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建筑结构抗震设计课程教学方法

针对土木工程专业建筑结构抗震设计课程教学现状和课程特点，结合教学实践经验，探索采用加强课程间联系、震害系统性分析、比较各国抗震设计方法和增强实践环节等措施，推进以基本概念为主导的教学方法，增强学生课程知识的系统性，加深学生对专业知识的理解程度，提升建筑结构抗震设计课程的教学质量。中国属于地震多发国家，减轻地震灾害、保护人民生命安全，对保障社会经济发展和人民生活有着重要的作用，其中建筑结构抗震减震是减轻地震灾害的有效技术手段。建筑结构抗震设计是土木工程学科的专业课之一，是一门建立在震害调查基础上的理论性与实践性很强的课程，该课程对培养抗震意识、理解抗震理念、掌握抗震设计的专门人才有重要作用，目前很多学校的建筑结构抗震设计都是必修课程。地震具有很强的不确定性、结构地震反应的非线性以及地震作用属于动力荷载的特点，因此相对其他土木工程专业课程，结构抗震设计课程理论不够系统、成熟，课程实际教学效果中学生对抗震设计流程不熟练、抗震设计理念掌握得不扎实，不能灵活运用抗震知识。在建筑结构抗震设计课程改革方面，哈尔滨工业大学提出在教学改革中要坚持理论与实际相结合，坚持教学、科研一体化，强化师资队伍建设，注重互动、启发的教学方法，建立长效考核机制的建议。同济大学提出形成以反应谱理论、概念设计为主线的教学理念，并突出结构变形能力的重要性，讨论了地震震害特点、抗震设防原则、地震作用计算和概念设计及构造措施等四个方面的教学要点。湖南大学提出土木工程专业应按照“大土木”的思想，将建筑结构抗震设计课程拓展为结构抗震设计课程，在教材建设、课程教学等方面做出调整和改革建议。武汉大学提出合理安排教学内容、重视理论推导、教学与规范相结合以及重视实践教学的教学建议。由此可见，突出“教、学、研”一体化，教学和科研紧密结合，课程教学和实践教学相结合是建筑结构抗震设计课程教学的共同认识，同时应充分调动学生的主动性和积极性，以达到培养建筑抗震综合素质型人才的教育目的。笔者在承担该课程的教学过程中，根据本专业学生思维特点和学习情况，总结了该课程的教学过程应主要强调基本概念、基本理论以及知识体系的宽度，尤其要重视与相关课程知识体系间的衔接，使学生系统性地掌握抗震知识。一、建筑结构抗震设计课程现状在土木工程专业四年制本科教学中，建筑结构抗震设计课程通常安排在第六学期或第七学期开展，一般为32学时。该课程不仅要求学生有较好的数学(微分方程、概率论)、力学(材料力学、结构力学)以及动力学(单自由度、多自由度结构动力分析)基础，而且要求学生熟知建筑材料(砌体、混凝土、钢材)、地基基础、砌体结构、混凝土结构以及钢结构等专业课程知识。如何综合运用这些知识，理解掌握抗震设计理论和方法是课程学习的关键。建筑结构抗震设计课程的教材通常包含了大量中国抗震设计规范的条文、公式以及表格，条文涉及了许多调整系数和抗震构造措施，内容相对乏味且规律性不强。另外，由于建筑结构抗震设计课程与其他课程存在联系，检验教学效果需要涉及很多其他课程的知识，过多的知识重复容易降低学生课堂注意力，且学生对相关知识掌握程度的差异影响课程教学效果。总的来说，建筑结构抗震设计课程具有以下特点:理论难度较大、知识面广、综合性强、实践教学少。二、建筑结构抗震设计教学方法探索(一)加强课程间联系，拓展知识和能力的深度和宽度结构抗震设计是土木工程专业本科生阶段以结构动力学作为主要理论基础的专业课，其前继专业基础课程有理论力学、材料力学、结构力学、混凝土结构设计原理和钢结构基本原理及设计等，它们主要以结构的静力分析和设计为主，与结构的动力分析有很大差别，而且在工程抗震设计实践中仍主要采用等效静力的设计方法。因此强调结构抗震设计课程与前继专业基础课程之间的联系和区别尤为重要。结构抗震设计的首要任务是确定地震作用，它与混凝土结构和钢结构的设计流程完全相同，相当于结构设计的最不利荷载。反应谱理论是结构抗震设计中的核心概念，其目的就是确定结构的地震作用，同时反应谱理论又是结构动力分析和等效静力分析的联系纽带(如图1所示)，是与其他课程的重要区别。因此，授课老师不仅要讲清楚反应谱理论的基本概念，更要清晰阐述如何通过反应谱理论从结构动力分析转换为等效静力分析。单条地震动时程记录的反应谱曲线是通过单自由度结构动力时程分析直接得到，规范中的设计谱是通过统计大量地震动时程记录的加速度反应谱曲线，并结合经验进行平滑处理得到。因此通过规范中的设计谱可以近似得到单自由度结构在设计基准期内最大恢复力，将该力作为侧向荷载作用到单自由度结构的质点处进行设计，即完成了结构动力分析转换为等效静力分析的过程。规范中的设计谱本质上是用来预