结构设计创新下土木工程论文

摘要：大学生结构设计竞赛是土木工程专业培养大学生创新精神、实践能力和团队意识的较高水平学科竞赛。分析土木工程学科传统的实践环节和教学环节后，提出通过结合结构设计竞赛，培养和提高土木工程专业学生的工程实践能力。针对现在学生工程实践能力不足，将建筑模型运用到土木工程专业实践中，增强学生的实践能力和创新能力。下面小编整理了一些《结构设计创新下土木工程论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

结构设计创新下土木工程论文 篇1：

大土木专业结构设计原理精品课程教材建设思考

摘要：结构设计原理是土木工程专业的一门专业基础核心课程，在课程体系中有着重要的作用。该课程旨在帮助学生形成基本的结构设计概念，培养其结构基本构件的设计计算能力。教材是课程建设的重要一环，在一定程度上决定了教学效果的好坏。结合教学实践，对大土木专业结构设计原理课程及教材建设现状进行分析，提出了精品教材的编写建议，以期为土木工程专业基础课程教材的建设提供参考。

关键词：大土木专业；结构设计原理；精品教材

土木工程专业的人才培养模式很大程度决定了未来土木工程师的能力与素质。目前世界上大多数国家采取“通才”教育，即强调“土木工程专业宽口径”的培养目标，在培养方案和课程设置上注重大土木平台的构建[1-2]。在这样的背景下，专业平台课程的学习对学生知识体系的形成尤为重要。

结构设计原理课程作为土木工程专业的专业基础课[3]，对帮助学生构建基本结构概念非常重要。近10年来，笔者所在的教学团队针对该课程进行了一系列的实践探索，先后承担并完成多项课程建设与改革项目，该课程已荣获“江苏省精品课程”，团队编著的《结构设计原理》教材[4]获江苏省精品教材和重点修订教材等立项。

笔者基于教学团队在课堂教学及教材修订过程中的实践，对《结构设计原理》精品教材建设进行探讨，旨在为土木工程专业基础课程教材建设提供参考。

一、现状分析

结构设计原理是土木工程专业的基础核心课程，主要培养学生掌握结构基本构件的设计计算能力，为结构整体设计奠定基础。结构设计原理主要讲授混凝土结构设计原理和钢结构设计原理两部分内容，课程具有基础性强、学时长、知识体系复杂、实践性强等特点。目前国内各高校均将该课程设置在第五学期，但开设方式各有不同，例如：清华大学将课程分为混凝土结构（1）和钢结构（1）两门课程，每门分别为3学分，合计96学时；同济大学分为混凝土结构基本

原理和钢结构基本原理，分别为4学分和2.5学分，合计111学时；东南大学将两部分合并为工程结构基本原理，合计5学分80学时；中国矿业大学将钢筋混凝土结构和钢结构合并为结构设计原理课程，共80学时。

教材的编写和选用与课程设置密切相关，教材的编写质量对课程教学效果的影响也非常明显[5-6]。目前对于《钢筋混凝土设计原理》和《钢结构设计原理》教材的建设，要么完全分离，要么简单组合，在教材内容编排方面对知识体系的完整性和共通性考虑不足。有些教材过于偏重理论分析，与实际工程联系不紧密；有些教材仅强调实例缺乏足够的理论分析。在“大土木”的背景下，如何将土木工程中基本构件的设计原理融合为一整体，实现真正意义上的平台课的搭建目标，并与后续专业课的学习有效搭接，成为精品教材建设需要思考和解决的问题。

二、教材编写探讨

基于上述现状分析和实践探索，笔者认为大土木专业结构设计原理精品课程教材的编写应重视原理共通与材料差异并存，做到基本原理与工程应用并重，实现课堂学习与课外拓展并举。

（一） 原理共通与材料差异并存

作为一门介绍专业基础的课程，其教材应体现结构构件基本设计原理的共通性，同时也不应忽略这些基本原理因材料的不同而引起的差异。以图1（a）所示纯弯曲构件为例，如果是钢筋混凝土梁图1（b），其设计公式来源于试验现象及理论推导的结合，讲解中通常需要强调钢筋与混凝土二者共同受力，给出如图2所示的截面应力的变化图，并有一系列基本假定作为前提才能获得这些基本公式，在授课过程中必须强调试验现象并有专门的试验环节针对该内容做深化；而钢梁图1（c）的设计公式则源于材料力学的理论推导，其截面应力的变化如图3所示。对比图2与图3，可见其差异明显。

这种差异在轴压柱、偏压柱以及构件的连接方面也有所体现。如果无视这种差异，强行将两部分内容简单揉合，必然给学习者特别是初学者带来很大的困惑，

造成概念混淆、理解混乱。为此，在教材的结构安排上，应将混凝土结构设计原理及钢结构设计原理分篇编写，既显示出两者之间在原理上的相通性，又体现了不同材料构件设计的区别。这样有既利于学生理解学习，又方便教师讲解。

（二）基本原理与工程应用并重

结构设计原理课程的特点应该是“始于理论，终于应用”，即立足于基础理论的同时还要强调基本原理的应用方法，以使学生在掌握基本概念的基础上，通过实例将原理应用于设计实践，加深学生理解。

首先应妥善把握理论推导的尺度。对基本理论的涉及深度不宜过深，因为纠缠于基本理论往往会适得其反，造成学生疲于推导、演算，而忽略理论背后的“原理”。另外，理论推导枯燥乏味，势必增加学生的学习负担，削弱其学习兴趣。教材中的理论应服务于基本原理。例如钢结构轴心受压构件的整体稳定设计中非常重要的整体稳定系数φ，它综合体现了初弯曲、初偏心和焊接残余应力对构件临界应力的影响，其中讲到初弯曲对轴心压杆承载力的影响时，用图4所示的压杆进行理论分析，推导出轴心压力接近临界压力时，其跨中挠度趋于无穷大的结论，表明构件失稳，就很好地体现了“原理”。

其次，应重点培养学生对基本原理的应用方法。教材中对每个知识点都应该有相应的例题可以参考，同时还应有综合例题将相关知识点串联，使学习者对知识点有系统整体把握。图5为某钢结构的主次梁体系，以此为工程背景，可以将其次梁、主梁、柱、支撑等基本构件的设计，以及主次梁、主梁与柱的连接设计分散于各个章节的例题中，既能各自独立，又能形成整体结构，帮助学生构建由点及面的知识体系，应用效果非常好。当然，作为教材，课后还应配合一些习题帮助学生完成课外拓展训练，使学生能及时将课程学习的内容进行具体应用。无论是例题还是习题，都要做到与实际工程紧密联系，只有多联系实际才能保证“原理”有个坚实的落脚点。

（三） 课堂学习与课外拓展并举

土木工程学科的一个重要特点就是实践性很强，任何一个理论都要经得住实践的检验，而很多设计理论也都是源于实践。因此，一方面应强调设计方法的实践来源，在教材内容编排上可按照试验研究—理论分析—设计方法—实例分析的顺序进行，并适当配合现场试验、动画演示以及试验录像以加深学习者的印象。另一方面应注意激发学生自主动手的能力，比如在教材中加入自主设计试验、模型制作等习题。这对培养学生的结构感觉非常重要，也可以丰富教学内容。图6a为钢结构连接部分的一道课后综合作业题，包含了角焊缝受拉受弯、螺栓拉剪、螺栓拉弯等连接的验算。学生对该图的理解有困难，为了解决此问题，首先指导学生绘制了该连接的三维模型（图6b），通过旋转角度动态观察辅助识图，然后组织学生动手制作缩比模型（图6c），通过亲手操作组装，学生对钢结构的传力路径、连接方式及构造细节等有了更为深入的理解。这种实践教学方法操作简单，很好地实现了课堂学习与课外拓展的有效对接，实施效果良好。

结构设计的流程相对比较程序化，每种构件的设计都遵循一定的流程和规律，即材料参数确定、截面初选、基本设计公式选用、适用条件校核、复核等。为此，可以在每一章节设计方法阐述之后，附上对应内容的程序化流程图（图7），以有利于学生对设计过程的总体把握。同时，该部分内容也为学有余力的学生提供了很好的编程锻炼机会，如图8即为指导学生参照教材流程编制的VB小程序，界面简单、功能齐全、效果良好。

由于篇幅有限，这些课外拓展内容无法在教材中充分展开，可以将其制作为电子资源库，采用多媒体教材的形式对纸质教材进行适当补充。此外，还可将电子资源整合于精品课程网站，供学生浏览学习。

三、结语

结构设计原理是大土木专业一门非常重要的专业核心课程，其内容多、公式多、公式适用条件多，具有一定的难度。教材建设作为该课程的重要环节，对教学效果的影响较大。基于多年的课堂教学和教材建设实践，笔者对大土木专业结构设计原理课程精品教材的编写进行一些探讨，以期为土木工程专业基础课程教材的建设提供参考。

参考文献：

[1] 陈以一.国际土木工程界对未来工程师教育的若干关注点[J].高等建筑教育，2006，15（2）：119-121.

[2] 徐礼华，傅旭东，彭华，等.土木工程专业复合型创新人才培养体系的构建与实践[J].高等建筑教育，2016，25（1）：55-60.

[3] 徐明，宗周红，张蓓，等.工程结构设计原理实验课程教学改革[J].高等建筑教育，2015，24（5）：111-114.

[4] 夏军武，贾福萍，李富民，等.结构设计原理[M].江苏，徐州：中国矿业大学出版社，2009.

[5] 邵永健，劳裕华，刘凡，等.混凝土结构设计原理课程建设探讨[J].高等建筑教育 ，2011，20（3）：69-71.

[6]白正仙，刘学春.面向卓越工程师培养计划的本科钢结构课程教学改革探讨[J].教育教学论坛，2013（29）：36-38.

作者：常鸿飞　夏军武　贾福萍　李富民　龙帮云　丁北斗

结构设计创新下土木工程论文 篇2：

通过结构设计竞赛促进学生工程实践能力培养

摘要：大学生结构设计竞赛是土木工程专业培养大学生创新精神、实践能力和团队意识的较高水平学科竞赛。分析土木工程学科传统的实践环节和教学环节后，提出通过结合结构设计竞赛，培养和提高土木工程专业学生的工程实践能力。针对现在学生工程实践能力不足，将建筑模型运用到土木工程专业实践中，增强学生的实践能力和创新能力。实践表明，这些方法可以有效促进土木类大学生综合运用知识能力的提高。

关键词：土木工程专业学生;结构设计竞赛;工程实践能力培养

一、引言

土木工程专业是研究和解决工程实践中遇到的设计、管理和施工等问题，是结合土木工程全过程而开展的有关技术管理活动，解决工程中遇到的问题，具有鲜明的实践性。目前，国内大部分高校的土木工程学科教育与实际工程严重脱节。学生的理论知识广而不精，不能与工程实践紧密结合。对于很多土木工程学科的大学生来说，工程实践能力的培养，可以使学生的理论知识和工程实际相结合。然而，大学在工程实践能力培养方面存在一定问题，导致本科生的实践能力普遍较差。据此，结合大学生结构设计竞赛，不仅能提高学生的工程实践能力，还可以提升学生的综合能力。

二、现阶段大学生工程实践能力现状

很多高校不能将实践教学和理论教学放在同样重要的地位，导致大学生实践能力不足。传统的学科教育以理论教学为主，实践为辅，内容陈旧，很难提高学生的实践能力，这样就很难结合工程实际特征，使学生的工程实践能力处于较低水平。大部分学生上课期间重视解题思路，即用公式解决某个结构构件的承载力计算或使用公式验算性能等问题，但在针对某个完整的结构体系和实际工程时，往往有所欠缺。以结构设计竞赛为例，部分参赛选手虽然理论知识很丰富，做的模型性能也很出色，但工程实践能力并不是特别突出，某些方面存在很大的问题和漏洞，导致没有和实际情况紧密结合。目前，土木工程学科的学生工程实践能力较差，具体原因分析如下。

高校普遍对大学生专业综合能力以及工程实践能力的培养不够重视。理论和工程实际通常凝聚很多知识，但高校对学生专业知识的培养，基本上是通过课堂教学的方式来实现。因为课堂教学基本上是教师在讲，学生几乎没有主动参与。也就是说，教师教会了学生本专业的理论知识，但学生并没有系统掌握解决实际工程“一系列问题”的实践能力。很多情况下，现有的实习条件不能和专业理论知识完美结合，许多学生也没有合理利用寒暑假，导致大部分在校生实践能力较差。对于学生实习，企业和学校并没有形成统一的学生培养意识，导致实习流于形式，和实际工程接触太少，没有在综合实践能力培养方面有显著提高。面对一个实际问题时，通常不能把握其中的内在逻辑关系，导致表达混乱。

很多高校的理论学习和实践能力培养各成体系，没有很好地融合在一起。土木工程学科的课程设计、课程实验和实践实习相互独立，互不相关。实验内容和实际情况相差甚远，没有与实际相结合，缺少系统了解。有些学校的经费投入有限，校内实习实践只能满足某一学科要求，为课程服务，与实际工程脱节，不能让学生全面提高工程实践能力。国内的很多高等职业技术学院把人才的技术应用能力和实践能力作为培养核心，主要培养应用性和技能性，把学生毕业就能上岗作为教学根本目标。但是建筑行业的实践能力通常存在以下问题：（1）很多校外工地不对学生开放。（2）校外工地施工内容不能满足教学全部需求。（3）学校内部无法提供实体建筑供学生学习。通过结构设计竞赛，可以提高学生的实践能力。

三、大学生结构设计竞赛工程实践能力培养情况分析

通过设计建筑模型，可以完全反映工程建筑的全部内容，不仅提高学生的动手能力，还使学生的实践能力得到很大提升，促进学生全面发展。同时，将教学内容和分部分项工程相结合，设计出专业模型参加结构设计竞赛，使教学和实践有效结合。结构竞赛设计模型可以展示建筑的构造节点和受力情况，使模型充分和实际情况相结合。模型包括框架、剪力墙、砖混、钢结构和框架剪力墙等，还经常用到结构类型进行展示，包括主体工程、屋面工程、基础工程等。通过结构竞赛模型，为学生提供真实环境，提高学生的工程实践能力。

通过规范性设计，建筑模型能达到标准化，让学生参观、学习等一些手段，在较短时间内掌握建筑施工技术，并使理论教学和实际应用相结合。普通建筑的板、梁、剪力墙、柱等构件，可以在建筑模型中完美展现，解决学生在建筑构造中的理解困难，创造一个与实际相结合的学习环境。设计建筑模型过程中，项目组成员参与到施工中，经过几个月的努力，完成建筑模型。通过设计建筑模型，让学生对各类建筑的内部实际构造和工程质量事故有了更深刻的理解，知道并且掌握施工工序，为建筑类学生提高专业实践能力创造学习环境。建筑模型在建筑类专业的应用中非常广泛，使学生能更快认识和学习建筑中的实际情况，普遍喜欢建筑模型结构竞赛的實践教学。它可以很快让学生建立建筑施工现场的概念，知道结构的构造，增加空间想象力，通过精心设计，轻松看懂施工图纸，将模型内容和教学紧密结合在一起。结构设计中，教师要着重培养学生的动手能力、创造性，重视实践环节。学生总结项目试验中的教训，将力学知识与理论知识结合在一起升华成实践经验能力，得到新知识，并在以后的学习中不断应用。通过结构设计竞赛，将所学内容、设计内容和工程实践相结合，锻炼和提高学生的协作交流能力和知识综合运用能力。

四、总结

土木工程学科最重要的是理论和实践要紧密结合。企业对土木专业的工程实践能力要求高，教学中虽有实践能力的培养，但周期短，时间较分散，远远不能达到提高工程实践能力培养的目的，无法实现实践和理论的完美结合。通过结构设计竞赛，可以模拟建筑施工过程中的分部分项工程的施工情况。施工过程和结构设计过程结合，将施工管理挪到实验室，从而解决土木工程在校生实践能力不足的问题。结构设计竞赛为工程实践能力的培养提供一个新的角度，对增强土木工程专业学生的工程认知度、提高工程实践能力具有重要意义。因此，高校作为人才培养基地，应重视结构设计竞赛，将结构设计竞赛融入教学体系，为公司和企业培养行业所需的专业人才。

作者：李扬 黄中华 苏骏 王迎斌

结构设计创新下土木工程论文 篇3：

土木工程结构设计的安全性与经济性探讨

摘要：结构设计是对土木工程整体结构的科学布置，蕴含着较为深刻的工学理论与力学理论，负责整个工程的承重结构和使用性能。在实际生产施工中，一旦出现土木工程结构设计不合理的问题，普遍会造成极为严重的后果。但倘若一味提升结构设计的安全性，必将导致施工成本的上升，降低工程的经济效益。因此，如何平衡土木工程结构设计的安全性和经济性，提升其整体价值，是每个土木工程设计与施工单位都需要考虑的问题。

关键词：土木工程;结构设计;安全性与经济性;探讨

引言

近年来，随着人们生活水平、经济条件的不断提升，人们对建筑结构及住房条件的要求也从传统注重实用性上升至对建筑物稳定性、安全性、美观度等方面的要求。而通过优化房屋建筑结构的设计，能够显著提升房屋建筑设计的质量和水准，进而满足人们对房屋建筑外观和功能等方面的需求，减少建筑建造的成本，提升建筑企业、业主的经济效益。

一、安全性与经济性之间的关系

建筑工程的安全性是对人民群众生命健康安全与财产安全的保障，但提升土木工程的安全性需要提升相应的经济成本。换言之，安全性的提升常伴随经济性的下降，经济性的提升常伴随安全性的下降，在二者均不可被轻视的新时代工程建筑价值体系中，如何平衡安全性与经济性的关系是一个具备较高研究价值的问题。在实际建筑生产过程中，安全性与经济性之间的关系并不是简单的线性相关关系。例如，水平较高的工程结构设计单位能在合理利用材料的情况下完成质量更高的设计方案，在材料成本尚未提高的情况下，结构设计的安全性也可能获得提升。再如，在结构设计安全性基本相同的情况下，合理的受力结构分析能帮助设计团队排除不必要的建筑结构设计，删减掉并未发挥承重作用的冗余结构，在安全性不变的情况下降低了施工成本。

二、房屋建筑结构优化方法的重要性

结合我国当下的发展形势来看，房屋高层建筑将成为必然趋势，而如何降低对资金的投入，并使结构设计满足时代的发展需求已成为当下建筑单位及投资人极为重视的问题。针对房屋结构，要想对其进行优化，设计人员需要在不影响施工质量安全的基础上对施工的设计方案进行系统的分析，之后还需对先进、高效的设计理念及技术进行应用，这样房屋建筑的工程造价才能得到有效的控制。据调查发现，经过设计优化后的房屋结构所产生的费用要比没经过设计优化的建筑缩减20%左右。然而在开展施工设计优化工作的过程中，由于受到诸多因素的影响，工作的难度也随之增大，而施工设计优化所具备的作用及优势也无法得到全面的发挥。比如，有些单位为了加快工程的进度，进而对房屋的设计效果产生了极大的影响，而一些年轻的设计人员由于工作时间较短且缺乏丰富的工作经验，也使得房屋建筑结构设计优化工作无法顺利地开展。不仅如此，还有部分设计人员过于重视建筑方面所以忽略了对建筑的设计预案，在此背景下，工程的整体造价也受到了极大的影响。由此可见，建筑工程的设计人员需要将施工技术与经济效益进行有机联系，只有规划出高效、可行的设计预案，建筑单位的经济及社会效益才能得到有效的保证。

三、土木工程结构设计安全性的提升策略

3.1BIM技术在土木工程结构设计中的主要应用

在新时代的形势下，为了更好地设计土木工程结构设计方案，则需考虑BIM技术主要在建筑结构设计内容可视化和结构优化设计两方面的应用。一方面，在工程结构设计过程中，为了使设计方案在平面、立面及空间上布置合理，需进行三维空间模拟分析，使工程结构设计构件能够可视化表达，BIM技术可实现三维可视化、协同建立模型，建立相关信息数据库，检查模型建立信息漏洞及各构件信息碰撞，进行实体配筋，用以进行工程量的统计。另一方面，设计方案体现设计水平和设计质量，包括设计方案是否完善可行、是否具有适用性。因此，需要通过BIM技术完成此类应用，比如，建立建筑结构信息模型，进行建筑、结构构件参数设置，并进行合理的结构优化。

3.2碰撞检测中的应用

碰撞检测是BIM技术中的重要功能，在传统设计中管线综合处理由设计企业或建筑机电专业设计人员组织，将所有图纸印制于硫酸纸上，将多个专业的图纸作叠加处理后，由各专业的工作人员仔细观察图纸，综合图纸管线。二维图纸信息不够全面，而且也会受人工操作因素的影响，因此在工程建设和施工中会出现不易察觉的碰撞，只能重新修改图纸，但这延长了工程的工期，增大了工程的成本。利用BIM技术便可有效优化和完善碰撞检测。项目设计中开展碰撞检测试验工作，将BIM模型导入可视化的三维设计模型软件当中，高效完成碰撞检测，第一时间处理和排除项目施工中可能出现的碰撞问题，最大限度地规避由此产生的工程变更，在确保工程进度的同时也可降低工程成本。

3.3整体结构的设计优化方法

建筑整体结构设计优化方法的科学性是最基本的前提条件，具体从以下方面着手：（1）统筹分析建筑结构的各项因素、资源，以此来保证建筑结构设计优化方法满足设计、施工的要求和条件;（2）建筑原材料质量要从源头控制，保证所有进入施工现场的零部件、建筑材料质量，进而保证各类材料能够发挥其功能，避免材料浪费;（3）建筑结构外部因素必须纳入考虑的范畴内，尽可能减少人力、物力等因素影响到建筑整体结构设计的优化;（4）简化内部结构，高层建筑房屋的内部结构十分繁琐，且承载的能力较低，一旦出现计算失误，不仅会增加施工成本，而且还会留下安全隐患，最终影响工程的整体质量。因此，整体设计过程中，必须精简内部结构，最终实现整体设计的优化。

3.4提升建筑设计者质量安全意识和设计能力

影响建筑结构设计质量、安全问题的因素多种多样，设计工作者在实际工作中利用自己的专业能力做到细致、准确的考量，并对设计问题细致分析，做出科学的、专业的判断。因此解决建筑结构设计问题，首先要提升设计者质量安全意识和设计能力。作为建筑设计工作者，要保持学习的习惯，不断的去学习新技术、新工艺，丰富自己的专业知识，并且要在工作实践中能灵活应用所学的知识，做到与时俱进不断创新自己的设计理念;其次，设计单位要重视本单位工作人员的教育培训，为职工创造更多学习进修的机会。比如组织设计人员到国外或者更高一级学府进行研修，拓宽视野。最后要加强对涉及人员思想道德、安全意识的培养，使他们不断提升职业道德，在工作中把质量、安全问题放在首位。

结束语：

房屋结构设计中融入新的设计理念、思路来优化建筑结构设计方案，不仅能够实現建筑结构空间布局、建筑工程质量的最优化，而且还能够确保建筑结构满足房屋施工的受力特性、实际客观条件等，最终使房屋建筑结构更加美观、合理。此外，优化后建筑结构设计方法，兼顾了业主对房屋的审美价值和实用价值，能够最终推动我国建筑行业的升级，提升其市场竞争力。

参考文献：

[1]陈松庭.探微土木工程结构设计中的安全性与经济性[J].中华建设，2020（09）：106-107.

[2]金根.土木工程结构设计中的安全性与经济性[J].中国高新科技，2020（16）：43-44+100.

[3]陈媛.工程结构设计的经济性与安全性浅析[J].居舍，2020（14）：72.

[4]李星.浅谈土木工程结构设计中的安全性与经济性[J].建材与装饰，2020（11）：72-73.

[5]周鑫，杜于熙，郑龙龙，曹乐乐.土木工程结构设计中的安全性与经济性探讨[J].科技经济导刊，2020，28（10）：37+24.

作者：刘家绮