建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)教學(xué)案例與實(shí)踐

1、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)教學(xué)案例與實(shí)踐建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);是土木工程專業(yè)中一門關(guān)注民生、并被民生關(guān)注的重要的專業(yè)課程，傳統(tǒng)講授法難以揭示其豐富的工程結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)內(nèi)涵和復(fù)雜的抗震設(shè)計(jì)理論。通過總結(jié)國(guó)內(nèi)外案例庫的建設(shè)情況，分析建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);建立教學(xué)案例庫的必要性，提出了案例庫建設(shè)的整體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了與本課程核心知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的十個(gè)子案例庫的建設(shè)內(nèi)容，并提供了推廣應(yīng)用途徑。由案例庫建設(shè)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)改革與創(chuàng)新在一定程度上改變了以往教師難教、學(xué)生難學(xué)的窘境，也為土木類專業(yè)課程的教學(xué)改革提供了思路。關(guān)鍵詞建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；教學(xué)案例庫；教學(xué)改革我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家，歷史上的多次強(qiáng)震經(jīng)歷都表明建筑物的破壞是導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損

2、失和人員傷亡最主要的原因。因此，做好工程抗震設(shè)防是一件關(guān)注民生、并被民生所關(guān)注的大事；對(duì)土木工程專業(yè)而言，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);則是一門決定建筑抗震性能的極其重要的專業(yè)課。本文以建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);案例庫建設(shè)驅(qū)動(dòng)教學(xué)改革與創(chuàng)新，在教學(xué)實(shí)踐過程中探索線上線下資源共享、課內(nèi)課外師生互動(dòng)、問題分析和問題解決深度融合的互動(dòng)教學(xué)模式，在一定程度上改變了以往教師難教、學(xué)生難學(xué)的窘境，也為其他土木類專業(yè)課程教學(xué)探索出一條新路子。一、國(guó)內(nèi)外案例庫建設(shè)概況案例庫與案例教學(xué)的起源可追溯到兩千多年前的古希臘，而現(xiàn)代意義上的案例教學(xué)由哈佛法學(xué)院于1870年率先使用。受此鼓舞，哈佛商學(xué)院于1921年正式采用案例教學(xué)，經(jīng)過完善

3、推廣，最終在全球范圍內(nèi)產(chǎn)生了廣泛的影響1。案例教學(xué)在20世紀(jì)80年代引入我國(guó)，大連理工大學(xué)于1999年建立了國(guó)內(nèi)第一個(gè)案例庫網(wǎng)站，收錄各類管理案例1950篇。隨后，清華大學(xué)、浙江大學(xué)的經(jīng)管學(xué)院也建設(shè)了工商管理領(lǐng)域的案例庫2。案例教學(xué)經(jīng)過長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐，因其獨(dú)具特色的教學(xué)方法，已經(jīng)普及到各國(guó)的高等院校教學(xué)中3-5。教學(xué)法以案例為教學(xué)工具，通過教師描述案例情景，學(xué)生根據(jù)案例提供的信息進(jìn)行思考、討論，多角度、全方位的了解和分析現(xiàn)實(shí)問題，尋求解決問題的最佳方案6。這種教學(xué)模式將理論知識(shí)與實(shí)踐巧妙結(jié)合起來，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，符合開放教育教學(xué)的規(guī)律，是一種科學(xué)有效的教學(xué)模式，也是

4、一種行之有效的教學(xué)改革模式。其優(yōu)勢(shì)在于其可以將理論與實(shí)踐相結(jié)合，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。因此，案例教學(xué)法在各類學(xué)科教學(xué)中被廣泛采納。二、案例庫建設(shè)的必要性（一）案例庫有助于學(xué)生理解抗震理論建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);是一門理論性很強(qiáng)的土木工程專業(yè)課程。除了動(dòng)力學(xué)理論外，更重要的在于學(xué)生概念設(shè)計(jì)思維的建立，而這些僅靠教師純粹的講授是無法達(dá)到良好效果的。借助案例庫使學(xué)生掌握抽象的動(dòng)力學(xué)原理和晦澀的抗震原理是解決問題的方法之一。本課程開發(fā)的案例庫包括了地震震害圖片、視頻、BIM模型、動(dòng)畫等，具有形象直觀的特點(diǎn)。在案例教學(xué)過程中，師生有一種身臨其境的感覺，枯燥的知識(shí)蘊(yùn)于案例設(shè)計(jì)之中，

5、學(xué)生可以獲得形象、逼真的感受，從而更容易理解和接受所學(xué)知識(shí)。因此，案例庫的建設(shè)和使用有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，有利于幫助學(xué)生理解抗震理論。（二）案例庫有助于強(qiáng)化學(xué)生抗震設(shè)計(jì)能力建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);還是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的土木工程專業(yè)課程。一個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)從選型與布置到荷載計(jì)算、內(nèi)力分析、內(nèi)力組合與調(diào)整、截面設(shè)計(jì)與構(gòu)造措施，每一個(gè)步驟都不是僅靠理論講解可以說清道明的。本課程開發(fā)的案例庫包括了真實(shí)工程與往屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程稿。借助設(shè)計(jì)方案的分析，帶領(lǐng)學(xué)生再現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過程，使學(xué)生參與到結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)與調(diào)整中，并與其他先修課程相互滲透，做到融會(huì)貫通。（三）案例庫有助于本課程實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂我校建筑結(jié)

6、構(gòu)抗震設(shè)計(jì);是福建省精品在線開放課程和福建省精品線上線下混合式課程。學(xué)生課前預(yù)習(xí)相關(guān)核心知識(shí)，在課堂上可騰出大量時(shí)間進(jìn)行課堂討論。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)成效是檢驗(yàn)在線開放課程有別于傳統(tǒng)課堂的重要內(nèi)容，因此翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)內(nèi)容至關(guān)重要。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);僅結(jié)構(gòu)布置方案就包括了結(jié)構(gòu)體系選擇、平面不規(guī)則、豎向不規(guī)則、防震縫設(shè)置、構(gòu)件布置與截面選型等多項(xiàng)內(nèi)容可供學(xué)生討論。當(dāng)案例庫被運(yùn)用于課堂討論時(shí)，教師采取的不再是直接講授的傳統(tǒng)方法，信息的傳遞由單向變?yōu)殡p向互補(bǔ)。在課堂上教師更多的時(shí)間與每個(gè)人交流，學(xué)生們互相討論，發(fā)表觀點(diǎn)7。在案例教學(xué)過程中，學(xué)生可以自由發(fā)表對(duì)問題的看法，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)主動(dòng)性，增加了學(xué)習(xí)興趣、獲得

7、了更大的成就感。三、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);教學(xué)案例庫的建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐（一）教學(xué)案例庫建設(shè)總體設(shè)想1.建設(shè)專業(yè)化、系統(tǒng)化的教學(xué)案例庫。組建抗震教學(xué)案例庫;團(tuán)隊(duì)編寫和建設(shè)案例庫。團(tuán)隊(duì)教師進(jìn)行案例采寫和編輯整理、共同討論案例的使用，并依托精品在線開放課程平臺(tái)和土木學(xué)院的國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心進(jìn)行案例庫的維護(hù)和推廣管理。在案例的開發(fā)和使用過程中，與其他院校、設(shè)計(jì)院、施工企業(yè)等進(jìn)行日常聯(lián)絡(luò)和交流。本課程教學(xué)案例庫可按核心知識(shí)體系劃分為10個(gè)子案例庫，每個(gè)子庫自成體系，具有系統(tǒng)性和完整性。案例之間具有承前啟后的效果，課程之間銜接緊密，學(xué)生可以通過一個(gè)完整的案例掌握全過程知識(shí)。2.建設(shè)呈現(xiàn)方式多樣化的教學(xué)案

8、例庫。目前，三維建筑信息模型技術(shù)（BIM）、虛擬仿真技術(shù)越來越普及，除開發(fā)傳統(tǒng)視頻、文本、圖片、三維動(dòng)畫等形式的教學(xué)案例外，還可將采用BIM模型、虛擬仿真等手段進(jìn)行案例展示，使案例教學(xué)形式和內(nèi)容更加豐富。3.依教學(xué)要求采用案例教學(xué)方式。本課程的案例教學(xué)重視教師如何運(yùn)用案例開展教學(xué)。例如，關(guān)于不規(guī)則結(jié)構(gòu);的子案例庫需要設(shè)計(jì)不同類型的不規(guī)則方案要求學(xué)生判別，但關(guān)于多層框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì);則需要采用同一工程案例進(jìn)行從布置到抗震構(gòu)造措施的全過程案例分析。教師需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和要求合理使用案例。再如，在教學(xué)中，應(yīng)使用成功的工程案例還是使用欠合理的工程案例來說明設(shè)計(jì)原理，也需要推敲。使用案例時(shí)還應(yīng)重視學(xué)生

9、之間的互動(dòng)，有節(jié)奏地引導(dǎo)學(xué)生思考，增強(qiáng)學(xué)生的參與感。（二）案例庫的開發(fā)圍繞課程教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)開發(fā)了以下10個(gè)教學(xué)內(nèi)容的子案例庫，每個(gè)子案例庫由若干工程案例組成。子案例庫覆蓋了本課程的全部教學(xué)重點(diǎn)。1.地震基本知識(shí);子案例庫。該子案例庫由若干關(guān)于國(guó)內(nèi)外歷次地震的新聞報(bào)道、專家原因分析、典型震害以及地震波行走路線的動(dòng)畫等組成。要求學(xué)生通過歷次地震的信息提取描述地震的專業(yè)術(shù)語，在此基礎(chǔ)上理解術(shù)語含義；通過專家原因分析總結(jié)地震的成因；通過典型震害了解地震危害，通過動(dòng)畫展示地震波的傳遞方式。2.抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn);子案例庫。該子案例庫分別建立特殊設(shè)防類、重點(diǎn)設(shè)防類、一般設(shè)防類、適度設(shè)防類等四類建筑的案例

10、。要求學(xué)生在學(xué)習(xí)抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上根據(jù)工程類型劃分結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防分類，并分析地震作用計(jì)算與抗震措施對(duì)應(yīng)的設(shè)防分類。3.結(jié)構(gòu)布置方案;子案例庫。在該子案例庫分別建立扭轉(zhuǎn)不規(guī)則;凹凸不規(guī)則;樓蓋不連續(xù);抗側(cè)剛度不規(guī)則;豎向構(gòu)件不連續(xù);樓層承載力突變;等6種平面不規(guī)則類型的案例。案例提供實(shí)際工程的平面布置方案和電算數(shù)據(jù)，教師結(jié)合案例講解不規(guī)則類型，要求學(xué)生根據(jù)案例資料分析是否存在平面不規(guī)則，并判別不規(guī)則程度和解決方案。該子案例庫還將提供建筑方案或欠合理結(jié)構(gòu)方案，要求學(xué)生進(jìn)行方案布置或分析結(jié)構(gòu)方案合理性，并根據(jù)建筑要求布置梁、柱。分析過程結(jié)合平面不規(guī)則;的判別，由學(xué)生判別是否需要設(shè)置防震縫、如設(shè)縫

11、如何進(jìn)行縫寬取值以及梁、柱尺寸選取。4.多道抗震防線;子案例庫。該子案例庫分別建立框架剪力墻結(jié)構(gòu)、單跨框架結(jié)構(gòu)、框架支撐結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土翼墻等體現(xiàn)多道抗震防線;設(shè)計(jì)思想的工程案例。要求學(xué)生通過案例理解結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)設(shè)置多道防線的意義、哪些構(gòu)件可以成為第一道防線、不同抗震防線對(duì)應(yīng)的抗震等級(jí)等。5.場(chǎng)地土類別;子案例庫。在該子案例庫分別建立一般情況、地面5米以下存在堅(jiān)硬土層、存在孤石與透鏡體、存在火山巖夾硬層等四種類型的工程案例。案例提供工程地質(zhì)資料，在教師講解場(chǎng)地土類別劃分原則的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生根據(jù)案例資料分析土的覆蓋層厚度、計(jì)算深度以及場(chǎng)地土類別。6.地基土液化;子案例庫。該子案例庫分別建立地基

12、土液化的典型震害、地基土液化判別、地基土液化程度判別等三類案例。要求學(xué)生在液化地基歷史震害中總結(jié)液化的震害類型、根據(jù)地質(zhì)情況判別地基土是否產(chǎn)生液化，并進(jìn)一步確定液化的程度。7.地震作用計(jì)算;子案例庫。該子案例庫提供若干實(shí)際工程的建筑方案，要求學(xué)生選擇地震作用計(jì)算的方法。如采用底部剪力法，進(jìn)一步借助案例展示高階振型對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響以及鞭梢效應(yīng)的震害；如采用振型分解反應(yīng)譜法，則借助案例展示地震反應(yīng)譜并講解反應(yīng)譜的含義，同時(shí)展示結(jié)構(gòu)的各階振型；如采用時(shí)程分析法，則展示時(shí)程分析法常見類型的地震動(dòng)、選波過程以及地震反應(yīng)分析結(jié)果。8.抗震等級(jí);子案例庫。在該子案例庫分別建立抗震措施對(duì)應(yīng)的抗震等級(jí)、抗震構(gòu)造

13、措施對(duì)應(yīng)的抗震等級(jí)，以及少墻框架、裙房、地下室等多種復(fù)雜情況下的工程案例。要求學(xué)生分組討論不同工況下不同構(gòu)件采用的抗震等級(jí)。9.混凝土結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析;子案例庫。該子案例庫展示多層框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)梁弱柱的典型震害，展示框架柱和框架梁的典型震害，展示框架結(jié)構(gòu)的各階振型動(dòng)畫以及在豎向荷載和水平荷載下的內(nèi)力圖、內(nèi)力組合的案例，結(jié)合BIM技術(shù)展示框架結(jié)構(gòu)的變形與鋼筋構(gòu)造。通過自主研發(fā)的近海腐蝕環(huán)境下高層建筑剪力墻抗震性能評(píng)估虛擬仿真實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解如何通過低周往復(fù)試驗(yàn)評(píng)估剪力墻的抗震性能。10.多層砌體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析;子案例庫。該子案例庫展示砌體結(jié)構(gòu)的典型震害，展示橫墻承重方案、縱墻承重方案、縱橫

14、墻承重方案以及他們的整體剛度，開發(fā)MIDAS模型分析展示房屋總高、最大高寬比、橫墻間距對(duì)抗震性能的影響，采用BIM技術(shù)展示圈梁和構(gòu)造柱的構(gòu)造措施。（三）基于教學(xué)案例庫的課程教學(xué)基于案例庫建設(shè)的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);課程教學(xué)，旨在通過工程結(jié)構(gòu)震害案例激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新潛能，深刻理解抗震性能分析和設(shè)計(jì)的原理。本課程的教學(xué)案例主要包括歷史經(jīng)典震害、工程設(shè)計(jì)方案、仿真實(shí)驗(yàn)等三類案例。震害型案例通過經(jīng)典歷史震害分析，促使學(xué)生汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、理解不正確抗震設(shè)計(jì)的危害，建立抗震設(shè)防意識(shí)；設(shè)計(jì)方案型案例通過引導(dǎo)學(xué)生逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案或評(píng)估設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，幫助學(xué)生現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的意圖和正確使用規(guī)范的方法；仿真實(shí)驗(yàn)型案例

15、通過現(xiàn)代化仿真技術(shù)可完成多參數(shù)構(gòu)件設(shè)計(jì)和超常規(guī)加載，還可實(shí)現(xiàn)地震作用及構(gòu)件內(nèi)部微觀變化的可視化，引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)性和創(chuàng)新性思維。抗震教學(xué)案例庫在省級(jí)精品在線開放課程平臺(tái)和國(guó)家級(jí)虛擬仿真中心平臺(tái)全國(guó)上線，為更多師生提供優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。不僅實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源共享，而且案例的討論可以從課內(nèi)延伸到課外，使學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過程更加善于思考，更樂于總結(jié)，最終形成教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)資源、教學(xué)模式的良性循環(huán)。四、結(jié)語建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);教學(xué)案例庫的建設(shè)有利于學(xué)生對(duì)地震的產(chǎn)生、地震動(dòng)的特性有直觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)抗震理論有清晰、正確的概念，對(duì)抗震設(shè)計(jì)方法有思路，能夠?qū)Σ煌桨傅恼_性、合理性做出判斷?；谛畔⒒虒W(xué)的理念，將教學(xué)案例庫與BIM、虛擬仿真、視頻、動(dòng)畫、圖片等多媒體技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使案例展示形式多種多樣，激發(fā)學(xué)生興趣。學(xué)生通過案例分析，提出問題分析問題解決問題的能力得到充分鍛煉。教師交流和研討，可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和目的有針對(duì)性地不斷更新和改造案例，還可以融入自己對(duì)抗震理論的理解，推進(jìn)教學(xué)改革，提升教學(xué)質(zhì)量。參考文獻(xiàn)1楊光富,張宏菊.案例教學(xué):從哈佛走向世界案例教學(xué)發(fā)展歷史研究J.外國(guó)中小學(xué)教育,2008(6):1-5.2孫建淵,涂坤凱.專業(yè)學(xué)位研究生案例庫全過程建設(shè)研究J.教育探索,2016(12):76-79.3王淑娟,胡芬.中國(guó)商學(xué)院管