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序论:写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隐藏在内心深处的真相,好投稿为您带来了七篇结构工程师论文范文,愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂,助力您的创作。
论文摘要:在工程结构计算中,应该合理的利用计算机的验算速度的快捷,但不能让计算机替代结构工程师的对专业知识的钻研、工程设计经验的积累、工程设计思想的思考、工程结构计算过程的理解。
从20世纪八十年代开始,在水利、水电、建筑、公路等各种工程建设的勘察设计工程中,就开始引入了计算机替代人工进行计算的计算机应用技术的应用,但是现在很多刚离校就业的大学生们,完全依赖着计算机,以计算机的计算数据为准,进行工程设计,这对工程建设的安全是极大的威胁。对工程勘察设计工程师进行正确应用计算机技术进行工程勘察设计工作的教育和提醒,是当前应该注意的比较突出的一个问题。
1结构工程中计算机技术应用现状
随着计算机硬件技术、软件技术的高速发展。各种计算机应用程序的开发形成了这一批结构工程师从走出校门,就在计算机上进行结构工程计算、设计。他们不再经历老一代结构工程师们通过手工计算的过程。甚至迷信计算机,以为计算机是解决工程问题的源泉,简单地信赖计算机。随着大量的计算机软件的开发,但又缺乏对计算机软件的质量的保证,包括对软件开发者和其技术支持的技术资质证明;软件开发商的质量保证、质量控制过程的严格评价,软件中所用技术的理论依据的严格评价;简单和复杂例题测试结果的严格评价及其与其他独立求解结果的比较;等等很多威胁到工程结构安全的问题,被计算机软件应用的发展所掩盖了。
在当今世界,计算机的滥用开始日益威胁着公众的安全,计算机被抬高到了是知识、经验、思维的替代品。人们越来越愿意相信计算机使他们能对工程作出正确的判断,而很少有人在想,特别是年轻的结构工程们更很少去想,如果没有计算机,结构设计工程中需要哪些必要的知识和经验。大家都相信,解决工程问题的专业知识就是怎样使用计算机以及计算机本身的专业知识。甚至把使用计算机的能力当成能胜任工作的能力。大量的结构工程师们相信,他们仅仅依靠计算机就可以“解决”工程问题。没有人认识到高质量的工程只能是渊博的工程理论知识、丰富的工程实践经验、以及艰辛的脑力劳动、高质量的设计思想相结合的产物。
在工程结构设计计算中利用计算机自动化技术已有了很严重的负面影响,它使年轻的一代结构设计工程师们相信计算机的安全性、知识性和能力。他们变得如此依赖计算机,以至于丧失了不依赖计算机进行计算工作的能力。他们不懂得,计算机不可能记录有关模型、分析和设计的一些技巧。在现实工程实践经验中,工程结构,特别是水利水电工程结构的模型是千差万别的,计算机不可能识别上千万种工程设计思想,除了具有快捷的计算速度以外,计算机程序只是一些离散的知识。而真正的工程知识是经验、直觉、灵感、领悟力、创造力、想象力和“认知”的巨大综合体,它超越了任何计算机程序和程序员对结构工程的“理解”。
现代工程具有复杂的理论依据、集体的设计思想,依靠计算机是不可能让人们学习有意义的经验的。越来越多的工程师们都期盼计算机软件能将结构工程设计程序完全自动化。希望在解决工程问题时他们只需要区化类型和条件,让程序自动生成必要的数学模型,完成复杂而重复的分析和设计过程。最后由制图工具完成设计图纸。这样,结构工程唯一的责任就是明确所要解决的问题,然后评价最后的设计“成果”。而对于是否能可靠的检测特征值,在进行分析时是否用了足够的模型、状态,或计算机建立数学模型的理论是否正确,是否符合工程实际的特征,分析结果对工程结构敏感部位是否敏感,计算结果是否在条件允许范围之内,是否能根据实际的工程结构模型对某些边界条件进行调整。这些在年轻一代的结构工程师们心中,都变得模糊不清。
很多软件开发商,在对计算机知识的精通之外,毕竟不是结构工程师,专业技术知识肯定有着各种方面的欠缺。计算机是一种工具,不可能替代人的脑力劳动、人的知识、经验的积累,计算机能处理大量的信息,但计算机程序是没有多少工程实际工作经验的程序员编制的,程序对工程建立的数学模型也不会很完善,在计算中,即使是错误的信息,计算机也不可能识别,同样的都在计算机上显示给专业技术工程师们。这就要求专业技术工程师们自己能通过专业技术知识的掌握,来控制设计计算中的偏差。
在软件的实际应用方面,那些只有极少经验、极少学识、年轻的结构工程师依靠计算机软件来解决极度复杂的结构分析和设计问题。他们对结构力学基本原理和设计规范的背景知识了解很少。无法判断程序算法所蕴含的假设和步骤,也无法判断计算机运算结果的质量。宁愿相信计算机程序产生的任何结果都是正确的,无法怀疑计算机作出的所有结果,以及用独立的例题校验结果。
2在工程结构设计计算中正确合理的应用计算机技术
首先,在年轻一代的结构工程师中,应让他们对工程设计的危险性、对公众安全的威胁、对工程建筑设计的责任感有一定的认识,结构工程师应该知道,工程结构特性是由结构工程设计的质量决定的。真正的结构工程师,应该不用计算机就能工作,计算机应用技术本身并不是坏事,问题的核心是在结构工程计算中计算机的使用方法,不能滥用计算机。要强调工程实践中知识、专业技术以及经验的重要性,了解“为什么”这样设计才是关键。专业的结构工程师应在参加工作的最初一段时间内,对结构工程设计计算进行手工求解,了解手工求解的原理、基本原则和提炼模型、识别计算结果中的错误,解决问题的其他方法,判断计算结果的有效性。对计算机的计算结果应持批评态度,尊重工程实践经验,通过工程实践学习工程设计,强调从那些资深的或有经验的结构工程师那里学习结构工程设计。不依赖计算机解决工程问题,经常怀疑计算机,在没有深入的谁以前不使用计算机的结果。在被工程师证实正确之前,假设计算机提供的结果是错误的。在用计算机求解之前,必须先知道答案。不崇拜计算机,而崇尚知识和经验,提倡全面了解工程理论和实践中的所有经验。
六十年代,参加并担任贵州省十一个工厂的厂房加固设计及驻现场代表。自始至终参加了二个国家重点工程的设计和施工全过程,每项工程历时一年多。
四十多年中,主持了二个国家重点工程,四个省级重点工程和二十多个一般工程的土建结构设计,参加和审核了一百七十多项工程,五百多个子项工程的土建设计,绝大部分已建成。曾在总投资十亿多元的中外合资工程中,任中外合作设计项目的土建设计技术负责人。参加了与丹麦、德国、美国、日本的合作设计和对伊朗的设计技术服务工作。
一九八二年后,在《建筑技术》、《特种结构》、《水泥-石灰》等杂志及《地基处理与桩基础》国际学术会议均有专业,其中:《砌块式筒仓结构》、《空间框架的受扭计算》等内容均为国内首创,已在工程中推广使用;有的论文收入《中国建设科技文库》。2007年主编《工程建设项目管理基础教程》一书。
一九九年前担任〈重庆建工学院〉、〈同济大学〉、〈东南大学〉、〈河海大学〉学生的毕业设计指导工作。一九九年后受聘〈东南大学〉、〈河海大学〉研究生硕士、博士学位论文校外评阅人和答辩委员会委员,并为〈东南大学〉研究生讲课。
关键词:高层建筑;结构计算;结构选型
随着高层建筑在我国的迅速发展,建筑高度的不断增加,建筑类型与功能的愈来愈复杂,结构体系的更加多样化,高层建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。
1 高层建筑结构设计特点
1)水平荷载成为决定因素。一方面,因为楼房自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与楼房高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖向构件中引起的轴力,是与楼房高度的两次方成正比;另一方面,对某一定高度楼房来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
2)轴向变形不容忽视。高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果。
3)侧移成为控制指标。与较低楼房不同,结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
4)结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言,高层建筑结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。
2 高层建筑的结构体系
1)框架-剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架,便形成了框架-剪力墙体系。在承受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载,剪力墙主要承受水平剪力。框架-剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置,增大了结构的侧向刚度,使建筑物的水平位移减小,同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀,所以框架-剪力墙体系的能建高度要大于框架体。
2)剪力墙体系。当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时,即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中,单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构,其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高,有一定的延性,传力直接均匀,整体性好,抗倒塌能力强,是一种良好的结构体系,能建高度大于框架或框架-剪力墙体系。
3)筒体体系。凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系,包括单筒体、筒体-框架、筒中筒、多束筒等多种型式。筒体是一种空间受力构件,分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体,空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体体系具有很大的刚度和强度,各构件受力比较合理,抗风、抗震能力很强,往往应用于大跨度、大空间或超高层。
3 高层建筑结构设计应注意的问题
3・1 结构选型
对于高层建筑结构而言,在工程设计的结构选型阶段,应注意以下几点:
1)结构的规则性问题。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等,而且新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意,以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
2)结构的超高问题。在抗震规范与高规中,对结构的总高度都有严格的限制,尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外,增加了B级高度的建筑,因此必须对结构的该项控制因素严格注意,一旦结构为B级高度建筑或超过了B级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中,出现过由于结构类型的变更而忽略该问题,导致施工图审查时未予通过,必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况,对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
3)嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此在这个问题上,结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面,如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
4)短肢剪力墙的设置问题。在新规范中对墙肢截面厚度不大于300mm且高厚比为4~8的墙定义为短肢剪力墙,且根据实验数据和实际经验,对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制,因此在高层建筑设计中,结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙,以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
3・2 地基与基础设计
地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面,不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行,同时也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素,因此,在这一阶段所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广,地质条件相当复杂,作为国家标准,仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定,因此,作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确,所以在进行地基基础设计时,一定要对地方规范进行深入地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。
3・3 结构计算与分析
在结构计算与分析阶段,如何准确,高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理,是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进,因此,对这一阶段比较常见的问题应该有一个清晰的认识。
1)结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有:SATWE、TAT、GSSAP等,但是由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异,因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件,并从不同软件相差较大的计算结果中,判断哪个是合理的,哪个是可以作为参考的,哪个又是意义不大的,这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则,如果选择了不合适的计算软件,不但会浪费大量的时间和精力,而且有可能使结构有不安全的隐患存在。
2)是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及,只是在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。
3)振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念,并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中,并未提出振型参与系数的概念,或即使有该概念,该参数的限值也未必一定符合新规范的要求,因此在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。
4)多塔之间各地震周期的互相干扰,是否需要分开计算。一段时间以来,大底盘,多塔楼的高层建筑类型大量涌现,而在计算分析该类型高层建筑时,是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算,还是将结构人为地分开进行计算,是结构工程师必须注意的问题。如果多塔间刚度相差较大,就有可能出现即使振型参与系数满足要求,但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大,从而使结构出现不安全的隐患。
5)非结构构件的计算与设计。在高层建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容,尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大,因此,必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。
4 结 语
总之,高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程,任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。以上也只是笔者在设计过程和设计管理过程中对高层建筑结构设计一些浅薄的认识。
参考文献:
[1]JGJ 3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社.
关键词:结构设计土木工程施工技术
在设计单位十几年从事结构设计工作,对工程设计可以讲有一定的掌握;但一般讲设计,往往只是着眼于施工图,实际上对于一个具体的工程项目而言,施工图仅仅是其中的一个环节。建设单位要达成对建筑的使用功能和质量水准的合理预期,设计人员的设计意图要得到准确、无误的实现,则设计与施工的密切配合非常关键。结构工程师通过自学或继续教育培训等途径,对相关的土木工程施工技术进行学习,了解施工技术发展的国内外最新资讯,拓展对具体施工工艺的掌握;这些,无疑都是有助于设计人员提高设计水平和设计质量。这里就结合自己的工作实践,浅谈几点看法。
(1)对于建筑的深基坑支护设计,就目前而言,一般并不包括在施工图合同内容中。设计单位根据建筑总平面图所标定的、相邻既有建筑物或构筑物的分布情况,结合基坑侧壁的土质和高度,在施工图上提出有关支护的原则性意见和建议;具体的工作则由施工单位自行解决或另行委托专项支护设计。据了解,目前已经有专业的计算机应用程序在深基坑支护设计中得到应用,只是相当比例的设计院没有配备;这其中固然有技术风险与经济收益不相称的实际因素。但这种现状与当今深基坑支护技术的发展趋势、以及城市施工现场条件严重背离,对设计人员消化吸收新的支护技术尤其不利,应当引起设计院管理层与设计人员的重视、并尽快加以改进。
(2)高层建筑普遍采用的钻孔灌注桩基础的设计,通常设计人员在施工图上一般对施工机具的选用并未加以明确限定,任由建设单位选择;而建设单位从节省造价的出发点考虑,最终选择的工程桩成孔机具多是涡锥钻,且实质上是以个体单机为单位的涡锥钻。结果导致施工图上标明的工艺指标难以做到严格控制,不可避免地出现较多数量问题桩,桩承载力也不能充分形成;至于工作面的整洁更是无从谈起,烂泥污水充斥基坑,施工进度缓慢。
事实上,更加先进的施工工艺—旋挖—已经在本市投入应用;考察西高新技术开发区某些施工现场,由于采用了先进进口旋挖机具:首先,设备和施工工艺先进、人为不确定因素很少,使成孔质量得到了充分保证,桩孔的垂直度、孔底清渣程度等各项指标非常令人满意。其次,对比于同桩径、同桩长的涡锥成孔桩,单桩极限承载力一般要提高将近百分之四十至五十(静压检验数据),这足以抵消因机具费用较高而增加的单桩造价;折算成单位极限承载力造价,则两者接近或持平。第三,对比某两个基坑作业面面积相近的工地,两台旋挖机具日成桩数与最大密度排布的涡锥成桩数量相当(均为18根),而且前者提出的泥土即时可以装车运出工地,综合效率高于后者。第四,施工现场异常整洁,地面无泥,只有少量的清水可很容易地有组织排除。
基于以上的对比,本人认为,旋挖成桩工艺的先进性十分明显;设计人员应该在施工图上明确对先进施工机具的选择。同时又因为旋挖成桩单桩成本较高,应注意提出较全面的对比数据,以说服建设单位接受。
(3)工程设计过程中,工程师的设计意图和施工单位操作的可行性之间,应该注意是否存在冲突,并预先在施工图中加以解决。具体的事例如:某工程基础梁筏的两个方向地梁设计高度相同,这在基础的设计意图上并无问题;但如此一来,施工时就必然有一个方向的的地梁纵向钢筋要从其垂直方向的地梁纵向钢筋之下穿过,当地梁宽度超出作为支座的柱边长时,将出现不能同时保证双方向地梁有效高度的情况;最后不得不将一个方向的地梁高度抬高5cm。工程设计中经常会遇到许多与此类似的问题,如果设计人员在施工图阶段即予以考虑,是很容易解决的;否则一旦工程开工,往往难以处理。
(4)目前有关钢筋机械连接新技术,许多是国家相应规范、规程中未列出而各地区施工中都不同范围采用的;鉴于缺乏国家正式颁布实施的规程对工艺操作进行约束,设计人员在设计中普遍不愿意采用。同时,这些新技术一般都有相当级别的检测单位出具的正式检验报告,其在价格的竞争力和施工操作的简捷快速方面,又对建设单位有着很强的吸引力。笔者认为设计人员遇到这种情况时,不应简单地强硬坚持自己的设计,而应该严谨、全面地对建设单位拟采用的新技术进行评判,并考察该技术在类似工程中应用的效果。
关键词:高层建筑;高层结构设计;抗震;常见问题;
一、高层建筑结构设计的意义及依据 1.1概念设计的意义 高层建筑能做到结构功能与外部条件一致,充分展现先进的设计,发挥结构的功能并取得与经济性的协调,更好地解决构造处理,用概念设计来判断计算设计的合理性。 1.2概念设计的依据 高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质,设计和构造处理原则,计算程序的力学模型和功能,吸取或不断积累的实践经验。
二、高层建筑结构设计的几个问题及设计方面的原则 2.1高层建筑结构受力性能 对于一个建筑物的最初的方案设计,建筑师考虑更多的是它的空间组成特点,而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的,由于建筑物是由一些大而重的构件所组成,因此结构必须能将它本身的重量传至地面,结构的荷载总是向下作用于地面的,而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系,因此,在建筑设计的方案阶段,就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。 2.2高层建筑结构设计中的扭转问题 在水平荷载作用下,高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简面形式。同时,在结构平面布置时,应尽可能使结构处于对称状态。
2.3 选用适当的计算简图:结构计算是在计算简图的基础上进行的,计算简图选用不当则会导致结构安全的事故经常发生,所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。
关键词:土木工程;实践教学;模式
中图分类号:G642.0?摇 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)41-0237-02
一、引言
实践性教学是实现“应用型高等专门人才”培养目标的关键性教学环节,对于培养具有创新精神和实践能力的高质量人才有着不可替代的重要作用。而土木工程专业性质为技术应用型学科,研究对象是实际工程简化后的模型,理论体系是源自于实践,反之又通过总结、提炼、创新来指导实践。土木工程实践性教学以“技能训练—结构设计—工程设计”为主线,通过工程实践来增加学生的工程实感,巩固和拓展土木工程专业的基本理论和基本技能。而对于我国目前的高校土木工程专业教学来讲,教学模式通常是根据不同的研究方向采用班级为单元的教学方法。学生的学习基本上是被动的学习模式,主要包括课前预习讲课的内容,课上通过多媒体PPT学习和记录学习要点,师生互动、答疑和课后普通作业以及大作业等几个重要方面。对于土木工程专业的实践性教学环节,各个高校间相差不大,主要包括:实验室教学、针对实际工程而设计的课程设计、暑假的生产实习环节和大四的毕业设计等。基于我国高校多年的教学效果和毕业生的反馈分析表明:50%以上的实践性教学存在弊端或不足,主要体现在某些高校数年重复的课程设计,毕业设计(论文)中结合工程实际不够,题目重复率高,过分依赖已出版的设计示例等,缺乏学生自己的独立思考和主动性的设计。此外,实验课课时少,实验室仅在实验课对学生开放,缺乏科研能力的培养和锻炼;生产实习基本等同于观摩,学生难以直接参与工地劳动和管理工作;认识实习基本是1~2天,也没能达到令学生掌握从事专业工作所必须的基本常识。因此,如何开展高校土木工程专业实践教学,如何确保实践性教学的实施和质量,使该专业学生具备从事土木工程的项目规划、设计、施工与管理的能力和基本的研究开发能力,一直是我们深思的一个重要问题。本文将从激励机制的建立、项目教学法以及实践教学与国家注册工程师制度接轨等多个方面对高等学校土木工程专业实践教学模式进行探讨。
二、实践教学实现模式
1.通过激励机制培养教师的工程实践能力和创新意识。毕业后即参加工作的高校青年教师,基本均具备较强理论知识,但却缺乏一定的工程实践能力和创新意识。而加强教师队伍建设是人才培养的关键。只有教师具备实践意识和创新能力,才能激发学生相应的思想和能力。目前的评价体系中过分机械地套用美国和欧洲的评价模式,主要考核教师发表的高水平学术论文和纵向科研项目,而对于纵向科研的完成情况缺乏全过程的监督机制和考核标准,更谈不上全面的教师实践能力的培养。因此,考核教师的工程实践能力应该是全方位的。还要根据教师自己的发展目标和各层次学校学科建设的需要,鼓励直接从校园出来的青年教师定期地去对口的设计院、施工单位或监理公司等单位进行一年以上的挂职训练,通过参与企业单位的重大工程项目,发现自身的不足和培养独立实践能力和创新意识。良性激励机制的建立,对于学科的发展和教师工程实践能力与创新能力的提高具有重要的促进作用。对此,作者深有感会。作者曾在对口的设计院进行为期一年的挂职锻炼,对土木工程的实践设计有了全新的认识。对专业的课程体系、教学内容、教学方法与手段等也有了新的认识并进行了改进:将工程实践与所承担的理论教学相结合,教学内容面向实际,更多地采用工程实际案例分析。这样可以打破传统的纯课堂讲授模式,实现理论教学和实践教学的有机统一,近年来在我校的高校土木工程专业教学中取得了非常好的效果。
2.切实加强学生工程实践能力培养。工程实践教学是教学的重要环节。为了培养学生的工程素质,作者总结如下途径:①加强实验课、讨论课教学辅助地位。实验课和讨论课均宜以小组方式进行,根据设定的题目或者学生基于所学的内容自己选定题目,由学生自由分组,通过文献查阅,多媒体制作、课堂演讲、师生提问和共同讨论等一系列过程,加强学生对课程的理解,尤其是重要概念和原理的掌握。此外,专题讨论课可以提高学生的团队合作精神、专业报告写作与演示水平、语言表达能力和辩论能力等。而为了突显此类课程重要性,可将所取得的成绩纳入综合成绩评分标准中。通过不同小组学生的学习,可使学生自身获得在土木工程领域内综合运用所学知识的能力,培养学生的创新意识。②密切结合工程实际真正做好课程设计和毕业设计。课程设计和毕业设计是检验土木工程专业学生对于理论基础学习和综合运用知识能力程度的重要指标,可结合教学和企业生产的需要,安排在工程实践中由实习单位拟定,题目为真实的工程项目。学生的设计工作可直接为企业服务。而企业工程实例可提供最真实的数据、直观的检验标准等。我国高校正在逐步吸取西方著名高校的经验。近年来土木工程专业与企业在工程领域的合作进一步加强。甚至高校的部分教师直接来自企业单位。土木工程专业学生的实习由过去学校统一安排的模式正走向自己联系、中外联合培养、校企联合培养的模式。甚至有学生直接参与企业单位的工程设计实践。这将有利于企业选拔合适的人才对象,也有利于高校人才的培养。③工程实践教学。土木工程的实践教学必须落实到实处。学生进行工程实践必须进入工地现场,虚心向工程师学习,以普通工人的身份参加土木工程的全过程。其目的是让学生熟悉工地一般生产情况,了解生产的基本工艺过程和管理模式,培养学生的职业素养。实习结束后,学生要写出实习报告,由实习单位给出鉴定,交学校实践指导小组审查后方可通过。在中外培养和自己联系实习单位的实践环节中,尤其要注意学生全过程的考核和反馈。此外,在实践性较强的课程中均安排综合性大作业或设计,以增加学生工程应用能力和综合能力的训练,使其适应土木工程高度综合性的特点。课外还可持之以恒地组织学生进行各种形式结构设计竞赛活动。
3.项目与教学有机结合教学法。项目与教学的有机结合是师生通过共同实施一个完整的“项目”工作而进行的教学活动。项目教学主张师生的双向互动,使传统的被动教学通过项目自身的溶入,实现整个教学过程的主动性。这有利于调动学生的学习积极性,也对教师提出了较高的挑战,有利于形成师生双向主动的教学模式。项目实施之前教师首先需要确定能力目标、知识目标、素质目标。而项目实施过程中学生应充分发挥主观能动性,大胆实践,善于学习,勇于创新,深入研究项目要求,努力实现项目目标。项目与教学的有机结合,通过探索工程实例,可以使学生逐步建立工程结构意识,懂得如何运用所学的知识,实现以教师为“先导”,学生为“主体”的教学理念,充分发掘学生的创造潜能,在土木工程的专业素养培养过程中,形成实践能力、动手能力、分析能力、应变能力、交流能力、合作能力和解决实际问题综合能力的全过程培养体系。
4.土木工程实践教学与国家注册工程师制度接轨。注册工程师制度是一种执业资格制度,最早是西方国家对某些关系人民生命财产安全的执业人员实行的一种准入控制,在英、美等发达国家已经实施了很多年。实践证明,它有助于统一工程专业人员的水平,提高其专业综合素质及能力。这里以注册结构工程师考试为例。土木工程专业相关的注册考试包括注册结构师、注册建造师及注册岩土师等,注册土木工程师的考试所涉及的知识面非常广泛,不仅包括高等数学、计算机应用基础、物理学等公共基础课的内容,还包括建筑制图、建筑力学、建筑材料等专业基础课的内容,更有如房屋建筑学、施工技术与组织管理、土力学及地基基础、钢结构、土木工程概预算等专业课的内容。上述土木工程课程庞杂,其理论性和实践性较强。通过引入国家注册工程师制度,可以实现教学与实际工程应用相结合,学生学习也有了明确的方向和检验的标准。
三、结语
培养土木工程专业应用型人才就是要树立学生实际工程观念,培养学生的实践能力和创新能力。而实践性教学是教学科研与工程实际相结合的重要环节,同时又是教学过程中的薄弱环节。因此,本文从土木工程专业工程实践教学出发,探讨其实现模式,将学生应用能力和创新能力的培养贯穿在整个教学的各环节之中,促进教学改革向着满足时代要求的方向发展,为社会培养出更多合格有用的土木工程人才。
参考文献:
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[3]徐秀维.项目教学法中教师角色的转变分析[J].科技创新导报,2008,(14):161.
(一)选题多元化与自主化
毕业设计选题可多元化,如建筑结构设计、基坑设计、施工组织与概预算及论文等类型。尽量选择与学生将从事工作相关的题目,也可以让学生自主选题,一方面使学生尽快熟悉工作性质和工作流程,另一方面增加设计的目的性,激发学生对毕业设计的热情。需注意的是,毕业设计选题多元化、自主化不等于简单的岗前培训,应避免急功近利。应用型本科院校的毕业设计选题应具有一定的“全局观”,不仅要让学生知道做什么、如何做,也要掌握相关的结构基本概念。近几年结构设计类课题选择框架结构还是剪力墙结构一直存在较大的争论,实践证明,选做框架结构更能达到“授人以渔”的目的。
(二)选题团队化与合作化
一项工程需要多专业分工合作或需要多方的比较优化,如一栋建筑的完成需要建筑、结构、暖通动力等专业人员的参与。采用团队化课题,可让相关专业学生都参与,模拟一个真实的工程环境,不但能激发学生的学习积极性,提高工程实践能力,还能锻炼学生组织沟通能力。针对此类选题,应注意制定科学灵活的考核方式。
(三)教研结合,相得益彰
应用型本科院校的大多数专业都需要教学和科研“双肩挑”。科研项目一般都反映了本学科的最新发展动态,有利于开阔学生视野,激发学生好奇心、创造性和工作热情。在应用型本科院校中,教研结合将更好地为学生创造真实的实践环境,有利于学生职业目标的设定和实现。同时,结合科研选题还可解决应用型本科院校研究生少、科研人力不足的问题,从而可以让专业教师拥有更多的时间提高教学质量。学院近几年针对结合科研项目的毕业设计进行了诸多有益的尝试,反响热烈。
二、优化教学内容,注重结构概念
对结构设计类题目,手算设计效率不高,且目前设计单位均采用PKPM、ETABS或盈建科等专业软件进行设计出图。同时,应用型本科院校学生大多面临到工作单位实习而毕业设计时间不足等问题。鉴于此,笔者建议应用型本科院校毕业设计可在手算为主、电算验证的传统模式基础上,适当提高电算比例,并注重结构概念的培养。如对框架结构毕业设计,其中单榀框架结构在竖向荷载和水平作用下的内力分析可直接借助SAP2000等软件完成,相比“分层法”和“D值法”可节省不少时间,专业理论知识得到工程实训的同时,工作效率显著提高,可让学生从纷繁复杂的计算中抽身出来,拥有更多的时间去巩固和提升结构概念设计能力。近几年的毕业设计教学实践证明,该种方式起到了良好的教学效果。需注意的是,电算比例的提高应以不影响结构概念掌握为原则,且利用专业软件进行辅助设计的前提是对其计算原理、过程及参数的理解,只有这样才能对其结果进行可靠的评判。近几年,在答辩过程中发现不少学生完全依赖PKPM等软件电算完成毕业设计,而对相关参数意义和设置一知半解,远未达到毕业设计的教学目的。
三、建立创新机制,提高教学质量
毕业设计创新机制的建立,符合“卓越计划”创新教育相关精神,可从毕业设计指导模式、学生优化分组及实践教学基地建设等多方面入手,提高教学质量。
(一)导师小组联合指导模式
一个教师带几个学生的毕业设计指导模式,师生之间能充分交流,有利于培养学生的独立思考能力和创新能力。但由于每位教师专业技能、指导方式的差别,难以保障毕业设计的整体质量。由青年教师与富有教学和工程实践经验的教师组成联合指导小组,既保证了每位学生得到全方位、高水平的专业训练,还可弥补部分教师工程经验不足的问题,起到“传帮带”的作用。
(二)双导师合作指导模式
聘请理论功底扎实、实践经验丰富的工程师与校内指导教师合作指导学生毕业设计,不仅可培养学生解决实际问题的能力,还可提高校内指导教师的实践水平。目前,学院校企合作指导毕业设计比例占总数的近60%,毕业设计质量明显改善。
(三)优化学生分组
通过网络双向选择的选题管理形式,虽可满足学生个性化的培养要求,但在师生沟通不充分的情况下,易出现优良学生相对集中情况,不利于整个院系毕业设计工作的开展。院系应根据每个学生的理论水平和动手能力,通过合理分组,保证在同一导师或同一组下存在多层次水平的学生,有助于毕业设计整体质量的提升。
(四)实践教学基地
通过建立校外实践教学基地,借助社会力量办学,是开拓毕业设计实践性教学和综合素质与工程能力培养的有利途径。通过“产学研”渠道,与热心支持学校教学的设计、施工和企事业单位建立机制灵活、优势互补的校外实践教学基地,可有效地解决毕业设计选题和指导与工程实际脱节的问题,对提高和保证毕业设计质量大有裨益。目前,学院已与上海华东发展城建设计(集团)有限公司等多家单位建立了合作指导毕业设计实践教学基地。
四、加强实践训练,提高教师素质
应用型本科院校的土木工程专业毕业生大部分就业于施工单位,工作在生产第一线,侧重于解决工程中的实际问题,因此教师除应有较深的专业理论功底之外,还应具有丰富的工程经验和工程阅历。学院近几年通过以下措施,进一步提升了指导教师的工程素质。
(1)加强“双师型”教师队伍建设,鼓励专业教师积极参加建设部组织的执业资格考试。目前,土木工程系60%以上的教师具有注册结构工程师、注册岩土工程师、注册建造师及注册监理师等专业执业资质。
(2)鼓励教师积极参与工程实践,并把工程实践的成果纳入教师考核体系。目前,教师参加横向项目的比例达到100%。
(3)鼓励教师去企业挂职锻炼,并纳入教师职称评定要求。土木工程系每年派出1~2名教师去大型设计单位挂职实践,大大提高了教师的专业水平。
五、强化监控管理,科学灵活考核
毕业设计整个过程包括确定指导教师、选题、查阅和收集资料、开题、中期检查、结题验收、评阅答辩及归档等各个环节。自2011年学院通过毕业设计系统实行网络统一管理,严格控制各阶段的时间节点,并成立毕业设计指导委员会对各环节进行阶段性检查,实施严格质量控制,如每周师生需有1~2次的见面交流机会,且相关记录需及时上传毕业设计系统。从论文质量、平时表现、创新能力、答辩成绩等多方面对毕业设计进行全面考核。根据不同类型选题及团队课题,制定科学灵活的考核标准。若毕业设计中出现抄袭他人成果、编造数据等现象则从严处理。近几年,学院聘请校外专家参与毕业设计的答辩工作,请专家从实际工程的角度检验毕业设计质量,毕业设计质量逐年提高。
六、提升安全理念,促进安全土木
近年来,土木工程领域安全事故频发。上海应用技术学院城建学院针对建筑业安全技术人员缺乏的现状,充分利用土木工程与安全工程交叉学科的优势,以培养“能分析、会检测、懂施工、知处置的从事土木工程领域中的安全技术人才”为专业特色。毕业设计作为土木工程专业教学计划中最重要的一个实践性教学环节,指导教师时刻结合毕业设计内容给学生灌输“安全土木”理念,使其日后成为土木工程领域中合格的安全技术人才。
七、结语