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研究土木工程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程中結(jié)構(gòu)軟件的運(yùn)用的論文
0 引言。
著眼于城市建設(shè)行業(yè)對(duì)卓越結(jié)構(gòu)工程師實(shí)踐創(chuàng)新能力的需求[1]，在本校土木工程專業(yè)低年級(jí)和高年級(jí)本科課程中持續(xù)設(shè)置設(shè)計(jì)類實(shí)踐課程。一方面，引入結(jié)構(gòu)繪圖軟件（ 如探索者、浩辰CAD） 、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件（ SAP2000，PKPM，盈建科） 以及 BIM軟件（ Revit 軟件） ，建立適合本科低年級(jí)建筑工程設(shè)計(jì)實(shí)踐的教學(xué)框架； 另一方面，以 SAP2000，PKPM 為主要工具，在低年級(jí)設(shè)計(jì)實(shí)踐訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，建立本科高年級(jí)軟件設(shè)計(jì)實(shí)踐課程框架。
以上在本校建筑工程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中所使用的軟件，均為城市建設(shè)領(lǐng)域的主流結(jié)構(gòu)軟件，實(shí)用性強(qiáng)且易于掌握。本文介紹了用于課程教學(xué)結(jié)構(gòu)軟件的功能與特點(diǎn)，以及其在本校土木工程專業(yè)建筑工程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中的教學(xué)安排、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源，具有一定借鑒和參考價(jià)值。
1 結(jié)構(gòu)軟件簡(jiǎn)介。
1。 1 探索者（ TSSD） 軟件。
探索者軟件的主要功能是繪制結(jié)構(gòu)平面圖，包括： 梁、柱、墻、樓梯、雨篷陽臺(tái)、承臺(tái)、基礎(chǔ)。軟件提供結(jié)構(gòu)繪圖中常用的圖面標(biāo)注編輯工具，包括： 尺寸、文字、鋼筋、表格、符號(hào)、比例變換等多個(gè)工具，幾乎覆蓋了所有在圖中可能遇到的問題解決方案，可以大幅度提高工程師的繪圖速度。TSSD 還具有板、梁、柱、基礎(chǔ)、承臺(tái)、樓梯的計(jì)算功能。
1。 2 浩辰 CAD 結(jié)構(gòu)軟件。
浩辰 CAD 結(jié)構(gòu)軟件可以快速生成復(fù)雜的直線和圓弧軸網(wǎng)，可成批布置梁、柱、墻、基礎(chǔ)，并對(duì)其平面尺寸、位置、編號(hào)等進(jìn)行編輯，可自動(dòng)布置樓板正筋、負(fù)筋、附加箍筋、附加吊筋，標(biāo)注配筋值和尺寸，快速繪制樓板配筋圖。該軟件還具有齊備的結(jié)構(gòu)繪圖輔助工具，包括鋼筋、尺寸、文字、表格、符號(hào)等結(jié)構(gòu)專業(yè)的繪圖工具，能夠?qū)κ┕D進(jìn)行文字、尺寸、標(biāo)高、標(biāo)號(hào)的標(biāo)注、編輯、修改。
1。 3 SAP2000 軟件。
SAP2000 軟件是通用結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)軟件，在我國(guó)工程界得到了廣泛的應(yīng)用，主要適用于比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如橋梁，體育場(chǎng)，大壩，海洋平臺(tái)，工業(yè)建筑，發(fā)電站，輸電塔，高層建筑。SAP2000 具有強(qiáng)大的功能，如建模功能（ 二維模型、三維模型等） 、編輯功能（ 增加模型、增減單元、復(fù)制與刪除等） 、分析功能（ 時(shí)程分析、動(dòng)力反應(yīng)分析、push—over 分析等） 、荷載功能（ 節(jié)點(diǎn)荷載、桿件荷載、板荷載、溫度荷載等） 以及設(shè)計(jì)功能等。上述功能的實(shí)現(xiàn)均是在同一個(gè)可視化界面中實(shí)現(xiàn)的，用戶界面十分友好。
1。 4 PKPM 軟件。
PKPM 軟件擁有先進(jìn)的結(jié)構(gòu)分析軟件包，容納了國(guó)內(nèi)最流行的各種計(jì)算方法，如平面桿系、矩形及異形樓板、墻、板的三維殼元及薄壁桿系、梁板樓梯及異形樓梯、各類基礎(chǔ)、砌體及底框抗震、鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)分析、建筑抗震鑒定加固設(shè)計(jì)等。全部結(jié)構(gòu)計(jì)算模塊能夠反映我國(guó)規(guī)范要求的荷載效應(yīng)組合，設(shè)計(jì)表達(dá)式，抗震設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求。
1。 5 盈建科（ YJK） 軟件。
盈建科軟件是多、高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元計(jì)算分析與設(shè)計(jì)軟件，采用人機(jī)交互方式引導(dǎo)用戶逐層布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件并輸入荷載，通過樓層組裝完成模型的建立。結(jié)構(gòu)計(jì)算采用空間桿單元模擬梁、柱及支撐等桿系構(gòu)件，采用在殼元基礎(chǔ)上凝聚而成的墻元模擬剪力墻，對(duì)于樓板提供剛性板和各種類型的彈性板計(jì)算模型，能夠自動(dòng)完成荷載效應(yīng)組合、考慮抗震要求的調(diào)整、構(gòu)件設(shè)計(jì)及驗(yàn)算等。
1。 6 Revit 結(jié)構(gòu)軟件。
Revit 是我國(guó)建筑業(yè) BIM 體系中使用最廣泛的軟件之一。Revit 結(jié)構(gòu)是一款功能強(qiáng)大的工具，能創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。使用鋼結(jié)構(gòu)模塊，利用 Revit 結(jié)構(gòu)軟件提供的建筑信息模型創(chuàng)建模型，可快捷生成鋼結(jié)構(gòu)施工圖，使用框架模塊創(chuàng)建動(dòng)態(tài)模型和高質(zhì)量的混凝土結(jié)構(gòu)施工圖。
2 教學(xué)框架與教學(xué)內(nèi)容。
本校在土木工程專業(yè)二年級(jí)第二學(xué)期開設(shè)了“土木工程專業(yè)實(shí)踐”課程，在建筑工程方向主要安排基于平面整體表示法的軟件繪圖和基于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)分析的軟件計(jì)算�！巴聊竟こ虒I(yè)實(shí)踐”課程的教學(xué)內(nèi)容如表 1 所示�？紤]到學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了“土木工程制圖”“結(jié)構(gòu)力學(xué)”等先修課程，而尚未學(xué)習(xí)“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”“鋼結(jié)構(gòu)”“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”和“結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)”等課程，故將實(shí)踐教學(xué)集中在設(shè)計(jì)行業(yè)常用的探索者（ TSSD） 結(jié)構(gòu)繪圖軟件和SAP2000 結(jié)構(gòu)分析軟件，通過鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁、柱、墻配筋施工圖訓(xùn)練、靜定梁、靜定剛架及靜定平面桁架內(nèi)力計(jì)算訓(xùn)練，使學(xué)生初步掌握繪制結(jié)構(gòu)施工圖及簡(jiǎn)單構(gòu)件靜力分析的基本操作。同時(shí)，對(duì)于其他業(yè)界使用較多的結(jié)構(gòu)繪圖、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件，則以簡(jiǎn)介和概述的形式使得學(xué)生對(duì)其有初步的了解。
隨著學(xué)生課程學(xué)習(xí)的逐步深入，本校在完成“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”“鋼結(jié)構(gòu)”“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”以及“結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)”課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，于本科四年級(jí)第一學(xué)期開設(shè)了“土木工程設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用”課程，在建筑工程方向設(shè)計(jì)實(shí)踐中主要講授 SAP2000，PKPM在建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，包括： 結(jié)構(gòu)建模、結(jié)構(gòu)模態(tài)分析、結(jié)構(gòu)抗震分析與設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)非線性分析�！巴聊竟こ淘O(shè)計(jì)軟件應(yīng)用”課程的教學(xué)內(nèi)容如表 2 所示。教學(xué)過程中，通過超靜定剛架和排架結(jié)構(gòu)分析、超靜定桁架和組合結(jié)構(gòu)分析、單質(zhì)點(diǎn)和多質(zhì)點(diǎn)體系模態(tài)分析、地震作用時(shí)程分析和反應(yīng)譜分析、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)的講授和訓(xùn)練，使學(xué)生能夠掌握結(jié)構(gòu)高級(jí)分析技術(shù)的一些常用命令、操作步驟以及結(jié)構(gòu)分析結(jié)果背后蘊(yùn)含的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念，同時(shí)能夠較為全面地認(rèn)識(shí)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，從而為畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至畢業(yè)后的工作奠定了軟件計(jì)算分析基礎(chǔ)。
3 教學(xué)資源。
“土木工程專業(yè)實(shí)踐”和“土木工程設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用”兩門課程的主講教師從事教學(xué)、工程設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐十多年，是“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”“鋼結(jié)構(gòu)”“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”“高層建筑結(jié)構(gòu)”等課程的主講教師，積累了豐富的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)。教學(xué)過程中，除了介紹結(jié)構(gòu)軟件基本理論外，還采用大量例題進(jìn)行上機(jī)訓(xùn)練，所選用例題的原型均選自于建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)示例[2]、結(jié)構(gòu)力學(xué)教材[3]、土木工程常用軟件應(yīng)用教材[4，5]
并進(jìn)行了相應(yīng)的改寫，以求滿足課程教學(xué)的需要。同時(shí)，主講教師聯(lián)合與國(guó)內(nèi)主流工程設(shè)計(jì)軟件高技術(shù)企業(yè)工程師，借助于結(jié)構(gòu)軟件（ 如 Revit 結(jié)構(gòu)軟件、盈建科軟件） 的應(yīng)用講座和演示觀摩多個(gè)環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生和工程設(shè)計(jì)行業(yè)專業(yè)人員的交流和溝通。
4 結(jié)語。
當(dāng)前工程界使用的結(jié)構(gòu)繪圖和分析軟件較多，本校從中選擇了適合本科階段建筑工程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程的結(jié)構(gòu)軟件，將其納入到培養(yǎng)學(xué)生工程能力的實(shí)踐課程中，通過校企聯(lián)合使得學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間，能夠充分開展基于大型結(jié)構(gòu)軟件的實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練，從而為學(xué)生畢業(yè)后進(jìn)入城市建設(shè)奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳長(zhǎng)冰，胡曉軍，夏 勇，等。 卓越工程師計(jì)劃中核心能力的培養(yǎng)探討———以土木工程專業(yè)為例[J]。 廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào)（ 自然科學(xué)版） ，2011，11（ 6） ：111—115。
[2] 中國(guó)建筑西北設(shè)計(jì)研究院有限公司。 建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)示例[M]。 北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012。
[3] 龍馭球，包世華。 結(jié)構(gòu)力學(xué)教程[M]。 第 3 版。 北京： 高等教育出版社，2012。
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