结合汶川地震对《工程结构抗震与防灾》课程的几点教改思索

[摘要] 据灾后调查,汶川地震对该地区建筑物造成了不同程度的损伤。通过总结地震中建筑物破坏特点,从地震灾害的角度分析了现有教材的优缺点。指出现有《工程结构抗震与防灾》课程在教学内容、教学方式及方法等方面存在的问题,并结合教学实践经验,积极探索该课程教学改革的方法,从而增强学生的结构抗震设计意识,提高学生的结构抗震设计能力。

[关键词] 汶川地震 抗震设计 教学改革 工程结构

2008年5月12日14时28分,四川省发生了新中国成立以来破坏性最大、波及范围最广的里氏8.0级大地震,全国大部分地区有明显震感,震中位于四川阿坝州汶川县,无数房屋、桥梁在地震中垮塌,给人们的生命和财产带来了极大的损失。汶川地震主震过后,东南大学土木工程学院迅速组织科研人员深入绵竹城区进行震害调查和房屋鉴定加固工作,获得了很多宝贵的资料。调查结果表明,砖混、砖木结构破坏严重,框架结构破坏较轻。因此,深入研究建造震害特征,总结经验,如何让工程结构更抗震,是值得工程结构研究、设计、教学人员思索的问题。本文结合汶川地震建筑震害的特点,对工程结构抗震课程的教学改革进行了一些思考和探索。

一、汶川地震建筑震害情况

1.框架结构房屋震害情况。在地震区,框架结构房屋破坏较少,其破坏形式主要有3种:一是框架非受力构件的破坏,;二是房屋破坏严重,但没有倒塌;三是框架结构完全倒塌。

2.砖混结构房屋震害情况。汶川地震中,砖混结构房屋破坏十分严重,砖混结构房屋倒塌数量占总倒塌房屋数量的70%以上,破坏形式多种多样,主要震害现象有:墙体开裂、预制板脱落、楼梯间破坏、局部倒塌、窗间墙破坏等。

3.自建结构房屋震害情况。在偏远的山村,自建的低层住宅大多为砖土结构或砖木结构,我国对“农民自建低层住宅”的设计、施工并没有做出明确的规定。此类结构房屋的抗震性能完全取决于房屋本身的构造情况。如图1所示,有构造柱和圈梁的房屋在地震中完好无损,而图2所示的房屋由于墙体太薄(120mm)而倒塌。

二、《工程结构抗震与防灾》课程的特点及学科定位

工程结构抗震涉及到的学科很多,主要有工程地质学、地球物理学、结构力学、结构动力学等多方面的知识,具有内容多、综合性强、对专业基础知识要求高以及和工程实践结合紧密等特点。讲授这门课的主要目的是使学生了解地震产生机理和抗震设计的基本方法,使学生掌握抗震设计的基本理论和设计方法,并具备独立分析和解决工程抗震问题的能力。

三、《工程结构抗震与防灾》课程教学改革初探

1.将传统板书和现代化多媒体教学方式相结合。对于《工程结构抗震与防灾》这门课,由于课本内容相对较抽象,学生不易掌握,采用多媒体教学方式,充分发挥多媒体生动形象、节省课时、便于学生理解的教学优势,将汶川地震中建筑物的破坏特征总结后制成多媒体课件,结合实际来向学生传授知识,以加深学生对工程抗震重要性的认识,促进学生工程抗震概念及工程抗震意识的形成。

2.重视理论教学与实际震害的结合。教师在讲授《工程结构抗震与防灾》课程中,应该使学生深刻地认识到,某一确定地区的抗震设防烈度是不准确的,加上人们对结构地震破坏和倒塌机理认识的局限,在建筑结构设计中往往概念设计比计算设计更重要。对于工程结构抗震设计而言,大多数理论知识常来源于地震震害的深刻经验教训,然而当今高校的学生对震害认识明显不足。这就需要教师在讲课过程中能够结合地震灾害实例,加深学生对某些抽象概念的理解。

3.考核内容。本课程传统的考核方式主要是闭卷考试,也有人建议采用闭卷考试和开卷考试相结合的方式。无论哪种考核方式,其题型大都包括选择题、填空题、简答题和计算题,力求对本课程考核的更加全面,然而,这样往往导致学生更加注重某些具体问题的细节处理,从而忽视了从整体上去分析和解决实际抗震问题。撇开考试方式不说,如果能将选择题、填空题和简答题柔和成几道综合性较强的论述题,这样既增加了考试内容的综合性,又能做到不减少考试的内容,最重要的是能够考察学生整体运用知识的能力,提高学生的综合水平。

四、《工程结构抗震与防灾》教材优缺点及改进构想

1.教材优点。(1)由通常的“建筑结构抗震设计”拓展至“工程结构抗震与防灾”,新增了钢结构抗震、结构基础隔震和消能减震设计、桥梁结构抗震设计、结构抗风和抗火设计等内容,较大程度的增加了知识的广度和深度,从而更好的满足土木工程本科专业的教学需求。(2)以各类结构抗震为重点,同时介绍结构抗风和抗火等方面的内容。(3)注重基本概念、基本理论和基本方法,注重内容的系统性和先进性,注重理论和工程实践的结合。

2.教材不足。汶川地震中,学校、医院等公共建筑破坏严重,造成的人员伤亡十分惨重。根据这一教训,新一版的《建筑工程抗震设防分类标准》(GB 50223-2008)提高了学校、医院、交通枢纽等人员密集的公共服务设施的抗震设防类别,也出版了《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001,2008年版)。现有教材则是结合《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)等国家规范进行编制的,而该教材缺乏建筑抗震鉴定及加固这部分的内容。

3.改进措施。针对教材存在的不足,建议结合新一版的《建筑工程抗震设防分类标准》(GB 50223-2008)和《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001,2008年版)对该教材进行修订,并将抗震鉴定及加固部分的内容写进教材。在此之前,教师在讲课的过程中,可以通过网络资源等多种方式,查阅相关资料,在讲课的过程中将这部分内容补充给学生。

五、结束语

汶川地震已逐渐离我们远去,淡出人们的视线,但它给人们生命财产带来的损失却是前所未有的,我们应当从中总结经验教训,学会如何减轻地震灾害,学会与地震共存。随着科学技术的发展,工程结构抗震技术的不断进步,人们对结构地震破坏和倒塌机理有了更深刻的认识。作为一个教学工作者,应结合地震带给人们的深刻教训,积极对《工程结构抗震与防灾》这门课进行改革探索,将地震灾害和工程抗震结合起来,改变传统的教学内容、教学方式和考试内容,从而使学生能更好地理解和掌握这门课程,增强学生综合素质,为社会培养更多的优秀人才。

参考文献:

[1]李爱群,高振世.工程抗震设计与防灾[M].南京:东南大学出版社,2003.

[2]建筑抗震设计规范.GB50011-2001,2008.

[3]周奎,徐前卫,李惠平.土木工程专业“工程结构抗震”教学改革探索[J].土木建筑教育改革理论与实践,2008,(10).

[4]李宏男,肖诗云,霍林.汶川地震震害调查与启示[J].建筑结构学报,2008,29(4).

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