“套路”解題法在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理教學(xué)中的探討與實(shí)踐

苗生龍 李慶濤

摘 要：“套路”解題法從一種通用的解題思路入手，層層剖析，促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)知識點(diǎn)進(jìn)一步梳理，形成一套適用于學(xué)生解題時(shí)的實(shí)用方法。結(jié)合具體實(shí)例講述了在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理教學(xué)過程中通過解題思路、解題步驟的建立而形成解題套路的過程。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；解題思路；解題步驟；套路解題法

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）04-0078-02

Abstract： Based on a general problem-solving way and comprehensive analysis， the set pattern problem-solving method， which is a set of practical methods applying to solve problems， aims to help the students to review the learned knowledge. The typical teaching case was given to present the process of set pattern problem-solving method in the course of concrete structure design principle.

Keywords： concrete structure； problem-solving process； problem-solving steps； set pattern problem-solving method

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是土木工程、工程管理專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)各專業(yè)課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，對學(xué)生將來從事設(shè)計(jì)、施工及工程管理等與建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)的工作有重要影響。由于該課程是學(xué)生接觸到的第一門與專業(yè)相關(guān)的課程，因而學(xué)習(xí)起來比較困難，不少學(xué)生學(xué)完相應(yīng)知識點(diǎn)后在進(jìn)行具體解題時(shí)仍覺得難度較大，常常手足無措。本文以受彎構(gòu)件正截面承載力設(shè)計(jì)部分為例，探討本課程在解題思路、步驟方面的“套路”解題法。

一、課程特點(diǎn)及目前教學(xué)中存在的問題

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程與以往純理論課程相比具有較強(qiáng)的專業(yè)特色，要嚴(yán)格遵照相應(yīng)的規(guī)范，除了按公式進(jìn)行理論計(jì)算，還需要滿足相應(yīng)的構(gòu)造措施。具體有如下特點(diǎn)：實(shí)踐性強(qiáng)；內(nèi)容多、公式多，公式的使用條件多；簡化、近似和經(jīng)驗(yàn)處理多；系統(tǒng)性、邏輯性差。

鑒于課程的這些特點(diǎn)，加上教師重點(diǎn)集中在講解具體的各個知識點(diǎn)上，學(xué)生難以系統(tǒng)地理解各個知識點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)性，學(xué)生普遍反映這門課“有點(diǎn)亂、有點(diǎn)雜”，尤其體現(xiàn)在具體解題過程中，學(xué)生往往被眾多的公式、條件、系數(shù)等所迷惑，思路混亂，感覺無從下手。因此，在教學(xué)過程中幫助學(xué)生理清解題思路，對知識點(diǎn)進(jìn)行梳理，形成解題“套路”顯得很有必要。

二、教學(xué)過程中解題“套路”的總結(jié)

在遇到具體題目的時(shí)候，思路往往是最重要的，沒有思路就無從下手。從以往改作業(yè)的情況來看，學(xué)生的解題思路模糊，解題過程不順暢，存在很大的問題。解題思路就是對具體題目進(jìn)行分析，確定最終目標(biāo)，理出完成目標(biāo)需要的各種信息，并從不同的角度結(jié)合所學(xué)知識對信息進(jìn)行加工處理逐個求解，之后進(jìn)行歸納總結(jié)的一系列思維活動。實(shí)際上，理出思路的過程是培養(yǎng)學(xué)生解決具體問題時(shí)觀察、分析、歸納、總結(jié)、反思的過程，是建立解題步驟進(jìn)而形成解題套路的前提。下面通過一道鋼筋混凝土單筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力配縱筋計(jì)算實(shí)例，來說明教學(xué)過程中求解混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)具體題目時(shí)基本解題“套路”的建立方法。

[實(shí)例]某公園水榭走廊是一鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有一矩形截面簡支梁，截面尺寸b×h=250mm×500mm，承受的最大彎矩設(shè)計(jì)值M=148kN·m，安全等級二級，混凝土采用C30，鋼筋采用HRB400。計(jì)算其所需縱向受力鋼筋截面面積。（as=45mm）

（一）解題思路的形成

1. 明確最終求解目標(biāo)

2. 根據(jù)所求目標(biāo)，理出所需參數(shù)

要求出As，需要先求得a1、fc、b、x和fy，其中x為未知，需要先按照彎矩平衡公式求出。而要求出x，需先確定γ0、M、h0 （與h和as有關(guān)），考慮到公式的適用條件，還需求出ξb、pmin（要用到ft）。

3. 分清所需參數(shù)中哪些已知、易知，哪些未知，并逐個求解

各種所需參數(shù)中，a1、γ0、M、fc、ft、b、h、fy、as、ξb查教材或者《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）相應(yīng)的表格即可獲得，屬于已知值；h0、pmin則需進(jìn)行簡單的計(jì)算，屬于易知值；而x則屬于未知值，需要經(jīng)過一定的計(jì)算。

（二）解題步驟的建立

根據(jù)上述理出的解題思路，按照其逆過程即可得到大致的解題步驟，如下：

1. 查出已知參數(shù)值，求出易知參數(shù)值；

2. 根據(jù)基本公式中軸力平衡公式，解出未知參數(shù)x，并驗(yàn)算適用條件；

3. 根據(jù)基本公式中彎矩平衡公式，解出目標(biāo)參數(shù)As，并驗(yàn)算適用條件。

到此為止，解題的基本思路和基本步驟已經(jīng)成型，但還需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的豐富，形成可操作的具體方法。

（三）具體解題過程

1. 寫出已知、易知參數(shù)值

（1）已知參數(shù)

（2）易知參數(shù)

2. 根據(jù)基本公式中軸力平衡公式，解出未知參數(shù)x，并驗(yàn)算適用條件

當(dāng)x>ξbh0時(shí)，說明截面配筋超筋，應(yīng)采取其它措施解決，比如增大截面面積，提高混凝土強(qiáng)度等級，或者采用雙筋截面等；

3. 當(dāng)As?Pminbh時(shí)，應(yīng)按照最小配筋率要求來取值。

將單筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力配縱筋計(jì)算的解題步驟整理成上述基本“套路”后，學(xué)生在具體解題時(shí)就可不必過度依賴教材，而按照“套路”寫步驟即可，但這也對學(xué)生提出了要求：學(xué)生在使用“套路”前必須首先熟練掌握“套路”中各個參數(shù)的含義，最好熟記常用的參數(shù)值；其次要求學(xué)生務(wù)必親自按照上述方法，將基本“套路”變成真正適合自己的解題方法。

三、“套路”解題法的教學(xué)效果

在對解題步驟的整理及“套路”的總結(jié)過程中，學(xué)生對課堂所學(xué)知識進(jìn)行了再一次的回顧、梳理，抓住了所學(xué)知識的主線，各知識點(diǎn)之間的聯(lián)系也變得清晰，為后續(xù)更復(fù)雜內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。采用“套路”教學(xué)法后，通過對學(xué)生作業(yè)的檢查及考試后試卷的分析發(fā)現(xiàn)，按照“套路”法進(jìn)行復(fù)習(xí)、做題的學(xué)生普遍解題思路清晰、書寫簡練，而且相關(guān)概念清楚。“套路”解題法不但提高了學(xué)生具體解題的能力，也提高了學(xué)生歸納總結(jié)的能力，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

四、結(jié)束語

采用“套路”解題法對單筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力配縱筋計(jì)算步驟的總結(jié)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，同時(shí)也提高了學(xué)生的解題能力、歸納總結(jié)能力。無論是截面設(shè)計(jì)還是承載力校核，學(xué)生都可遵循此方法進(jìn)行學(xué)習(xí)和應(yīng)用。由于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程中的計(jì)算內(nèi)容較多，知識點(diǎn)復(fù)雜，理順?biāo)鼈冎g的關(guān)系，整理好具體的解題步驟對于學(xué)生理解、系統(tǒng)掌握相關(guān)知識點(diǎn)大有幫助。同時(shí)還可以在初步整理的基礎(chǔ)上對各部分內(nèi)容進(jìn)行再一次的加工梳理，以得到更加優(yōu)化的“套路”。

參考文獻(xiàn)

[1]東南大學(xué)，天津大學(xué)，同濟(jì)大學(xué).混凝土結(jié)構(gòu)——混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].（第五版）北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]沈蒲生.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].4版.北京：高等教育出版社，2012.

[3]李曉蕾，李哲，等.關(guān)于《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程的思考[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2014，14（1）：174-177.

[4]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[5]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB50009-2012.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.