工程事故案例分析在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)課程中的引入與運(yùn)用

董偉+徐博瀚+王立成

摘要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程本科生專業(yè)必修課，也是他們未來從事設(shè)計(jì)、施工的重要理論基礎(chǔ)。實(shí)際建筑工程中由于鋼筋、混凝土的材料原因、施工原因、設(shè)計(jì)原因會(huì)引發(fā)各種工程事故。從結(jié)構(gòu)角度分析，鋼筋混凝土梁、板、柱等承重構(gòu)件的破壞及變形是造成這些事故的主因。在課堂教學(xué)中，結(jié)合各章節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)，有選擇地對(duì)不同工程事故案例進(jìn)行理論分析，在強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解的同時(shí)，也增強(qiáng)了他們安全生產(chǎn)的意識(shí)，同時(shí)要求他們應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，對(duì)事故提出整改及預(yù)防措施。這種來源于工程、應(yīng)用于工程的模式，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的興趣，為日后的工程設(shè)計(jì)、施工奠定良好的專業(yè)理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；工程事故；案例分析；教學(xué)研究

中圖分類號(hào)：TU375-4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2017）03-0047-04

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程本科生專業(yè)必修課，也是他們未來從事設(shè)計(jì)、施工的重要理論基礎(chǔ)。按照課程內(nèi)容的性質(zhì)，通常分為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理重點(diǎn)講述梁、柱等混凝土基本構(gòu)件的受力性能及截面設(shè)計(jì)等基本理論；混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要講述梁板結(jié)構(gòu)單層廠房、多層和高層房屋、公路、橋梁等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這些學(xué)習(xí)內(nèi)容都可以在實(shí)際工程中找到相對(duì)應(yīng)的實(shí)例。同時(shí)，隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在建筑中廣泛使用，由于設(shè)計(jì)原因、施工原因或建筑物使用不當(dāng)?shù)仍騕1]引發(fā)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)事故不斷出現(xiàn)，造成了巨大的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。從技術(shù)層面上說，這些事故的背后都隱藏著對(duì)混凝土材料性能的不了解及相關(guān)設(shè)計(jì)、施工理論知識(shí)的匱乏。

從教學(xué)理念和教學(xué)方法方面來說，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與學(xué)生此前學(xué)習(xí)的具有嚴(yán)密科學(xué)邏輯和數(shù)學(xué)推導(dǎo)的基礎(chǔ)課程有所不同，在要求學(xué)生理解課程理論知識(shí)的同時(shí)，又需要他們掌握材料、施工、構(gòu)造等工程實(shí)踐知識(shí)[2]。單純課本知識(shí)的學(xué)習(xí)很難同時(shí)滿足學(xué)生上述兩方面知識(shí)學(xué)習(xí)的需求，而合理地引入、運(yùn)用工程事故案例，則很大程度彌補(bǔ)了上述課堂教學(xué)的不足。首先通過對(duì)不同案例基本情況的介紹，幫助學(xué)生初步建立理論知識(shí)的工程背景，再進(jìn)一步結(jié)合課堂知識(shí)的講解，深入分析事故的成因，加深其對(duì)理論知識(shí)的理解，最后針對(duì)事故案例啟發(fā)其提出預(yù)防措施，鞏固其對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握。我們?cè)诮甑恼n堂教學(xué)中，結(jié)合各章節(jié)的授課內(nèi)容，引入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程事故案例，分析引發(fā)工程事故的原因，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)提出事故的預(yù)防及整改措施。該方法豐富了課堂教學(xué)的內(nèi)容，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了學(xué)生對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì)方法的掌握和理解，提高了學(xué)生就業(yè)后從事設(shè)計(jì)與施工工作的安全意識(shí)與責(zé)任感。

一、工程事故案例的選擇

按照《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，工程事故可以定義為工程的“三個(gè)不正常、兩個(gè)不滿足”[3]?！叭齻€(gè)不正?！敝覆徽ＴO(shè)計(jì)、不正常施工、不正常使用；“兩個(gè)不滿足”指不滿足承載能力極限狀態(tài)、不滿足正常使用極限狀態(tài)。由工程事故的定義可見其包含范圍很廣，與建筑領(lǐng)域相關(guān)的事故都屬于工程事故；同時(shí)其覆蓋周期長(zhǎng)，涵蓋了工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工及后期使用的整個(gè)過程。除去安全管理的因素，從技術(shù)的角度分析事故原因，可以發(fā)現(xiàn)其中大量事故的成因與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)課程的知識(shí)點(diǎn)是契合的。根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)課程的安排，各章節(jié)依序分別重點(diǎn)介紹了材料特性、設(shè)計(jì)理論、梁柱承載力及配筋計(jì)算、正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算、預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)方法以及梁板結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。可以看到工程事故中無論是“三個(gè)不正?！边€是“兩個(gè)不滿足”，都在課堂教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)里得到了體現(xiàn)。因此，工程事故案例的選擇應(yīng)緊密圍繞各章節(jié)教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，做到有的放矢。

表1列出了對(duì)應(yīng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的事故案例，可以看到這些案例的事故原因都與各章節(jié)的重要知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，同時(shí)提供的一些必要的技術(shù)參數(shù)也為學(xué)生后期的計(jì)算校核提供了基本數(shù)據(jù)。以“鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算”為例，受彎構(gòu)件正截面受彎承載力計(jì)算理論是本章的核心內(nèi)容，對(duì)應(yīng)受彎構(gòu)件的三種破壞形態(tài)也是重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生需掌握受彎構(gòu)件正截面設(shè)計(jì)與承載力校核，并能正確地解決實(shí)際工程中受彎構(gòu)件正截面受彎承載力計(jì)算問題，對(duì)應(yīng)這一章節(jié)的工程事故案例應(yīng)著重圍繞承載力計(jì)算這個(gè)核心內(nèi)容進(jìn)行選擇。由于施工的原因，工程中可能會(huì)出現(xiàn)少配、漏配受力鋼筋的情況，這樣就使得實(shí)際配筋梁的受彎承載力要小于梁的設(shè)計(jì)承載力，進(jìn)而引發(fā)事故的發(fā)生。同時(shí)由于配筋的不足，梁破壞形態(tài)也會(huì)發(fā)生一定的改變，如破壞時(shí)變形增大、裂縫增寬、混凝土受壓區(qū)域的縮短。由此我們選擇了將設(shè)計(jì)配筋截面面積38cm2降低為32cm2所引發(fā)事故的案例，很好地與本章的重點(diǎn)內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，而具體配筋面積的給出也為學(xué)生后期計(jì)算事故梁的承載力、分析具體事故原因提供了必要條件。

二、工程事故案例在課堂教學(xué)中的引入與運(yùn)用

在以往構(gòu)件設(shè)計(jì)章節(jié)的課堂教學(xué)中，基本遵循先介紹原理，再講授計(jì)算公式，最后進(jìn)行構(gòu)件承載力及配筋設(shè)計(jì)這樣的一個(gè)順序。這種教學(xué)方式雖然符合循序漸進(jìn)的方式，但學(xué)生始終處于一個(gè)被動(dòng)接受的狀態(tài)，缺乏主動(dòng)思考過程。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)課程本身具備很強(qiáng)的工程實(shí)踐性，以構(gòu)件為主體的講授缺乏對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，使得其雖然會(huì)做題，但對(duì)構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)的關(guān)系仍缺乏了解。工程事故案例的引入則較好地彌補(bǔ)了上述課堂教學(xué)的不足。首先，在教學(xué)手段上充分利用多媒體等現(xiàn)代技術(shù)，發(fā)揮其交互、生動(dòng)、形象的特點(diǎn)，將實(shí)際工程事故案例形象逼真地演示，將工地搬進(jìn)課堂，營(yíng)造真實(shí)的工程氛圍。在演示中著重展現(xiàn)這些事故案例中整體結(jié)構(gòu)及某些細(xì)部的破壞形態(tài)，讓學(xué)生“觀其形、辯其意”。其次，在引入的時(shí)機(jī)上應(yīng)在學(xué)生對(duì)本章學(xué)習(xí)內(nèi)容有個(gè)初步了解之后，并在講授計(jì)算原理之前。在學(xué)生明確本章學(xué)習(xí)任務(wù)之后，對(duì)相關(guān)知識(shí)內(nèi)容形成了初步的印象，此時(shí)可通過事故案例的介紹讓學(xué)生快速進(jìn)入工程實(shí)戰(zhàn)狀態(tài)，激發(fā)其對(duì)設(shè)計(jì)建筑物所需理論知識(shí)的渴望和興趣，形成主動(dòng)學(xué)習(xí)的內(nèi)動(dòng)力。因此在時(shí)機(jī)的把握上教師應(yīng)做到“審其時(shí)，度其勢(shì)”。在這一階段教師以提出問題為主，讓學(xué)生主動(dòng)思考事故的原因及產(chǎn)生的后果。

在以工程事故案例為背景提出問題后，可依照課程安排繼續(xù)從原理及計(jì)算方面進(jìn)行課堂教學(xué)，最后組織學(xué)生對(duì)工程事故案例進(jìn)行討論。需要強(qiáng)調(diào)的是，在案例引入環(huán)節(jié)對(duì)于事故原因的討論主要以定性為主，而在事故案例的討論中應(yīng)著重依據(jù)已學(xué)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行定量分析。如在進(jìn)行受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算的相關(guān)案例分析中，可引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)梁的跨度，估算其采用的截面尺寸，進(jìn)而結(jié)合實(shí)際配筋截面面積32cm2與設(shè)計(jì)配筋面積38cm2，計(jì)算兩種配筋情況下梁抗彎承載力的不同。此外，對(duì)于工程事故案例的討論可結(jié)合當(dāng)前工程界的一些主流技術(shù)手段進(jìn)一步拓展討論內(nèi)容。如假定該梁在當(dāng)前配筋條件下未發(fā)生垮塌事故，為了提高其承載力，可進(jìn)行的加固修復(fù)手段有當(dāng)今工程界廣為采用的粘鋼法、碳纖維布加固法、植筋法等，這些手段可進(jìn)行介紹。通過上述對(duì)于工程事故案例分析的有效運(yùn)用，幫助學(xué)生在一個(gè)真實(shí)的工程背景下將所學(xué)知識(shí)串聯(lián)起來，提高其對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握。在培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力的同時(shí)，也夯實(shí)了其理論根底并鍛煉了實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，同時(shí)通過對(duì)事故案例的延伸，向其介紹了工程界與所學(xué)知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的一些新技術(shù)、新方法，有效地拓展其工程視野，增強(qiáng)其對(duì)本專業(yè)的興趣與熱愛。

三、運(yùn)用事故案例分析方法應(yīng)注意的問題

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)課程是與現(xiàn)行規(guī)范緊密結(jié)合的，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）是對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工的基本原理、計(jì)算方法、具體實(shí)施的規(guī)范性要求。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)課程對(duì)現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行了全面、具體的解讀。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)水平的提升，工程與學(xué)術(shù)界對(duì)相關(guān)條文內(nèi)容認(rèn)識(shí)的加深，《規(guī)范》的內(nèi)容會(huì)不定期地進(jìn)行修訂和調(diào)整[8]。工程事故的案例都對(duì)應(yīng)某一固定時(shí)間，其建筑主體的設(shè)計(jì)與施工也是遵循該時(shí)間所對(duì)應(yīng)的《規(guī)范》，從當(dāng)前執(zhí)行的《規(guī)范》角度來看，隨著時(shí)間的推移其具體的計(jì)算方法可能已經(jīng)發(fā)生調(diào)整。如斜截面抗剪承載力計(jì)算公式，在2002版《規(guī)范》中對(duì)受剪承載力的計(jì)算區(qū)分為集中荷載獨(dú)立梁和一般受彎構(gòu)件，而2010版《規(guī)范》則將兩種情況合并為一個(gè)公式計(jì)算，對(duì)于原有受彎構(gòu)件兩個(gè)斜截面承載力公式進(jìn)行了調(diào)整，保持混凝土項(xiàng)系數(shù)不變，將一般受彎構(gòu)件箍筋項(xiàng)系數(shù)由1.25改為1.0。這個(gè)變化對(duì)承載力計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定影響，在相同配箍率下，2010版《規(guī)范》計(jì)算的抗剪承載力要大于2002版《規(guī)范》的計(jì)算結(jié)果。此外在材料的選用方面，隨著對(duì)于節(jié)能減排要求的提升，2010版《規(guī)范》更加強(qiáng)調(diào)應(yīng)用高強(qiáng)、高性能的鋼筋，并淘汰了低強(qiáng)鋼筋。對(duì)于受力鋼筋的選擇也進(jìn)行了明確規(guī)定，如梁、柱縱向受力鋼筋不能使用HRB335鋼筋，而需采用HRB400、HRBF400、HRB500、HRBH500鋼筋。這可能會(huì)造成現(xiàn)行規(guī)范材料的選用與事故案例材料有所沖突，這就需要教師對(duì)《規(guī)范》的相關(guān)修訂有著準(zhǔn)確的把握，在教學(xué)過程中結(jié)合案例的時(shí)間點(diǎn)對(duì)比《規(guī)范》相關(guān)修訂內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的講解，使學(xué)生了解《規(guī)范》修訂的背景和原則，掌握修訂的內(nèi)容，以便在以后的工作中更好地執(zhí)行與使用。

四、結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，既具有系統(tǒng)的科學(xué)理論又有很強(qiáng)的工程應(yīng)用概念。通過引入實(shí)際工程的事故案例分析，啟發(fā)學(xué)生思考，有效地激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)通過對(duì)事故案例的定量分析計(jì)算，確保其對(duì)于重點(diǎn)知識(shí)內(nèi)容的了解和掌握，開闊了學(xué)習(xí)視野，提高了專業(yè)素養(yǎng)，為畢業(yè)后從事相關(guān)工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，提高了從業(yè)的安全意識(shí)與責(zé)任感。

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