基于鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容的教學(xué)實(shí)踐研究

馬輝

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)課程是土木工程專業(yè)的一門主要專業(yè)必修課，是研究鋼結(jié)構(gòu)基本工作原理、性能與構(gòu)件設(shè)計(jì)的一門工程技術(shù)型課程。學(xué)生通過(guò)工程制圖、土木工程材料、材料力學(xué)等先修課程的學(xué)習(xí)，具備本課程學(xué)習(xí)的基本知識(shí)；通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具有選用結(jié)構(gòu)鋼材及設(shè)計(jì)基本構(gòu)件及其連接的能力，具有初步進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。通過(guò)教學(xué)指導(dǎo)使學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)的基本理論和基本知識(shí)，了解鋼結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用范圍和主要發(fā)展方向，能進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件及各種連接的設(shè)計(jì)，為繼續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課程奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)，達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)中關(guān)于本課程的要求。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；實(shí)踐能力；教學(xué)方法

1 鋼結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)這門課是土木工程專業(yè)的必修課，要求學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基本原理，基本構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法，連接計(jì)算及構(gòu)造設(shè)計(jì)方法等基本技能；使學(xué)生具有能夠合理選用結(jié)構(gòu)鋼材，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件及各種連接的設(shè)計(jì)能力。

鋼結(jié)構(gòu)這門課程有它的特點(diǎn)，理論概念比較多，公式大多由實(shí)驗(yàn)及工程經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)而來(lái)，比較繁瑣，同時(shí)需要查的表格也非常多，需要學(xué)生著重理解。在教學(xué)中必須首先講授鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度高，塑性和韌性好；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面小、自重輕；鋼結(jié)構(gòu)制作簡(jiǎn)便，加工周期短；鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)性能均勻，易于檢測(cè)和控制，可靠性高；鋼結(jié)構(gòu)建筑易于改造，原料可重復(fù)使用，節(jié)省資源，環(huán)保資源；鋼結(jié)構(gòu)建筑可以實(shí)現(xiàn)大跨度、大空間結(jié)構(gòu)；耐腐蝕性能差，涂料維護(hù)費(fèi)用高；鋼材耐熱但不耐火。鋼結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用在大跨度結(jié)構(gòu)、重型廠房結(jié)構(gòu)、受動(dòng)力荷載影響的結(jié)構(gòu)、可拆卸的結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑、容器和其他構(gòu)筑物、輕型鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)的形式多種多樣，可以分為單層鋼結(jié)構(gòu)（重型鋼結(jié)構(gòu)）工業(yè)廠房；大型空間（大跨度）鋼結(jié)構(gòu)；高層鋼結(jié)構(gòu)；高聳結(jié)構(gòu)；橋梁鋼結(jié)構(gòu)；輕鋼結(jié)構(gòu)；住宅鋼結(jié)構(gòu)；容器和其它構(gòu)筑物。鋼結(jié)構(gòu)采用承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，承載能力極限狀態(tài)：包括構(gòu)件和連接的強(qiáng)度破壞、疲勞破壞和因過(guò)度變形而不適于繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件喪失穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系和結(jié)構(gòu)傾覆。正常使用極限狀態(tài)：包括影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或外觀的變形，影響正常使用的振動(dòng)，影響正常使用或耐久性能的局部損壞。

2 教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容研究

在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)這門課程內(nèi)容較多，讓學(xué)生必須掌握主要內(nèi)容，就必須在在授課時(shí)對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題有所側(cè)重。鋼結(jié)構(gòu)用鋼的基本要求：（1）較高的抗拉強(qiáng)度，和屈服點(diǎn)；（2）較高的塑性和韌性；（3）良好的工藝性能；（4）根據(jù)具體工作條件，有時(shí)還要求鋼材具有適應(yīng)低溫、高溫和腐蝕性環(huán)境的能力。鋼材的主要性能：（1）比例極限、屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度或極限強(qiáng)度。（2）伸長(zhǎng)率：試件被拉斷時(shí)的絕對(duì)變形值與試件原標(biāo)距之比的百分?jǐn)?shù)，稱為伸長(zhǎng)率。冷彎性能由冷彎試驗(yàn)確定。試驗(yàn)時(shí)使試件彎成l80°，如試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層，即為合格。冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)。韌性是鋼材強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)。由于低溫對(duì)鋼材的脆性破壞有顯著影響，在寒冷地區(qū)建造的結(jié)構(gòu)不但要求鋼材具有常溫（20℃）沖擊韌性指標(biāo)，還要求具有負(fù)溫（0℃、-20℃或-40℃）沖擊韌性指標(biāo)，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。選擇鋼材時(shí)考慮的因素有：（1）結(jié)構(gòu)的重要性：重要結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮選用質(zhì)量好的鋼材；一般工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)，可選用普通質(zhì)量的鋼材。（2）荷載情況：直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)烈地震區(qū)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用綜合性能好的鋼材；一般承受靜力荷載的結(jié)構(gòu)則可選用價(jià)格較低的Q235鋼。（3）連接方法：焊接結(jié)構(gòu)對(duì)材質(zhì)的要求應(yīng)嚴(yán)格一些。（4）結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境：在低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)，尤其是焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用具有良好抗低溫脆斷性能的鎮(zhèn)靜鋼。（5）鋼材厚度：厚度大的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用材質(zhì)較好的鋼材。螺栓連接分為兩種（1）普通螺栓分為A、B、C三級(jí)。A級(jí)與B級(jí)為精制螺栓，C級(jí)為粗制螺栓。A、B級(jí)精制螺栓表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，對(duì)成孔質(zhì)量要求高，制作和安裝復(fù)雜，價(jià)格較高，已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用。A、B級(jí)精制螺栓的區(qū)別僅是螺栓桿長(zhǎng)度不同。C級(jí)螺栓一般可用于沿螺栓軸受拉的連接中，以及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時(shí)的臨時(shí)固定桿。（2）摩擦型連接：只依靠被連接板件間強(qiáng)大的摩擦力傳力，以摩擦力被克服作為連接承載力的極限狀態(tài)。為了提高摩擦力，對(duì)被連接件的接觸面應(yīng)進(jìn)行處理。承壓型連接：允許接觸面發(fā)生相對(duì)滑移，以栓桿被剪壞或被承壓破壞作為連接承載力的極限狀態(tài)。高強(qiáng)度螺栓性能等級(jí)包括8.8級(jí)和10.9兩種。摩擦型連接的螺栓孔徑比螺栓公稱直徑d大1.5-2.0mm，承壓型連接的螺栓孔徑比螺栓公稱直徑d大1.0-1.5mm；承壓型連接的承載力比摩擦型連接高，可節(jié)約螺栓。但剪切變形大，故不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。

焊鋼結(jié)構(gòu)中一般采用的焊接方法有：電弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等。（1）焊縫連接的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)：焊件間可直接相連，構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作加工方便；不削弱 截面，用料經(jīng)濟(jì)；連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大；可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。缺點(diǎn)：在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的材質(zhì)變脆；焊接殘余 應(yīng)力和變形使受壓構(gòu)件承載力降低；焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，低溫時(shí)冷脆的問(wèn)題較為突出。焊縫的形式，角焊縫按其截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。這些內(nèi)容都是鋼結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)內(nèi)容，必須重點(diǎn)講解，并且加強(qiáng)平時(shí)作業(yè)等練習(xí)，使學(xué)生牢牢掌握。

3 結(jié)論

鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景廣闊，奧運(yùn)場(chǎng)館的建設(shè)、西部大開發(fā)的實(shí)施、城市化和工業(yè)化步伐的進(jìn)一步加快、重大基礎(chǔ)設(shè)施工程的上馬等等，均為中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展提供了十分廣闊的前景。中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)如今無(wú)論是設(shè)計(jì)水平，還是制作安裝技術(shù)，都不比國(guó)外遜色，完全可以滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基本建設(shè)的需要。在教學(xué)過(guò)程中，不但要注重講授理論知識(shí)，同時(shí)也要案例教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，并帶領(lǐng)學(xué)生初步參與到實(shí)際工程項(xiàng)目中。

項(xiàng)目支持：濱州學(xué)院實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究項(xiàng)目（BZXYSYXM201811）：基于工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的BIM 課程改革研究

濱州學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目（BYJYYB201527）：土木工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新研究

參考文獻(xiàn)

[1]陳東.基于卓越工程師計(jì)劃的鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2011（6）：174-175.