关键词：钢结构；三维视图；教学改革
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2016）02-0161-02
课堂教学是钢结构教学中的一个重要环节，而传统课堂教学主要依靠教师粉笔板书授课，学生带着书本和笔记录教师所授重点；基于钢结构知识点的抽象性，需要学生心中对所涉及内容的空间三维实体图形有比较清晰的概念才行，然而很多情况下教师根本无法用语言将某些实物讲清楚，学生听了半天也不知道教师在讲什么，势必会降低课堂效率和教学质量。
一、钢结构课堂教学学时数偏少的现状
我校土木工程专业本科人才培养方案中《钢结构》作为工民建和道路桥梁与渡河工程方向的专业必修课放在第四学期开课，48学时，其中实践4学时，配有一个钢结构课程设计。调查其他土建类高校开课情况可知，钢结构课程的总学时也就在50～60学时之间，这样的学时数对于钢结构课程来说远远达不到良好的教学效果。O英伟、刘凌云等认为，目前钢结构课程的开课情况与钢结构的发展趋势相背离，呼吁适当增加钢结构的学时至90以上[1-2]。但是笔者认为，在人才培养方案总学时固定的情况下（大多高校在170～220学分），以16学时为1学分计算为2720～3520学时。稍微分析一下人才培养方案就会发现，公共必修课中《思想品德修养与法律基础》（48学时）、《中国近现代史纲要》（32学时）、《马克思主义基本原理》（48学时）、《思想与中国特色社会主义理论体系概论》（96学时）、《形势与政策》（128学时）、《安全教育》（24学时）、《国防教育》（16学时）、《就业指导》（38学时）等课程均是教育部及教育主管部门定下的，也就是不能动的；再考虑大学英语和体育课程等所占用的学时、学分数后，用于专业教学的课程学时数已经少得可怜了；而且现在提倡应用型人才的培养，要求增加实践学时的比重，这样一来要求增加钢结构教学时数的建议自然也就很难实现了。
二、钢结构课程的重要性和教学内容
钢结构人才培养严重滞后，专业技术人员缺乏，这已成为目前影响整个钢结构行业健康快速发展的“瓶颈”。[1]笔者2015年8月7日在广西人才网内搜索“钢结构职位”，见表1，可知仅广西地区对钢结构人才的需求还是很大的。
我校钢结构教材选用武汉理工大学出版社戴国欣主编《钢结构》，该书分为上下篇。上篇“钢结构原理”为土木工程专业的技术基础课，内容包括绪论（特点、概率极限状态设计方法等）、钢结构材料特性、钢结构的连接、钢结构基本构件（轴心拉杆和压杆、受弯构件、拉弯和压弯构件）的工作原理和设计方法；下篇“建筑钢结构设计”为本专业建筑工程方向的专业必修课，也可作为其他专门化方向的选修课，内容包括单层厂房结构、钢结构抗震和抗火设计要点。[3]其中大多高校仅讲解《钢结构原理》部分，至于下篇《建筑钢结构设计》开设的高校寥寥无几。暂且不论开设内容的多少，我们且看在有限的学时内如何有效讲好、讲透这些内容，让学生能够入门，为其后续自学和研究钢结构打下良好的基础。
三、基于三维视图的钢结构课堂教学
“钢结构的连接”部分在《钢结构》课程中占有相当的比重，在实际教学工程中，不论是焊缝连接还是螺栓连接真正涉及到的理论并不多，也不难，但是学生往往反映听不懂，看不懂，更多不能识图。以《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》（01SG519）一节点为例，第54至56页相关内容，图1。[4]
当学生一看到图1（a）时，估计大脑会一片空白，他们不知道这张图传递的是什么信息，不知道哪个是梁，哪个是柱子，不知道焊缝符号是什么意思，也不清楚螺栓如何连接，更别提各自的受力计算了。现有教材中，也没有给学生形成空间认识的任何内容。如果此时我们附上图1（b）的三维图形，相信学生自会对照来理解；然后结合图1（c）进行解释，如表示现场安装焊缝等，箭头线下的小矩形表示垫板，箭头线上的v表示v型坡口对接焊缝。[5]
在讲到钢结构基本构件（轴心拉杆和压杆、受弯构件、拉弯和压弯构件）的工作原理和设计方法时，笔者认为首要的还是先给学生一个空间的整体认识，让学生知道整体结构，然后再进入到构件的细部，设计和计算过程。这样学生才能读得进去，也能读得出来，避免只见树木不见森林的弊端。此时，建议教师给学生展示柱子两个方向均有梁连接的三维视图，图2。
接着给学生解释的时候可以设疑，比如有两根实际长度都是6m的柱子，其中一根柱在x轴和y轴有梁连接，而另一根却没有任何连接时，他们的计算长度会相等吗？等于实际长度6m吗？学生这时自然会发现其中的不一样。接着教师可以接着提问，如果连接梁的刚度不一样，刚铰接不一样，计算长度是不是也跟着改变呢？最终教师可以告诉学生，“单层或多层框架等截面柱，在框架平面内的计算长度应等于该层柱的高度乘以计算长度系数μ”[6]。
四、结论
在钢结构的教学中，关键是教会学生如何识读钢结构施工图和具备一定的制图能力，而培养学生建筑结构的空间三维观和整体概念的把握就显得尤为重要了。笔者以为，在讲解钢结构计算理论之前，先通过相应三维视图的展示让学生了解钢结构的空间连接和细部构造必将起到事半功倍的效果，对培养真正意义上的应用性人才也是大有益处。
参考文献：
[1]O英伟.新形势下钢结构行业人才培养研究[J].教育与职业，2011，（24）：135-137.
[2]刘凌云.钢结构课程教学改革初探[J].教育与职业，2007，（29）：190-191.
[3]戴国欣.钢结构[M].武汉：武汉理工大学出版社，2012.
[4]中国建筑标准设计研究院.多、高层民用建筑钢结构节点构造详图[S].北京：中国计划出版社，2009.
关键词：抗震加固；钢网架；整体计算
1工程概况
某工程原设计为农贸市场，改造后为三维数字社会服务管理中心，项目1993年施工建设，原农贸市场主体结构原设计为下部混凝土柱排架结构+屋面轻型钢屋架结构（角钢三角形桁架），房屋高度为6.00m，总长为43m，总宽为30m，中间设一排混凝土柱。原有工程抗震设防分类为丙类，抗震设防烈度为8度0.20g，设计分组为三组，场地特征周期为0.45s，结构阻尼比为0.05。原有工程基础采用柱下钢筋混凝土独立基础，地基处理为局部结合整片的2：8灰土垫层，处理后的地基承载力为180kpa。
根据结构检测鉴定报告，农贸市场结构评价为B级（维修），经现场检测，原柱混凝土强度设计为C20，角柱推定值为20.6，满足原设计要求，评定为C20，其余混凝土柱推定值为16.2，低于原设计要求，评定为C15。
原农贸市场西侧改造设计为汽车库，东侧改造为三维数字社会服务管理中心，由于屋面原设计不带保温，由于本次建筑功能改变，屋面改造为带保温彩钢岩棉复合保温板，拆除中间一排混凝土柱，跨度原设计15m增加到30m，对原建筑物按现行规范进行加固设计后，屋面结构结构形式为钢结构网架，屋面为不上人屋面，根据《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009，本工程为C类（适用后续使用年限50年建筑），按2010系列规范采用设计内力调整系数。
2对原有建筑结构加固改造
目前很多工程设计中将屋盖与下部结构分开进行计算分析，对屋盖下部钢筋混凝土框架部分常用PKPM，YJK等软件，上部屋盖网架采用3D3S，MST，STWJ（PKPM模块）等，本工程网架部分采用MST进行计算，整体计算采用YJK软件。在对网架部分用MST计算中，考虑下部混凝土柱的刚度，按支座按弹性支承考虑。计算中网架部分杆件的控制应力比不大于0.85，网架跨中部分挠度小于短向跨度的1/250。
用YJK整体计算时对于网架等空间结构，在建模计算时在支座处设一根斜杆来模拟支座。在采用模拟施工时，必须注意施工次序的合理顺序。YJK软件在布置荷载时，可以采用蒙皮导荷（蒙皮导荷是指沿着杆件或者墙面边界形成一个面，在该面赋值面荷载）功能，可将面荷载沿着该面的投影方向或法向进行荷载导算，将荷载导算到面的周边节点上。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第10.2.8条规定，屋盖钢结构和下部支承结构协同分析时，阻尼比应符合下列规定：（1）当下部支承结构为钢结构或屋盖直接支承在地面时，阻尼比可取0.02。（2）当下部支承结构为混凝土结构时，阻尼比可取0.025～0.035。本工程计算参数取值中结构阻尼比按振型阻尼比法。振型阻尼比是指针对于各阶振型所定义的阻尼比。组合结构中，不同材料的能量耗散机理不同，因此相应构件的阻尼比也不相同，钢构件取0.02，混凝土构件取0.05。对于每一阶振型，不同构件单元对于振型阻尼比的贡献认为与单元变形能有关，变形能大的单元对该振型阻尼比的贡献较大，反之则较小。所以，可根据该阶振型下的单元变形能，采用加权平均的方法计算出振型阻尼比ζi。经对原有结构增加网架后整体计算，并提取前6阵型下的周期及结构阻尼比（表1），通过分析表明第一振型以下部钢筋混凝土框架为主，2～6振型为混合结构为主。地震作用下X向框架层间位移角满足规范要求，Y向框架层间位移角1/406不满足规范，钢筋混凝土柱配筋不满足。
针对以上验算结果，结构加固分为直接加固与间接加固两类，直接加固主要为增大截面加固法、置换混凝土加固法或复合截面加固法，间接加固主要采用体外预应力加固法、增设支点加固法、增设耗能支撑法或增设抗震墙法等。由于原有建筑框架柱强度等级评定为C15，本工程后续使用年限50年，为满足混凝土结构的耐久性，综合考虑原结构上部框架柱采用增大截面法进行加固。采加大截面法是指采用增大原构件截面面积并增配钢筋，以提高其承载力和刚度，或改变其自振频率的一种直接加固法。该方法施工工艺简单，且具有成熟的设计和施工经验，可用于本工程。框架梁采用外包型钢加固法，对钢筋混凝土梁、柱外包型钢及钢缀板焊成的构架，以达到共同受力并使原构件受到约束作用的加固方法。经加固后，结构整体计算分析，结构位移、位移比，配筋均满足要求。对下部基础不满足部分采用加大基础底面积法，该方法适用于当既有建筑物荷载增加、地基承载力或基础底面积尺寸不满足设计要求，且基础埋置较浅，基础具有扩大条件时的加固，可采用混凝土套或钢筋混凝土套扩大基础底面积。设计时，应采取有效措施，保证新、旧基础的连接牢固和变形协调。
3网架单独计算与整体建模分析
通过网架部分网架单独计算采用MST进行计算，与整体计算采用YJK软件对比分析，在网架支座刚度对内力影响很大，固定铰支座与滑动铰支座相比，明显减少上弦跨中杆件的内力，支座处杆件内力变化，下弦内力变化不明显，网架和下部钢筋混凝土结构整体计算模型与网架单独模型内力相差较大，支座刚度越大，相差越大，支座刚度越小，相差越小。下部支承网架的混凝土结构刚度对网架内力的影响，在地震工况下的影响较大，在正常使用荷载下影响较小，支承结构的刚度越大，整体模型内力越接近单独模型相同支座的内力。因此，在进行网架下部结构的抗震设计时，应合理考虑网架的抗弯、面内剪切及轴向刚度，对改造工程，在条件允许的条件，宜进行整体分析设计。
4结语
综上所述，针对原有工程改造加固设计，首先应分析结构承载力不足的结构构件，在概念上对建筑进行总体上的加固概念设计，通过空间计算软件对加固概念设计进行复核和优化调整，使得加固方案达到安全可靠、经济，从而满足建设单位的使用要求，也能够满足后续使用年限50年的目标要求，通过对原有框架柱通过加大截面的加固方法，提高了原有结构的安全度，并按现行规范对加固后的混凝土结构与钢网架进行整体共同作用分析，复核加固后方案可靠性，并在考虑网架结构与整体结构共同作用与分别建立模型两种模型进行计算包络设计，确保结构安全，
参考文献
[1]中国建筑工业出版社.GB50011-2010.建筑抗震设计规范，北京.
[2]中国建筑工业出版社.GB50367-2013.混凝土结构加固设计规范.
[3]中国建筑工业出版社.JGJ123-2012.既有建筑地基基础加固技术规范.
[4]薛强，郝际平，米周林.兰州理工大学体育馆的整体分析与设计[J].钢结构，2010第7期第25卷.
关键词钢结构CDIO探究性教学
中图分类号：G424文献标识码：A
SteelStructureTeachingReformBasedonCDIOTeachingTheory
HUANGLing
（SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，NanchangHangkongUniversity，Nanchang，Jiangxi330063）
AbstractSteelcurriculumisthebackboneofCivilEngineeringprofessionalcourses，includingsteeldesignprinciplesanddesignofsteelstructures.BasedontheconceptofCDIOengineeringeducation，adoptedinteachingtheintegrationoftheoryandpractice，theintegrationofteachingideas，usinginquiry-basedteachingmethods"problem-based"，whichgreatlystimulatedthestudents'interestandenthusiasm.CurriculumsystemfocusingonstudentdeveloppracticalabilitiesandinnovativethinkingtoachievetheCDIOeducationmodelinthe"knowledge，abilityandquality"teachinggoals.
Keywordssteelstructure；CDIO；inquiryteaching
0前言
随着我国钢结构建筑形式增多和数量增大，钢结构在土木工程领域的重要性不断增强，钢结构学科发展和更新迅速，新形势下市场的需求对钢结构课堂教学提出了越来越高的要求。钢结构课程的主要内容包括材料特性、各类基本构件（包括轴心受拉、轴心受压、受弯、拉弯和压弯）的受力特点和设计计算方法、构件之间连接的设计计算方法以及建筑钢结构设计。不少高校强调钢结构理论教学与工程训练相结合，但传统的重理论轻实践的教学模式仍在延续。如何在钢结构课程中强调学生“素质和能力”并重，激发学生学习兴趣和热情尤其重要。目前国际上影响较大的CDIO工程教育培养模式，即代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，强调将教育过程放到工程领域的情境之中。CDIO教育模式的核心是学生的学习目的是为理解学习内容，并通过理论的实践应用体会到所受的教育是有用的，从而学生的学习积极性、创造性潜能被激发出来，达到“知识、能力、素质”有效统一的教学目标。
1教学内容的改革
结合CDIO教育改革模式，根据钢结构课程特点，创建系统化的课程体系和教学方法，切实解决钢结构课程教学面临的实际问题尤其重要。钢结构课程基于CDIO的钢结构课程改革主要围绕以下几方面进行：
1.1理论教学部分
传统钢结构课程理论教学分为原理与设计两大部分，钢结构原理主要介绍钢结构的材料特性、钢结构的连接、钢结构的基本构件的设计原理。钢结构设计则介绍各种具体的工程结构的形式、体系及其设计计算方法，包括单层厂房结构、大跨度房屋结构、多层及高层房屋结构等。传统的教学模式是单向的教师教学、学生被动接受的满堂灌模式。很多年来我们没有切实下力气加强学生工程素质的培养，导致很多学生对钢结构课程兴趣不大。基于CDIO的教学模式和理论，我们对课程进行了系统的改革。将课堂教学与实践教学融合，增强了课程的一体化，使得理论与实践教学增强连贯性与整体性。以增强学生“知识、能力、素质”为教学目标。
整门课程中，“绪论”在整个钢结构课程中起着纵向连接的作用，它能激发学生的学习热情，明确学习目的，建立钢知识结构的整体性概念。“绪论”部分，我们采用的教学素材丰富，包括大量钢结构图片、施工视频和综合案例，教学中三分之一的时间由老师讲解，其他时间采用开放课堂的方式进行。针对老师给出的综合案例，由学生课前认真做好准备，课堂采用分组讨论，小组代表发言，老师辅助点评的教学方式。通过真实的案例讨论，增加了学生对钢结构的感性认识，极大激发学生的学习兴趣。通过老师的讲解后使学生获得初步的工程经验，增强了学生学习的主动性，提高学习效率。
在钢结构性能一章中，建立了以正确选择钢材，了解钢材特性，构件设计为主线的理论课程新体系，尝试让学生建立工程师的思维。本章以工程设计项目设计为主线，贯穿整个理论教学。以一个实际的工程项目，让学生从选择钢材做起，让学生带着问题主动去思考，去探究，让学生在“学中做，做中学”。在学生通过自己思考，老师讲解钢材的性质后，将工程结构事故以案例的形式提出，进一步引导学生在工程实际中学会正确选材。同时工程案例的讨论和分析加深了学生对引起脆性破坏因素的理解，各种引起钢结构脆性破坏实例分析可以让学生来以专业的视角来分析和判断问题，培养他们成为面向工程的技术人员，更重要的是让学生建立科学严谨的工作态度，提高了学生的综合素质。
整个课程体系中，将钢结构稳定和钢结构的脆性破坏作为突出的课程重点。以稳定为例，首先通过动画、工程照片形象生动展现实际压杆的失稳现象，让学生建立对失稳问题的感性认识。然后给出厂房由于杆件失稳引起的整体倒塌事故给学生分组准备，课堂上组织学生从结构理论的稳定、施工的要求、施工的规范等多角度进行讨论。通这种教学模式，学生变被动接受为主动参与教学的过程。基于CDIO的教育理念，强调课程的连续性和贯通性。将钢结构设计原理中构件的设计一并放入整体结构的设计中考虑。在钢结构平台设计、组合楼盖设计、多层钢框架结构设计、型钢混凝土组合结构设计中讲解单根的梁柱设计，并将钢结构节点设计作为钢结构整体设计的重要部分。在整体设计中加强学生的读图看图能力的培养，通过教学内容和实际工程的紧密结合，使得教学形式更加形象生动，继而加深学生对钢结构整体设计的理解。从课程内容上真正实现了CDIO的培养目标，实现了学生“知识、能力、素质”有效的高度统一。
1.2实践环节的改革
（1）在钢结构课程中安排学生专题调研。例如：在讲到“绪论”时，学生进入课题小组，可选择自身感兴趣专题给出调研报告。可选择内容包括“钢结构行业发展状况调查”，“钢结构的防腐蚀”，“钢结构的防火”“钢结构的施工新技术”等，学生通过各种渠道查找相关内容，获得第一手资料。由课题小组汇总研究报告，制作课件和讲稿，由课题小组面向全班讲授，时间不宜长，最后老师进行点评和补充讲解。通过这一环节，让学生了解了钢结构工程的现状和发展趋势，认识了现代钢结构工程研究及产业发展的问题，让学生明确学习目标和未来发展对人才需求的特点，极大提高了学生学习的积极性和主动性。
（2）以“实践项目”为载体，与CDIO的工程理念实现对接，实现从“设计一实现”项目的转变。例如，将实际工程项目中的“节点设计”作为一个专题项目。由教师提供实际工程状况，让学生在掌握一定知识的基础上，自己提出设计方案，并用图纸绘出设计意图。学生根据已有力学概念和钢结构基础知识先自行设计节点，通过项目小组课交流讨论，对节点设计做出合理解释，针对学生出现问题教师纠正学生错误的力学概念及设计误区。然后与实际工程设计节点进行对比，讲清楚蕴含了哪些知识点，如何考虑，施工中应注意的问题等，加深了学生印象，通过这一教学过程让学生深刻理解如何运用概念进行设计，并做到融会贯通。以实践项目为载体，以能力培养为纽带，将课程群中相关知识点连接起来，使学生学到的知识具有较严密的逻辑性，较丰富的关联度，培养了学生分析、解决问题的能力，提高他们的创新精神、综合素质，达到“知识、能力、素质”有机统一的教学目标。
2教学方法的改革
在钢结构传统教学中，讲授已成为最主要的教学方式，相比于组织讨论、指导自学等教学行为，讲授显然是一种最便于教师掌控的教学行为。在钢结构教学中对于讲授的改革不是简单地放弃使用讲授，而是应按照研究性学习的特征及其实施要求，对讲授进行结构性的调整和变革。钢结构课程中着重讲授如：钢结构产业的背景性知识、前沿重点问题、研究问题的方法、及如何加强各知识点之间的联系、知识与生活的关联及实践运用等。对于促进学生的研究性学习而言，讲授的核心价值不在于直接给学生传递知识结论本身，而是为学生学习发现问题和独立解决问题提供支持、帮助、刺激和鼓励。在钢结构课程中，我们尝试采用了PBL（Problem-basedlearning）教学法，即以问题为基础的教学方法，强调把学习设置到复杂的、有意义、相对真实的问题情境中，通过学习者合作解决问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能，培养自主学习、终身学习的能力。例如在讲到钢结构的整体稳定时，引出学生感兴趣的整体失稳事故，由教师给出工程概况，提出系列问题，鼓励学生多角度根据已有知识分析整体失稳现象出现的原因，继而总结在遇到此类现象时该从哪里着手进行分析。为了在教学改革中更加客观、准确地评价PBL的效果和效率，通过调查问卷了解到学生对PBL学习的主观感受以及综合能力的提高。大部分学生认为PBL提高了他们的兴趣和热情及自学能力，增加他们独立学习的能力。但在学习中也出现了某些困难，包括压力增大，老师提问对学生的强制感、紧张感等，因为老师正在对他们进行评估。调查结果显示：93.1%的学生认为这种方法调动了学习的兴趣和积极性；87%的学生认为PBL可以变被动学习为主动学习，激发了思维，对自学能力有很大提高，85%的学生认为可以掌握重点内容，尤其对于理解难点内容有帮助。
3结论
本文为解决钢结构传统教学中存在的系列问题，采用基于CDIO教育理念，对钢结构教学进行了改革，提出通过课程一体化教学和教学方式的改革，将理论教学与工程实践相结合，引导学生主动思考与探索，极大激发了学生学习兴趣，提高学生的工程实践能力和创新能力，从而达到提高教育质量的最终目的。
本课题受江西省“十二五”规划课题资助（课题编号：11YB376）
参考文献
[1]许英，汪宏，张益多，米旭峰.结构设计原理教学方法与教学手段探[J].高等建筑教育，2008.17（3）：88-91.
新工科建设是应对新经济的挑战，从服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的高度，在“卓越计划”的基础上，提出的一项持续深化工程教育改革的重大行动计划。根据新工科“新”的内涵，即新兴、新型、新生。“新兴”指的是全新出现、前所未有的新学科，主要指从其他非工科的学科门类，如应用理科等一些基础学科，孕育、延伸和拓展出来的面向未来新技术和新产业发展的学科。“新型”指的是对传统的、现有的（旧）学科进行转型、改造和升级，包括对内涵的拓展、培养目标和标准的转变或提高、培养模式的改革和创新等，而形成的新学科。“新生”指的是由不同学科交叉，包括现有不同工程学科的交叉复合、工程学科与其他学科的交叉融合等而产生出来的新学科。钢结构课程的教学改革属于新型、新生的范畴。本文从新工科专业建设的重点之一，即从“新工科人才培养模式”出发，包括课程体系和教学内容改革、教育教学方式改革、课堂教学与课外学习的关系、通识教育与专业教育的关系等方面，探讨钢结构课程教学改革的措施和方法。
1课程体系和教学内容改革
目前，多数院校在开设土木工程专业的钢结构课程时，课时偏少，更多的重视混凝土课程设置，本科阶段的钢结构课程中，学生所学内容主要是钢结构基本原理的学习，对于钢结构设计内容开设的极少，随着大跨度钢结构的发展及广泛应用，其设计愈显重要。通常学生主要学习钢结构的连接计算，焊缝及螺栓连接；轴心受力构件的计算，但部分院校所讲内容未包括格构式构件的设计，只讲授了实腹柱的强度、刚度、稳定的计算。稳定问题是钢结构中最重要的知识之一，由于稳定的理论及计算较难以理解，只是教授学生如何使用公式而已，未能使学生从失稳的机理上去掌握。同时受压构件的稳定问题在此课程开设之前的“材料力学”课程中有相关章节内容，部分院校开设力学课程时，并未讲授此章节，主要考虑到课时限制及内容的难度而省略了，但笔者建议在力学教学中关于压杆稳定的计算应重点讲解，为后期钢结构的稳定计算打下基础。后续内容便是钢结构受弯构件的计算，只是简单介绍了些概念问题，并未进行理论和设计的计算。拉压弯构件及屋架的计算，很多院校也忽略了此部分教学内容，造成学生无法对钢结构的设计及计算有整体上的理解。
钢结构的计算和设计需考虑实际施工的需要，在所学课程“土木工程施工”中，关于钢结构的施工内容较少，而且钢结构施工内容较为陈旧，很少涉及到动画或视频。
由于土木工程专业属于应用型学科，大多情况要求工作人员持证上岗，故教学中适量加入工程师考试内容，使学生提前了解考试题型，便于学生掌握规范内容及其应用，同时可加深对理论知识的理解。
2教学方式改革
钢结构问题均为实际工程问题，对于此课程的讲授难免需要实践教学。大多数院校在钢结构教学中，学生均反映内容较为难学，难以理解；一方面是钢结构与力学知识联系比较密切，学生力学基础薄弱，另一方面是钢结构连接、安装及实物有些抽象，学生只是在课堂上学习，未见过钢结构现场，对大部分构件、结构难以想象出来，造成学生感觉钢结构内容的学习很困难。故笔者认为，钢结构课程讲授过程中必须搭配实践教学，如讲到钢结构加工时，可把教室移到加工现场参观并加以讲解；涉及钢结构连接时，可安排学生到钢结构安装现场或已有钢结构建筑场地进行讲解。学校可与相关企业合作建立钢结构实习基地，才能真正解决钢结构实践教学的问题。
钢结构除了教室教学，还可让学生亲自动手试验去掌握课本知识。如轴心受力构件、受弯构件及拉压弯构件的整体稳定和局部稳定的破坏模式，课堂上学生理解，此部分内容对学生的空间想象能力及力学知识要求较高，为让学生有个直观的认识，可加工不同截面类型的试验构件通过实际试验让学生观察到试件产生整体失稳和局部失稳的过程，然后再从理论上教学，学生便易于接受。
同时需调整钢结构教学课时，应包括理论课时、实践（试验）课时和课程设计等，教学过程中应充分利用多媒体教学资源及手段，对于课本图片多为平面图，加之一些知识点较难理解，难以让学生看懂，且钢结构多为空间立体杆件结构，尤其钢结构的加工连接、安装、吊装均需提供详细的三维图纸和动画视频，这样可使学生达到身临其境的感觉，才能减轻学生的负担，从而提高教学效果。
3考核方式的改革
钢结构课程一般考核方式主要包括：平时成绩、考试成绩和期中考试成绩，大多数学校把平时成绩定为出勤率的考察，但学生出勤是必须的，也是学习这门课的前提和基础，因此，可把平时成绩改为平时作业、课堂听课状态、上课提问回答问题的情况、参与小组讨论情况等，若无特殊原因缺勤或迟到早退的现象，则在平时成绩中倒扣分。最后还可添加钢结构课程设计的成绩，钢结构同混凝土课程一样，均需要通过设计来最终考核学生对课本知识的掌握和应用情况，即学生的综合知识的运用能力。
4提供课外学习平台
一门课程的学习仅仅通过教师每节课的45分钟是远远不够的，学校可提供数字学习资源平台，为学生开通课下线上查阅资料，观看相关教学视频的渠道，让学生把课上的疑难问题在课下及时解决，达到事半功倍的效果。同时可组织创新创业实践、结构设计大赛、试验设计竞赛、专业社会实践等，积极引导学生参与进去，使学生利用?n本所学的理论知识应用到实际中去，以培养其实践用手能力、应用能力、创新能力。
大学四年最后的环节就是毕业设计，现阶段由于钢结构教学课时设置不足，毕业设计的对象基本都是混凝土结构，对于钢结构的设计较少，导致学生出现对钢结构设计的难度较大的错觉，为了丰富毕业设计的对象，锻炼学生的综合知识能力，指导教师可根据学生的兴趣和个人情况选定一些合适的钢结构设计题目，以锻炼其查阅钢结构规范及资料的能力。
5加强通识教育与专业教育
不同类型高校在新工科人才培养上对待二者关系上有不同的处理方式，但也有一致的方面：一是强调通识教育对专业教育的支持，包括加强基础科学教育使学生对各种新技术的科学基础有扎实的理解等，这些对学生适应日后新技术和新产业的快速发展和变化十分重要；二是新工科要求注重专业教育的包容性、发展性和未来性对通识教育提出了更高的要求，必然促进通识教育的改革。
根据钢结构的教学内容可知，该课程与力学中“材料力学”、“结构力学”知识联系最为密切，因此，力学老师应加强材料力学、结构力学的教学及考核方式，把学生的力学功底打牢。进而推知，材料力学的基础是数学，土木工程本科专业数学课程主要包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计，数学即为通识教育课程，尤其是高等数学中的微积分的知识、线性代数中的矩阵知识及概率论与数理统计中的概率统计知识对后期力学的学习至关重要，同样必须加强通识教育课程的学习。
关键词：钢结构结构稳定结构设计
1、引言
稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的损失。现代工程史上不乏因失稳而造成的钢结构事故，其中影响最大的是1907年加拿大魁北克一座大桥在施工中破坏，9000吨钢结构全部坠入河中，桥上施工的人员75人遇难。破坏是由于悬臂的受压下弦失稳造成的。而美国哈特福特城的体育馆网架结构，平面92m×110m，突然于1978年破坏而落地，破坏起因可能是压杆屈曲。以及1988年加拿大一停车场的屋盖结构塌落，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这两次事故都和没有设置适当的文撑有关[1]。在我国1988年也曾发生l3.2×l7.99m网架因腹杆稳定位不足而在施工过程中塌落的事故。从上可以看出，钢结构中的稳定问题是钢结构设计中以待解决的主要问题，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡，所以我们在钢结构设计中，一定要把握好这一关。目前，钢结构中出现过的失稳事故都是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性能不够清楚，对如何保证结构稳定缺少明确概念，造成一般性结构设计中不应有的薄弱环节。另一方面是由于新型结构的出现，如空间网架，网壳结构等，设计者对其如何设计还没有完全的了解。本文针对这些问题提出了在设计中应该明确在钢结构稳定设计中的一些基本概念，以及对新型钢结构稳定性研究应该了解的一些问题并且应该懂得如何解决这些问题。只有这样我们在设计中才能更好处理钢结构稳定问题。
2、钢结构稳定设计的基本概念
2.1强度与稳定的区别[2]
强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度，因此是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性，对混凝土等脆性材料，可取它的最大强度，对钢材则常取它的屈服点。
稳定问题则与强度问题不同，它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态，因此，它是一个变形问题。如轴压柱，由于失稳，侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩，因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然，轴压强度不是柱子破坏的主要原因。
2.2钢结构失稳的分类[1]
(1)第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题（也叫分支点失稳）。完善直杆轴心受压时的屈曲和完善平板中面受压时的屈曲都属于这一类。
(2)第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题（也叫极值点失稳）。由建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力，属于这一类。
(3)跃越失稳是一种不同于以上两种类型，它既无平衡分岔点，又无极值点，它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。
区分结构失稳类型的性质十分重要，这样才有可能正确估量结构的稳定承载力。随着稳定问题研究的逐步深入，上述分类看起来已经不够了。设计为轴心受压的构件，实际上总不免有一点初弯曲，荷载的作用点也难免有偏心。因此，我们要真正掌握这种构件的性能，就必须了解缺陷对它的影响，其他构件也都有个缺陷影响问题。另一方面就是深入对构件屈曲后性能的研究。
2.3钢结构设计的原则
根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。
(1)结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求
目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。就如上述的1988年加拿大一停车场的屋盖结构塌落，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这两次事故都和没有设置适当的文撑而造成出平面失稳。
由平面桁架组成的塔架，基于同样原因，需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系。
(2)结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算十分重要[3]。
目前任设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。GBJl7—88规范对单层或多层框架给出的计算长度系数采用了五条基本假定，其中包括：“框架中所有柱子是同时丧失稳定的，即各柱同时达到其临界荷载”。按照这条假定，框架各柱的稳定参数杆件稳定计算的常用方法，往往是依据一定的简化假设或者典型情况得出的，设计者必须确知所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。在实际工程中，框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况还可举出以下两种，即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这两种情况若按规范的系数计算，都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。
(3)设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。
结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。
2.4钢结构稳定设计特点
（1）失稳和整体刚度:现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法。
（2）稳定性整体分析：杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体。稳定分析必须从整体着眼。
（3）稳定计算的其它特点：在弹性稳定计算中，除了需要考虑结构的整体性外，还有一些其他特点需要引起重视，首先要做的就是二阶分析，这种分析对柔性构件尤为重要，这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响，其次，普遍用于应力问题的迭加原理[4]．在弹性稳定计算中不能应用。这是因为迭加原理的应用应以满足以下条件为前提：
1）材料服从虎克定律变成正比；
2）结构的变形很小。
而弹性稳定计算一般均不能满足第2）个条件，非弹性稳定计算则两个前提都不符合。
了解了一些在钢结构设计中应该明确的一些基本概念，有助于我们在设计中更好地处理稳定方面的问题，随着新型钢结构体系地不断发展，我们对稳定问题的研究要求也不断地提高，之所以在设计中出现结构失稳问题，另一个重要原因就是我们对新型结构稳定知之甚少，也就是目前钢结构稳定研究中存在的问题。
3、钢结构稳定性研究中存在的问题
钢结构体系稳定性研究虽然取得了一定的进展，但也存在一些不容忽视的问题[5]：
(1)目前在网壳结构稳定性的研究中，梁-柱单元理论已成为主要的研究工具。但梁-柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说，虽然有学者对梁-柱单元进行过修正[3]。主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。
(2)在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题，目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数，未反映整体稳定与局部稳定的关联性。
(3)预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善，目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。
(4)钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响，目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围，而在实际工程中，由于结构参数的不确定性，会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究。
从上面可以看出，我们的钢结构稳定理论还是不够完善，我们在设计中一般都是把钢结构看成是完善的结构体系，针对上述问题（4），我们可以看出在设计中我们没有考虑一些随机因素的影响。但是我们在考虑这些因素之前，应该弄清楚这些随机因素的来源，一般情况下把影响钢结构稳定性随机因素分为三类：
(1)物理、几何不确定性：如材料（弹性模量，屈服应力，泊松比等）、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等。
(2)统计的不确定性：在统计与稳定性有关的物理量和几何量时，总是根据有限样本来选择概率密度分布函数，因此带来一定的经验性。这种不确定性称为统计的不确定性，是由于缺乏信息造成的。
(3)模型的不确定性：为了对结构进行分析，所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素，所导致的理论值与实际承载力的差异，都归结为模型的不确定性。
以上都是钢结构稳定设计中存在的问题，只有我们进一步地深入研究这些稳定，钢结构稳定理论将会进一步完善，如对于钢结构稳定设计中涉及到随机因素的影响，国外已经引入了钢结构稳定的可靠度设计，这也表明了钢结构稳定设计理论也在不断的完善。
4、结束语
钢结构稳定问题区别于强度问题。在实际设计中，设计人员应该明确知道结构构件的稳定性能，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。针对上述问题，本文提出了在设计过程中设计人员应该明确的一些基本概念；其次，随着新型结构的出现，设计人员对其性能认识的不足，从而导致构件的失稳，本文就这个问题阐述了新型结构现存的一些问题，并且针对一些问题论述了产生的原因。总之，只有深入了解这些问题，才会使得钢结构稳定理论设计不断地完善。
参考文献
[1]陈绍蕃.钢结构设计原理.科学出版社，2000.23-25.
[2]夏志斌，潘有昌结构稳定理论.高等教育出版社.1988.11-12.
[3]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南.中国建筑工业出版社，1995.
[4]朱步范，罗建华.钢结构稳定性设计计算要点.新疆石油科技.l998年第3期(第8卷)－69－.
[5]卢家森，张其林.钢结构稳定问题的可靠性研究评述同济大学学报.
[6]吴剑国.网壳结构稳定性的可靠性研究.博士论文，同济大学，2001.
[7]沈世钊，陈昕.网壳结构的稳定性.科学出版社，1999.
【关键词】工业建筑；结构设计；轻型钢；应用探讨
1轻型钢结构建筑概述
轻型钢结构建筑经历了实腹式单层轻型钢结构面板建筑到后来的大型工业厂房的发展过程，现在给它赋予了具有更广泛的内容和意义[1]。体系中的轻不仅仅指的是建筑结构的轻，更重要的一个特点是体现在其经济效益上，与传统的建筑相比，轻型钢结构建筑具有建造速度快，施工成本低的特点，从而大大提高了业主的经济效益。在房屋建筑中，衡量该结构是否为轻型钢结构建筑体系的标准有两条，即f指标和t直标，在其他建筑结构形式中以f指标为主。
2轻型钢结构建筑设计要点
轻型钢结构建筑设计同一般结构设计，均需满足适用性、安全性、经济性和美观性[2]。适用性是指建筑物在空间上满足生产生活要求，室内环境满足生产过程中满足安全规范生产要求，包括声环境、热环境、光环境等。声环境要求厂房外的噪声不得超过30分贝，在建筑活动中往往会造成噪声的有震动、雨水冲击和空气噪声。进行建筑设计时根据噪声来源的不同，采取相对应得设计措施进行隔声处理。热环境要求建筑物内空气流通、温度等满足人体冷热感和健康要求。光环境分为室内自然采光和人工补光，在建筑结构设计中则尽可能的要求加大自然采光，减少人工补光，降低能源的消耗，保证室内生产生活的安全进行。
3轻型钢结构厂房基础设计要求
对于门式钢架轻钥结构工业厂房基础的设计，因为其受力影响因素多，具有一定的不确定性，根据一般规律，厂房通常布置有重型大吨位吊车同时又布置多台吊车，则因为其水平移动难以控制，因此对水平采取脚柱刚接，竖向铰接。因为轻型钢结构厂房自身具有自重轻的特点，所以水平荷载主要为风荷载和起重设备所产生的水平力。因此其就会产生较大的偏心力，这是轻型钢结构厂房基础受力最大特点。
4轻型钢结构建筑设计方法
轻型钢结构建筑设计包括屋面设计、墙体设计、加层构造设计三方面。屋面设计通常包括屋面建筑材料的选择和屋面坡度的选择，对于干旱地区，屋面材料主要保温隔热性能好，雨水少，与多雨地区相比对材料的防水性能适当降低，屋面的坡度较小；在多雨区则要求屋面防水性能好，同时屋面的坡度较大。墙体设计可分为内墙和外墙，设计中应根据不同墙体的要求及相关的设计规范对墙体材料进行选择并设计，科学选择墙体板块的布置当时，做到经济安全美观合理，保证设计质量。加层设计与传统的加层设计略有不同，它在传统的加层功能基础上还具有其自身的特点。它是在原有结构的基础上对原有结构进行加固，达到对原有结构优化的目的，在设计中为了提高结构稳定性，弥补钢结构的缺点，需合理设计纵横向的支撑，使其刚度达到设计要求。
5山形门式轻型钢刚架结构体系的应用
改革开放以来，我国钢铁产业获得了快速发展，山形门式轻型钢刚架结构以其节约钢材、节约工期和节约成本的优点被许多工业厂房所选用。采用普通的轻型钢结构虽然大大降低了建筑物的自重，但是当有风荷载和起重设备作用时，会产生较大的偏心力，严重影响到结构的稳定性，对基础的设计和施工带来巨大压力。因此本文采用山形门式轻型钢刚架结构体系，可大大降低上述普通轻型钢结构设计中的问题。山形门式轻型钢刚架结构体系一般应用于仓库式工业建筑和工业厂房，在小跨度结构中优势最为明显。当厂房中无吊车时，结构对侧向力抵抗能力要求较低，因此根据结构弯矩图，结构采用线性变截面钢柱，即节省可钢材又节约成本。当厂房安设大型起重设备时，则结构具有较大的侧向力作用，则结构需提高侧向抵抗力和刚度。因此采用刚陛柱脚来提高厂房的整体刚度，在结构设计中，该结构基础通常设计为偏心基础，来避免基础底面出现拉应力的现象。在结构的连接处采用法兰盘链接已经成为了一种趋势，值得我们在以后的结构设计中借鉴。
6结论
轻型钢在结构设计中的广泛应用已成为现代建筑结构设计中的必然趋势。与传统的施工相比，其节约钢材、节约工期和节约成本的优点使其在建筑材料领域占据了绝对的优势，进一步挖掘钢结构设计特点，并结合中国古建筑形式为钢结构的设计将会有更进一步的发展。
参考文献
[1]万红霞，吴代华，蒋沦如.大跨度门式刚架轻型钢结构设计[J].武汉理工大学学报，2004（2）.
[2]周晖，韦洪生，宋雪峰.轻型钢结构设计中的材料选用[J].河北煤炭，2004（2）.
[3]王德山.钢结构设计及轻型钢结构应用[J].山西建筑，2006（7）.