《钢结构》课程教学内容改革探索

苏莉　王克雄

摘要：文章从海洋工程钢结构的特点出发，分析了目前钢结构课程教学内容存在的问题，针对两种极限平衡状态、结构稳定、荷载效应分析等教学主线对钢结构课程教学内容进行了初步的改革探索。

关键词：海洋工程钢结构；教学内容；改革探索

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）20-0122-02

一、海洋工程钢结构发展现状及对人才的需求

海洋工程钢结构与陆地钢结构有明显不同，体现在钢结构基本构件所受的载荷、载荷效应分析及设计方法等方面，其差异的根本原因在于钢结构所处的环境不同。由于海洋工程钢结构处于复杂、多变的海洋中，海洋环境施加于钢结构构件的载荷也由静力载荷变为动载荷，所以只有应用结构动力学的知识才有可能进行海洋工程钢结构的设计。传统的《钢结构》课程与培养土木工程结构设计人才相适应，而与培养海洋工程设计师的目标有些偏离。因此，教学内容要重组，将钢结构基本原理与海洋工程钢结构设计两部分内容有机结合。

二、钢结构课程教学内容改革的主要方面

关于钢结构教学内容的改革探索，主要表现在以下几方面。

1.加强这门课程与《工程力学》课程的联系。学习《钢结构》课程要以学好《工程力学》课程为基础，尤其是《工程力学》课程中的材料力学内容。在本课程的基本构件设计与计算内容中，轴心受力构件、受弯构件、偏心受力构件的基本概念都是材料力学的基本理论知识。学生需要在正确识别构件类型的基础上，应用材料力学的相关公式对构件进行正确的受力分析与计算，尤其是角焊缝连接中构件受弯与受扭两种不同受力状态的准确区分。由此可见，加强与《工程力学》课程的紧密联系对于钢结构课程教学是非常必要的。它可以使学生更透彻地理解钢结构基本构件的受力机理，并对构件整个的受力过程有更为全面的了解。这样学生就不会觉得这门课程内容和公式太多、太凌乱、太枯燥。只要学生在学习过程中可以结合《工程力学》的知识来绘制构件的计算简图，并依据平衡方程建立计算公式，就可以很容易掌握这门课程的主要知识，而且可以达到事半功倍的学习效果。

2.加强这门课程与《钢筋混凝土结构设计》课程的联系。钢结构与混凝土结构设计有相同与不同之处。在《钢结构》课程的授课过程中，笔者会有意引导学生比较这两种结构的优缺点。例如：相同荷载作用下，相同类型构件，在钢结构与混凝土结构这两种不同的结构形式下，构件计算的相同过程、构件截面的不同选取，由此可以更加深刻地体会钢结构“轻质高强”的突出优点，而且可以帮助学生很好地复习之前《混凝土结构设计》的相关知识，从而激发学生的学习兴趣。

3.抓住构件验算时两种极限平衡状态这条主线。钢结构基本构件的验算应抓住两种极限平衡状态这条主线，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。学生在做习题和考试过程中，对基本构件的验算往往出现遗漏的现象，尤其是构件刚度和局部稳定的验算。授课过程中，笔者在强化两种极限状态概念的基础上，引导学生对不同构件的极限状态验算内容进行具体的内容划分，尤其是构件的稳定问题，进而依据每项内容逐一进行验算，这样学生就可以准确掌握基本构件的设计思路。

4.抓住构件连接计算的主线。讲解角焊缝连接与普通螺栓连接的计算时，笔者注重抓住“连接破坏形式—计算公式建立”这条主线，这样便于学生对连接计算公式和适用条件的理解。例如，对普通螺栓的抗剪计算，先告知学生普通剪力螺栓的五种可能破坏形式，其中两种属于采取构造措施可以避免，而另外三种破坏形式（连接板的截面破坏、连接板的挤压破坏、螺栓杆的剪切破坏）需要进行计算来防止。这样讲授概念清晰，便于学生理解后续的计算公式。

5.抓住钢结构稳定这条主线。钢结构构件“轻质高强”的特点，使得稳定问题成为钢结构设计应主要考虑的问题。授课过程中，要注意构件失稳的物理现象、影响钢结构稳定的主要因素等基本概念，继而讲解相关计算公式的适用范围及应用。由于钢结构稳定计算公式比较抽象，因此不应把精力放在公式推导上面。要教会学生基本构件可能发生的失稳形式以及提高构件稳定性的构造措施，从宏观上掌握构件稳定计算的主要思路。

6.总结构件设计的相关专题。在讲授每种基本构件计算的基础知识之后，找出具体过程实例，引导学生进行构件的截面设计。例如，对于实腹式轴心受压构件，要根据稳定性、宽肢薄壁、连接方便、制造省工等设计原则，通过假定构件长细比λ进行截面初选，接着对初选后的截面进行强度、刚度、整体稳定、局部稳定等验算，直至所选截面满足要求。经过这样的实践练习，学生就可以对相关知识融会贯通，增加学习的自信心，同时也可以很好地为接下来的钢结构课程设计打下良好的基础。

7.添加与海洋工程钢结构设计相关的理论知识。随着海洋油气工程的迅速发展，海洋工程专业的学生应充分了解海洋工程钢结构设计的原理、方法与步骤，所以本课程有必要将钢结构的基本理论与海洋工程结构设计结合起来，系统阐述海洋工程结构设计的原理与方法。例如，以构件材料性能、几何尺寸、边界条件为依据，用结构强度与稳定理论分析海洋工程结构物各类简单与复杂的钢构件的承载能力，从而为学生今后进行海洋工程钢结构设计、分析打下坚实的理论基础。表1为本门课程的教学内容与学时安排。

三、钢结构教学内容改革的进一步思考

目前为海洋工程专业开设钢结构课程经过两年的教学实践，表明这门课程的开设十分必要，学生对于钢结构的学习积极性较高，基本达到了课程开设的教学目标。但是随着学科的不断发展，钢结构的教学中需要重点突出海洋环境与钢结构之间相互关系的问题，而目前这一点做得不是很充分，主要原因在于作用于海洋工程钢结构上的载荷间的效应组合目前还没有统一的标准。

四、结语

海洋工程专业是一门新专业，为了适应教育部“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的人才培养要求，以及各专业人才知识结构的不同需要，要对《钢结构》这门传统课程在课程内容上进行一定的教学改革，从而激发学生强烈的学习动力和浓厚的学习兴趣。

海洋工程鋼结构设计这部分内容在全国钢结构教学内容中是一个比较新的内容，目前只有哈尔滨工程大学有这方面的教材可以参考，因此在教学内容改革中要随时关注相关的最新教学改革成果，及时地应用于对学生的教学实践之中。

参考文献：

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