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研究土木工程設(shè)計實踐課程中結(jié)構(gòu)軟件的運用的論文
0 引言。
著眼于城市建設(shè)行業(yè)對卓越結(jié)構(gòu)工程師實踐創(chuàng)新能力的需求[1]，在本校土木工程專業(yè)低年級和高年級本科課程中持續(xù)設(shè)置設(shè)計類實踐課程。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)計軟件（ SAP2000，PKPM，盈建科） 以及 BIM軟件（ Revit 軟件） ，建立適合本科低年級建筑工程設(shè)計實踐的教學(xué)框架； 另一方面，以 SAP2000，PKPM 為主要工具，在低年級設(shè)計實踐訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，建立本科高年級軟件設(shè)計實踐課程框架。
以上在本校建筑工程設(shè)計實踐教學(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，以及其在本校土木工程專業(yè)建筑工程設(shè)計實踐教學(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值。
1 結(jié)構(gòu)軟件簡介。
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、承臺、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、比例變換等多個工具，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、樓梯的計算功能。
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)，并對其平面尺寸、位置、編號等進(jìn)行編輯，可自動布置樓板正筋、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)計軟件，在我國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，大壩，海洋平臺，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（ 時程分析、動力反應(yīng)分析、push—over 分析等） 、荷載功能（ 節(jié)點荷載、桿件荷載、板荷載、溫度荷載等） 以及設(shè)計功能等。上述功能的實現(xiàn)均是在同一個可視化界面中實現(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，容納了國內(nèi)最流行的各種計算方法，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)計等。全部結(jié)構(gòu)計算模塊能夠反映我國規(guī)范要求的荷載效應(yīng)組合，設(shè)計表達(dá)式，抗震設(shè)計的各項要求。
1。 5 盈建科（ YJK） 軟件。
盈建科軟件是多、高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元計算分析與設(shè)計軟件，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，對于樓板提供剛性板和各種類型的彈性板計算模型，能夠自動完成荷載效應(yīng)組合、考慮抗震要求的調(diào)整、構(gòu)件設(shè)計及驗算等。
1。 6 Revit 結(jié)構(gòu)軟件。
Revit 是我國建筑業(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。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)二年級第二學(xué)期開設(shè)了“土木工程專業(yè)實踐”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單結(jié)構(gòu)分析的軟件計算�！巴聊竟こ虒I(yè)實踐”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”和“結(jié)構(gòu)動力學(xué)”等課程，故將實踐教學(xué)集中在設(shè)計行業(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)力計算訓(xùn)練，使學(xué)生初步掌握繪制結(jié)構(gòu)施工圖及簡單構(gòu)件靜力分析的基本操作。同時，對于其他業(yè)界使用較多的結(jié)構(gòu)繪圖、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件，則以簡介和概述的形式使得學(xué)生對其有初步的了解。
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”以及“結(jié)構(gòu)動力學(xué)”課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，于本科四年級第一學(xué)期開設(shè)了“土木工程設(shè)計軟件應(yīng)用”課程，在建筑工程方向設(shè)計實踐中主要講授 SAP2000，PKPM在建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計中的應(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)計及結(jié)構(gòu)非線性分析�！巴聊竟こ淘O(shè)計軟件應(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)點和多質(zhì)點體系模態(tài)分析、地震作用時程分析和反應(yīng)譜分析、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計的講授和訓(xùn)練，使學(xué)生能夠掌握結(jié)構(gòu)高級分析技術(shù)的一些常用命令、操作步驟以及結(jié)構(gòu)分析結(jié)果背后蘊含的結(jié)構(gòu)設(shè)計概念，同時能夠較為全面地認(rèn)識建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整個流程，從而為畢業(yè)設(shè)計乃至畢業(yè)后的工作奠定了軟件計算分析基礎(chǔ)。
3 教學(xué)資源。
“土木工程專業(yè)實踐”和“土木工程設(shè)計軟件應(yīng)用”兩門課程的主講教師從事教學(xué)、工程設(shè)計和工程實踐十多年，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”“高層建筑結(jié)構(gòu)”等課程的主講教師，積累了豐富的實踐教學(xué)經(jīng)驗和工程經(jīng)驗。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，主講教師聯(lián)合與國內(nèi)主流工程設(shè)計軟件高技術(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環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生和工程設(shè)計行業(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)計實踐課程的結(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] 陳長冰，胡曉軍，夏 勇，等。 卓越工程師計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（ 自然科學(xué)版） ，2011，11（ 6） ：111—115。
[2] 中國建筑西北設(shè)計研究院有限公司。 建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計示例[M]。 北京： 中國建筑工業(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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