钢结构基本原理

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钢结构基本原理范文第1篇

关键词：钢结构设计原理；双语教学；极限状态设计

中图分类号：TU391；G6420 文献标志码：A 文章编号：10052909（2015）05009805

随着“高铁走出去”战略的提出，我国土木工程专业国际型人才培养越来越紧迫[1-3]。土木工程专业主干课程开展双语教学，传授土木工程设计基本概念、原理与设计分析方法的同时，培养学生的专业英语应用能力，使学生熟悉国外规范和设计程序，为学生毕业后的涉外工作奠定基础，培养具有高水平专业知识和良好专业英语交际与应用能力的高素质人才。

一、课程改革必要性

双语教学作为一种新教学模式，如何立足现有教学大纲，采用何种教学模式和评价方法才能更好地开展教学，各方面研究有待进一步完善，还需要更多理论研究和教学案例的支持。目前的主要矛盾是课程定位不明，在教学内容、教学方式和教学质量评价等方面存在的问题如下所述。

（一）教学内容多和学时少的矛盾

课程内容主要包括钢结构材料性能，连接构造、受力构件（轴心受压，受弯和弯压）的基本原理、设计计算，公式繁琐难解，双语教学又增加了语言学习内容，教材还没完全成型，而相应分配的课时为32学时（2学分），于是教师每节课都在赶进度，学生每节课都感觉内容太多吃不消。

（二）学生难学和教师难教的矛盾

通过英语教学对大部分内容的理解并不难，但要想学生熟练运用国外工程师的思维方式学习新专业知识，还有一定难度。学生存在畏难情绪，学习兴趣不高。教师在考虑授课效果的同时还要考虑课程进度和课程内容，而在大班（50―80人）教学条件下，课堂氛围和授课效果很难保证，教师的讲解不能面面俱到。

（三）教学质量评价与反馈难

教学相长，及时在教学过程中评价教学质量以改进教学方式。钢结构设计原理课程教学内容难度差异大，学生英语水平参差不齐，学时少，教学质量很难评价。

西南交通大学茅以升学院于2011年开始在土木工程专业课程开展双语教学，并在多方面进行了探索。文章针对专业基础课钢结构设计原理课程特点，结合3年双语教学实践，分析和探索适合国内土木工程专业基础课程双语教学方式，总结并提出了适合大班授课，以极限状态设计为主线的多种教法组合的授课模式。

二、 课程定位

钢结构设计原理属于土木工程专业“结构设计原理”系列课程很重要的一部分，是在完成力学课程，已经熟悉基本力学原理的情况下，开设的结构设计入门专业基础课。教学大纲要求培养学生运用钢结构的基本理论知识进行研究与设计的能力，这一点对双语教学和汉语教学都是一样的，只是双语教学是在此基本目标上朝国际化迈进了一步。钢结构设计原理双语教学应根据整个土木工程专业课程体系和钢结构设计的特点，基于学生的语言水平，在专业知识和语言之间找到一个合理可行的切入点和平衡点，明确课程定位，纲举目张，剪裁教学内容，选取教学方式，进行教学质量评价。

其一，明确专业知识的学习是双语课程学习的最终目的。语言和专业知识的关系往往困扰着双语教学，其关系应区分表里，互相呼应。专业知识学习应为“里”，语言作为工具应为“表”。让学生在深刻理解基本原理的基础上，掌握其专业化、国际化的英文表述，理解国外工程师的思维方式，具备与中外专业人士沟通的基础。

其二，衔接好钢结构基本原理与力学理论和力学概念脉络关系。钢结构基本原理课程的理论性强，难点和重点多，与力学理论和力学概念联系紧密，如疲劳与断裂力学，压杆稳定与欧拉稳定理论，局部稳定与弹性波板稳定理论，梁的稳定与开口薄壁杆件约束扭转等。在前置力学课程的基础上，为解决钢结构基本原理的难点和重点，就要理清其与力学理论和力学概念脉络关系，使学生有清晰的力学概念，顺利完成从力学到工程结构的过渡。

其三，明确基本原理的教授包括结构行为的学习和极限状态设计理念的灌输。钢结构原理课程内容复杂，设计与构造并举，中外相关规范规定差异较大，会使学生顾此失彼，抓不住关键，教师教学过程中也感觉教时不够，关键概念讲不透。所以教学应立足于极限状态设计理念，对钢结构的强度、稳定和疲劳等基本原理和关键公式，多举例，多练习，多提问，而对其他内容和具体构造规定等可让学生自学。

三、极限状态设计为主线的教学内容

（一）以极限状态衔接力学和钢结构设计课程

为解决钢结构基本原理的重难点，就要理清其与力学理论和力学概念脉络关系，使学生有清晰的力学概念，顺利完成从力学到工程结构的过渡[4]。

在前置材料力学、结构力学课程的基础上，可以简明扼要地介绍断裂力学和薄板理论等，然后从极限状态的角度，将力学基本理论应用于钢结构设计中，建立理论与实践的有机联系，让学生从基本力学原理和工程结构实际两个角度进行结构设计学习，如表1所示。

（二）以结构行为为“经”，以极限状态为“维”，归纳整合，抓住主线

钢结构设计原理教学内容多而繁，理论推导与构造要求的内容比较枯燥，学习有一定难度。教学大纲一般按结构行为归纳为三大层次或部分，即材料―连接―构件，让学生将知识点归入这三大块知识中便于理解和记忆。但是这样就割裂了各部分之间的有机联系，毕竟最后学生将面对的是整个结构设计，而不仅仅是材料或构件。

钢结构设计原理课程教学目标是能熟练运用基本原理进行钢结构设计，基本原理包括结构行为和结构设计方法，两者不可分割，缺乏前者，后者没有载体，只有前者，即为照猫画虎。以极限状态设计为主流的设计方法可以将上述三大块知识有机结合，如表2所示，根据不同结构行为层次的不同破坏模式，以关键性关系联结，逻辑性强，形象生动。表2中的重要关系是极限状态变化的基础和载体，极限状态则是推导各个公式的前提条件，而关键概念是设计的重要参数，也是学生必须掌握的基本概念和相应的英语单词。

（三）处理好教材和规范的关系

结构设计原理主要任务是让学生掌握土木工程中钢结构设计方法。一方面，实际结构设计需要结合相应规范规定开展教学，包括材料性能要求，构造规定、计算分析方法和流程等，基本原理的教学必须与实际设计的需要紧密结合。另一方面，钢材性能的提高和技术水平的进步，使规范的修订和完善成为一种常态，因此，双语教学中需要重视不基于特定规范的基本原理、知识与方法的传授，以增强学生的知识应用适应能力[5]。

西南交通大学茅以升学院土木工程专业钢结构设计原理课程曾计划采用国外高等院校土木工程专业原版教材，考虑到虽然结构设计原理不分国外国内，但不同国家在工程设计中所依据的规范不同，其教材针对的教学大纲也有差别，也就是说原版教材必然是建立在所属国家相应规范基础之上，学生学习过程中不仅会感受到专业知识的难度，还会产生语言困扰，因此，直接采用原版教材不完全适合国内需要。基于上述原因，宜先采用英文版讲义与中文教材相结合的教材体系，并指定相关英文参考资料，英文讲义经教学检验后可以形成适合本校的英文教材。

四、多种方法组合的教学模式

（一）案例分析辅助教学引入和总结教学内容

案例教学[6]是具体的实例，印象深刻，易于学习和理解。开始教学内容前，可引入相关的国内外有代表性的工程实例，激发学生学习兴趣，提高知识运用的真实性，教学内容完成后对案例进行分析，提高解决具体工程问题的能力。通过工程事故案例教学，还可以警醒学生，在专业学习过程中严格要求自己，培养一丝不苟的工作态度和严谨的职业素养。

组织的案例最好能具备学科前沿性，并与教学内容相关，能突出重难点。学生一般对钢结构实践中成功的案例司空见惯，但对垮塌的案例记忆深刻。表3为根据教学内容中的结构层次，分别给出了对应破坏极限状态的工程垮塌事故案例，让学生学习专业知识的同时，体验工程实际中责任使命感的重要性。

（二）问答式授课模式关注重难点内容

当学生对双语教学熟悉后，问答式授课模式才能有效地展开[7]。受双语授课课程学时的限制，问答式授课模式主要有两种形式：课上教师问学生答和课下学生问教师答。

课上教师问学生答。根据每讲课的教学安排，教师将授课主要内容和关键概念以英文问题的形式在课上给出，以随机点名，让学生回答，并记录评分，然后根据学生回答的情况，以问题为主线，逐一讲解。这样学生课上不仅仅是被动听课，还是被迫积极思考，教师根据学生的回答反馈教学效果。

课下学生问教师答。根据学生的作业和上课情况，在课后可以留一些时间给教师或助教解答学生的问题。课下单独交流可以节约课堂时间，学生可以书面形式提出问题，针对共性问题下次课强调和复习。

（三）流程图法梳理设计和计算的程序

流程图法[8]作为一种从计算机程序语言衍生出的教学方法，可将课程中的复杂结构设计编制成具有逻辑关系、体系化、规范化的流程，让学生理解并掌握复杂难懂的结构设计程序和要求，开展教学的具体实施步骤如图1所示。

流程图法采用箭头和图形，根据公式和简洁的语言展示复杂的结构构件设计流程和规范规定，教学内容清晰明确，优点为符号规范，表述简洁，结构清晰，逻辑明确，容易理解。

图1 结构设计课程教学流程图

钢结构设计原理是一门理论性强、计算公式较多的课程。纷繁复杂的公式使学生容易产生混淆。在课程教学中，针对不同的教学内容，如不同构件设计、同一构件设计、构件与连接设计、焊缝连接中弯与扭的区分，可分别采用比较教学方法[9-10]，帮助学生辨别同类教学内容的异同，抓住教学内容的实质，从而熟练掌握，不致混淆。

五、多通道教学质量评价

教学质量评价对教师及时调整和优化教学内容非常关键[11]，可以通过以下几个通道得到教学效果的反馈意见。

（一）课堂即时提问

按照教学计划，每堂课的内容既不同又有逻辑联系，尽快课堂时间有限，仍然需要回顾已讲内容，引入新内容。在复习上一讲内容的时候，可以对重难点内容点名提问，根据学生的回答情况得到教学质量的反馈，并进行补充和强化。在新内容进行到关键点时，提出疑问，敦促学生思考，让学生不只是照本宣科，而是对内容进行思考。根据回答情况记录成绩，整个学期每人都会被提问到，课堂提问从这两个方面入手，可以即时评价教学质量，控制上课节奏，优化教学内容，提高学习效率。

（二）课后作业批改

钢结构设计原理是实践性强、计算公式和原理较多的课程，需要进行大量练习才能很好地掌握教学内容，因此课后作业必不可少。课堂教学工作完成后，布置教材上的3道左右计算题，因时间充裕，计算量比考试题目要大。学生作业的完成情况反映了该部分内容的教学效果，可针对作业批改中存在的问题在下讲课进行补充。这样可以评价每讲课的教学质量，适时调整教学内容

。

（三）期中阶段考试

当总教学内容进行到一半时，可以就已讲内容进行一个阶段性的考察，期中考试的题目形式宜与期末考试一致，只是考察内容侧重点不同。题目应该包括考察基本概念的客观题（选择题）和设计计算的计算题，一方面让学生对学过的内容进行总结和复习，另一方面可以考察半期教学效果，促进后半期教学质量提高。期中考试是阶段性总结和反馈，评价半期教学质量。考试试卷应为英文，学生可用中文解答，让学生熟悉英文表述，提高对题目的因素理解能力。

（四）期末考试

由于期末考试占总成绩的比例在60%以上，学生在期末考试前都会花大量时间复习。对学生来讲，期末考试是课程的指挥棒。对教师来讲，期末考试可以全面评价整学期教学质量情况，

为下次教学提供参考。考试试卷也应为英文，学生可以用中文解答，这样学生才能重视双语学习。教师通过对期末试卷进行分析，找到学生错误较多的地方，查找原因，寻求解决之道。另外可以在最后一次课上让学生匿名提出意见，如教学进度、重难点和教学方法是否得当等。

总之，应做到教学反馈及时，多通道评价教学质量，合理调整教学内容，提高教学质量。

六、 结语

面对钢结构设计原理双语教学中内容多，课时少，学生英语水平参差不齐，教学质量难于评估的现状，可以极限状态设计为主线，在教学内容、教学方式和教学质量评价三方面进行优化和调整，取得较好的教学效果。

（1）明确双语教学的定位很关键，应以专业知识和设计思想的传授为主体，语言为载体。

（2）在传统以结构层次（材料―连接―构件）为模块的教学内容基础上，让学生掌握极限状态设计的理念，衔接好力学和钢结构课程，剪裁教学内容，提升学生结构设计学习的深度和广度。

（3）针对不同的教学内容和教学过程，应综合采用不同的教学方式，以各种手段促进教学效果的提高，降低学生学习的难度。

（4）教学质量评价应贯穿整个教学过程，并进行多通道实时评价，因地制宜，从学生的接受角度来提高教学质量，不断提升教学水平。参考文献：

[1] 刘林，吕晓寅，张鸿儒. 混凝土结构设计原理课程多模式英语教学实践与体会[J]. 东南大学学报： 哲学社会科学版， 2012 （S2）： 256-258.

[2] 周海涛. 双语教学在钢结构原理课程中的应用研究[J]. 教育教学论坛， 2012 （26）： 206-207.

[3] 张建仁， 李传习， 杨美良， 等. 结构设计原理课程教学团队建设的改革与实践[C]//高等学校土木工程专业建设的研究与实践――第十届全国高校土木工程学院 （系） 院长 （主任） 工作研讨会论文集， 2010.

[4] 颜庆智. 钢结构基本原理教学中的力学过渡[J]. 中国冶金教育， 2012 （1）： 24-26.

[5] 向南. 基于“结构设计原理”课程的全英文教学方式探索[J]. 重庆交通大学学报： 社会科学版， 2014， 14（4）： 123-125.

[6] 商怀帅， 杨琳， 祝英杰. 工程案例在混凝土结构设计原理教学中的应用[J]. 中国冶金教育， 2014 （5）： 34-35.

[7] 管巧艳， 闫祥梅， 谢晓鹏. 问答式授课模式在土木工程双语教学中的应用[J]. 高等建筑教育， 2012， 21（4）： 56-58.

[8] 王亚军， 马亚维， 杨文伟. 流程图法在混凝土结构设计原理教学中的应用[J]. 高等建筑教育， 2013， 22（6）： 100-103.

[9] 李素娟. 比较教学法在钢结构设计原理课程中的应用[J]. 高等建筑教育， 2011， 20（4）： 85-88.

钢结构基本原理范文第2篇

基金项目：黑龙江八一农垦大学教学研究课题（ndjy11306）

作者简介：刘文洋（1981-），男，黑龙江八一农垦大学工程学院讲师，硕士，主要从事多高层钢结构和大跨空间结构研究，（e-mail）wyliu81@126.com。

摘要：结合应用型本科院校教学的实际情况，对钢结构课程体系进行了合理设置，并在理论教学和实践教学过程中以加强学生实践能力培养为目标进行了探索和实践。文章介绍了黑龙江八一农垦大学钢结构课程体系教学安排和具体做法，总结了教学过程中的经验以及应注意的问题，并对存在部分的问题进行了讨论，给出了具体建议。

关键词：钢结构课程教学；课程体系；实践能力；人才培养

中图分类号：g642；tu391文献标志码：a文章编号：10052909（2013）05004904随着中国钢产量的飞速增长，钢结构的应用也获得快速发展，广泛应用于大跨度结构、高层高耸结构、轻型结构和特种结构等领域。国家建筑钢结构产业“十五”计划和2015年发展规划纲要已明确要求：当前，中国已一改过去钢材不足的局面，转而成为钢材供过于求，摆在日程上的课题早己不是少用钢材，而是积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用。

鉴于钢结构的快速发展和广泛应用，工程界已提出“加强钢结构人才培养，造就一批钢结构高级工程技术专门人才”，“建立与钢结构发展相适应的教育体系，在校的结构专业学生应接受不少于80课时的钢结构课教育”的建议。可见，随着钢结构行业的快速发展，市场对钢结构专业人才的培养已经提出了更高要求，对钢结构专业人才的需求也将会越来越大，可以预见钢结构课程的地位将会越来越重要。

一、课程体系的设置

《高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲》[1]中把钢结构课程分为原理和设计两个部分，包括课程设计和毕业设计等。其中钢结构基本原理为专业基础课，课程目的是较全面地掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识，熟悉一些常用钢结构的分析原理；钢结构设计是专业必修课，课程目的是在掌握钢结构设计的基本原理基础上，学习常用钢结构的特点、基本设计方法、计算简图和内力分析，并能按有关专业规范或规程进行钢结构的整体设计、截面计算和构造处理，课程内容主要包括单层厂房钢结构、大跨钢结构和多高层钢结构。过去由于种种原因，学校钢结构课程建设存在一些问题，具体表现在以下几个方面。

（1）课程设置不合理。在专业课程的设置上重混凝土轻钢结构。混凝土结构课程90时数，而同样在土木工程专业课程中占有重要地位的钢结构课程学时数仅为50～60，钢结构设计只开设了一门大跨空间结构的选修课。学生仅仅学习了钢结构的连接方法以及常见的构件设计，对整体结构设计的概念和理解不够。过去，钢结构课程安排在第7学期（大四上学期），这主要基于先修课程基础知识学习的考虑，然而此时学生面临找工作、考研等诸多问题影响，很难把主要精力投入到专业课学习上来。

（2）实践教学不足。钢结构教学中的实践性教学环节仅有钢结构课程设计一项内容，学生在学习的过程中没有机会见到实际的钢结构建筑物，对于钢结构加工、制作更是不知所云。虽然教学实习中安排了认识实习和施工生产实习，但基本还是以混凝土结构和砌体结构为主，很少接触到实际的钢结构工程。此外，从毕业设计的选题看，几乎全部是混凝土结构，基本没有钢结构方面的毕业设计题目。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

刘文洋，等应用型本科院校钢结构课程教学探索与实践

事实上，过去很多学校在课程设置和教学实施上都或多或少地存在类似问题，但经不断探索已基本解决，并且在教学实践中积累了丰富的经验，形成了相对合理又各具特色的课程体系。学校自2006年以来通过几次修订教学计划，构建了钢结构系列课程体系（见表1），并在多年的教学实践中，不断改进和丰富教学内容，保证钢结构课程的教学质量。应该指出，由于课程设计安排在钢结构原理课学期末，目前设计内容主要局限于钢屋架结构，若能把课程设计安排在钢结构设计课程之后，则可以有更多的结构形式供课程设计选用。表1钢结构系列课程教学安排课程开课学期学时内容钢结构560钢结构基本原理钢结构设计630厂房钢结构、多高层钢结构大跨空间结构730网架、网壳、悬索等空间结构钢结构课程设计61.5周钢屋

架设计毕业设计813周各类钢结构设计二、理论教学的实施

专业课的教学目的在于通过具体工程对象的分析，使学生了解一般土木工程项目的设计、施工等基本过程，学会应用专业基础课程学到的基本理论，较深入地掌握专业技能，建立初步的工程经验，以适应当前国内用人单位对土木工程专业本科人才基本能力的一般要求[1]。

理论教学是培养学生专业技能和实践能力的基础，因此要重视理论教学环节。在教学中除了基本教学内容的讲授以外，还应特别强调以下几个方面在钢结构课程学习中的作用。

（一）重视力学基础与钢结构教学的结合

钢结构是一门理论性和综合性都很强的专业基础课，需要以材料力学、结构力学、荷载与结构设计原理等课程知识作为基础，因此在课程学习初首先回顾先修课程基础知识非常必要，以此引导学生复习相关内容，为学习钢结构课程打下良好理论基础。

（二）理论教学与工程实例相结合

理论教学稍显枯燥，在课程教学中应适当穿插工程实例以调整学生学习状态，调动课堂积极性。在绪论中结合钢结构的应用和发展介绍学生感兴趣的钢结构工程，引导学生讨论结构特点及选型、设计中存在的问题，或者在连接和构件分析与设计中介绍与某个问题相关的背景实例。例如：在讲授轴心拉杆设计时介绍索穹顶结构的组成和特点，以使学生对受拉构件能充分利用材料强度进而节省材料有直观认识；在讲授轴心压杆的稳定时介绍加拿大魁北克大桥和美国哈特福德体育馆由于构件失稳而导致结构发生倒塌破坏的例子，使学生了解相关问题的历史背景，也使学生充分认识到稳定对于钢结构的重要性。 在课程教学中结合演示性或学生动手参与的试验和实际工程中的影像资料进行讲解，使学生通过直观感受加深对钢结构基本概念和理论的理解。目前，一些有条件的高校建立了钢结构多功能教学实验平台[2]，通过实验平台训练学生对钢结构构件和连接的实验技能，培养学生的创新意识与创新能力，教学成效显著。不具备条件的高校可以利用影像资料弥补这些不足。例如：由于学校实验条件有限，笔者所在的教研团队在钢结构加工厂拍摄了大量钢结构生产、制作过程的视频和图片资料，在课堂上结合相应的教学内容进行展示，也取得了较好的效果。

（三）理论教学与结构设计规范相结合

结构设计必然要结合结构设计规范，学生毕业后要从事钢结构设计工作，需要使用很多规范，在课程教学中把教学内容和相关规范要求结合起来，既能加深学生对抽象规范条文的理解，又能培养学生独立使用各种规范、查阅相关文献资料的能力。此外，在教学中还注重将注册结构工程师执业资格制度和注册结构工程师考试相关内容作一定介绍，引导和培养学生在这方面的兴趣，调动学生努力学习专业知识的积极性。

（四）计算机软件与结构分析设计相结合

目前钢结构的分析与设计基本采用专门的软件来完成，如ansys、abaqus、sts、mst、3d3s等。为使学生尽快掌握这方面的能力，适应以后的工作需要，在教学中引入部分计算机软件的演示和讲授。例如：演示使用ansys有限元分析软件进行钢结构基本构件和空间结构的计算分析，讲授sts设计软件进行钢桁架结构和钢框架结构的设计，介绍mst设计软件进行空间网格结构的设计。同时在后续的课程设计和毕业设计中鼓励学生使用相关软件进行结构计算和施工图绘制，进一步培养学生使用结构设计软件进行设计的能力。

三、实践教学的实施

实践教学环节是土木工程教学中非常重要的环节，在现代工程教育中占有十分重要的地位，是培养学生综合运用知识、动手能力和创新精神的关键环节，其作用和功能是理论教学所不能替代的。工程师最终的任务是将理论知识在实践中加以运用，并通过实践来验证理论结果是否正确，所以工程人员必须具备实践能力。同时，土木工程师还应具有一定的实践经验，很多工程问题的处理由于客观情况过于复杂，难以如实地进行理论分析，在很大程度上仍然依靠实践经验来解决[3]。

目前，钢结构课程的实践能力培养主要依靠课程设计、毕业设计等来实现。有条件的院校也可通过专业实习和观察演示性实验等环节组织学生开展讨论来认识、理解钢结构的组成、特点、应用及结构和构件的受力特性等。

（一）课程设计

学校钢结构课程设计内容仍为传统的钢屋架结构。虽然这种结构形式较为简

单，但其内容涵盖了轴心受力构件（桁架杆件）、受弯构件（檩条）及压弯、拉弯构件（当上弦或下弦有节间荷载时），主要为焊缝连接。因此通过完成设计，可以实现由基本构件、连接到简单结构选型、计算分析、设计和施工图绘制的训练。

在具体实施上，鼓励学生通过学习ansys、sts等软件完成结构计算分析和施工图绘制。通常，学生在进行结构计算分析时多采用ansys有限元软件或结构力学求解器并辅以手算校核的方式，而在施工图绘制阶段基本都采用sts软件来实现。通过这些训练，学生已基本能够熟练使用软件完成一般结构的设计工作。

（二）毕业设计

过去，由于钢结构应用不太广泛，很多高校的毕业设计题目都采用混凝土结构的形式，这也是过去在教学上重视混凝土结构而轻视钢结构的原因之一。但由于钢结构发展迅速、前景广阔，很多学生希望毕业后从事钢结构设计与施工方面的工作，或者选择了攻读钢结构方向的研究生，因此希望能有机会进一步深入地学习钢结构设计方面的知识。

近年来，在毕业设计中增加了一些钢结构方面的题目，如多高层钢框架结构、轻型门式钢架结构和网架结构等，尝试指导学生进一步学习和应用钢结构知识，实践效果良好。此外，除了基本的手算内容以外，还鼓励学生采用sts、mst等软件完成结构计算分析和施工图绘制工作。

通过认识实习—理论课教学—课程设计—毕业设计这样一系列教学环节的深入，使学生对知识的理解和掌握从简单到复杂、从理论到实践、从基本原理、基本构件到简单结构进而到复杂结构，培养学生工程设计的能力和思维。

四、结语

学校钢结构课程教学工作虽然在课程体系的设置、学生实践能力的培养上做了一定的思考、探索与实践，但同时与国内一些高水平大学在人才培养模式、教学条件、教学质量和教学效果等方面还存在差距，还需要在今后的教学实践中不断探索和努力，不断提高教学质量和人才培养质量，以适应钢结构行业对人才的需求。

参考文献：

[1] 高等学校土木工程专业指导委员会.高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲[m].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 王伟，赵宪忠，郭小农，等.钢结构多功能教学实验平台的研制与实践[j].高等建筑教育，2009，18（2）：102-104.

[3] 林峰，顾祥林，何敏娟.现代土木工程特点与土木工程专业人才的培养模式[j].高等建筑教育，2006，15（1）：26-28.

steel structure teaching in applicationoriented universities and colleges

liu wenyang， zhang zhaoqiang， liu jinyun

（college of engineering， heilongjiang bayi agricultural university， heilongjiang 163319， p. r. china）

abstract： based on the actual teaching situation of applicationoriented universities and colleges， the course system of steel structure is reasonably arranged and it has been put into practice in the teaching process to strengthen students’ practical ability. we introduced the teaching arrangement of steel structure course and some methods used in the teaching process in heilongjiang bayi agricultural university， analyzed problems should be paid attention to， and presented some suggestions for steel structure teaching.

钢结构基本原理范文第3篇

作者简介：罗晓群（1976-），男，同济大学土木工程学院讲师，博士，主要从事空间结构计算机仿真研究，（E-mail）luoxiaoqun@tongji.省略。

摘要：文章针对同济大学土木工程专业建筑钢结构设计课程研究开发了基于厂房钢结构的动画课件。课件的研发以实际钢结构制作加工和安装为基础，演示单层钢结构厂房布置全过程，重点演示典型单层厂房钢结构节点的拼装和构造。课件的开发和应用，形象生动地展示了建筑钢结构的设计过程，在专业课程中实现了教师为主导，学生为主体的教学理念。

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关键词：动画课件；建筑钢结构；节点构造；施工过程

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中图分类号：TU391；G642 文献标志码：A 文章编号：

1005-2909(2012)01-0077-04

同济大学土木工程专业钢结构课程由2个部分组成，即钢结构基本原理和建筑钢结构设计，教学任务分2个学期完成。对于钢结构基本原理课程，近年来在土木工程学院统一领导下，基本形成了“课堂教学+演示实验+自主试验”的教学模式[1]，极大调动了学生自主学习的积极性，取得了良好的教学效果。

建筑钢结构设计课程与钢结构基本原理课程有所区别。一方面学生没有接触过实际工程，结构形式、构件和连接节点等内容，仅通过课堂讲解就显得比较抽象，学生难以接受；另一方面，钢结构设计课程更偏向于实际应用，大型结构试验教学或工地现场参观实习经费投入过大，且只能了解工程的局部情况。以往建筑钢结构设计的教学手段主要有工程图片展示、实物缩尺模型展示。工程图片展示效果不直观，只能看到构造的一面，难以反映构造的细节和全貌；实物缩尺模型是非常好的教学手段，可如今老一辈钢结构教育专家精心制作的钢结构屋架缩尺模型已所存无几。综上所述，建筑钢结构设计课程急需改进教学方法，增强学生的学习意识，提高学生自主学习的兴趣。

随着多媒体技术的不断发展和计算机的日益普及以及教学CAI课件质量的日益完善，利用多媒体或计算机软件教学系统可以使学生以视听的交互方式进行反复学习，是现场参观和实验教学的有益补充。配合建筑钢结构设计课程内容，文章开发了建筑钢结构设计动画课件。课件基于三维实体模型，详细记录了从工厂加工到现场安装流程，完成了结构布置、结构单元、构件装配、详细节点动画课件的设计和制作。

一、建筑钢结构动画课件开发

（一）动画课件总体思路

单层厂房钢结构是建筑钢结构设计的重要部分。单层钢结构厂房一般由横向排架、吊车梁系统、普通钢屋架系统以及支撑系统组成[2]。如图1所示，本课件总体思路是虚拟实现单层钢结构厂房结构布置流程，实现重点系统横向排架系统、普通钢屋架系统、轻型屋面系统典型节点的构造。

（二）重型钢结构厂房结构布置动画实现

根据通用钢结构教材中典型的单层厂房钢结构组成，建立三维实体模型如图2(a)所示。按照一般单层钢结构安装的要点[3]，先吊装竖向构件，后吊装平面构件，如图2(b)-2(h)所

示，布置流程依次为：柱—柱间支撑—托架—钢屋架—吊车梁及制动桁架—抗风柱—墙面板—屋面上下水平支撑—屋面垂直支撑—檩条—屋面板。图2(i)所示为动画渲染的整体三维厂房，渲染过程中各实体构件依布置顺序逐次飞入视野，并对完成的整体结构进行鸟瞰和三维旋转。

（三）普通钢屋架节点构造

图3(a)是普通钢屋架三维实体显示。为了满足显示要求，我们把节点域进行了放大。实际工程中，普通钢屋架是工厂加工，现场安装的。在实际动画制作过程中，为了使学生更加了解屋架节点基本构造及节点加工过程，我们在制作动画演示时从仅有构件布置无节点构造的“空”屋架出发，对屋架重要节点的构造及加工过程进行了逐一演示。该动画演示的制作流程如下。

(1) 实体爆炸和编号。如图3(b)所示，所有的焊缝实体、节点板和连接板实体、构件实体均爆炸并记录编号。

(2) 在仅显示屋架的实体图上逐个演示节点拼装过程，如图3(c)所示。

(3) 节点拼装过程。以支座节点为例，图3(d)-3(h)为动画设计的节点组装顺序。视图细部推进到支座节点位置。在“空”屋架位置演示的支座节点制作过程为—插入支座底板及节点板组合件，加入支座节点板加劲肋，施行加劲肋和节点板焊缝，进行支座节点和端部竖杆、下弦和端部斜杆的焊缝连接。

 (4)完成端部节点、屋脊节点、下弦连接节点等典型节点的连接。

(5)全景显示上、下弦节点板连接。

(6)“已安装节点”屋架系统鸟瞰及三维旋转显示。

（四）排架系统节点构造

图4(a)是“空”单层钢结构厂房（轻钢屋面）排架系统，图4(b)是完善的三维实体厂房模型。该模型主要演示单层钢结构厂房的重点构造，设计的单层钢结构厂房包括的重要元素有：实腹式边柱，缀板式格构中柱，轻钢屋面。在此基础上，完成实腹式典型柱脚、格构式柱柱脚、肩梁牛腿、人孔、格构柱缀板连接以及轻钢屋面的边柱梁柱节点、中柱梁柱节点、屋脊梁梁节点等重要节点展示。

排架系统梁柱构件比较分明，因此，构件的动画设计思路分工厂加工制作和现场螺栓拼装两个步骤来完成。以轻钢边梁柱节点为例，前期工作也是将所有节点元素按图5(a)爆炸处理，排架系统动画设计两个步骤完成。

(1) 工厂制作。细部推进，如图5(b)、5(c)所示，“空”梁构件和“空”柱构件分别在工厂加工，生成端部盖板、端部加劲肋、端部节点板，并完成节点板开孔。

(2) 现场安装。如图5(d)所示，工厂制作的梁柱构件在现场螺栓连接。

(3) 节点模型三维旋转，实现三维浏览。

同理完成排架系统实腹式柱脚、格构柱柱脚、牛腿、人孔，以及轻钢梁梁连接、轻钢中柱节点等的动画演示。

二、建筑钢结构动画课件应用

图6展示了该动画课件在同济大学2008级土木工程专业的情景。任课教师反映，诸如厂房结构布置、支撑体系、节点构造等知识点以往很难解释清楚，通过动画手段，可以比较清楚地呈现，也易于被学生接受。同时，教师们也建议集中讨论，增加典型节点，更加突出重点部位的演示，并逐步完善实现各类钢结构体系的动画演示。

三、结语

文章基于计算机三维实体，以重型工业厂房为主要对象，研究开发了建筑钢结构设计动画课件，涵盖了单层钢结构厂房的结构布置、普通钢屋架系统构造、实腹式和格构式厂房排架系统，以及轻钢屋面梁柱节点等细部节点演示，动画课件具有远景鸟瞰、细部推近、三维旋转功能，可以全方位了解整体结构的全貌和重要节点的细部。课件已在教学过程中使用，获得了很好的教学效果，使“教师为主导，学生为主体”的教学理念在高年级专业课程中得以实现。

参考文献：

［1］赵宪忠,顾祥林,何敏娟.高等学校土木工程建设的研究与实践——第九届全国高校土木工程学院（系）院长（主任）工作研讨会论文集［C］.2008.

［2］欧阳可庆.钢结构［M］.北京:中国建筑工业出版社,1991.

［3］中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册［K］.北京:中国计划出版社,2002.

Development of animation courseware for building steel structure design course

LUO Xiao-qun, ZHAGN Qi-lin, YANG Bin, WU Ming-er, LI Yuan-qi, LIU Shen-ru



(School of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, P. R. China)



Abstract：

钢结构基本原理范文第4篇

1．1体验教学的课堂设计

建筑结构是建筑学专业本科生的必修课。课程内容涵盖了钢结构、钢筋混凝土结构、砌体结构、地基基础和结构抗震，其中包含大量概念性知识和方法性知识［4］。学生不仅要理解结构设计的基本理论，而且逐渐具备分析一般结构问题的能力。建筑结构课程各章知识点并不孤立。钢结构、钢筋混凝土结构和砌体结构中都涉及轴心受压构件［5］，轴心受压构件是建筑学专业建筑结构教学大纲中的重点内容。轴心受压构件的计算公式如下：为了使学生理解全面系统，教师通常会在讲解相关设计方法之后，通过对比、分析和总结将三种结构中的轴心受压构件内容加以联系。由于教学大纲安排钢筋混凝土结构和砌体结构先于钢结构，学生对“柱”的破坏形态和基本原理有所了解。我们利用“学习迁移”的有效作用，在“钢结构轴心受压构件”一节设计了“先行后知”的体验式教学环节，授课过程的教学设计如图1所示。教师在课题导入时首先让学生观察“柱”的受力情况，由动态演示引出受压构件的计算简图［6］，然后进入体验教学环节。按照事先分好的小组，教师要求每个小组利用1张A4打印纸制作“柱”模型，课堂讨论和制作时间为10min;学生现场完成之后，教师对学生各组模型进行点评和分析，给出整体稳定和局部稳定的概念，随后进入钢结构轴心受压构件计算原理和设计方法的主题内容。课后安排实践性作业，即改进课上制作的“柱”模型并提交分析报告。在学生完成报告之后，教师认真批阅，对完成情况好的小组予以鼓励，与学生讨论并提出“受力性能优良的受压构件”的设计建议。

1．2学生对体验教学的反馈

我校建筑学专业本科生在学习建筑结构之前，先修了建筑模型课程，并配有2周时间进行模型设计与制作。这为建筑结构课程的体验教学提供了良好的前期条件。学生对制作“柱”模型表现出极高的学习热情和创作愿望，他们利用课余时间对模型进行了简单的加载工作(见图2)。表1列举了部分纸柱模型的几何形式和其基本参数。由表1可知:模型的截面形式既有实腹式，又有格构式;柱高为10cm～15cm;模型重量大多数控制在8g以内;为了保证模型具有足够的承载力，学生把纸柱的长细比控制在83以下。在学生反馈的意见中，“实践出真知”成为大家的共识，主要包括以下几方面:1)每个小组都在完成2个～3个模型的基础上提出优化方案，通过模型的简单加载，学生认识到仅关心柱体高度是不够的，应设计好柱的长细比保证其整体稳定性;2)学生总结了两大惊喜:a．模型制作时大家从没听说实腹式和格构式等专业术语，但制作的模型竟然包含两类截面形式;b．谁都没想到由一张A4纸做成的纸柱可承受10kg的重量;3)学生喜欢以动手实践完成作业的方式，建议多采用类似教学方式。

1．3教师在体验教学中的作用

体验教学模式让学生发挥了主动性，突出了教学过程中学生的主体地位。但体验教学效果的好坏与教师的“配角”作用密切相关。以“钢结构轴心受压构件”一节为例，由于教学设计中加入了体验教学环节，无疑缩短了教师的授课时间，这对教师讲课的严密性和精准性提出了更高的要求。教师在体验教学前必须吃透教材，充分把握体验教学与其他教学方式的关系，做好教学活动设计;在体验教学后要认真对待学生的反馈，及时纠正学生认识中的错误，促进学生加深对问题的理解。体验教学时，教师的点评和分析尤为重要。以2．2节“纸柱模型”为例，完成后第2组学生提出“为什么他们的作品长细比最小但承载能力却最低”(见表1)。我们分析发现，与第2组仅利用打印纸卷成圆筒状不同，第1组，第4组在柱肢部位增设了竹签，第3组在柱头和柱脚处粘结木板，约束柱肢的侧向变形，这些措施有效提高了模型的强度和稳定性。经过教师的点评之后，学生对受力性能良好的受压构件有了更深刻的认识。充分发挥体验教学的作用，还有赖于教师建立有效的考核机制。教师可以利用考试的“指挥棒”作用引导学生转变仅仅依靠做题的学习方式，鼓励理论联系实际，动手实践，提升设计能力。作者讲授的建筑结构课程考核成绩由调查报告、模型制作、平时作业以及期末考试等多个环节组成。学生意识到建筑结构知识固然重要，运用课程知识分析、解决实际结构问题更重要。

2结语

钢结构基本原理范文第5篇

报考时间

甘肃白银2020年4月自考时间安排在：4月11日星期六（上午9:00--11:30；下午14:30--17:00）；4月12日星期日（上午9:00--11:30；下午14:30--17:00），具体开考专业及课程考试时间安排见附表。

附件：2020年4月甘肃省高等教育自学考试开考专业及课程考试时间安排表

一、专科(含基础科段) 时间

专业 4月 星期六(4月11日) 星期日(4月12日) 上午(9:00--11:30) 下午(14:30--17:00) 上午(9:00--11:30) 下午(14:30--17:00) 020203会计 12656*思想和中国特色社会主义理论体系概论

00157管理会计(一) 00009政治经济学(财经类)

03706思想道德修养与法律基础 00146中国税制 00041基础会计学

00155中级财务会计 00020高等数学(一)

04729大学语文

00144企业管理概论 030112法律 12656*思想和中国特色社会主义理论体系概论

05679宪法学

00247国际法 03706思想道德修养与法律基础

00245刑法学 00260刑事诉讼法学 04729大学语文

05677法理学 030301行政管理 12656*思想和中国特色社会主义理论体系概论 00292市政学 03706思想道德修养与法律基础 00107现代管理学 00277行政管理学 04729大学语文

00040法学概论 040103小学教育 12656*思想和中国特色社会主义理论体系概论

00405教育原理 03706思想道德修养与法律基础

00406小学教育科学研究 00413现代教育技术 00415中外文学作品导读

00417高等数学基础 00012英语(一)

04729大学语文

00416汉语基础

00418数论初步 040109心理健康教育 12656*思想和中国特色社会主义理论体系概论

05615心理健康教育概论 03706思想道德修养与法律基础

05618青少年心理卫生 00031心理学

01755人体解剖生理学(教育类) 04729大学语文

02108实验心理学

03584偏差行为辅导与案例分析 050114汉语言文学 12656*思想和中国特色社会主义理论体系概论

00024普通逻辑

00535现代汉语 03706思想道德修养与法律基础

00530中国现代文学作品选 00506写作(一) 00532中国古代文学作品选(一) 080701计算机及应用 12656*思想和中国特色社会主义理论体系概论

02316计算机应用技术

02318计算机组成原理 02198线性代数 03706思想道德修养与法律基础

04730电子技术基础（三） 00342高级语言程序设计(一) 02141计算机网络技术 00012英语(一)

00022高等数学(工专)

04729大学语文

02323操作系统概论 100701护理学 12656*思想和中国特色社会主义理论体系概论

02997护理学基础

00488健康教育学 03706思想道德修养与法律基础

03179生物化学(三) 03000营养学 02864微生物学与免疫学基础 04729大学语文 03002妇产科护理(一) 03003儿科护理学(一) 二、独立本科段(含本科段) 020104财税 03708中国近现代史纲要

00058市场营销学 03709基本原理概论

04184线性代数（经管类）

00054管理学原理 04183概率论与数理统计(经管类) 00069国际税收 00015英语(二)

00053对外经济管理概论 020202工商企业管理 03708中国近现代史纲要

00151企业经营战略 03709基本原理概论

04184线性代数（经管类）

00054管理学原理

00150金融理论与实务 04183概率论与数理统计(经管类) 00153质量管理(一) 00015英语(二)

00152组织行为学 020204会计 03708中国近现代史纲要

00058市场营销学 03709基本原理概论

04184线性代数（经管类）

00150金融理论与实务 04183概率论与数理统计(经管类) 00160审计学 00015英语(二)

00158资产评估 020210旅游管理 03708中国近现代史纲要

00058市场营销学 03709基本原理概论 04184线性代数（经管类） 00198旅游企业投资与管理 04183概率论与数理统计(经管类) 00197旅游资源规划与开发 00053对外经济管理概论

00152组织行为学 06124旅游文化学 020229物流管理 03708中国近现代史纲要

00151企业经营战略

07725物流规划 03709基本原理概论

00009政治经济学(财经类) 03361企业物流 07006供应链与企业物流管理 00015英语(二)

00152组织行为学 03364供应链物流学 030106法律 03708中国近现代史纲要

00249国际私法

00264中国法律思想史 03709基本原理概论

00246国际经济法概论 00167劳动法 00015英语(二)

00226知识产权法

00233税法 030302行政管理学 03708中国近现代史纲要

00318公共政策

00024普通逻辑 03709基本原理概论

00315当代中国政治制度 01848公务员制度 00277行政管理学 00015英语(二)

00034社会学概论

00144企业管理概论 040102学前教育 03708中国近现代史纲要

00394幼儿园课程 03709基本原理概论 00385学前卫生学 00402学前教育史 00882学前教育心理学 00015英语(二) 040107教育管理 03708中国近现代史纲要

00452教育统计与测量 03709基本原理概论 00455教育管理心理学 00445中外教育管理史 00015英语(二)

00453教育法学

00450教育评估和督导 040110心理健康教育 03708中国近现代史纲要

05626*心理学（一） 03709基本原理概论 04406情绪心理学 05622临床心理学 00471认知心理 00015英语(二) 06059心理学研究方法 040112小学教育 03708中国近现代史纲要

06227大学数学 03709基本原理概论

00465心理卫生与心理辅导 00472比较教育

03330小学数学教学研究 00015英语(二)

00467课程与教学论 050105汉语言文学 03708中国近现代史纲要

00037美学 03709基本原理概论 00538中国古代文学史(一) 00015英语(二)

00537中国现代文学史 050201英语语言文学 03708中国近现代史纲要

00087英语翻译 03709基本原理概论

00831英语语法 00832英语词汇学 00604英美文学选读 050305新闻学 03708中国近现代史纲要

00642传播学概论 03709基本原理概论

00661中外新闻作品研究 00015英语(二)

00658新闻评论写作 080307机电一体化工程 03708中国近现代史纲要

02199复变函数与积分变换

02245机电一体化系统设计 03709基本原理概论 00420物理(工) 02243计算机软件基础(一) 02200现代设计方法

02197概率论与数理统计(二) 00015英语(二)

02238模拟、数字及电力电子技术 080702计算机及应用 03708中国近现代史纲要

02324离散数学

04747Java语言程序设计（一） 03709基本原理概论

02326操作系统 02197概率论与数理统计(二)

02325计算机系统结构 00015英语(二)

00023高等数学(工本) 04741计算机网络原理 080709计算机网络 03708中国近现代史纲要

02335网络操作系统

04747Java语言程序设计（一） 03709基本原理概论 04749网络工程 04751计算机网络安全 00015英语(二)

00023高等数学(工本)

04742通信概论

04741计算机网络原理 080806建筑工程 03708中国近现代史纲要

02439结构力学(二)

02446建筑设备 03709基本原理概论

00420物理(工) 02198线性代数 02275计算机基础与程序设计

02197概率论与数理统计(二) 00015英语(二)

02442钢结构 090102农学 03708中国近现代史纲要

06003作物育种新技术 03709基本原理概论 02678农业推广学 02679种子学 00015英语(二)

02680农产品加工 100702护理学 03708中国近现代史纲要

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03007急救护理学

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00369警察*学 03709基本原理概论

00370刑事证据学 00015英语(二)

04729大学语文