砌體結(jié)構課程教學改革探討

摘要：根據(jù)砌體結(jié)構課程的特點，結(jié)合教學實踐，對教學內(nèi)容和教學方法的提出改革建議，并通過列舉實例加以說明，旨在探索新的教學模式，以培養(yǎng)高素質(zhì)的土木工程專業(yè)人才。

關鍵詞：土木工程；砌體結(jié)構；教學改革

中圖分類號：TU-4；G420文獻標志碼：A文章編號：10052909（2012）06007303砌體結(jié)構是磚砌體、砌塊砌體、石砌體建造的結(jié)構的統(tǒng)稱。對房屋而言，砌體結(jié)構是指以塊材和砂漿砌筑而成的墻、柱作為建筑物主要受力構件的結(jié)構。大多數(shù)民用房屋的豎向承重結(jié)構是由砌體材料砌筑而成的承重墻體，而屋蓋和樓蓋采用鋼筋混凝土材料建造，這種房屋稱為混合結(jié)構房屋［1］。砌體結(jié)構在中國應用廣泛，這是因為它容易就地取材，具有較好的耐久性及化學穩(wěn)定性和大氣穩(wěn)定性，保溫隔熱性能好，且水泥、鋼材、木材價格便宜。

在土木工程專業(yè)課程體系中，混凝土結(jié)構、砌體結(jié)構和鋼結(jié)構是三大結(jié)構課程。其中，砌體結(jié)構課程所占課時較少，且學校一般不安排做砌體結(jié)構房屋的課程設計，因此容易引起學生對砌體結(jié)構課程不夠重要的誤解。實際上，砌體結(jié)構是土木工程重要的一門專業(yè)課，課程不但理論性強，而且與實踐聯(lián)系緊密。在較少的學時下，只有精心選擇教學內(nèi)容，積極探索教學方法，才能激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質(zhì)量，把學生培養(yǎng)成能設計、懂施工、會管理適應社會經(jīng)濟發(fā)展的有用人才。

筆者結(jié)合實踐就砌體結(jié)構課程教學內(nèi)容和教學方法的改革進行了探討。

一、教學內(nèi)容改革

為了提高課程教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生工程綜合能力，需要對現(xiàn)有的教學內(nèi)容進行改革。由于砌體結(jié)構是由塊體和砂漿兩種性質(zhì)截然不同的非均質(zhì)材料組成，其設計方法建立在試驗分析和經(jīng)驗基礎上，理論推導較少。從某種程度上講，砌體結(jié)構房屋、概念設計和構造措施比計算更為重要［2］。但是在以往的教學中，由于學時數(shù)所限，教師只講授砌體力學性能和構件承載力計算等基本知識，較少涉及構造措施等內(nèi)容。筆者建議適當壓縮原教學內(nèi)容的學時數(shù)，補充砌體結(jié)構抗震設計內(nèi)容。在課堂上應講解結(jié)構的震害分析與概念設計，以及多層砌體房屋抗震構造措施。另一方面，教師在講課過程中，應緊密結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范，分析工程結(jié)構設計實例，比較新舊規(guī)范的區(qū)別，對教材的內(nèi)容予以拓寬和加深。這一點在混凝土結(jié)構設計課程中強調(diào)得比較多［3］，砌體結(jié)構課程也應如此。筆者建議在緒論課上補充新規(guī)范［4］簡介：新規(guī)范增添了成熟的可推廣應用的新型材料；修訂了部分砌體強度的取值并對砌體強度調(diào)整方法進行了簡化；增加了提高砌體耐久性的有關規(guī)定；完善了砌體結(jié)構的構造要求；增補了防止或減少墻體開裂的措施；擴大了配筋砌塊砌體結(jié)構的應用范圍；完善了砌體結(jié)構的抗震設計方法。新規(guī)范技術先進、可操作性強，比2001版規(guī)范［5］更全面、科學，對推廣砌體結(jié)構新材料、新技術，提高砌體結(jié)構設計水平，增強砌體結(jié)構防災能力，保證砌體結(jié)構建設質(zhì)量具有重大意義。

通過教學內(nèi)容的改革，可以提高學生的學習興趣，擴大學科視野，使學生認識到現(xiàn)代砌體結(jié)構設計的豐富內(nèi)容和先進技術，從而促使學生努力學習專業(yè)知識，提高自身專業(yè)水平。

二、教學方法改革

12高等建筑教育2012年第21卷第6期

李璟砌體結(jié)構課程教學改革探討

教學方法是教師和學生為實現(xiàn)教學目的、完成教學任務所采取的工作方式。教學方法是聯(lián)系教師與學生的重要紐帶，是教師完成教學任務的必要條件，也是提高教學質(zhì)量和提高教學效率的重要保證。筆者通過課堂教學實踐，提出以下適用于砌體結(jié)構課程的教學方法。

（一）啟發(fā)式教學

啟發(fā)式教學，就是根據(jù)教學目的、內(nèi)容、學生的知識水平和認知規(guī)律，運用各種教學手段，采用啟發(fā)引導辦法傳授知識、培養(yǎng)能力，使學生積極主動地學習，以促進身心發(fā)展［6］。

對于該門課程中需要理解的內(nèi)容，學生應該先理解再記憶，只有知道了“為什么”，才能牢牢地記住和掌握。例如，當砌體結(jié)構沿著水平方向彎曲時，可能出現(xiàn)兩種破壞形式——沿齒縫截面和沿豎向灰縫截面，相應的彎曲抗拉強度分別為f1和f2。教師可以先問學生：在這種情況下，砌體結(jié)構的彎曲抗拉強度怎樣確定？學生往往會回答：對于材料強度，寧愿保守地估計其值，所以取min{f1，f2}。然后教師可以引導學生通過列表達式來理解，設砌體結(jié)構最大應力為σmax，要避免發(fā)生沿齒縫截面的破壞，需滿足σmax≤f1；要避免發(fā)生沿豎向灰縫截面的破壞，則σmax≤f2。這時候?qū)W生知道兩個條件需同時滿足，所以σmax≤min{f1，f2}。接著教師可以采用混凝土結(jié)構課程的例子讓學生思考：一根鋼筋混凝土簡支梁，已知其截面尺寸、配筋情況及加載方式，如何確定其承載力？在教師的引導下，學生認識到：這根梁既可能發(fā)生彎曲破壞，又可能發(fā)生剪切破壞，所以應首先確定兩個承載力——受彎承載力PM和受剪承載力PV。學生還會想到：由于在結(jié)構試驗中荷載是從零開始逐漸增大，所以肯定先達到兩個承載力中較小的一個值而使試件破壞，試件的實際承載力就是min{PM，PV}，而砌體結(jié)構也是同樣道理。通過這種啟發(fā)式教學，學生從三個角度全面理解了為什么對于砌體結(jié)構彎曲抗拉強度應取兩種強度較小的進行計算。

（二）類比法教學

類比法也叫比較類推法，是指由一類事物所具有的某種屬性，可以推測與其類似的事物也應具有這種屬性的推理方法。其結(jié)論必須由實驗來檢驗，類比對象間共有的屬性越多，則類比結(jié)論的可靠性越大。

例如，當跨度較大的梁支承于磚墻上時，為了減小砌體局部受壓應力，往往在梁支座處設置混凝土墊塊，它需要滿足剛性墊塊的構造要求，其中學生較難理解的是墊塊的面積應該大還是小才好，為什么要限制自梁邊算起的墊塊挑出長度？教師可以采用類比法進行講解：考慮一個重物下面墊上木板放置在土壤里，參照剛性墊塊的構造要求，我們對木板的挑出長度進行限制。在重力作用下，土壤受到壓縮，由于木板的挑出長度小，所以其剛度大、彎曲變形小。土壤就像一列彈簧，在受力過程中起支承作用，由于木板上各點的沉降量大體一致，相應的彈簧力——土反力之間的差異也很小，因此這塊木板下的土反力可看作均勻分布。這樣學生就明白滿足剛性墊塊的構造要求能使下部砌體結(jié)構受到的局壓應力沿著梁的橫向均勻分布。

（三）重視基本概念和基本原理的講解

例如，砌體一般作為受壓構件，即通常所說的柱子，根據(jù)力學性能有短柱和長柱之分。但是，對短柱和長柱的概念沒有講清楚，也沒有提及如何判定柱子類型。筆者查閱了文獻、資料，向?qū)W生講解砌體柱子類型的劃分方法和基本特點：當柱子高厚比β≤3時為短柱，可不考慮構件縱向彎曲對承載力的影響；當3<β≤30時為長柱，該類柱在偏心壓力作用下，須考慮縱向彎曲變形產(chǎn)生的附加彎矩對構件承載力的影響；當β>30時為細長柱，此時高厚比很大，會發(fā)生失穩(wěn)破壞，工程上應避免使用此類柱子。接著教師可以講解計算方法：《砌體規(guī)范》［5］對無筋砌體受壓構件，無論是軸心受壓或偏心受壓，還是短柱或長柱，給出了統(tǒng)一的承載力設計計算公式。

另一方面，基本原理的講解也很重要。例如，要解釋為什么砌體的抗壓強度遠小于塊體的強度等級，應從單磚在砌體中受力狀態(tài)的三個方面進行分析：（1）砌體中單磚處于壓、彎、剪復合受力狀態(tài)；（2）砌體中磚與砂漿的交互作用使磚承受水平拉應力；（3）豎向灰縫處應力集中使磚處于不利受力狀態(tài)。又如，在講授砌體局部受壓計算時，應該突出局壓工作原理：由于未直接受壓的周圍砌體對直接受壓砌體的約束作用以及力的擴散作用，使砌體的局部抗壓強度有所提高，提高的程度大小，取決于四周的約束情況。

（四）注意課程前后知識的聯(lián)系

學生通過完成作業(yè)掌握了構件受壓承載力和局部受壓承載力的計算方法，但由于沒有認識到前后知識的聯(lián)系，容易造成分析、計算不夠全面。對此，筆者設計了一道作業(yè)題：已知柱子截面尺寸、柱高、材料強度等級和柱頂承受的軸向壓力，試驗算該柱的承載力。從學生作業(yè)完成情況看，很多學生只做了局部受壓承載力驗算。完整的解答應該是進行柱頂截面的局部受壓和柱底截面的軸心受壓兩個承載力的驗算。

又如，在講解砌體受拉、受彎構件的承載力計算時，應抓住砌體結(jié)構和材料力學的聯(lián)系，從材料力學公式入手，經(jīng)過簡單推導就可得出砌體受彎構件的抗彎和抗剪承載力計算公式。

加強前后知識的聯(lián)系，可使學生鞏固所學知識，保持概念清晰，還有助于培養(yǎng)學生對實際工程分析與設計能力。

（五）堅持理論聯(lián)系實際的原則

教學中貫徹理論聯(lián)系實際原則，是指教學必須堅持理論與實際結(jié)合、統(tǒng)一，用理論分析實際，用實際驗證理論，使學生在理論與實際的結(jié)合中理解、掌握知識，學會運用知識解決實際問題的能力。

在講解砌體材料時，應該讓學生對國家最新行業(yè)規(guī)定有所知曉。如從2000年開始，實心粘土磚就因其對能源的耗費、土地的破壞等原因被國家禁止。國務院2005年9月《關于進一步推進墻體材料革新和推廣節(jié)能建筑的通知》要求，2010年底，所有城市都要禁止使用實心粘土磚，全國實心粘土磚年產(chǎn)量控制在4000億塊以下。在此背景下，國家發(fā)改委鼓勵各地積極發(fā)展和推廣替代實心粘土磚的優(yōu)質(zhì)新型墻體材料，逐步淘汰粘土制品?？紤]到工程實際應用，教師可以選擇蒸壓灰砂磚砌體結(jié)構進行講解：蒸壓灰砂磚是一種技術成熟、性能優(yōu)良又節(jié)能的新型建筑材料，它適用于多層混合結(jié)構建筑的承重墻體、各類民用建筑、公用建筑和工業(yè)廠房的內(nèi)、外墻，以及房屋的基礎；磚的規(guī)格尺寸與普通實心粘土磚完全一致，可以直接代替實心粘土磚；蒸壓磚是國家大力發(fā)展、應用的新型墻體材料。

在課堂教學中結(jié)合工程實例分析，培養(yǎng)學生結(jié)構體系、結(jié)構布置、結(jié)構方案設計的能力。例如：通過對“5·12”汶川大地震大量砌體結(jié)構房屋嚴重破壞和倒塌的工程實例進行分析［7］，將理論知識與構造措施結(jié)合講解，提高學習針對性，讓學生明白：堅持抗震的概念設計，加強抗震構造措施，嚴格按抗震規(guī)范設計，控制施工質(zhì)量，磚混結(jié)構同樣可以有很好的抗震能力。

三、結(jié)語

為了適應高等教育改革與發(fā)展需要，對砌體結(jié)構、混凝土結(jié)構等土木工程專業(yè)課程，應該改變傳統(tǒng)教學觀念，不斷革新教學方法，充分調(diào)動學生的學習積極性，力爭培養(yǎng)出具有扎實專業(yè)基礎、適應國家經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的需要的高素質(zhì)專門人才。

參考文獻：

［1］唐岱新，等.砌體結(jié)構［M］.2版.北京：高等教育出版社，2009.

［2］李永梅，孫國富，張勇波.砌體結(jié)構課程教學改革與實踐［J］.高等建筑教育，2009，18（4）：77-79.

［3］任鳳鳴，袁兵.“混凝土結(jié)構設計”課程的教學探討［J］.文史博覽：理論，2008（8）：64-65.

［4］GB50003－2011砌體結(jié)構設計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［5］GB50003－2001砌體結(jié)構設計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［6］張曉燕，李鳳蘭，曲福來，等.混凝土結(jié)構設計原理課程教學方法探討［J］.高等建筑教育，2011，20（1）：79-82.

［7］賈潔，黃銀瑩，王超，等.汶川地震中磚混結(jié)構震害分析［J］.建筑結(jié)構，2011，41（2）：81-84，80.