原创《基于实际震害的工程结构抗震和防灾课程教学改革》
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（东南大学土木工程学院,江苏南京210018）
摘 要：2013年四川芦山地震、2010年青海玉树7地震和2008年对本地区建筑物造成了不同程度的破坏.通过震害现场调查、总结地震中不同结构体系建筑物破坏特点,从建筑结构震害和防灾减灾设计来分析现有工程结构抗震与防灾课程教学内容、教学方式的优缺点.强调抗震工程实践的重要性,并结合工程实践经验,深入探索工程结构抗震与防灾课程的教学改革方法,加强学生的感性认识,增强学习主动性,鼓励学生自主学习和查找资料,提高学生结构抗震设计能力.
关键词：工程实践；地震灾害；结构抗震；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）07-0138-02
一、前言
《工程结构抗震与防灾》课程是土木工程专业的主干课.通过本课程的学习,使学生了解地震灾害的基本知识,掌握工程结构抗震防灾设计的基本理论和方法,为后续的毕业设计环节和继续深造打好基础.《工程结构抗震与防灾》是一门理论性和实践性很强的课程,同时又是一门不断发展和更新的课程[1].由于人们对于地震工程的认识不断深入,为反映本学科的最新研究成果,我国的《建筑抗震设计规范》每10年左右就要做一次大的修订[2-3].
2013年四川芦山7.0级地震[4]、2010年青海玉树7.1级地震[5]和2008年[6]以及其他国家大地震的震害经验,推动了工程结构抗震的科学研究,在抗震设计原则、抗震措施和抗震设计方法等方面都有了新的认识.以为例,2008年5月12日14时28分,在四川省发生了里氏8.0级大地震,全国大部分地区都有明显震感.其震中位于四川省阿坝州汶川县,地震造成了四川、重庆、甘肃、陕西等省650多万间房屋倒塌,2300多万间房屋损坏,北川县城、汶川县映秀镇等部分城镇夷为平地,给人们的生命和财产带来了极大的损失.地震后,国内许多科研院所深入灾区进行震害调查工作,获得了较多宝贵的现场资料,为修订新版建筑抗震设计规范积累了丰富的素材.同时地震灾害调查结果表明,砖混、砖木结构和底层框架结构破坏是非常严重的,框架结构和框架—剪力墙结构破坏较轻.因此,深入研究不同结构体系的震害特征,总结经验教训,如何设计和建造工程结构,使其在地震到来之际能够更加好地抵抗地震,减少人员和财产损失,是需要从事土木工程设计、建造、科研和教学人员需要深入考虑的问题.特别是结合、玉树地震和芦山地震带给我们的震害经验,对《工程结构抗震与防灾》课程进行相应的教学改革,强调抗震工程实践的重要性.
二、建筑震害情况
1.城镇级建筑物结构形式影响.砖混结构和砖木结构的抗震性能要比钢筋混凝土框架、框架—剪力墙结构弱.底层框架上部砖混、带转换层的房屋、底层空旷的房屋、板柱体系房屋抗震能力都比较差,底层弱,容易坍塌.
2.建筑物场地条件及建筑物体形影响.距断裂带很近的山体滑坡严重,山脚处乡镇建筑震害明显重于城区建筑,大部分建筑倒塌,未倒塌建筑也遭受了严重破坏；而距山脚稍远的乡镇建筑震害明显减轻.另外,头重脚轻的建筑物,平面局部凸出的“L”形、“T”形的建筑物和扭转不规则建筑物抗震能力都较差.
3.建筑设计、施工及建筑材料质量影响.很多严重损伤的建筑物在设计和施工方面均存在较明显问题.比如：缺少必要的圈梁、构造柱等抗震构造措施；部分砌体房屋的施工质量差、砂浆的强度等级差、构造柱混凝土强度等级严重不足,钢筋过细；乡镇农村自建房屋墙体砌块竖缝无浆或通缝现象较普遍；部分底框混合结构的梁、柱箍筋间距有问题,混凝土保护层过薄、钢筋锈蚀严重.
三、工程结构抗震与防灾课程改革内容
1.课件进行大幅调整、编写教辅教材.结合最新版《建筑抗震设计规范》、《建筑工程抗震设防分类标准》和《建筑结构荷载规范》进行课程内容体系改革.编写《工程结构抗震与防灾》课程教学辅助教材《建筑结构防灾设计工程实例》.教材通过框架结构、抗震墙结构、框架—抗震墙结构、砌体结构、钢框架结构抗震设计实例让学生快速和直观地掌握结构的抗震设计、抗风设计和构件抗火设计.
2.重视和加强工程实例教学.采用2008年汶川8.0级地震、2010年青海玉树7.1级地震和2013年四川芦山7.0级地震破坏工程实例,给出距离震中不同距离、不同烈度下建筑物的破坏情况.重点比较经过不同时期抗震设计规范设计出来的房屋破坏情况,以及不同结构形式房屋的破坏情况,总结经验教训.本课程还收集了东日本大地震（2011年3月11日,9.0级）、智利大地震（2010年2月27日,8.8级）震害的工程实例资料,扩大了学生视野.
3.通过专题讲座提升学生的求知欲.通过课内结构抗震和防灾的专题讲座（每次约25—30分钟）,多方位补充国外发达国家在抗震设防和地震工程领域的相关研究成果和工程应用情况,特别是对美国和日本先进抗震设计理念和抗震设计方法进行介绍,激发学生的求知欲.选取国际地震工程中的热点问题：①建筑结构倒塌全过程模拟；②新型材料在土木工程结构中的应用；③建筑隔震技术和建筑主动控制抗震技术；④紧急地震速报技术等进行介绍.
4.通过小组讨论增强学生的参与感.对于前述的工程实例分析和专题讲座,针对不同题目,通过对学生分组进行小组讨论,让学生自己去认识和运用所学工程结构抗震知识,鼓励他们阐述自己的观点.提前两周将分组讨论题目发到学生手中,每组4—7人,由学生自主选择题目.学生选择好题目后,自己查阅资料,自己准备讲稿.每组讨论课,每个学生发言3—4分钟,讨论2—3分钟.
5.通过合理的作业安排巩固教学效果.作业是检验教学效果的重要手段,本次课程改革中,将主要采用大作业（大作业2次）和普通作业（3—4次）相结合的方法.每次大作业都以一实际工程为背景,布置3到4个问题,教师给出一定的建议,但以学生自己动手查阅相关资料为主,增加学生自己查阅资料和解决实际问题的能力.每次大作业给学生10天左右时间.当题目复杂时,以2到3人组成小组,联合完成.这样,让同学们运用所学知识进行查阅资料、计算分析,可以更好地巩固教学效果,为将来从事实际工程设计打下坚实的基础.
四、工程结构抗震与防灾课程改革目标
教学改革的目标是以新版《建筑抗震设计规范》、《建筑工程抗震设防分类标准》和《建筑结构荷载规范》为基础,紧密结合抗震工程实践,对《工程结构抗震与防灾》课程进行教学内容体系改革,目的是使得课程的教学内容体系更完善,将该课程的理论教学、实践教学和科学研究有机结合起来,为学生提供一个良好的理论学习环境和实践锻炼的机会,培养和训练他们严谨的科学态度、创新意识和团队精神,使他们成为理论知识水平和实践动手能力都很强的有用人才,推进防灾减灾及防护工程学科教学改革的研究与实践.
五、结论
1.结合新版规范和国内外最新工程实例,对教材和课件教学内容进行大量重构与修改.
2.课堂分组讨论课和专题讲座,激发了学生自学热情,并能同时保证教学效果和学生的共同参与.将国内外最新科研成果合理地渗透到课堂教学当中,扩展了学生视野.
3.基于实际工程案例的教学方式,教学效果生动、鲜活,学生接受直接,课堂互动性强,但需要学生提前进行较多预习,且力学基础良好,因此该教学方法大范围推广时应予以注意.
结构抗震论文参考资料：
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