钢-混凝土组合结构本科教学实践与改革

摘  要：文章结合自身的教学认识，介绍对组合结构课程的性质、目的、教学内容、考核方式以及教学特点等理解和实践，对组合结构课程中存在的课时少、试验教学缺乏、教材革新和教学方法等进行探讨，并提出教学改革的建议。

关键词：组合结构;教学改革;教学方法;教学内容;考核方式

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）08-0078-04

Abstract： Based on my own teaching experience about steel-concrete composite structure course， this paper introduces the nature， purpose， teaching content， assessment method and teaching characteristics of steel-concrete composite structure course. It also discusses the problems existing in the course， such as less class hours， lack of experimental teaching， teaching material innovation and teaching methods， and puts forward suggestions for this course.

Keywords： steel-concrete composite structures; teaching reform; teaching methods; teaching content; assessment method

组合结构是继木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构之后，发展起来的一种新型结构，是现代工程结构中一种重要的结构体系。它综合了钢结构和混凝土结构的优点，具有承载力高、刚度大、抗震性能好、施工便捷等特点，目前已在高层和超高层建筑、工业建筑、大跨度桥梁、构筑物中得到广泛应用，取得了良好的经济效益和社会效益。

为了满足组合结构在施工、设计等方面的需求，国内高校的土木工程专业陆续开设了组合结构课程，20年来为国家培养了大量的工程设计、施工、教学以及科研人才，有力支撑了国家的工程建设，同时也为组合结构的教学和学科发展奠定了坚实的基础，引领了学科的发展方向。组合结构是面向未来的一门课程，在课程体系中具有重要地位，已得到了国内外工程界、教育界的普遍认同。美国ASCE学会先后发布了《2025土木工程远景规划实施纲要：专业规划实施路线图》[1]和《21世纪土木工程师的知识体系》[2]，并指出：“学院和大学必须检查相关课程是否与未来土木工程师教育的要求相符，以促进远景规划的实现”。组合结构正是符合上述理念的课程。但国内《高等学校土木工程本科指导性专业规范》[3]对组合结构课程的定位仍较低，将其列为土木工程专业任选课，且课时偏少，无实验内容要求等。本文结合自身在组合结构教学的实践和思考，浅谈该课程的教学方法和内容，并分析其教学特点，提出教学改革的建议。

一、教学内容及特点

组合结构课程的目的是拓宽土木工程专业本科生的知识范畴，训练学生掌握组合结构的受力性能、破坏机理、计算原理、设计方法、构造措施和施工方法等，培养学生的创新能力，使学生具有初步的技术应用和科学研究能力，为今后从事组合结构的设计、施工等奠定基础。本课程主要包括课堂教学、作业和考试等环节，采用讲解、讨论、答疑等方式。

（一）教学内容

教学环节采用多媒体和板书相结合的方式，教学内容严格依照教学大纲的要求，包括：组合楼板、钢-混凝土组合梁、钢骨混凝土梁、钢骨混凝土柱、钢管混凝土柱，教学内容的重、难点和学时分配见表1。教学推荐的参考书是《组合结构设计原理》[4]《钢与混凝土组合结构设计指导与实例精选》[5]和《钢-混凝土组合结构》[6]等，将以上参考书、教材与现行JGJ 138—2016《组合结构设计规范》[7]、ACI 318—19[8]《建筑结构混凝土规范要求及译注》和YB 9082—2006《钢骨混凝土结构技术规程》[9]紧密结合。

（二）考核方式

本课程的考核方式曾采用大作业或综述报告，从学生的学习效果反馈来看：考核方式过于单一，学生对课程内容缺乏总结和系统复习。因此，考核方式改为了平时考勤、作业、综述报告和期末考试相结合的方式，课程考核项目及比例见表2。

1. 作业

作业是辅助教学的必要环节，作业内容分为计算題和思考题，本课程选取了一些综合性较强的计算题和思考题，通过这些习题的练习，让学生加深各种基础概念的理解，以及对现行规范JGJ 138—2016《组合结构设计规范》[7]计算方法的掌握，训练学生综合分析问题和计算能力。

2. 综述报告

本课程考核内容引入了综述报告，主要目的是开拓学生的视野，增加学生的知识范畴，针对本科生的薄软环节，提高以下能力为目标：（1）如何撰写综述报告;（2）使用电子数据库检索文献;（3）正规的报告格式等。在开课初期布置任务，学生可结合教学内容自主选题，从近三年来的教学效果来看，部分学生较为认真的完成任务，达到了预期的教学目标。

3. 考试

组合结构课程考察的知识点多，公式多且长，结构构造复杂，闭卷考核方式对学生来说难度偏大，且考试内容不能涵盖大多数知识点，也不利于考察学生分析能力。因此，考试方式改为开卷笔试，不但试题的知识覆盖面更广，试题难度梯度和题量均可按教学要求的不同层次安排，而且一些综合性较高的计算题和问答题纳入到考试范围，比如：钢骨混凝土梁的受弯和受剪承载力计算，偏心受压钢管混凝土柱承载力计算等。

表2 课程考核项目及比例

（三）教学特点

与土木工程其他专业课程相比，本课程的主要特点有：

（1）教学课时少，只有28～32学时，但所涉及知识点多、计算公式多且步骤繁复、构造复杂、专业综合性强。因此，部分学生对组合结构的受力过程、破坏形态、计算方法、结构构造理解不透彻，掌握不扎实。此外，由于课时有限，计算例题和工程实例等讲授较少，更增加了理解难度。

（2）组合结构的基本原理、计算方法与混凝土结构基本原理、钢结构设计原理、材料力学、结构力学等课程的关联性强，需要对以上课程有较好的理解和掌握。组合结构构件的受力过程、破坏形态、计算方法与混凝土结构、钢结构的基本构件既有联系又有区别。比如：型钢混凝土梁、柱正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力计算的假设条件、计算模型等，与混凝土结构基本构件有紧密联系。在教学过程中，启发学生联系混凝土结构基本构件的受力特点、破坏形态、破坏机理和计算方法，比较其中的不同和相似之处，从而引导学生更好地理解、掌握组合结构构件的受力性能和计算方法。

（3）本课程教学内容以教材为主，同时兼顾现行规范、参考书目的相互补充。教材与现行规范JGJ 138—2016《组合结构设计规范》[7]的计算方法和构造措施等不符合的内容，按照现行规范内容讲授，使学生熟悉规范的条文要求和条文说明。

（4）组合结构构件的设计计算方法是教学重点内容，国内外规范的计算方法大相径庭，设计计算方法并不唯一。在教学过程中，主要以现行规范JGJ 138—2016《组合结构设计规范》[7]为主，将其他规范的计算方法作為补充。多种计算方法可以相互印证，从而激发学生对组合结构计算方法的思考和探求，更深入地理解相关教学内容。

二、教学改革的建议

针对组合结构课程教学环节的特点和不足，提出如下改进建议：

（1）组合结构符合土木工程行业的发展方向，但目前组合结构的教学课时偏少，部分教学内容没有充足课时讲授，因此需要紧密围绕核心内容，比如：教学内容主要侧重于计算方法，而构造措施、施工方法等内容不能详细展开讲述，因此，建议本科生培养方案应适当增加组合结构教学课时，对组合结构教学内容阐述更加全面、深入。

（2）课程教学环节宜适当增加教学演示性试验，使学生对组合结构基本构件的受力过程、破坏形态、承载力、变形和构造等增进认识，教学演示试验内容见表3。

（3）教学采用多媒体与板书相结合的教学方式，利用多媒体教学手段使学生对复杂的节点构造和大量工程应用有直观的认识，此外还充分利用多媒体教学信息量较大的特点，弥补教学学时少。目前课件的组合结构构件以平面图形为主，缺少立体空间构造详图，部分空间想象能力较差的学生对构件或节点等复杂构造理解困难和认知不够准确，因此需要增加绘制立体空间构造详图。

（4）JGJ 138—2016《组合结构设计规范》自2016年12月1日起实施，原JGJ 138—2001《型钢混凝土组合结构技术规程》[10]同时废止。现有教材仍采用旧规范编制，与JGJ 138—2016《组合结构设计规范》不符，教材内容与规范更新不同步，尤其是在计算方法方面，比如：a. 型钢为充满型实腹型钢混凝土框架梁的斜截面受剪承载力、裂缝宽度、挠度、刚度;b. 正截面偏心受压型钢混凝土框架柱的受弯承载力等计算公式等。教材内容与现行规范不符，因此现行教材的更新亟待解决。

三、结束语

组合结构是土木工程发展的重要方向，是面向未来的一门重要课程，在工程建设中的比重愈来愈大，对设计、施工等环节提出了更高要求，因此必须使学生掌握更为扎实的知识理论水平，主要建议如下：

（1）与钢筋混凝土结构和钢结构等课程相比，组合结构的教学课时仍然偏少，应适当增加教学课时。

（2）组合结构的教学环节适当增加教学演示试验，让学生对组合结构基本构件的受力过程、破坏特征等增加认识。

（3）教材建设滞后于现行规范的更新，因此应将现行《组合结构设计规范》的内容融入教学内容。

（4）教学应充分利用多媒体教学，课件中应适当增加立体空间详图替代平面图形，使学生对组合结构的构造更为直观。

（5）组合结构的教学内容需要不断调整并适应工程建设的发展实际。

参考文献：

[1]ASCE. The vision for civil engineering in 2025.1st ed [M.] Virginia： American Society of Civil Engineers，2007.

[2]ASCE. Civil engineering body of knowledge for the 21st century： preparing the civil engineer for the future[M].2nd ed. Virginia： American Society of Civil Engineers，2008.

[3]高等学校土木工程学科专业指导委员会.高等学校土木工程本科指导性专业规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]赵鸿铁.组合结构设计原理[M].北京：高等教育出版社，2015.

[5]聂建国，樊健生.钢与混凝土组合结构设计指导与实例精选[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[6]聂建国.钢-混凝土组合结构[M].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[7]组合结构设计规范：JGJ 138—2016[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[8]Building code requirements for structural concrete and commentary （ACI 318—19） [S]. American Concrete Institute， 2019.

[9]钢骨混凝土结构技术规程：YB 9082—2006[S].北京：冶金工业出版社，2007.

[10]型钢混凝土组合结构技术规程：JGJ 138—2001[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金联合基金项目“新型活性粉末混凝土预制叠合梁受力性能研究”（2017D01C045）

作者简介：李志杰（1974-），男，汉族，新疆乌鲁木齐人，工学博士，讲师，研究方向为组合结构、预制混凝土结构。