杨永华 吴杰

摘要：钢结构作为土木工程专业的一门基础课程，概念多、符号多、公式多、构造要求多，与相关规范结合紧密。在课堂教学中应注重基本概念、解题思路、构造要求等的讲解，以激发学生的学习兴趣，提高课程教学效果。

关键词：钢结构;土木工程;专业课程;课堂教学

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）39-0172-02

钢结构是土木工程专业的一门主干课程。随着中国钢产量的快速增长，以及钢结构制造水平和施工技术的提高，钢结构课程在土木工程专业中的重要性日益突出，这也对钢结构课程的教学和人才培养提出更高的要求[1]。该门课程概念多、符号多、公式多、构造要求多[2]。既有理论推导，又有试验研究，同时又与相关规范结合紧密。在课堂教学中应注重以下几个方面，以激发学生学习兴趣，提高课程教学效果。

一、启发式讲解概念

传统钢结构教学方法主要是采用教师为中心的“灌输式”教学方法，学生参与度和学习兴趣均不高[3]。钢结构课程中有一些重要概念，对本科生来说理解起来又有一定难度，如各种稳定、残余应力等，这就需要教师在授课时要讲透概念，能够深入浅出。可采用启发式的方法，通过问题的方式引入概念，让学生从被动接受到主动思考。如稳定概念，要从几个方面引导学生理解：失稳的破坏现象;丧失稳定性的原因;控制稳定性的方法，包括计算公式和构造做法。失稳的破坏形态可通过在多媒体课件中播放一些工程案例中失稳的图片或录像展现。在讲授柱子整体失稳问题的原因时，可以提问学生为什么混凝土柱的验算稳定通常没有起控制作用，而失稳却是钢柱最主要的破坏形式？引导学生回顾思考钢材和混凝土两种材料的特点，钢材具有轻质高强的特点，构件常设计成薄壁截面，截面较小，构件通常比较细长，因此失稳是钢结构柱子常见的破坏形式;混凝土构件通常是实心截面，截面较大，构件长细比较小，不易发生失稳，强度破坏是混凝土柱子的常见破坏形式。考查受力状态对稳定的影响，提问学生：拉杆会失稳吗？拉杆越拉越直，所以只受拉肯定不会失稳，失稳和受压有关。受弯工字型钢梁为什么也会发生整体失稳？引导学生思考受弯时的应力状态，梁在受弯时有一侧翼缘是受压的，类似轴心受压杆，压力增加到一定时，会绕与腹板平行的主轴发生平面外的失稳，此时横向荷载作用线不再通过截面形心，继而带动整个截面发生扭转，所以受弯钢梁会发生侧扭失稳。

二、注重将理论知识与生活现象相结合

在教学过程中应注重将理论知识与生活现象相结合，激发学生兴趣的同时也加深他们对知识的理解。疲劳是钢结构课程中另一个重要又难理解的概念[4]。钢材的疲劳断裂是微观裂纹在连续重复荷载作用下不断发展成宏观裂纹直至断裂的脆性破坏。疲劳概念的要点有：（1）微裂纹的产生。（对于钢结构来说，在冶炼和轧制过程中，夹杂、气孔等先天缺陷形成裂纹;焊接过程中钢材内部金属的物态变化过程形成微裂纹等）（2）反复荷载作用下，微裂纹处于高峰应力，造成裂纹的扩展。（3）钢结构有效截面逐步缩小，发生突然断裂。（4）疲劳破坏是脆性断裂，危害极大。疲劳的概念学生理解起来比较抽象，但实际生活中同学们都看到过疲劳现象，只是不知道这就是疲劳。可以用下面的问题引出这个概念，一根铁丝怎么用手弄断？学生根据自身的经历很容易回答出，用手反复拗铁丝就可以折断它，这其实就是疲劳破坏，反复荷载作用下的突然断裂。疲劳破坏的影响因素有缺陷、荷载循环次数、应力幅，这也可以用拗铁丝的问题来解释。有刻痕的铁丝比光滑的铁丝易折断（缺陷因素）;拗一次肯定不断，很多次就可以折断（荷载循环次数）;拗的幅度越大越容易折断（应力幅因素）。因此，将复杂的概念和日常生活的现象联系起来，特别有助于学生对概念的理解。

三、对比分析

钢结构的教学内容包括钢材的性能、构件的设计方法和连接的设计方法，在讲授的过程中可以对比分析各部分的内容，理清思路，从中找到异同，掌握其知识点能达到事半功倍的效果。在讲解钢结构的连接这部分内容时，要重点讲解连接的计算及连接的构造要求等[5]。在教学中要给学生讲清楚连接计算的思路。螺栓连接部分计算公式繁多，螺栓有普通螺栓、摩擦型高强度螺栓和承压型高强度螺栓之分，单个螺栓承载力有抗剪、抗拉、兼受剪拉之分，受力状态又有均匀受剪、均匀受拉、受扭、受弯、弯剪、拉弯之分，如理不清思路，教师难教，学生难学。高强度螺栓承压型连接施工过程和高强度螺栓摩擦型连接一样，需要施加预拉力，但破坏准则和普通螺栓相同，因此承压型高强度螺栓单个螺栓的承载力公式和普通螺栓的单栓承载力公式基本相同。螺栓群偏心连接验算的思路：第一步计算出单颗螺栓的抗剪、抗拉承载力设计值;第二步找出内力作用下受力最大的螺栓，计算出这颗螺栓在内力作用下应承担的力;第三步验算受力最大的螺栓，若受力最大螺栓的力小于单颗螺栓的承载力，则整个螺栓群就满足传力要求了。上述螺栓群偏心連接验算第一步中，普通螺栓和高强度摩擦型连接各有一套公式;第二步所有类型的螺栓计算基本一样，除了抗弯时中和轴位置不同[6];第三步对所有类型的螺栓是一样的。这样通过对比分析，理顺思路，螺栓连接部分的验算就不难了。

四、注重构造要求的讲解

钢结构理论计算固然重要，但课程中涉及的构造要求同样重要，都是不容忽视的重要方面。《钢结构设计标准》[7]对各类构件的相关构造规定是通过长期的工程实践经验总结出来的，对于结构计算是必不可少的补充，同时还考虑了施工的便利。在课堂教学中要引导学生对构造要求的学习，避免学生重计算轻构造的错误认识。在讲授具体的构造规定时，要把重心放在构造原理的讲解上，让学生充分理解构造要求的作用和实质，而不是去死记硬背，这样才能使学生以后在工作实践中灵活运用，达到教学目的。钢结构中的构造要求比较多，内容比较零散，有时通过表格的形式，可以比较清楚地加以总结。如焊缝的构造要求可用表1总结。

五、結语

钢结构课堂知识多，在课堂教学中应注重基本概念、解题思路、构造要求等的讲解。根据不同的知识点，采取不同的教学方法，激发学生的学习兴趣，提高钢结构课程的教学效果。

参考文献：

[1]余卫华，史娇，李宗利.钢结构课程教学内容和方法的改革[J].高等建筑教育，2014，23（1）：54-57.

[2]谢甫哲.基于卓越工程师计划的钢结构课程教学探讨[J].高等建筑教育，2018，27（5）：86-90.

[3]姚行友，郭彦利.《钢结构》课程教学内容和教学方法改革探索[J].教育教学论坛，2019，（6）：131-132.

[4]王若林，郭耀杰，杜新喜.土木工程专业钢结构课程本科教学探讨[J].高等建筑教育，2013，22（4）：51-54.

[5]吴建华.《钢结构》教学改革探索与“流水线法”[J].浙江科技学院学报，2004，16（4）：284-286

[6]戴国欣.钢结构[M].第4版.武汉：武汉理工大学出版社，2012.

[7]中华人民共和国建设部.钢结构设计标准（GB50017-2017）[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.

Classroom Teaching Research on Steel Structure Course in Civil Engineering

YANG Yong-hua1，WU Jie2

（1.College of Civil Engineering，Shanghai Normal University，Shanghai 200234，China;

2.College of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China）

Abstract：Steel structure is a foundation curriculum in civil engineering.It contains many  new concept、marks、formula and detailing requirements，and it is closely related to relevant code.In order to stimulate students' interest and improve teaching effect，the teachers should pay more attention on fundamental concepts、resolving ideas and detailing requirements.

Key words：steel structure;civil engineering;professional curriculum;classroom teaching