少數(shù)民族土木工程專業(yè)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程教學(xué)實踐中，一定要客觀認識新疆少數(shù)民族學(xué)生與漢族學(xué)生之間的差異，根據(jù)少數(shù)民族學(xué)生的特點，豐富教學(xué)手段，重視學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，才能滿足新疆高速發(fā)展對少數(shù)民族技術(shù)人才的要求。
主要參考文獻
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【關(guān)鍵詞】 建筑結(jié)構(gòu)；安全度
一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度把控對于工程本身的重大意義
在的工程建設(shè)中，結(jié)構(gòu)的安全度是衡量建筑結(jié)構(gòu)有效性的重要基點，而以此發(fā)散的建筑功能性、美感度、創(chuàng)造力及藝術(shù)感也都是基于建筑結(jié)構(gòu)安全這一基本前提。同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度更體現(xiàn)在建筑應(yīng)對突發(fā)的特殊情況的穩(wěn)定性思考，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度對于現(xiàn)代建筑有著十分巨大的意義，離開結(jié)構(gòu)安全，建筑設(shè)計將無從談起。
另一方面，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度把控并非一味的高標準堆砌，而是在基于項目本身具體情況及周邊地質(zhì)、地理環(huán)境考慮下而得出的綜合性思考成果。結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理是建立在對項目本身的深入了解及對各種結(jié)構(gòu)體系優(yōu)劣及適應(yīng)性的充分挖掘基礎(chǔ)上得出的最佳方案，符合各項技術(shù)指標、不浪費、不缺失是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在安全性指標上的基本出發(fā)點。
二、影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度的主要因素
總的來說，建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度是指在設(shè)計師設(shè)計下，通過規(guī)范化的設(shè)計，合理的施工處理使建筑在一定的環(huán)境下具有預(yù)防破壞及應(yīng)對突發(fā)事件的一個安全系數(shù)指標。建筑的安全性主要取決于設(shè)計水平與施工水準，而其中，處于設(shè)計規(guī)劃階段的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案具有更大的可控性，因此在工程安全的綜合考慮上，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全就顯的尤為重要。一般而言，建筑設(shè)計的結(jié)構(gòu)安全度主要是由構(gòu)建重要性所決定的，若建筑物重要層級相同，結(jié)構(gòu)的安全富余則主要體現(xiàn)在構(gòu)架的平面布置及豎向受力方面。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計上，平面規(guī)則和豎向受力構(gòu)建規(guī)則的建筑工程將會擁有更加合理的受力結(jié)構(gòu)，工程的安全系數(shù)也會更高。若建筑物體現(xiàn)在同等的設(shè)計要求之下，合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計則會表現(xiàn)出更好的經(jīng)濟性。因此，在工程的前期準備階段，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計就顯得尤為重要，設(shè)計人員必須在充分了解結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范及工程特性的前提下做設(shè)計的創(chuàng)意發(fā)揮，而并非一味的求新求異，脫離了建筑結(jié)構(gòu)合理性的工程設(shè)計無疑于舍本逐末。
1.建筑結(jié)構(gòu)型式的選取
就全球范圍內(nèi)來看，鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為目前最為常用的兩種結(jié)構(gòu)方式。單從結(jié)構(gòu)安全性角度考慮，鋼結(jié)構(gòu)相較于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有著更為明顯的優(yōu)勢。例如，鋼結(jié)構(gòu)有著更高的強度且自重更輕，抗震性能更好。但同樣的，鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能較差，對于高層建筑的防火性能難以達到最為理想的要求。因此，相對而言，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用則更為普遍，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為建材性能而言無明顯缺陷，而隨著施工技術(shù)的進步，混凝土材料性能的提升，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的性價比優(yōu)勢更為明顯。
2.建筑結(jié)構(gòu)體系的選取
就目前而言，全球范圍內(nèi)比較常見的建筑結(jié)構(gòu)體系包括：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架―剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。四大結(jié)構(gòu)體型均有各自的優(yōu)勢及局限性，因此，在綜合考慮建筑功能性及當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、地理環(huán)境基礎(chǔ)上的建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇就有著十分巨大的現(xiàn)實意義
2.1框架結(jié)構(gòu)
框架結(jié)構(gòu)是目前較為常見的計算理論成熟度也相對較高的一種結(jié)構(gòu)體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)適用于樓層相對較低的一般性建筑，例如：辦公、住宅、商店、醫(yī)療、學(xué)校及多層工業(yè)廠房、倉庫等。對于框架結(jié)構(gòu)本身而言，其建筑平面布置靈活，建筑立面易于操作施工，該體系結(jié)構(gòu)使得房屋整體自重較輕，造價相對較低，有著不錯的性價比優(yōu)勢。但同樣，框架結(jié)構(gòu)本身的局限性也十分明顯，例如：框架結(jié)構(gòu)體系柔性較大，抗側(cè)力能力較差，從而直接導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)體系對于風(fēng)荷載作用及地震荷載作用的承載力不足的缺陷。因此，框架結(jié)構(gòu)的適用范圍有限，理論上而言，框架結(jié)構(gòu)體系的合理層數(shù)應(yīng)該控制在6到15層之間。
2.2剪力墻結(jié)構(gòu)體系
剪力墻結(jié)構(gòu)體系能很好的解決房屋剛度及抗剪度不足的問題。通常，在高層建筑的施工中，人們在建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)置鋼筋混凝土墻體并通過多軸線或橫向交叉布置的形式形成剛度較大的墻體，從而使得空間整體性能大大提升并保證了房屋的抗震性。此外，剪力墻結(jié)構(gòu)體系還具有易于分割的特點，因此該結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)住宅及旅館的應(yīng)用中較為普遍。
2.3框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系
框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系被更多的用于現(xiàn)代高層建筑中的行政辦公大樓及高檔酒店、旅館等。由于綜合了框架結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系在現(xiàn)實運用中表現(xiàn)出更好的鋼度及抗震能力，同時，也有著布局靈活使用方便等特點。
2.4筒體結(jié)構(gòu)體系
筒體結(jié)構(gòu)體系是現(xiàn)代建筑設(shè)計飛速發(fā)展下的產(chǎn)物。隨著現(xiàn)代建筑對于建筑層數(shù)，建筑高度的需求越來越高，高層建筑對建筑結(jié)構(gòu)體系提出了更多更復(fù)雜的要求，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)體系中，無論是框架結(jié)構(gòu)還是剪力墻結(jié)構(gòu)均以平面工作狀態(tài)構(gòu)筑建筑設(shè)計，其梁體剛度，抗震系數(shù)難以達到要求。而筒體結(jié)構(gòu)體系則很好地解決了這方面的需求。筒體結(jié)構(gòu)體系的基本原理為：由剪力墻構(gòu)成空間薄壁筒體成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，從而增強梁的剛度，并能形成空間整體受力的框筒，筒體結(jié)構(gòu)體系通常由一個或多個筒體組成。
對于建筑結(jié)構(gòu)體系的選取并非簡單的對號入座，在處理建筑個性及復(fù)雜的環(huán)境因素面前，前期的綜合調(diào)研和理性分析就更為重要。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該在不違背建筑理論基本原理的前提下，靈活運用、合理創(chuàng)新，不應(yīng)過分拘泥于以往的經(jīng)驗、規(guī)則，要懂得與時俱進、具體問題具體分析。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全是整個工程建設(shè)環(huán)節(jié)最為重要的一環(huán)，因此必須格外重視。
3.建筑體型及立面的規(guī)則化設(shè)計
現(xiàn)代社會，建筑業(yè)發(fā)展日新月異，建筑本身在滿足其基本功能性的同時更被賦予了越來越多的含義。因此，在建筑設(shè)計上，設(shè)計者的個性思想及創(chuàng)造力被越來越多的表現(xiàn)出來，這也是建筑業(yè)蓬勃發(fā)展的良性表現(xiàn)。與此同時，建筑體型及立面的創(chuàng)新也使得建筑在具體的施工過程中呈現(xiàn)出更大的操作難度更復(fù)雜的受力結(jié)構(gòu)，這無疑會對建筑整體的安全提出新的考驗。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計上，設(shè)計者應(yīng)在保障建筑安全性這一大的前提下合理創(chuàng)新，盡量避免不規(guī)則化立面設(shè)計，從根本上保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體安全。
總而言之，建筑機構(gòu)設(shè)計的安全性把控是一個多方面綜合考慮的過程。一方面他是工程可行性的基本保障，是工程順利實施的前提，另一方面，他又將對工程建設(shè)的各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生深遠的影響。例如，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計會對工程具體實施過程中的建材、工藝等提出具體的要求，從而對工程造價產(chǎn)生根本上的影響。在工程建設(shè)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性不言而喻。因此，現(xiàn)代建筑工程對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求，設(shè)計人員必須對于工程整體的各個環(huán)節(jié)做充分的思考，并以高度的責(zé)任心及使命感將對建筑安全性的把控落實到工程建設(shè)的每一個具體環(huán)節(jié)中。
參考文獻
[1] 胡松.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度的探討[j].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）.2010（09）
關(guān)鍵詞： 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋；等效荷載
中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）06-0079-01
0 引言
我國相關(guān)規(guī)范及論著對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法存在很多需要完善的問題，這影響了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的推廣和應(yīng)用。本文結(jié)合工程實踐，參考國際上先進的設(shè)計理念和方法，對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力等效荷載的應(yīng)用進行了有益的探索。
1 定義等效荷載
等效荷載的作用與預(yù)應(yīng)力鋼筋對結(jié)構(gòu)作用完全一致。它的作用原理是將混凝土結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力筋與結(jié)構(gòu)分離，用等效荷載代替預(yù)應(yīng)力筋的作用。由于構(gòu)件上所受的力必須取得平衡，作用在預(yù)應(yīng)力筋上的力就直接作用于混凝土結(jié)構(gòu)上，這個反向的作用力就是預(yù)應(yīng)力筋的等效荷載，將預(yù)應(yīng)力筋與結(jié)構(gòu)分離的方法稱為脫離體法。由于預(yù)應(yīng)力筋線形不同時，在構(gòu)件上會產(chǎn)生水平、垂直等集中或分布荷載，下面通過不同形式預(yù)應(yīng)力筋的單跨構(gòu)件來說明等效荷載的計算方法。有效預(yù)加作用取常數(shù)E。
1.1 普通配筋 普通配置的預(yù)應(yīng)力筋一般為直線型。首先從構(gòu)件中脫離預(yù)應(yīng)力筋，分析預(yù)應(yīng)力筋的受力情況，再依據(jù)平衡原理將作用在預(yù)應(yīng)力筋上的力，直接反作用于構(gòu)件上，就得到了該預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)件的等效荷載，這個構(gòu)件的等效荷載是作用在構(gòu)件端部的一對集中力E。
1.2 彎起配筋 將構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力筋彎起一定的角度，即形成彎起配筋，也稱折線型配筋。對于這種預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，由平衡力原理， 在預(yù)應(yīng)力筋的轉(zhuǎn)折處加一集中力。該集中力可分解為水平和垂直方向的兩個分力。將這兩個作用力反向施加在構(gòu)件上，就得到彎起預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)件的等效荷載。
通過上面的分析可以得到該類構(gòu)件的等效荷載。在錨固點處作用一集中力E，其方向與預(yù)應(yīng)力彎起筋方向一致；在折點處也作用一集中力，即等效荷載，它與在該折點處與預(yù)應(yīng)力筋水平、垂直方向的有效預(yù)壓力平衡。該等效荷載在兩個方向分別為E（1-cosα）和Esinα（α是等效集中力與垂直方向的夾角）。
1.3 彎曲配筋 構(gòu)件中配置的彎曲預(yù)應(yīng)力筋一般采用圓弧型或拋物線型。進行受力分析時，將預(yù)應(yīng)力筋從構(gòu)件中脫離出來，選擇彎曲預(yù)應(yīng)力筋的任意截面處的微段，分析平衡力，得到任意截面處作用在預(yù)應(yīng)力筋上的線荷載e=E/r。式中:r為曲率半徑，即預(yù)應(yīng)力數(shù)學(xué)表達式二階導(dǎo)數(shù)的倒數(shù)。對于圓弧型預(yù)應(yīng)力筋和二次拋物線型預(yù)應(yīng)力筋，曲率半徑是常數(shù)，故e為常數(shù)，e又稱為荷載集度。將預(yù)應(yīng)力筋所受的作用力直接反向作用于構(gòu)件上得到該構(gòu)件的等效荷載。通過分析可知，彎曲預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)件的等效荷載為：錨固點處作用一集中力E與預(yù)應(yīng)力筋方向一致。在預(yù)應(yīng)力筋的彎曲段作用有與其伸展方向垂直的分布荷載，分布荷載的荷載集度是有效預(yù)拉力E除以計算點處的預(yù)應(yīng)力筋的曲率半徑r。圓弧型和二次拋物型的預(yù)應(yīng)力筋的等效均布荷載為常量e=E/r。
2 等效荷載的性質(zhì)
①對于預(yù)加力大小確定的某一形式的預(yù)應(yīng)力筋，其等效荷載的作用相同。②一個自平衡力系。由于預(yù)應(yīng)力作用不產(chǎn)生外部荷載，采用脫離法計算的預(yù)應(yīng)力筋處于靜平衡狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力筋受到平衡力系的作用，則作用在構(gòu)件上的等效荷載就是一個自平衡力系。③在用脫離法計算的預(yù)應(yīng)力筋平衡體上截取任意位置上的截面，截面的右側(cè)預(yù)應(yīng)力鋼筋對左脫離體的作用力為E；若截取右側(cè)的脫離體，截面左側(cè)的預(yù)應(yīng)力筋等效荷載為一集中力E，兩個方面獲得的等效荷載的合力均為集中力E。對于任意形式的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，該力作用在預(yù)應(yīng)力筋的重心上，方向與該點預(yù)應(yīng)力筋切線方向重合。④當(dāng)?shù)刃Ш奢d確定的預(yù)應(yīng)力筋布置在同一構(gòu)件的不同位置時，由于偏心距不同，得到的彎矩效應(yīng)也不同，故位置會影響等效荷載的作用。
3 在特殊構(gòu)件中的應(yīng)用問題
3.1 在構(gòu)件中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的空間巨大 在實際工程設(shè)計中，經(jīng)常遇到一些特殊形狀的混凝土構(gòu)件，如果這些構(gòu)件都是軸心受壓構(gòu)件，只要預(yù)應(yīng)力筋重心與構(gòu)件的截面形心重合，在預(yù)應(yīng)力的作用下，預(yù)應(yīng)力筋的等效荷載在構(gòu)件內(nèi)只產(chǎn)生軸心壓力。在混凝土的強度等方面均滿足的前提下，在混凝土構(gòu)件的橫截面上預(yù)先引入均勻的壓應(yīng)力，可以提高構(gòu)件的正截面抗彎承載力、剛度和抗裂度。
3.2 預(yù)應(yīng)力的擴展效應(yīng) 在工程計算中，預(yù)應(yīng)力不僅可以產(chǎn)生彎矩效應(yīng)，根據(jù)實際需要還可以用來產(chǎn)生平衡荷載產(chǎn)生的剪力和扭矩。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件任意截面的預(yù)應(yīng)力鋼筋重心相對于的其截面形心產(chǎn)生偏心距時，預(yù)應(yīng)力在該截面產(chǎn)生彎矩，其值為預(yù)應(yīng)力沿構(gòu)件縱向的分力與偏心距的乘積；若該預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用方向與構(gòu)件縱向存在夾角，預(yù)應(yīng)力在該截面就會產(chǎn)生剪力，其值為預(yù)應(yīng)力與該夾角的正弦的乘積；若該預(yù)應(yīng)力鋼筋重心與構(gòu)件的截面形心重合，預(yù)應(yīng)力筋的作用方向與構(gòu)件的縱向各有一數(shù)值相等的夾角，加載預(yù)應(yīng)力后，在該截面會產(chǎn)生軸力和扭矩，則作用在該截面上的軸力的數(shù)值是預(yù)應(yīng)力與其夾角的余弦的乘積，扭矩的數(shù)值是預(yù)應(yīng)力與其夾角的正弦及其偏心距的乘積。通過以上分析，對于工程需要產(chǎn)生的任意荷載效應(yīng)，都可以通過選擇預(yù)應(yīng)力筋的形式來獲得相應(yīng)的荷載效應(yīng)。
3.3 應(yīng)用舉例 現(xiàn)代建筑的造型和功能日趨復(fù)雜，相應(yīng)的在結(jié)構(gòu)設(shè)計中常需采用一些特別的構(gòu)件。以樓梯間為例，為了提高樓梯間的使用效率，設(shè)計師希望將樓梯的平臺梁去掉，以提高樓梯平臺處的凈高。此時就需要使用三折梁來保證樓梯的安全使用。
4 結(jié)論
①通過對等效荷載的分析，說明其本身是一種荷載?；谶@一基本原理，得出了幾個重要的性質(zhì)，提出了等效荷載可以擴展的可能，為研究預(yù)應(yīng)力混凝土的變形提供了一種途徑。②通過對工程殊構(gòu)件應(yīng)用等效荷載的分析，說明采用脫離體法計算出的等效荷載，其過程很簡便，平衡力法理論在應(yīng)用上也很完善。③隨著預(yù)應(yīng)力混凝土在工程中的應(yīng)用，大型、特型建筑的建造日益增多，這就勢必要加強預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論的研究，隨著預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)跨度的增大，構(gòu)件截面面積的減小，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)變形的研究將成為建筑工程界預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；工程造價
中圖分類號：TU723.3文獻標識碼： A 文章編號：
前言
工程造價與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計息息相關(guān)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全與合理是工程建設(shè)進行的前提，而工程建設(shè)的造價控制及效益價評估值則是工程建設(shè)順利進行的基本保證。另一方面，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)能有效的降低造價成本，從這一方面來講，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)與工程造價控制二者又是相輔相成的。眾所周知，工程造價控制貫穿于工程建設(shè)的各個環(huán)節(jié)，一份有效的工程造價控制應(yīng)該是貫穿于工程建設(shè)始終，并且是針對工程決策階段、設(shè)計階段、施工建設(shè)階段、竣工驗收階段的全方位系統(tǒng)性綜合考慮。但處于設(shè)計階段的工程造價可控性及效益型明顯高于其他階段，所以可以這樣說，建筑設(shè)計的優(yōu)劣將直接影響整個工程的造價預(yù)算。
建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的及意義
影響工程造價的因素有很多，主要包括：建筑主體；水電、通風(fēng)等基礎(chǔ)設(shè)施支出；綠化、景觀等環(huán)境設(shè)施支出。而其中建筑主體結(jié)構(gòu)造價在建筑整體造價中所占比例最大，對于工程整體成本對于工程造價的影響尤為關(guān)鍵。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是在充分滿足建筑功能性的前提下，綜合考慮建設(shè)成本、環(huán)境效益、經(jīng)濟效益、建筑創(chuàng)造性及建筑生命力等各方面因素的一項綜合性設(shè)計研究。優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)、節(jié)約工程造價，其現(xiàn)實意義絕非一味的降低工程成本，就建筑本身而言：建筑安全性、舒適度、美感度是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所要考慮的首要因素，而從城市發(fā)展、投資者經(jīng)濟效益角度而言，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)則又涉及到了社會效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟效益等方方面面。因此對于建筑工程造價的把控，找到各方影響因素的完美契合點將使得工程建設(shè)的各項利益最大化。
一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的綜合性因素分析
現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要分為三個階段：結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)計算階段與施工圖制作階段。而其中，結(jié)構(gòu)方案對于工程造價的影響尤為關(guān)鍵。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案成型是基于建筑的重要性、工程地質(zhì)勘查報告、建筑所在地的抗震設(shè)防烈度、建筑的高度和樓層的層數(shù)以及建筑場地的類別來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的前期介入及全方位綜合考慮，能很好的避免工程實行階段的較大規(guī)模修改以及為應(yīng)對其他各方要求而添加的各種加強、完善措施，并能在工程建設(shè)前期很好的避免工程建設(shè)中可能出現(xiàn)的方案反復(fù)，從而最大程度降低工程實施過程中不必要的成本浪費。
二、合理選擇建筑結(jié)構(gòu)形式及建筑結(jié)構(gòu)體系
1.建筑結(jié)構(gòu)形式的選擇
就目前而言，全球范圍內(nèi)普遍采用鋼框架和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)作為建筑的結(jié)構(gòu)方式。
兩種結(jié)構(gòu)方式都有各自的適用范圍，其整體造價差異也相對較大。因此，對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程造價控制，結(jié)構(gòu)方式是首要考慮因素。一般而言，鋼結(jié)構(gòu)強度高、自重輕、抗震性能好，是現(xiàn)代建筑比較理想的材料，但與此同時，全鋼結(jié)構(gòu)造價高昂相對高昂并在建筑防火性能方面有著明顯的劣勢。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在綜合性能上無明顯缺陷，并有著鋼結(jié)構(gòu)難以比擬的性價比優(yōu)勢，多適用于一般的高層建筑結(jié)構(gòu)體系。在建筑結(jié)構(gòu)方式選擇上，工程因充分考慮建筑自身的具體情況，從而選擇最為合理的結(jié)構(gòu)方式，從根本上控制工程造價成本。
2.建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇
就全球范圍內(nèi)而言，目前建筑設(shè)計所常運用的結(jié)構(gòu)體系包括：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。四種結(jié)構(gòu)體系均有著自己獨特的優(yōu)勢及適用范圍，其工程造價成本也不盡相同，因此，綜合考慮建筑特點，選擇最為合理的建筑結(jié)構(gòu)體系對于工程總體造價的控制有著至關(guān)重要的作用。而建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇應(yīng)根據(jù)建筑工程的功能要求、建筑高度、抗震等級、場地地基等實際情況做綜合考慮。
一般而言，建筑層數(shù)為6到15層的辦公、住宅、商店、醫(yī)院、旅館、學(xué)校及多層工業(yè)廠房和倉庫等工程建設(shè)適用于采用框架結(jié)構(gòu)。在這種情況下，框架結(jié)構(gòu)建筑平面布置靈活，建筑立面易于處理，自重輕，造價低等優(yōu)勢將得到最有效的發(fā)揮，并且，框架結(jié)構(gòu)有著較為成熟的計算理論。
剪力墻結(jié)構(gòu)主要用于提升整個房屋的抗剪度及剛度，其基本原理為在高層建筑中設(shè)置鋼筋混凝土墻體，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，通常情況下，剪力墻呈現(xiàn)為多軸線布置或橫縱正交叉布置。剪力墻結(jié)構(gòu)體系剛度較大，空間整體性能較好，且呈現(xiàn)出良好的抗震性能，因而，剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅和旅館客房中被廣泛采用，剪力墻結(jié)構(gòu)體系便于分割，能很好地適應(yīng)多墻體、多房間的建筑工程，且能很好地保證房屋的整體美觀度。
基于框架結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)各自的特點及優(yōu)劣勢，一種新的結(jié)構(gòu)體系：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系應(yīng)運而生，而框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系也是目前最為常用的建筑結(jié)構(gòu)體系。從原理上而言，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系綜合了框架結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，并形成重新組合構(gòu)建，及基本原理為在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，這種結(jié)構(gòu)綜合了框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點，更在剛度及抗震能力上有著明顯的提升，因此，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系相較于框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)而言，他能適用于更多樓層，更高高度的建筑施工。目前，該種結(jié)構(gòu)體系多用于高層建筑中的辦公樓及旅館。
隨著現(xiàn)代建筑對于建筑層數(shù)，建筑高度的需求越來越高，高層建筑對建筑結(jié)構(gòu)體系提出了更多更復(fù)雜的要求，這時候筒體結(jié)構(gòu)體系便很好的滿足了現(xiàn)代建筑這一需求。筒體結(jié)構(gòu)體系的基本原理為：由剪力墻構(gòu)成空間薄壁筒體成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，從而增強梁的剛度，并能形成空間整體受力的框筒。
上述四大建筑結(jié)構(gòu)體系為目前現(xiàn)代建筑比較常見的幾種結(jié)構(gòu)體系，而除此之外，世界范圍內(nèi)還有一些其他的結(jié)構(gòu)形式，包括：薄殼、懸索、膜結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架等。這些結(jié)構(gòu)體系也均有著各自的特殊性及適用范圍，因此建筑設(shè)計體系因地制宜的合理運用對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程造價控制將大有裨益。
三.規(guī)則化立面設(shè)計對于工程造價控制的意義
現(xiàn)代建筑發(fā)展使得建筑在滿足其基本功能性的同時更加注重建筑風(fēng)格、建筑個性的體現(xiàn)，建筑作為人類精神文明及物質(zhì)文明的最直觀體現(xiàn)，建筑設(shè)計在創(chuàng)作上也有著千變?nèi)f化的發(fā)散，建筑實體立面是設(shè)計者智慧的結(jié)晶，他在很大程度上體現(xiàn)了建筑的創(chuàng)造性及靈魂。但基于工程造價控制的建筑體型設(shè)計應(yīng)當(dāng)在綜合考慮建筑安全性、可行性的前提下盡量避免建筑體型的不規(guī)則化對建筑成本的影響。建筑體型的不規(guī)則化會導(dǎo)致空間關(guān)系復(fù)雜的部位出現(xiàn)多次承力轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)部件，這將對建筑的安全性提出更為復(fù)雜的要求，也勢必會造成施工成本的增加，因此，使建筑體型產(chǎn)生規(guī)則的結(jié)構(gòu)效益對于工程造價成本的控制也有著至關(guān)重要的作用。
四、工程安全性的把控對于造價控制的影響
現(xiàn)代建筑多以高層建筑為主，基于技術(shù)的需求，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在材料、工藝上，有著更加嚴格的要求，這勢必會影響到工程造價的控制。另一方面，結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度，對于建筑風(fēng)險控制，以及施工安全的控制都有著很大的影響，并且這些都會造成工程成本的額外輸出。因此，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計安全度程度，將直接影響工程造價的控制，以及工程質(zhì)量的控制。所以確定好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度，對于建筑施工而言，在施工技術(shù)、施工工藝上都有著實質(zhì)性的價值。
總而言之，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程造價控制是一個多方面綜合考慮的過程。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對于工程造價的控制也并絕非簡單的越低越好，他應(yīng)該在充分滿足建筑功能性的前提下，對于工程經(jīng)濟效益、社會效益以及環(huán)境效益的多方面把控，并且盡量以創(chuàng)造性的設(shè)計思維提升建筑附加值及生命周期。因此，對于建筑本身而言，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)的各方面綜合把控不僅僅是一個工程造價控制的過程，他更是一個建筑全面溢價的過程。
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摘要: 本文主要分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的幾個常見問題，并針對問題提出了相應(yīng)的控制措施，供參考。
關(guān)鍵詞: 高層建筑; 結(jié)構(gòu)設(shè)計;問題; 分析
Abstract: this paper mainly analyzes the high-rise buildings in the process of structure design of common problems, and proposes the corresponding control measures, for reference.
Keywords: high building; Structure design; Problem; analysis
1引言
在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中, 通常采用鋼和鋼筋混凝土兩種材料。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造價低, 材料來源豐富, 能澆注成各種復(fù)雜斷面形狀, 可組成多種結(jié)構(gòu)體系, 并可節(jié)省鋼材, 耐久性、耐火性好, 承載能力也不低, 經(jīng)過合理設(shè)計, 可獲得較好的抗震性能。它的主要缺點是構(gòu)件斷面大,自重大, 費模費工。而鋼材強度高, 韌性大, 易于加工。高層鋼結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)斷面小, 自重輕, 抗震性能好的優(yōu)點。
鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件可在工廠加工, 能縮短現(xiàn)場施工工期, 施工方便。但是高層鋼結(jié)構(gòu)用鋼量大, 造價很高, 而且耐火性能不好, 需要用大量防火涂料, 增加了工期和造價。在發(fā)達國家, 大多數(shù)高層建筑采用鋼結(jié)構(gòu)。在我國,隨著建筑物高度的增加, 也有采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑。由于鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)各有所長, 又各有所短, 所以更為合理的結(jié)構(gòu)是同時采用鋼和鋼筋混凝土材料的組合結(jié)構(gòu)。
這種結(jié)構(gòu)可以使兩種材料互相取長補短, 取得經(jīng)濟合理、技術(shù)性能優(yōu)良的效果?，F(xiàn)就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中常見的幾個問題及其對策與同行商榷。
2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中常見的問題及其對策
2.1高度問題
按我國現(xiàn)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定, 綜合考慮經(jīng)濟與適用的原則, 給出了各種常見結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度, 詳見表1。
表1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高樓的最大適用高度(m)
這個高度是在我國目前建筑科研水平、經(jīng)濟發(fā)展水平和施工技術(shù)水平下, 較為穩(wěn)妥的, 也是與目前整個土木工程規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的?？蓪嶋H上, 已有許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過了這個限制, 如: 采用組合結(jié)構(gòu)體系的金茂大廈, 高達420.15 m (建筑高度) ; 采用混凝土結(jié)構(gòu)體系的中信廣場, 也高達322 m (建筑高度) 。對于超高限建筑物, 應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹慎的態(tài)度。因為在地震力作用下,超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化。隨著建筑物高度的增加, 許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變, 即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍, 如安全指標、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。
2.2材料的選用和結(jié)構(gòu)體系問題
在地震多發(fā)區(qū), 采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合理是工程技術(shù)人員非常重視的問題。我國150 m以上的建筑, 采用了三種主要結(jié)構(gòu)體系: 框一筒、筒中筒和框架一支撐。這些也是其他國家高層建筑經(jīng)常采用的主要結(jié)構(gòu)體系。但國外在地震區(qū), 多是以鋼結(jié)構(gòu)為主, 而在我國, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)占了90 %。如此高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu), 在國內(nèi)外都還沒有經(jīng)受較大地震作用的考驗?；旌辖Y(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)筒往往要承受80%以上的地震作用剪力, 有的高達90%以上。由于結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土核心筒為主, 變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側(cè)移較大, 靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移, 不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負擔(dān), 而且效果不大, 有時不得不加大混凝土筒的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu),形成加強層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值。此外, 在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時, 需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。加強層和轉(zhuǎn)換層都在本層形成大剛度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度突變, 常常會使與加強層或轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大, 且加強層伸臂構(gòu)件或轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實現(xiàn)強柱弱梁。此在需要設(shè)置加強層及轉(zhuǎn)換層時, 要慎重選擇其結(jié)構(gòu)模式, 盡量降低其本身剛度, 以減少不利影響。
在高層建筑中, 根據(jù)現(xiàn)在我國建筑鋼材的類型、品種和鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力, 建議盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土(柱) 結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu), 以減小柱斷面尺寸,并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。在超過一定高度后, 為減小風(fēng)振,鋼骨(鋼管) 混凝土通常作為首選。采用格構(gòu)式的型鋼時,震害嚴重, 采用實腹式的熱軋型鋼或焊接工字鋼的, 則震害要減少許多。
2.3軸壓比與短柱問題
在鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中, 往往為了控制柱的軸壓比而使柱的截面很大, 而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋。即使采用高強混凝土, 柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態(tài), 防止受拉鋼筋未達屈服而混凝土被壓碎。柱的塑性變形能力小, 則結(jié)構(gòu)的延性就差, 當(dāng)遭遇地震時, 耗散和吸收地震能量少, 結(jié)構(gòu)容易被破壞。但是在結(jié)構(gòu)中若能保證強柱弱梁設(shè)計, 且梁具有良好延性, 則柱子進入屈服的可能性就大大減少,此時可放松軸壓比限值。另外, 許多高層建筑底幾層柱的長細比雖然小于4, 但并不一定是短柱。因為確定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比, 只有剪跨比小于2的柱才是短柱。
有專家學(xué)者提出現(xiàn)行抗震規(guī)范應(yīng)采用較高軸壓比。但是即使能調(diào)整軸壓比限值, 柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土是否合理值得商榷。
2.4在某些烈度區(qū)采用較低的抗震措施與構(gòu)造措施現(xiàn)在許多專家學(xué)者提出, 現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度己不能適應(yīng)國情的需要, 認為我國“取用了可能是世界上最低的結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度”并主張“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度水平應(yīng)該大幅度提高”。此外, 對于“小震不壞, 中震可修, 大震不倒”這個抗震設(shè)計原則, 在新形勢下也有重新審核的必要。我國現(xiàn)行抗震設(shè)防標準比較低, 當(dāng)取50年為分析年限時, 小震烈度對應(yīng)的被超越概率為63.2% , 重現(xiàn)期為50年, 中震烈度對應(yīng)的被超越的概率為10% , 重現(xiàn)期為475年, 大震對應(yīng)的超越的概率為2%左右, 重現(xiàn)期為2000年左右, 同時規(guī)定抗震設(shè)防烈度與設(shè)計基本地震加速度的對應(yīng)關(guān)系。
設(shè)防標準低的根本原因在于國家財力物力有限。我國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計除了設(shè)防烈度較低外, 具體抗震計算方法和構(gòu)造規(guī)定的安全度也不如國外; 在配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等一系列保證抗震延性的要求上, 與外國相比, 也有異同, 其中的8度區(qū), 我國就明顯不如外國嚴格。隨著社會財富的增長, 結(jié)構(gòu)失效帶來的損失愈來愈大,加之結(jié)構(gòu)造價在整個投資中的比例下降, 因而結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度下應(yīng)該采用彈性設(shè)計, 特別是高烈度區(qū)要有嚴格的抗震措施與抗震構(gòu)造措施來保證結(jié)構(gòu)的安全。
3結(jié)束語
關(guān)鍵詞：高層建筑設(shè)計；設(shè)計分析；常見問題探討；
一． 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點
1.1 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(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎向構(gòu)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(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。
1.2 軸向變形不容忽視
高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)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(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。
1.3 側(cè)移成為控制指標
與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
1.4 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標
相對于較低樓房而言, 高層建筑結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)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(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
二．高層建筑結(jié)構(gòu)的變形特點
在豎向荷載作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)的變形主要是豎向構(gòu)件的壓縮變形。由于各豎向構(gòu)件的應(yīng)力大小不同，因而其壓縮變形大小也不同。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由于在施工過程中的找平，同時由于各豎向構(gòu)件的基底軸力大小不同，若不對基底應(yīng)力進行調(diào)整，也可能導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降。在水平荷載作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)最大的頂點位移為：水平均布荷載 max=qH4/8EI，倒三角形水平荷載max=11qH4/120EI，式中EI 為結(jié)構(gòu)，從以上可看出，結(jié)構(gòu)頂點位移與其總高度的四次方成正比。則又比水平荷載作用下的內(nèi)力累積效應(yīng)增加更快，這就說明，高層建筑結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)的水平側(cè)移是相當(dāng)敏感的。水平荷載作用下所引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要控制因素。所以結(jié)構(gòu)應(yīng)具備較大的抗側(cè)度，而不僅僅滿足強度、剛度和穩(wěn)定要求。
三． 高層建筑結(jié)構(gòu)分析
3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定
高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件（框架、剪力墻、筒體等）通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系，要想完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。以下是常見的一些基本假定：
（1 ）彈性假定：目前，工程上使用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風(fēng)力作用下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。但是，在遭受地震或強臺風(fēng)作用時，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移而出現(xiàn)裂縫，進入到彈塑性工作階段。如果此時仍按彈性方法計算內(nèi)力和位移，則不能反映結(jié)構(gòu)的真實工作狀態(tài)，而應(yīng)按彈塑性動力分析方法進行設(shè)計。
（2 ）小變形假定：小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。有不少研究人員對幾何非線性問題（P -Δ效應(yīng)）進行了研究。一般認為，當(dāng)頂點水平位移Δ與建筑物高度H 的比值Δ/H > 1 /500時，則P -Δ效應(yīng)的影響就不能忽視。
（3 ）剛性樓板假定：許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡化了計算方法，并為采用空間薄壁桿件理論計算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來講，對于框架體系和剪力墻體系，采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，如樓板剛度較小、主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況，則樓板變形的影響較大，特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯?？蓪@些樓層的剪力作適當(dāng)調(diào)整來考慮這種影響。
（4 ）計算圖形的假定：高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計算圖形主要是三維空間分析。二維協(xié)同分析并未考慮抗側(cè)力構(gòu)件的公共節(jié)點在樓面外的位移協(xié)調(diào)（豎向位移和轉(zhuǎn)角的協(xié)調(diào)），而且忽略了抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，對于具有明顯空間工作性能的筒體結(jié)構(gòu)也是不妥的。三維空間分析的普通桿單元每一節(jié)點有6 個自由度；按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點還應(yīng)考慮截面翹曲。
3.2 高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法
（1）框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)：框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算的方法很多，大多采用連梁連續(xù)化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件，可以建立位移與外荷載之間的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式也不相同?？蚣? 剪力墻的機算方法，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。
（2）剪力墻結(jié)構(gòu)：剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。按受力特性的不同，單片剪力墻可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。剪力墻的類型不同，其截面應(yīng)力分布也不同，計算內(nèi)力與位移時需采用相應(yīng)的計算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的機算方法是平面有限單元法，此法較為精確，而且適用于各類剪力墻。但由于其自由度較多, 機時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應(yīng)力分布復(fù)雜的情況。
（3）筒體結(jié)構(gòu)：按照對計算模型處理手法的不同，筒體結(jié)構(gòu)的分析方法可分為3 類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只進行幾何分布上的連續(xù)化，以便應(yīng)用連續(xù)函數(shù)描述其內(nèi)力；另一種是作幾何和物理上來分析。這類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結(jié)構(gòu)法等。比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計算模型, 是完全按三維空間結(jié)構(gòu)來分析筒體結(jié)構(gòu)體系，其中應(yīng)用最廣的是空間桿薄壁桿系矩陣位移法。這種方法是將高層結(jié)構(gòu)體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿系結(jié)構(gòu)，空間梁柱每端節(jié)點有6個自由度。核心筒或剪力墻的墻肢采用符拉索夫薄壁桿件理論分析，每端節(jié)點有7個自由度, 比空間桿增加了1個翹曲自由度，對應(yīng)的內(nèi)力是雙彎矩。三維空間分析的精度較高，但其未知量較多, 計算量較大，在不引入其他假定時，每一樓層的總自由度數(shù)為6Nc +7Nw（N c、Nw 為柱及墻肢數(shù)目）。通常均引入剛性樓板假定，并假定同一樓面上各薄壁柱的翹曲角相等，這樣每一樓層的總自由度數(shù)降為3 （N c+Nw）+ 4，這是目前工程上采用最多的計算模型。
四．高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中常見的問題及其對策
4.1 高度問題
按我國現(xiàn)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》( JGJ3 -2010) 規(guī)定, 綜合考慮經(jīng)濟與適用的原則, 給出了各種常見結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度。這個高度是在我國目前建筑科研水平、經(jīng)濟發(fā)展水平和施工技術(shù)水平下, 較為穩(wěn)妥的, 也是與目前整個土木工程規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的?？蓪嶋H上, 已有許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過了這個限制, 如: 采用組合結(jié)構(gòu)體系的金茂大廈, 高達340m (建筑高度) ; 采用混凝土結(jié)構(gòu)體系的中信廣場, 也高達322 m (建筑高度) 。對于超高限建筑物, 應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹慎的態(tài)度。因為在地震力作用下,超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化。隨著建筑物高度的增加, 許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變, 即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍, 如安全指標、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。
4.2 材料的選用和結(jié)構(gòu)體系問題
在地震多發(fā)區(qū), 采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合理是工程技術(shù)人員非常重視的問題。我國150 m以上的建筑, 采用了三種主要結(jié)構(gòu)體系: 框一筒、筒中筒和框架一支撐。這些也是其他國家高層建筑經(jīng)常采用的主要結(jié)構(gòu)體系。但國外在地震區(qū), 多是以鋼結(jié)構(gòu)為主, 而在我國, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)占了90%。如此高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu), 在國內(nèi)外都還沒有經(jīng)受較大地震作用的考驗?；旌辖Y(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)筒往往要承受80%以上的地震作用剪力, 有的高達90%以上。由于結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土核心筒為主, 變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側(cè)移較大, 靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移, 不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負擔(dān), 而且效果不大, 有時不得不加大混凝土筒的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu),形成加強層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值。此外, 在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時, 需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。加強層和轉(zhuǎn)換層都在本層形成大剛度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度突變, 常常會使與加強層或轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大, 且加強層伸臂構(gòu)件或轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實現(xiàn)強柱弱梁。此在需要設(shè)置加強層及轉(zhuǎn)換層時, 要慎重選擇其結(jié)構(gòu)模式, 盡量降低其本身剛度, 以減少不利影響。在高層建筑中, 根據(jù)現(xiàn)在我國建筑鋼材的類型、品種和鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力, 建議盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土(柱) 結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu), 以減小柱斷面尺寸,并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。在超過一定高度后, 為減小風(fēng)振,鋼骨(鋼管) 混凝土通常作為首選。采用格構(gòu)式的型鋼時,震害嚴重, 采用實腹式的熱軋型鋼或焊接工字鋼的, 則震害要減少許多。
4.3 軸壓比與短柱問題
在鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中, 往往為了控制柱的軸壓比而使柱的截面很大, 而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋。即使采用高強混凝土, 柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態(tài), 防止受拉鋼筋未達屈服而混凝土被壓碎。柱的塑性變形能力小, 則結(jié)構(gòu)的延性就差, 當(dāng)遭遇地震時, 耗散和吸收地震能量少,結(jié)構(gòu)容易被破壞。但是在結(jié)構(gòu)中若能保證強柱弱梁設(shè)計, 且梁具有良好延性, 則柱子進入屈服的可能性就大大減少,此時可放松軸壓比值。另外, 許多高層建筑底幾層柱的長細比雖然小于4, 但并不一定是短柱。因為確定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比, 只有剪跨比小于2的柱才是短柱。有專家學(xué)者提出現(xiàn)行抗震規(guī)范應(yīng)采用較高軸壓比。但是即使能調(diào)整軸壓比限值, 柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土是否合理值得商榷。
4.4 在某些烈度區(qū)采用較低的抗震措施與構(gòu)造措施
現(xiàn)在許多專家學(xué)者提出, 現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度己不能適應(yīng)國情的需要, 認為我國“取用了可能是世界上最低的結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度”并主張“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度水平應(yīng)該大幅度提高”。此外, 對于“小震不壞, 中震可修, 大震不倒”這個抗震設(shè)計原則, 在新形勢下也有重新審核的必要。我國現(xiàn)行抗震設(shè)防標準比較低, 當(dāng)取50年為分析年限時, 小震烈度對應(yīng)的被超越概率為6312% , 重現(xiàn)期為50年, 中震烈度對應(yīng)的被超越的概率為10% , 重現(xiàn)期為475年, 大震對應(yīng)的超越的概率為2%左右, 重現(xiàn)期為2000年左右, 同時規(guī)定抗震設(shè)防烈度與設(shè)計基本地震加速度的對應(yīng)關(guān)系。設(shè)防標準低的根本原因在于國家財力物力有限。我國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計除了設(shè)防烈度較低外, 具體抗震計算方法和構(gòu)造規(guī)定的安全度也不如國外; 在配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等一系列保證抗震延性的要求上, 與外國相比,也有異同, 其中的8度區(qū), 我國就明顯不如外國嚴格。隨著社會財富的增長, 結(jié)構(gòu)失效帶來的損失愈來愈大,加之結(jié)構(gòu)造價在整個投資中的比例下降, 因而結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度下應(yīng)該采用彈性設(shè)計, 特別是高烈度區(qū)要有嚴格的抗震措施與抗震構(gòu)造措施來保證結(jié)構(gòu)的安全。
五.結(jié)語
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)根據(jù)實際情況做好結(jié)構(gòu)分析，多做方案比較，根據(jù)使用功能和受力的合理性確定好結(jié)構(gòu)的體系，是用剪力墻結(jié)構(gòu)還是框架結(jié)構(gòu)等，再從結(jié)構(gòu)的整體去分析它的剛度比、周期比、剪重比、位移比、是否考慮P-Δ效應(yīng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定驗算等。高層建筑的豎向結(jié)構(gòu)體系從上到下一層層地傳遞累積著重力荷載, 因此要求較大的柱或墻截面來承受這些荷載。同時, 這些豎向結(jié)構(gòu)體系還必須把風(fēng)荷載或地震作用等側(cè)向荷載傳給基礎(chǔ)?？墒? 與豎向荷載相比, 側(cè)向荷載對建筑物的效應(yīng)不是線性的, 而是隨建筑物的增高而迅速增大。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有如下一些特點: 水平荷載起控制作用, 側(cè)面位移必須加以限制, 軸向變形在側(cè)移中占有很大的份額, 所以在結(jié)構(gòu)體系選型時應(yīng)充分考慮這幾個特點。對于低層、多層或高層建筑, 其豎向和水平結(jié)構(gòu)體系設(shè)計的基本原理是相同的。但隨著高度的增加, 由于以下兩個原因, 豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計的控制因素: 一個是較大的豎向荷要求有較大的柱、墻和井筒; 另一個更重要的是,側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多, 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須以精心設(shè)計來保證。
參考文獻：《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》( GB50010 -2010)