建筑抗震設計課程教學探索與實踐

孫建琴+張家瑋

[摘 要] 根據(jù)建筑抗震設計這門課程的特點和存在的問題，緊扣最新頒布的規(guī)范，從教學內容、教學方式和考核方法三個方面進行了改革探索，指出了在教學中要重視基本概念和基本原理的講授，重視抗震概念設計，注重引導學生思路，提升學生的認識高度；通過多媒體的教學手段、學生參觀蘭州地震博物館和親自動手參與振動臺的模擬試驗，激發(fā)學生的學習熱情和興趣，拓展學生的視野；課后大作業(yè)的綜合訓練和獨具一格的考核模式，為大四的畢業(yè)設計以及后續(xù)的深造和工作都打下良好基礎。

[關鍵詞] 建筑結構抗震；教學改革；多媒體

[中圖分類號] TU352.1 [文獻標志碼] A [文章編號] 1005-4634（2014）01-0069-04

0 引言

《建筑抗震設計》是土木工程專業(yè)建筑方向的一門主要的專業(yè)課，該課程具有如下特點：（1）綜合性。該課程理論多、概念多、涉及學科較廣、與工程實際聯(lián)系密切，是建筑工程專業(yè)學生知識結構中重要的組成部分。內容涉及數(shù)學、結構力學、鋼筋混凝土基本原理、鋼結構基本原理、砌體結構、單層廠房、大跨度空間結構、地基基礎、建筑材料和高層建筑等，不同于單一內容的課程。（2）復雜性。在地震作用下，建筑的破壞過程是十分復雜的。（3）知識更新快，與規(guī)范結合緊密。建筑行業(yè)常用規(guī)范平均10年就做一次大的調整和修訂，平時也會根據(jù)實際情況做些局部變動。鑒于該課程的這些特點和蘭州交通大學僅設置32課時的現(xiàn)狀，結合新版的抗震規(guī)范（GB50011-2010），從教學內容、教學方式、考核方法等幾方面做了探索和嘗試，為專業(yè)課之間起到橋梁作用，為最后的畢業(yè)設計打下堅實的基礎。

1 教學內容

地震是一種嚴重的自然災害，地震造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失非常巨大，如1976年728河北唐山7.8級地震，死亡24萬人，傷殘16萬人，直接經(jīng)濟損失近百億元，震后恢復重建近百億元；2008年512四川汶川發(fā)生8.0級特大地震，死亡人數(shù)69227人，直接經(jīng)濟損失8451億元；2011年312日本福島發(fā)生9.0級地震，死亡人數(shù)27475人，經(jīng)濟損失2097億美元[1]。為了減輕震害，結構抗震設計是關鍵。建筑抗震設計包括三個層次：首先要進行建筑抗震的概念設計，其次是抗震計算，最后為抗震措施。

1.1 抗震設防目標“一條主線、兩個分支”的思 維模式

建筑物的抗震設計應達到什么目標？對此，應讓學生在建筑抗震設計中有一個清晰的思路及明確的目標。我國《抗震規(guī)范》考慮國家的經(jīng)濟實力提出的建筑物抗震設防目標為“三水準，兩階段”，即要求建筑物應做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”。第一階段設計：按多遇地震烈度對應的地震作用效應和其它荷載效應的組合驗算結構構件的承載能力和結構的彈性變形，保證了第一水準的強度要求和變形要求。第二階段設計：按大震作用下驗算結構的彈塑性變形，保證結構滿足第三水準的抗震設防要求。在設計中，通過良好的抗震措施使第二水準的要求得到實現(xiàn)。

1.2 重點講授基本概念

正確理解基本概念是掌握和靈活運用理論知識的前提，這一點往往容易被學生忽略。

如在講授地震作用的概念時，講清其實質是地震動引起的結構動態(tài)作用，即在振動過程中作用在結構上的慣性力。地震作用與一般的荷載不同，不僅與地面運動有關，而且與結構自振周期（只隨結構的剛度和質量而發(fā)生變化，是結構本身的特性）、振型和阻尼等結構動力特性有關。

在介紹反應譜這部分內容時，搞清反應譜是結構抗震中最重要的概念之一，它既可以反映地震動的特性，又是結構抗震設計的基礎。要注意講清楚單個地震動的反應譜與規(guī)范中抗震譜曲線的區(qū)別與聯(lián)系。單個地震動的反應譜用作設計是不可靠的，但單個地震動的反應譜是規(guī)范抗震設計譜的基礎，根據(jù)同一類場地所得到的強震記錄分別計算的反應譜曲線統(tǒng)計分析而得到抗震設計反應譜，目的是要對建筑結構在其使用期限內可能遭受的最大地震作用進行預估。該法雖然考慮了結構動力特性產生的效應，然而在結構設計中實質仍然把地震慣性力按照靜力來對待，所以該法只能稱為準動力理論。反應譜理論沒有考慮地震動持續(xù)時間對結構破壞程度的重要影響，不能給出結構地震反應的全過程，只能給出結構整體的最大反應，不能給出地震過程中各構件進入彈塑性變形階段內力和變形狀態(tài)，無法給出薄弱環(huán)節(jié)。

“抗震措施”和“抗震構造措施”是抗震設計非常重要的方面，但這兩個概念既有聯(lián)系又有區(qū)別，初學者非常容易混淆。在講解這兩個概念時，首先闡明各自所涵蓋的內容以及二者的包含關系，使學生認識到二者的區(qū)別。在混凝土框架結構設計中，具體哪些屬于抗震措施（如梁柱桿件內力調整以及強剪弱彎、強柱弱梁、強節(jié)點的調整等），哪些內容屬于抗震構造措施（如框架梁和柱的尺寸要求、配筋要求、柱軸壓比要求等），課后讓學生列表、歸納總結，讓學生加深對這兩個重要概念的理解，而且也培養(yǎng)了其積極學習的主觀能動性。

1.3 重視概念設計

“概念設計”貫穿于結構設計的整個過程，比“計算設計”更為重要。由于地震的不確定性、隨機性和復雜性，以及結構計算假定與實際結構情況的差異（計算模型、非結構構件對結構剛度的影響、材料時效、阻尼變化等），使得地震時造成建筑破壞的程度很難準確預測。因此，進行精確的抗震計算是比較困難的。結構的抗震性能在很大程度上取決于良好的概念設計，在教學過程中要強調概念設計的重要性。如砌體結構的整體性問題，在大震作用下，構造柱和圈梁約束緊箍建筑物裂而不倒，提高墻體的延性，保證居住者有足夠的逃生時間，對于結構抗倒塌具有重要意義。如多道設防問題，框架結構中填充墻充當?shù)谝坏婪谰€，框架為第二道防線。當?shù)谝坏揽箓攘Ψ谰€破壞，第二道防線接替后，建筑物自振周期將出現(xiàn)較大幅度的變動，與地震動卓越周期錯開，使建筑物的共振現(xiàn)象得以緩解，提高了建筑物吸收和耗散地震能量的能力，減輕地震的破壞作用，從而提高了整個建筑的抗震能力。再比如結構的“延性”問題，良好的抗震建筑在滿足強度和剛度同時，還應具有足夠的延性。延性好的結構，在地震中通過結構的塑性變形吸收和消耗地震輸入能量，從而減輕震害。

1.4 掌握抗震設計基本理論

強調建筑抗震的概念設計的重要性，并非不重視數(shù)值計算，而是為了給抗震計算創(chuàng)造有利條件，使計算分析結果更能反映地震時結構反應的實際情況。目前建筑結構抗震計算方法大致分為三種：底部剪力法、振型分解反應譜法和時程分析法。三種方法進行抗震設計的流程圖見圖1。該部分內容為本課程的重點之一，給學生講清三種方法的主要內容、各自適用條件、計算步驟和優(yōu)缺點，讓學生能靈活掌握不同的結構體系、不同烈度、不同場地條件、不同高度的建筑進行抗震設計應采取的相應計算方法。

1.5 增加隔震與消能減震的內容

隔震與消能減震是建筑結構減輕地震災害的新技術，要讓學生理解隔震、消能減震的思想、基本原理和設計計算方法，搞清與傳統(tǒng)抗震的不同。就像大禹治水，一種方法是修筑高高的河堤“圍堵”（相當于抗震），另一種方法就是“疏順導滯”（相當于減隔震），這樣一個復雜的專業(yè)問題就可以讓學生能更容易的理解和掌握。

2 教學方式

2.1 多媒體教學

抗震課具有概念多、公式多、綜合性強、難度大等特點，決定了傳統(tǒng)的講授法已不能滿足當前形勢的需要，利用現(xiàn)代化手段來進行教學勢在必行。通過制作多媒體課件，在課件中加入國內外大地震的震害，通過多個地震災后情況的對比讓學生知道一個國家防震、抗震水平的高低直接影響震后的生命、財產損失的大小，這些數(shù)據(jù)也從一個側面反映了國家經(jīng)濟實力的強弱，由此激發(fā)學生的學習熱情和愛國熱情，提高學生的敬業(yè)精神。收看下載的新聞視頻，用專業(yè)的眼光解讀新聞，解釋地震術語，如震級、震中、震源、震源深度和地震烈度等，搞清一次地震只能有一個震級，但可以有多個烈度。采用圖片和動態(tài)提示，生動、形象地課堂講解，適當結合傳統(tǒng)板書，使單位時間內傳遞的信息量增加，既加快了教學進程，增強了學生聽課的注意力，也開闊了學生的眼界，使書本知識向課堂外延升，提高了學生學習本課程的興趣[2]。

2.2 參觀地震博物館

組織學生在開課第一周參觀蘭州地震博物館。該館始建于1989年，是目前我國規(guī)模最大、收藏最豐富的唯一專業(yè)地震博物館。博物館洞門開在一個非常典型的幾百年前的地震斷裂帶上，洞門上面的山體層面和破碎帶清晰可見。學生來到館門前，就有身臨其境的感覺。進入館內，在老師帶領和講解下，得知館內有地震知識壁畫館、實物史料館、地震泥塑館、地震儀器館、音像館和地震字畫館6個分館。壁畫館設在主洞道，壁畫上面繪制了383個真實的地震故事和1000多個人物；實物史料館陳列著300多件地震文物和史料；地震泥塑館再現(xiàn)了公元138年張衡地動儀測出的蘭州地震時的情況；字畫館收藏有許多國內外罕見的地震文物和史料，如萬年以前地震生成物——固化沙柱和碳化斷層泥珍品，固原大地震銅幣“沙板”，我國第一張地震烈度圖，清代山西平陸大地震后欽差大臣手繪地震烈度御覽圖，宋代“天下地震第一碑”文獻碑刻等。通過老師風趣的講解以及與學生的互動，讓學生了解地震的相關知識，如震前動物的反應、地震儀的工作原理、地震歷史以及一些地震時逃生的方法，使學生進一步認識地震這一自然災害的突發(fā)性和毀滅性，鼓勵其投身到結構的抗震設計、防震減災事業(yè)中。

2.3 實際參與小型振動臺的模擬試驗

為了參加第五屆全國大學生結構設計大賽，蘭州交通大學購買了WS-Z30小型精密振動臺，利用這一現(xiàn)成儀器，讓學生自己動手，按照要求制作多層結構模型，用振動臺模擬水平地震作用。振動臺輸入的地震波可以是實際的強震記錄，也可以是人工模擬地震波，并通過等比例調整使峰值加速度放大為1000gal，作為加載所用的基準輸入波，考察模型抵抗地震的能力。通過這樣的實踐活動，不僅使專業(yè)知識融會貫通，而且能提高學生的動手能力，提高學生靈活運用所學知識分析問題、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力，激發(fā)學生對抗震課程的學習熱情。

2.4 課堂教學和自學、討論相結合

為了獲得較好的教學效果，除了常規(guī)的課堂教學外，采用“思考題”形式的自學講課、課堂討論做為補充。自學講課有以下優(yōu)勢：（1）學生上課時的注意力更加集中。因為他們內心有一種渴望，希望知道自己對思考題的理解與教師講解的是否一樣。（2）教師課堂講解時，有思考題做引導，更能做到條理清楚、目的性強，通過實時提問，可以檢驗學生的自學效果。

設定一個主題，學生在課堂上以小組為單位進行討論，鼓勵學生踴躍發(fā)表自己的見解，活躍課堂氣氛。通過討論和講解，增加大家對抗震概念設計的理解，并提高解決實際工程的能力。比如圖2中的兩座建筑在經(jīng)歷不同周期特點的地震作用下，哪座建筑更易破壞？針對這一主題，同學們七嘴八舌展開了激烈討論，最后老師給出正確結論為：圖2a場地的卓越周期較長，說明場地土較弱，自振周期較長的高層建筑更容易破壞（圖3a）；圖2b場地的卓越周期較短，場地土較堅硬，在硬土上低層建筑相比于高層建筑受震害影響更大（圖3b）。當建筑物的自振周期與場地的卓越周期相等或接近時，建筑物發(fā)生共振，建筑物的震害會加重。經(jīng)過分析討論，讓學生搞清楚場地條件與建造在上面的建筑周期的關系。在以后的建筑抗震設計中，應使建筑物的自振周期避開場地的卓越周期，以避免發(fā)生共振現(xiàn)象，減輕建筑物的震害。

2.5 進行框架結構設計大作業(yè)的綜合練習

布置一道鋼筋混凝土框架結構設計題目，從選擇結構方案和抗震結構體系入手，然后進行結構布置，初步確定材料強度等級及構件截面尺寸（理解建筑結構設計的不唯一性），確定結構計算簡圖，進行水平地震作用的計算和層間側移檢算，取框架結構的其中一榀典型橫向框架計算，選用合適的結構內力分析方法（如D值法）計算水平地震作用下的內力并繪制內力圖，該榀橫向框架在豎向荷載作用下的內力計算，選擇一根梁、一根柱內力組合和內力調整，并進行截面設計和某一中節(jié)點設計等。通過大作業(yè)的練習，加深學生對規(guī)范的理解和應用，體會抗震措施在具體工程中是怎樣實現(xiàn)的，增強學生的工程意識，為畢業(yè)設計以及后續(xù)的深造和工作都打下良好基礎。

3 考核

在課程結束時為了比較客觀地檢查學生的掌握情況，全面客觀地反映學生對該課程的掌握程度，總評成績采用四六開，即課程考試占總評成績的60%，平時考核占40%。平時考核綜合了上課考勤、課堂討論、課后習題與課后大作業(yè)等各項指標。課后安排一定的答疑時間，加強對學生的自學輔導，并通過網(wǎng)站答疑和課堂集中講評及時解決學生在學習過程中遇到的問題。

關于課程考試，采用部分閉卷和部分開卷相結合的考試形式，閉卷部分以基本理論知識和“概念設計”內容為主，約占50%，題目為選擇題、填充題和簡答題，考核學生對課程理論的掌握程度，在1小時時間內完成。開卷部分以基本的內力計算和結構構造要求為主，約占50%，題目具有綜合性，主要考查學生對所學理論知識的應用和分析問題的能力，通過內力計算、荷載組合、截面設計或截面校核，考核學生對結構計算的掌握程度，在1小時時間內完成，答題時學生可以查看教科書和相應的設計規(guī)范，這與國家注冊結構工程師專業(yè)考試的模式相匹配。一方面反映學生理解和應用規(guī)范的能力，另一方面解決了學生只重視知識的死記硬背和計算能力的提高而忽視了結構抗震的概念設計和構造要求的問題。

4 結束語

建筑抗震設計這門課程采用多媒體的教學手段，自己動手的實踐教學，參觀地震博物館，大作業(yè)的綜合訓練，獨特的考試方式取得了良好的教學效果。實踐證明近幾屆學生工作態(tài)度嚴謹，專業(yè)基礎知識扎實，概念清楚，適應面寬，實踐能力強，有較強的分析問題和解決問題能力，基本具備了結構工程師的專業(yè)素養(yǎng)。

參考文獻

[1]薛素鐸，趙均，高向宇.建筑抗震設計第三版[M].北京：科學出版社，2012.

[2]梁炯豐，易萍華，何春鋒.多媒體條件下案例教學法在建筑抗震設計中的應用[J].高等建筑教育，2009，18（1）：134-136.

1.4 掌握抗震設計基本理論

強調建筑抗震的概念設計的重要性，并非不重視數(shù)值計算，而是為了給抗震計算創(chuàng)造有利條件，使計算分析結果更能反映地震時結構反應的實際情況。目前建筑結構抗震計算方法大致分為三種：底部剪力法、振型分解反應譜法和時程分析法。三種方法進行抗震設計的流程圖見圖1。該部分內容為本課程的重點之一，給學生講清三種方法的主要內容、各自適用條件、計算步驟和優(yōu)缺點，讓學生能靈活掌握不同的結構體系、不同烈度、不同場地條件、不同高度的建筑進行抗震設計應采取的相應計算方法。

1.5 增加隔震與消能減震的內容

隔震與消能減震是建筑結構減輕地震災害的新技術，要讓學生理解隔震、消能減震的思想、基本原理和設計計算方法，搞清與傳統(tǒng)抗震的不同。就像大禹治水，一種方法是修筑高高的河堤“圍堵”（相當于抗震），另一種方法就是“疏順導滯”（相當于減隔震），這樣一個復雜的專業(yè)問題就可以讓學生能更容易的理解和掌握。

2 教學方式

2.1 多媒體教學

抗震課具有概念多、公式多、綜合性強、難度大等特點，決定了傳統(tǒng)的講授法已不能滿足當前形勢的需要，利用現(xiàn)代化手段來進行教學勢在必行。通過制作多媒體課件，在課件中加入國內外大地震的震害，通過多個地震災后情況的對比讓學生知道一個國家防震、抗震水平的高低直接影響震后的生命、財產損失的大小，這些數(shù)據(jù)也從一個側面反映了國家經(jīng)濟實力的強弱，由此激發(fā)學生的學習熱情和愛國熱情，提高學生的敬業(yè)精神。收看下載的新聞視頻，用專業(yè)的眼光解讀新聞，解釋地震術語，如震級、震中、震源、震源深度和地震烈度等，搞清一次地震只能有一個震級，但可以有多個烈度。采用圖片和動態(tài)提示，生動、形象地課堂講解，適當結合傳統(tǒng)板書，使單位時間內傳遞的信息量增加，既加快了教學進程，增強了學生聽課的注意力，也開闊了學生的眼界，使書本知識向課堂外延升，提高了學生學習本課程的興趣[2]。

2.2 參觀地震博物館

組織學生在開課第一周參觀蘭州地震博物館。該館始建于1989年，是目前我國規(guī)模最大、收藏最豐富的唯一專業(yè)地震博物館。博物館洞門開在一個非常典型的幾百年前的地震斷裂帶上，洞門上面的山體層面和破碎帶清晰可見。學生來到館門前，就有身臨其境的感覺。進入館內，在老師帶領和講解下，得知館內有地震知識壁畫館、實物史料館、地震泥塑館、地震儀器館、音像館和地震字畫館6個分館。壁畫館設在主洞道，壁畫上面繪制了383個真實的地震故事和1000多個人物；實物史料館陳列著300多件地震文物和史料；地震泥塑館再現(xiàn)了公元138年張衡地動儀測出的蘭州地震時的情況；字畫館收藏有許多國內外罕見的地震文物和史料，如萬年以前地震生成物——固化沙柱和碳化斷層泥珍品，固原大地震銅幣“沙板”，我國第一張地震烈度圖，清代山西平陸大地震后欽差大臣手繪地震烈度御覽圖，宋代“天下地震第一碑”文獻碑刻等。通過老師風趣的講解以及與學生的互動，讓學生了解地震的相關知識，如震前動物的反應、地震儀的工作原理、地震歷史以及一些地震時逃生的方法，使學生進一步認識地震這一自然災害的突發(fā)性和毀滅性，鼓勵其投身到結構的抗震設計、防震減災事業(yè)中。

2.3 實際參與小型振動臺的模擬試驗

為了參加第五屆全國大學生結構設計大賽，蘭州交通大學購買了WS-Z30小型精密振動臺，利用這一現(xiàn)成儀器，讓學生自己動手，按照要求制作多層結構模型，用振動臺模擬水平地震作用。振動臺輸入的地震波可以是實際的強震記錄，也可以是人工模擬地震波，并通過等比例調整使峰值加速度放大為1000gal，作為加載所用的基準輸入波，考察模型抵抗地震的能力。通過這樣的實踐活動，不僅使專業(yè)知識融會貫通，而且能提高學生的動手能力，提高學生靈活運用所學知識分析問題、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力，激發(fā)學生對抗震課程的學習熱情。

2.4 課堂教學和自學、討論相結合

為了獲得較好的教學效果，除了常規(guī)的課堂教學外，采用“思考題”形式的自學講課、課堂討論做為補充。自學講課有以下優(yōu)勢：（1）學生上課時的注意力更加集中。因為他們內心有一種渴望，希望知道自己對思考題的理解與教師講解的是否一樣。（2）教師課堂講解時，有思考題做引導，更能做到條理清楚、目的性強，通過實時提問，可以檢驗學生的自學效果。

設定一個主題，學生在課堂上以小組為單位進行討論，鼓勵學生踴躍發(fā)表自己的見解，活躍課堂氣氛。通過討論和講解，增加大家對抗震概念設計的理解，并提高解決實際工程的能力。比如圖2中的兩座建筑在經(jīng)歷不同周期特點的地震作用下，哪座建筑更易破壞？針對這一主題，同學們七嘴八舌展開了激烈討論，最后老師給出正確結論為：圖2a場地的卓越周期較長，說明場地土較弱，自振周期較長的高層建筑更容易破壞（圖3a）；圖2b場地的卓越周期較短，場地土較堅硬，在硬土上低層建筑相比于高層建筑受震害影響更大（圖3b）。當建筑物的自振周期與場地的卓越周期相等或接近時，建筑物發(fā)生共振，建筑物的震害會加重。經(jīng)過分析討論，讓學生搞清楚場地條件與建造在上面的建筑周期的關系。在以后的建筑抗震設計中，應使建筑物的自振周期避開場地的卓越周期，以避免發(fā)生共振現(xiàn)象，減輕建筑物的震害。

2.5 進行框架結構設計大作業(yè)的綜合練習

布置一道鋼筋混凝土框架結構設計題目，從選擇結構方案和抗震結構體系入手，然后進行結構布置，初步確定材料強度等級及構件截面尺寸（理解建筑結構設計的不唯一性），確定結構計算簡圖，進行水平地震作用的計算和層間側移檢算，取框架結構的其中一榀典型橫向框架計算，選用合適的結構內力分析方法（如D值法）計算水平地震作用下的內力并繪制內力圖，該榀橫向框架在豎向荷載作用下的內力計算，選擇一根梁、一根柱內力組合和內力調整，并進行截面設計和某一中節(jié)點設計等。通過大作業(yè)的練習，加深學生對規(guī)范的理解和應用，體會抗震措施在具體工程中是怎樣實現(xiàn)的，增強學生的工程意識，為畢業(yè)設計以及后續(xù)的深造和工作都打下良好基礎。

3 考核

在課程結束時為了比較客觀地檢查學生的掌握情況，全面客觀地反映學生對該課程的掌握程度，總評成績采用四六開，即課程考試占總評成績的60%，平時考核占40%。平時考核綜合了上課考勤、課堂討論、課后習題與課后大作業(yè)等各項指標。課后安排一定的答疑時間，加強對學生的自學輔導，并通過網(wǎng)站答疑和課堂集中講評及時解決學生在學習過程中遇到的問題。

關于課程考試，采用部分閉卷和部分開卷相結合的考試形式，閉卷部分以基本理論知識和“概念設計”內容為主，約占50%，題目為選擇題、填充題和簡答題，考核學生對課程理論的掌握程度，在1小時時間內完成。開卷部分以基本的內力計算和結構構造要求為主，約占50%，題目具有綜合性，主要考查學生對所學理論知識的應用和分析問題的能力，通過內力計算、荷載組合、截面設計或截面校核，考核學生對結構計算的掌握程度，在1小時時間內完成，答題時學生可以查看教科書和相應的設計規(guī)范，這與國家注冊結構工程師專業(yè)考試的模式相匹配。一方面反映學生理解和應用規(guī)范的能力，另一方面解決了學生只重視知識的死記硬背和計算能力的提高而忽視了結構抗震的概念設計和構造要求的問題。

4 結束語

建筑抗震設計這門課程采用多媒體的教學手段，自己動手的實踐教學，參觀地震博物館，大作業(yè)的綜合訓練，獨特的考試方式取得了良好的教學效果。實踐證明近幾屆學生工作態(tài)度嚴謹，專業(yè)基礎知識扎實，概念清楚，適應面寬，實踐能力強，有較強的分析問題和解決問題能力，基本具備了結構工程師的專業(yè)素養(yǎng)。

參考文獻

[1]薛素鐸，趙均，高向宇.建筑抗震設計第三版[M].北京：科學出版社，2012.

[2]梁炯豐，易萍華，何春鋒.多媒體條件下案例教學法在建筑抗震設計中的應用[J].高等建筑教育，2009，18（1）：134-136.

1.4 掌握抗震設計基本理論

強調建筑抗震的概念設計的重要性，并非不重視數(shù)值計算，而是為了給抗震計算創(chuàng)造有利條件，使計算分析結果更能反映地震時結構反應的實際情況。目前建筑結構抗震計算方法大致分為三種：底部剪力法、振型分解反應譜法和時程分析法。三種方法進行抗震設計的流程圖見圖1。該部分內容為本課程的重點之一，給學生講清三種方法的主要內容、各自適用條件、計算步驟和優(yōu)缺點，讓學生能靈活掌握不同的結構體系、不同烈度、不同場地條件、不同高度的建筑進行抗震設計應采取的相應計算方法。

1.5 增加隔震與消能減震的內容

隔震與消能減震是建筑結構減輕地震災害的新技術，要讓學生理解隔震、消能減震的思想、基本原理和設計計算方法，搞清與傳統(tǒng)抗震的不同。就像大禹治水，一種方法是修筑高高的河堤“圍堵”（相當于抗震），另一種方法就是“疏順導滯”（相當于減隔震），這樣一個復雜的專業(yè)問題就可以讓學生能更容易的理解和掌握。

2 教學方式

2.1 多媒體教學

抗震課具有概念多、公式多、綜合性強、難度大等特點，決定了傳統(tǒng)的講授法已不能滿足當前形勢的需要，利用現(xiàn)代化手段來進行教學勢在必行。通過制作多媒體課件，在課件中加入國內外大地震的震害，通過多個地震災后情況的對比讓學生知道一個國家防震、抗震水平的高低直接影響震后的生命、財產損失的大小，這些數(shù)據(jù)也從一個側面反映了國家經(jīng)濟實力的強弱，由此激發(fā)學生的學習熱情和愛國熱情，提高學生的敬業(yè)精神。收看下載的新聞視頻，用專業(yè)的眼光解讀新聞，解釋地震術語，如震級、震中、震源、震源深度和地震烈度等，搞清一次地震只能有一個震級，但可以有多個烈度。采用圖片和動態(tài)提示，生動、形象地課堂講解，適當結合傳統(tǒng)板書，使單位時間內傳遞的信息量增加，既加快了教學進程，增強了學生聽課的注意力，也開闊了學生的眼界，使書本知識向課堂外延升，提高了學生學習本課程的興趣[2]。

2.2 參觀地震博物館

組織學生在開課第一周參觀蘭州地震博物館。該館始建于1989年，是目前我國規(guī)模最大、收藏最豐富的唯一專業(yè)地震博物館。博物館洞門開在一個非常典型的幾百年前的地震斷裂帶上，洞門上面的山體層面和破碎帶清晰可見。學生來到館門前，就有身臨其境的感覺。進入館內，在老師帶領和講解下，得知館內有地震知識壁畫館、實物史料館、地震泥塑館、地震儀器館、音像館和地震字畫館6個分館。壁畫館設在主洞道，壁畫上面繪制了383個真實的地震故事和1000多個人物；實物史料館陳列著300多件地震文物和史料；地震泥塑館再現(xiàn)了公元138年張衡地動儀測出的蘭州地震時的情況；字畫館收藏有許多國內外罕見的地震文物和史料，如萬年以前地震生成物——固化沙柱和碳化斷層泥珍品，固原大地震銅幣“沙板”，我國第一張地震烈度圖，清代山西平陸大地震后欽差大臣手繪地震烈度御覽圖，宋代“天下地震第一碑”文獻碑刻等。通過老師風趣的講解以及與學生的互動，讓學生了解地震的相關知識，如震前動物的反應、地震儀的工作原理、地震歷史以及一些地震時逃生的方法，使學生進一步認識地震這一自然災害的突發(fā)性和毀滅性，鼓勵其投身到結構的抗震設計、防震減災事業(yè)中。

2.3 實際參與小型振動臺的模擬試驗

為了參加第五屆全國大學生結構設計大賽，蘭州交通大學購買了WS-Z30小型精密振動臺，利用這一現(xiàn)成儀器，讓學生自己動手，按照要求制作多層結構模型，用振動臺模擬水平地震作用。振動臺輸入的地震波可以是實際的強震記錄，也可以是人工模擬地震波，并通過等比例調整使峰值加速度放大為1000gal，作為加載所用的基準輸入波，考察模型抵抗地震的能力。通過這樣的實踐活動，不僅使專業(yè)知識融會貫通，而且能提高學生的動手能力，提高學生靈活運用所學知識分析問題、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力，激發(fā)學生對抗震課程的學習熱情。

2.4 課堂教學和自學、討論相結合

為了獲得較好的教學效果，除了常規(guī)的課堂教學外，采用“思考題”形式的自學講課、課堂討論做為補充。自學講課有以下優(yōu)勢：（1）學生上課時的注意力更加集中。因為他們內心有一種渴望，希望知道自己對思考題的理解與教師講解的是否一樣。（2）教師課堂講解時，有思考題做引導，更能做到條理清楚、目的性強，通過實時提問，可以檢驗學生的自學效果。

設定一個主題，學生在課堂上以小組為單位進行討論，鼓勵學生踴躍發(fā)表自己的見解，活躍課堂氣氛。通過討論和講解，增加大家對抗震概念設計的理解，并提高解決實際工程的能力。比如圖2中的兩座建筑在經(jīng)歷不同周期特點的地震作用下，哪座建筑更易破壞？針對這一主題，同學們七嘴八舌展開了激烈討論，最后老師給出正確結論為：圖2a場地的卓越周期較長，說明場地土較弱，自振周期較長的高層建筑更容易破壞（圖3a）；圖2b場地的卓越周期較短，場地土較堅硬，在硬土上低層建筑相比于高層建筑受震害影響更大（圖3b）。當建筑物的自振周期與場地的卓越周期相等或接近時，建筑物發(fā)生共振，建筑物的震害會加重。經(jīng)過分析討論，讓學生搞清楚場地條件與建造在上面的建筑周期的關系。在以后的建筑抗震設計中，應使建筑物的自振周期避開場地的卓越周期，以避免發(fā)生共振現(xiàn)象，減輕建筑物的震害。

2.5 進行框架結構設計大作業(yè)的綜合練習

布置一道鋼筋混凝土框架結構設計題目，從選擇結構方案和抗震結構體系入手，然后進行結構布置，初步確定材料強度等級及構件截面尺寸（理解建筑結構設計的不唯一性），確定結構計算簡圖，進行水平地震作用的計算和層間側移檢算，取框架結構的其中一榀典型橫向框架計算，選用合適的結構內力分析方法（如D值法）計算水平地震作用下的內力并繪制內力圖，該榀橫向框架在豎向荷載作用下的內力計算，選擇一根梁、一根柱內力組合和內力調整，并進行截面設計和某一中節(jié)點設計等。通過大作業(yè)的練習，加深學生對規(guī)范的理解和應用，體會抗震措施在具體工程中是怎樣實現(xiàn)的，增強學生的工程意識，為畢業(yè)設計以及后續(xù)的深造和工作都打下良好基礎。

3 考核

在課程結束時為了比較客觀地檢查學生的掌握情況，全面客觀地反映學生對該課程的掌握程度，總評成績采用四六開，即課程考試占總評成績的60%，平時考核占40%。平時考核綜合了上課考勤、課堂討論、課后習題與課后大作業(yè)等各項指標。課后安排一定的答疑時間，加強對學生的自學輔導，并通過網(wǎng)站答疑和課堂集中講評及時解決學生在學習過程中遇到的問題。

關于課程考試，采用部分閉卷和部分開卷相結合的考試形式，閉卷部分以基本理論知識和“概念設計”內容為主，約占50%，題目為選擇題、填充題和簡答題，考核學生對課程理論的掌握程度，在1小時時間內完成。開卷部分以基本的內力計算和結構構造要求為主，約占50%，題目具有綜合性，主要考查學生對所學理論知識的應用和分析問題的能力，通過內力計算、荷載組合、截面設計或截面校核，考核學生對結構計算的掌握程度，在1小時時間內完成，答題時學生可以查看教科書和相應的設計規(guī)范，這與國家注冊結構工程師專業(yè)考試的模式相匹配。一方面反映學生理解和應用規(guī)范的能力，另一方面解決了學生只重視知識的死記硬背和計算能力的提高而忽視了結構抗震的概念設計和構造要求的問題。

4 結束語

建筑抗震設計這門課程采用多媒體的教學手段，自己動手的實踐教學，參觀地震博物館，大作業(yè)的綜合訓練，獨特的考試方式取得了良好的教學效果。實踐證明近幾屆學生工作態(tài)度嚴謹，專業(yè)基礎知識扎實，概念清楚，適應面寬，實踐能力強，有較強的分析問題和解決問題能力，基本具備了結構工程師的專業(yè)素養(yǎng)。

參考文獻

[1]薛素鐸，趙均，高向宇.建筑抗震設計第三版[M].北京：科學出版社，2012.

[2]梁炯豐，易萍華，何春鋒.多媒體條件下案例教學法在建筑抗震設計中的應用[J].高等建筑教育，2009，18（1）：134-136.