袁康+夏多田+何明勝

摘 ? ?要：“建筑抗震設(shè)計(jì)”是一門理論性、實(shí)踐性、綜合性都很強(qiáng)的課程，震害分析在教學(xué)過程中處于核心地位，是培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的重要手段。文章結(jié)合石河子大學(xué)“建筑抗震設(shè)計(jì)”課程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，介紹了基于震害分析的建筑抗震設(shè)計(jì)教學(xué)方法的基本思路，并以在混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用為例，具體分析以震害分析為核心的教學(xué)方法在概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算，以及抗震構(gòu)造措施等方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑抗震設(shè)計(jì);震害分析;教學(xué)思路;教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2015）09-0009-02

新疆地處亞歐大陸腹地，受南印度洋板塊與歐亞板塊碰撞作用以及來自北西伯利亞板塊的擠壓，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，是我國主要的內(nèi)陸地震活動(dòng)區(qū)域，也是國務(wù)院確定的地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)之一。進(jìn)入20世紀(jì)以來，新疆境內(nèi)發(fā)生6級以上地震100多次，平均每年一次以上，全區(qū)抗震設(shè)防烈度在6度以上的區(qū)域占全區(qū)總面積的80%以上，其中7度以上高烈度區(qū)域面積占60%以上，面臨嚴(yán)峻的抗震形勢[1]。因此，新疆地處地震高發(fā)區(qū)和高烈度區(qū)的抗震形勢對當(dāng)?shù)亟ㄖO(shè)計(jì)、施工等技術(shù)人員提出了更高要求。因而，建筑抗震設(shè)計(jì)在當(dāng)?shù)乇究平虒W(xué)中的重要性更加突出。

隨著近年來全球地震進(jìn)入活躍期，強(qiáng)震頻發(fā)，大量的工程震害為學(xué)生學(xué)習(xí)抗震知識和技能提供了生動(dòng)的教學(xué)素材，尤其是汶川、玉樹等一系列大震災(zāi)害引起了大家的重視，對典型震害的分析成為了促使相關(guān)抗震設(shè)計(jì)、構(gòu)造施工技術(shù)進(jìn)步的重要因素，如汶川地震后，我國的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB2010 0011-2010）就進(jìn)行了相應(yīng)的修編[2]。因此，開展基于震害分析的“建筑抗震設(shè)計(jì)”教學(xué)方法改革也是石河子大學(xué)建筑抗震設(shè)計(jì)課程組一直探索的目標(biāo)，在多年課程建設(shè)過程中，取得了較好的教學(xué)效果。本文將在分析“建筑抗震設(shè)計(jì)”課程的特點(diǎn)，剖析存在問題的基礎(chǔ)上，闡述基于震害分析的研究型教學(xué)思路，并以在混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用為例，具體分析以震害分析為核心的教學(xué)方法在概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算，以及抗震構(gòu)造措施等方面的應(yīng)用，以供參考。

一、“建筑抗震設(shè)計(jì)”課程特點(diǎn)及現(xiàn)狀

“建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”課程在石河子大學(xué)開課學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，包括理論教學(xué)40學(xué)時(shí)和試驗(yàn)教學(xué)8學(xué)時(shí)，是建筑工程專業(yè)必修課程之一，同時(shí)也是一門涉及學(xué)科較廣、綜合性較強(qiáng)的課程，經(jīng)過本課程的學(xué)習(xí)，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，是建筑工程專業(yè)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)中重要的組成部分。

（一）涉及知識面廣，對學(xué)生理論基礎(chǔ)知識要求高

該課程主要涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料、結(jié)構(gòu)等方面的知識，其先修課主要有工程數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑材料、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、砌體結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)等，尤其是“單自由度和多自由度彈性體系地震反應(yīng)分析”章節(jié)與結(jié)構(gòu)力學(xué)中的動(dòng)力學(xué)部分聯(lián)系密切，是典型的“老師難教、學(xué)生難學(xué)”的章節(jié)。

（二）課程與規(guī)范聯(lián)系緊密，條文規(guī)定多

該課程內(nèi)容一般包括場地、地震作用計(jì)算、各種結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，以及隔震減震技術(shù)等章節(jié)，其設(shè)置與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的編排思路大致相同，可以說是規(guī)范的說明書。因此，教材中有大量的規(guī)范條文規(guī)定告訴學(xué)生應(yīng)該如何去進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，如何讓學(xué)生印象深刻地去理解各種條文規(guī)定背后的含義是關(guān)鍵。

（三）實(shí)踐教學(xué)缺失

該課程的另一特點(diǎn)是實(shí)踐性極強(qiáng)，抗震設(shè)計(jì)事關(guān)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，從學(xué)生階段就培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識至關(guān)重要，而目前多數(shù)高校在抗震的實(shí)踐教學(xué)方面存在缺失現(xiàn)象，其原因主要是抗震的試驗(yàn)手段主要有擬靜力試驗(yàn)和振動(dòng)臺試驗(yàn)兩種，均需要較長的試驗(yàn)準(zhǔn)備周期和較高的經(jīng)費(fèi)投入。

綜上，由于“建筑抗震設(shè)計(jì)”課程教學(xué)存在的上述問題，要“化繁為簡、通俗易懂”地講解這門看似枯燥、卻對工程技術(shù)人員又十分重要的課程，需要借助地震災(zāi)害這個(gè)天然的試驗(yàn)場。工程震害分析與試驗(yàn)研究、理論分析是抗震技術(shù)發(fā)展的基本手段[3]，在地震災(zāi)害頻發(fā)的今天，震害分析已經(jīng)成為了抗震技術(shù)驗(yàn)證的最佳場所，如四川雅安蘆山地震中，凡是按照新的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑均實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的抗震目標(biāo)，沒有出現(xiàn)房屋倒塌的現(xiàn)象。因此，在抗震教學(xué)環(huán)節(jié)中，專業(yè)教師更應(yīng)當(dāng)以震害分析為核心，來引導(dǎo)學(xué)生研究、學(xué)習(xí)工程震害，使學(xué)生能夠有血有肉地理解書本知識。

二、基于震害分析的研究性教學(xué)思路

從各版“建筑抗震設(shè)計(jì)”教材不難發(fā)現(xiàn)，其在具體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中均是基于震害分析—概念設(shè)計(jì)—抗震計(jì)算—抗震構(gòu)造的基本思路，可見震害分析是學(xué)習(xí)本課程的入手點(diǎn)，每種結(jié)構(gòu)形式的震害現(xiàn)象對于后續(xù)的內(nèi)容都具有強(qiáng)烈的指導(dǎo)意義。教學(xué)過程中尤其應(yīng)當(dāng)重視“分析”二字，在重視提高學(xué)生工程素質(zhì)的當(dāng)下，應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生去理解每種震害發(fā)生的原因，設(shè)計(jì)、施工中如何去避免，從而使學(xué)生更加輕松地理解后續(xù)概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算、抗震構(gòu)造中大量的定量條文規(guī)定。

基于震害分析的研究型教學(xué)思路，即是在整個(gè)教學(xué)過程中始終緊扣震害分析這一前提，注重發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性去分析解決問題，在震害分析章節(jié)將震害現(xiàn)象歸類為概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算、抗震構(gòu)造不符合規(guī)范要求的幾種情況，設(shè)置研究問題，并告訴學(xué)生將在后續(xù)學(xué)習(xí)中逐步解決;在講解到具體涉及前面設(shè)置問題的內(nèi)容時(shí)，再帶著學(xué)生一起解決問題。

三、基于震害分析的研究性教學(xué)實(shí)踐

本文以混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)教學(xué)為例，闡述基于震害分析的研究型教學(xué)實(shí)踐過程，具體教學(xué)思路如圖1所示。

圖1 ?基于震害分析的混凝土框架結(jié)構(gòu)教學(xué)思路

（一）基于震害分析的問題設(shè)置

混凝土框架結(jié)構(gòu)是建筑工程領(lǐng)域最為常見的一種結(jié)構(gòu)體系，尤其是在公共建筑當(dāng)中。在歷次地震中框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了較好的抗震性能，但也有一些共性的震害現(xiàn)象得到了體現(xiàn)，因此，在講述本章內(nèi)容時(shí)，有必要將一些常見的震害現(xiàn)象集中梳理，設(shè)置研究問題（如下），在后續(xù)學(xué)習(xí)中不斷解決。

1.框架結(jié)構(gòu)中某一層集中倒塌現(xiàn)象。

2.建筑平面中角部破壞嚴(yán)重。

3.樓梯間框架柱剪切破壞。

4.鄰近房屋碰撞破壞。

（二）基于震害分析的概念設(shè)計(jì)

中國的抗震設(shè)防采用“三水準(zhǔn)設(shè)防、兩階段設(shè)計(jì)”[4]，其具體實(shí)施主要通過概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算和構(gòu)造措施三個(gè)方面，其中概念設(shè)計(jì)是對結(jié)構(gòu)體型、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、構(gòu)件延性的總體把握，是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的最為重要問題。但由于學(xué)生對于知識的學(xué)習(xí)未通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的綜合實(shí)踐鍛煉，尚停留在碎片化的階段，無法站在全局的高度來看待概念設(shè)計(jì)的重要性。此外，長久以來的應(yīng)試教育模式培養(yǎng)出來學(xué)生更喜歡依靠計(jì)算解決問題的特性，認(rèn)為只要進(jìn)行了抗震計(jì)算就能夠保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，對概念設(shè)計(jì)的認(rèn)識不足。因此，有必要從一開始就將各條概念設(shè)計(jì)規(guī)定與相應(yīng)的震害對應(yīng)起來，并逐條解決，基本主線為：概念設(shè)計(jì)條文—對應(yīng)工程問題—工程震害現(xiàn)象—解決途徑，即通過工程實(shí)例中發(fā)生的震害現(xiàn)象，追溯其在設(shè)計(jì)階段不符合抗震概念設(shè)計(jì)的情況，引導(dǎo)學(xué)生探尋相關(guān)解決途徑。

（三）基于震害分析的抗震計(jì)算

結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算包括地震作用計(jì)算，地震力分配、內(nèi)力組合及調(diào)整、截面承載力抗震設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，其中內(nèi)力調(diào)整是此部分內(nèi)容的核心問題，是實(shí)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)合理破壞模式的關(guān)鍵所在，主要包括了“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎”的內(nèi)力調(diào)整思路[5]，以及底層柱、角柱的內(nèi)力放大。在講述這些關(guān)鍵問題的時(shí)候可回到歷次震害中發(fā)現(xiàn)的震害問題，引出震害分析中設(shè)置的問題：大量的結(jié)構(gòu)并未實(shí)現(xiàn)梁端出鉸的合理破壞模式，而是某一層柱集中倒塌的情況;以及底層柱和角柱的破壞往往更為嚴(yán)重的現(xiàn)象。帶領(lǐng)學(xué)生以工程師的角度去從設(shè)計(jì)、施工角度查找出現(xiàn)上述問題的原因，理解按照合理破壞模式要求的內(nèi)力放大調(diào)整方法。以汶川地震為例，當(dāng)出現(xiàn)遠(yuǎn)超設(shè)防烈度的地震作用時(shí)，幾乎沒有一棟建筑實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)柱弱梁的破壞形式，是值得工程人員深省的，因此，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB2010 0011-2010）在內(nèi)力調(diào)整系數(shù)上進(jìn)一步放大。

（四）基于震害分析的抗震構(gòu)造措施

抗震構(gòu)造措施，是根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則，不需要計(jì)算而對結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)部分必須采取的各種細(xì)部要求，主要包括對梁、柱截面尺寸的限制，鋼筋直徑、間距的限值等等，此部分內(nèi)容與震害分析中的構(gòu)件層面破壞密切相關(guān)，講解中若采用完全“順向講授式”教學(xué)，學(xué)生很難記住相關(guān)的條文規(guī)定。教學(xué)中應(yīng)結(jié)合震害分析，采用“反向研討式”教學(xué)，即思考若不按條文規(guī)定會(huì)出現(xiàn)什么震害問題。例如，在講授節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍率的要求時(shí)，可聯(lián)系震害中典型節(jié)點(diǎn)破壞的現(xiàn)象——由于節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋不足或間距過大，柱縱筋壓曲外鼓，引導(dǎo)學(xué)生明白節(jié)點(diǎn)對結(jié)構(gòu)維持大震不倒的重要性，以及箍筋體積配箍率可確保節(jié)點(diǎn)延性的意義。

“建筑抗震設(shè)計(jì)”是一門理論性、實(shí)踐性、綜合性都很強(qiáng)的課程，涉及大量的規(guī)范條文，如何生動(dòng)地讓學(xué)生理解相關(guān)條文背后的依據(jù)是關(guān)鍵，而大量的規(guī)范條文修編都是以無數(shù)次強(qiáng)震為代價(jià)。因此，震害分析在教學(xué)過程中處于核心地位，是培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的重要手段，課程組在教學(xué)改革過程中的成效表明，不斷穿插震害分析不但可以提高學(xué)生的專業(yè)興趣，更使學(xué)生在理論知識綜合應(yīng)用、工程質(zhì)量意識等方面得到了鍛煉，在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中更加得心應(yīng)手。

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