胡曉斌　徐禮華

摘要：對于土木工程專業(yè)特別是建筑工程方向的學(xué)生來說，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計是一門非常重要的專業(yè)課程。其特點可歸納為三點：理論性強、綜合性強、實用性強。由于學(xué)時較短，該課程教學(xué)存在較大的困難。文章指出了當(dāng)前教學(xué)中存在的一些典型問題，并提出了相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)抗震；教學(xué)實踐；課程教學(xué)

中圖分類號：G6420；TU3 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：10052909（2015）05012003

地震災(zāi)害是人類面臨的最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，其突發(fā)性、不可預(yù)測性、頻度較高的特點，給人類帶來巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，對社會產(chǎn)生很大的影響。中國位于世界兩大地震構(gòu)造系的交匯區(qū)域，近年來地震頻發(fā)，造成非常慘重的災(zāi)害。如2008年汶川大地震，造成69 227人遇難，直接經(jīng)濟損失高達8 000多億元人民幣。

歷次震害表明，人員傷亡主要是由于建筑破壞甚至倒塌引起的，因此開展建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計研究對減輕地震災(zāi)害特別是減少人員傷亡具有重要的意義。作為未來的土木工程師，土木工程專業(yè)（尤其是建筑工程方向）的學(xué)生應(yīng)掌握結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本理論和方法，因此建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計（以下簡稱結(jié)構(gòu)抗震）課程的開設(shè)顯得尤為重要和必要[1]。

一、結(jié)構(gòu)抗震課程的特點

結(jié)構(gòu)抗震這門課程主要介紹地震和地震動的基本知識、結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析、不同類型結(jié)構(gòu)（砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、單層廠房等）的抗震設(shè)計、隔震及減震等[2]，其特點可歸納為三點：理論性強、綜合性強、實用性強。

理論性強，體現(xiàn)在這門課程需要運用很多數(shù)學(xué)、力學(xué)知識（如線性代數(shù)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)等）進行理論推導(dǎo)；綜合性強，表現(xiàn)在這門課程涉及到很多其他課程或?qū)W科的知識（如地震學(xué)、工程數(shù)學(xué)、工程力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)學(xué)等）；實用性強，表現(xiàn)在這門課程的落腳點在于介紹不同類型結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法，學(xué)生通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)，能為以后從事相關(guān)的設(shè)計工作打下堅實的基礎(chǔ)。

由于上述的這些特點，結(jié)構(gòu)抗震課程教學(xué)存在較大困難。教師如何提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，學(xué)生如何扎實地掌握結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)的理論和方法，是擺在師生面前的一個重要課題。在當(dāng)前的教學(xué)實踐中，存在一些典型的問題，本文在剖析這些問題的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的建議。

二、結(jié)構(gòu)抗震課程教學(xué)中的問題

（一）教學(xué)內(nèi)容安排不合理

雖然結(jié)構(gòu)抗震這門課程難度很大，但是學(xué)時一般較少，有的高校甚至不足30學(xué)時。在學(xué)時不足的情況下，如何對教學(xué)內(nèi)容進行合理的取舍是一個關(guān)鍵的問題。在教學(xué)實踐中，部分教師只是從教學(xué)的難易程度來選擇教學(xué)的內(nèi)容，而不是從教學(xué)內(nèi)容的重要性程度來安排教學(xué)內(nèi)容及相應(yīng)的學(xué)時，這樣做顯然是不合理的。

（二） 忽視理論推導(dǎo)

結(jié)構(gòu)抗震課程理論性強，涉及到很多公式的推導(dǎo)，特別是結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析這部分內(nèi)容。對于該部分內(nèi)容的教學(xué)，部分教師認為學(xué)生在結(jié)構(gòu)力學(xué)中已學(xué)過動力學(xué)的相關(guān)知識，而地震作用可看成一種特殊的動力荷載，學(xué)生可以很輕松地學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析的理論，因此可少講或略講理論推導(dǎo)，而把重點放在講述公式的如何應(yīng)用上。

這樣的認識及教學(xué)方式實際上大有弊端，其原因有如下幾點：（1）動力學(xué)的內(nèi)容在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中相對較少，重要性也不突出，很多學(xué)生并未真正掌握動力學(xué)的基本理論，因此在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法時仍然存在較大的困難；（2）如果一味地忽視公式的推導(dǎo)，而只是講如何應(yīng)用公式，學(xué)生就會“知其然，不知其所以然”，在潛移默化中可能滋生急功近利的思想，這對于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)無疑是有害的；（3）對于部分可能深造特別是志在從事結(jié)構(gòu)抗震研究的學(xué)生來講，理論功底的培養(yǎng)是至關(guān)重要的，否則會嚴(yán)重影響以后的科研工作。

（三）教學(xué)和規(guī)范脫節(jié)

對于結(jié)構(gòu)工程師而言，設(shè)計規(guī)范的重要性是不言而喻的。作為未來的結(jié)構(gòu)工程師，建筑工程專業(yè)的學(xué)生有必要認識和了解規(guī)范。對于建筑工程專業(yè)來講，專業(yè)課程（如混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等）往往對應(yīng)相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，結(jié)構(gòu)抗震這門課程對應(yīng)的規(guī)范就是《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[3]（以下簡稱《抗規(guī)》）。

《結(jié)構(gòu)抗震》教材是圍繞《抗規(guī)》來編寫的，兩者實質(zhì)上是一致的，只不過表現(xiàn)形式不同。前者是以教材的形式出現(xiàn)，其邏輯性更嚴(yán)密；后者是以條文及條文說明的形式出現(xiàn)，其形式上更簡明?！督Y(jié)構(gòu)抗震》教材上的知識點，往往對應(yīng)相應(yīng)的規(guī)范條文。如果在課堂教學(xué)時，將《結(jié)構(gòu)抗震》教材上的知識點和《抗規(guī)》條文關(guān)聯(lián)起來，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)完這門課后，就能達到了解或熟悉《抗規(guī)》的目的。

將教學(xué)和規(guī)范相結(jié)合，融規(guī)范講解于課堂教學(xué)中，對學(xué)生而言是學(xué)習(xí)規(guī)范很好的方式。但是在教學(xué)實踐中，部分教師完全將教學(xué)和規(guī)范脫節(jié)，甚至于自身對規(guī)范也不熟悉，以至于當(dāng)教材內(nèi)容與規(guī)范（特別是新版規(guī)范）不一致時，仍然照本宣科，這顯然是不負責(zé)任的表現(xiàn)。

（四） 忽視實踐教學(xué)

結(jié)構(gòu)抗震課程實用性強，因此實踐性教學(xué)是很重要的，是對課堂教學(xué)內(nèi)容的重要補充。在教學(xué)實踐中，部分教師忽視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計，而只是在課堂上“填鴨式”地向?qū)W生灌輸相關(guān)的知識，學(xué)生只能被動地接受，這樣做教學(xué)效果僅差強人意。

三、對結(jié)構(gòu)抗震課程教學(xué)的建議

（一） 合理安排教學(xué)內(nèi)容

結(jié)構(gòu)抗震課程內(nèi)容很多，應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的重要性對其進行合理的取舍，才能合理地分配有限的學(xué)時。根據(jù)重要性的程度，教學(xué)內(nèi)容可分為重要內(nèi)容和次要內(nèi)容。對于重要內(nèi)容尤其是教學(xué)難點，應(yīng)在課堂上重點講授；對于次要內(nèi)容，可以讓學(xué)生在課后自學(xué)，然后交讀書報告，或者組織學(xué)生進行課堂討論。

從內(nèi)在聯(lián)系來講，可將結(jié)構(gòu)抗震課程教學(xué)內(nèi)容精煉成四個模塊，即：地震與地震動、地震反應(yīng)分析、抗震設(shè)計、隔震與減震。各個模塊的重要內(nèi)容及難點如下：（1）地震與地震動。應(yīng)重點講述地震及地震動的基本概念，其中地震動三要素（特別是頻譜）是難點。（2）地震反應(yīng)分析。應(yīng)重點講述地震作用下體系的運動方程、地震反應(yīng)分析方法，其中地震反應(yīng)譜、振型分解法是難點。（3）抗震設(shè)計。應(yīng)重點講述抗震設(shè)防目標(biāo)、抗震設(shè)計的總體要求、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，其中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu) “強柱弱梁”、“強剪弱彎”及節(jié)點核心區(qū)設(shè)計是難點。值得說明的是，該部分內(nèi)容涉及到不同類型結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，雖然內(nèi)容很多，但由于抗震設(shè)計思路大體一致，因此可選擇一種結(jié)構(gòu)來重點講解。本文建議選擇工程實踐中量大面廣且較簡單的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。（4）隔震及減震。這部分內(nèi)容很多教師在授課時并未涉及，但考慮到隔震及減震是對抗震的重要補充和發(fā)展，且在工程實踐中應(yīng)用普遍，因此建議做適當(dāng)介紹。

（二）重視理論推導(dǎo)

教師在講述理論公式時，不能僅僅演示理論推導(dǎo)的過程，還應(yīng)將理論推導(dǎo)與概念闡釋結(jié)合起來。比如說，振型分解法是求解多自由度體系地震反應(yīng)的一種很重要的方法，從概念上來講是“先分解，后合成”，即將n個自由度的多自由度體系分解成n個單自由度體系，然后分別求解其反應(yīng)，最后通過振型組合得到原體系的反應(yīng)。教師在講述該部分內(nèi)容時，可以在理論推導(dǎo)前先闡述該思想，然后開始理論推導(dǎo)，這樣學(xué)生更容易理解，從而起到事半功倍的效果。

此外，教師在講述相關(guān)知識時，還應(yīng)注意和動力學(xué)已學(xué)過的知識進行對比，從而加深對地震作用的認識。比如說，對于單自由度體系，在地震作用下其運動方程為：

m+c+kx=-mg（1）

而在動力學(xué)中，單自由度體系在動力荷載p（t）作用下運動方程為[4]：

m+c+kx=pt（2）

如果將mg看成一種由地面運動產(chǎn)生的動力荷載，方程（1）、（2）在形式上完全相同。但是兩者又有本質(zhì)的區(qū)別，式（1）中的位移、速度及加速度等反應(yīng)均是相對于地面的，而式（2）中相應(yīng)的是絕對反應(yīng)。通過上述這種對比，學(xué)生就能深刻地認識到地震作用與一般動力荷載的區(qū)別。

（三） 教學(xué)和規(guī)范相結(jié)合

結(jié)構(gòu)抗震課程教學(xué)開始時，教師就應(yīng)向?qū)W生強調(diào)規(guī)范的重要性，并要求學(xué)生準(zhǔn)備好《抗規(guī)》的紙質(zhì)版或電子版。教師在備課的時候，在PPT上盡可能地標(biāo)出所講述知識點對應(yīng)的規(guī)范條文。上課的時候，如有必要（如教材上的內(nèi)容與規(guī)范不一致），教師可打開規(guī)范的電子版，向?qū)W生現(xiàn)場展示該條文。

此外，《抗規(guī)》的條文說明可作為結(jié)構(gòu)抗震課堂教學(xué)很好的補充資料。比如說，時程分析法是結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析中一種很重要的方法，如何選擇地震波是時程分析法的重要一環(huán)，但是教材上一般講得較為粗略，而《抗規(guī)》5.1.2條條文說明敘述得非常清楚。在講述該部分內(nèi)容時，可以結(jié)合該條文來講解，或者讓學(xué)生在課后自學(xué)，然后組織學(xué)生進行討論。

（四）重視實踐教學(xué)

在結(jié)構(gòu)抗震課程教學(xué)中加入一些實踐環(huán)節(jié)，能增強學(xué)生的感性認識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而收到很好的效果。

實踐環(huán)節(jié)可以采用多種形式，如：安排學(xué)生參觀地震模擬振動臺試驗裝置，最好能帶領(lǐng)學(xué)生觀看正在進行的振動臺試驗；組織學(xué)生參觀震后的災(zāi)區(qū)，通過現(xiàn)場走訪，使學(xué)生對地震災(zāi)害產(chǎn)生更為直觀的認識；組織學(xué)生對周邊農(nóng)村民居開展實地調(diào)查，研究目前農(nóng)村民居抗震性能的現(xiàn)狀及特點[5]；組織學(xué)生利用簡易材料（如圖紙）制作結(jié)構(gòu)模型，然后放在小型振動臺輸入地震波進行試驗。實踐環(huán)節(jié)也可以結(jié)合其它的教學(xué)任務(wù)進行，如結(jié)合本科畢業(yè)設(shè)計來進行，教師在畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書中加入抗震設(shè)計的內(nèi)容，學(xué)生通過對一個結(jié)構(gòu)進行完整的抗震設(shè)計，從而熟悉結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的流程。

四、結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計課程是一門非常重要的專業(yè)課程，由于學(xué)時較短，課程教學(xué)存在較大的困難。本文在總結(jié)其特點的基礎(chǔ)上，對教學(xué)實踐中的一些典型問題進行了分析，并提出了相應(yīng)的建議，以供同行參考。參考文獻：

[1]翟長海， 李爽， 徐龍軍， 等. 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計教學(xué)改革探索[J]. 高等建筑教育， 2011， 20（3）：88-90.

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[3]GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范[M]. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2010.

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[5]汪大海， 李書進， 張季如. 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理實踐教學(xué)探索——以農(nóng)村民居抗震性能自主調(diào)查為例[J]. 高等建筑教育， 2013， 22（4）：106-109.