結(jié)構(gòu)工程專業(yè)知識學(xué)習(xí)經(jīng)驗談

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這篇博客將要探討的問題主要針對土木工程（包括結(jié)構(gòu)工程）的學(xué)科知識系統(tǒng)問題，主要是兩個方面的內(nèi)容：1、大學(xué)時代的如何合理規(guī)劃專業(yè)知識；2、工作以后如何加強專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。

     以前曾經(jīng)認為，土木工程屬于傳統(tǒng)學(xué)科，通俗地說就是“越老越吃香”；但工作后，才漸漸體會到，這個觀點是不正確的。因為，現(xiàn)在這個專業(yè)系統(tǒng)高度發(fā)展的時代，技術(shù)正發(fā)生著日新月異的巨變，特別是軟件時代的全面到來，對結(jié)構(gòu)工程技術(shù)人員的理論功底要求不是削弱而恰恰是更加高了。例如，結(jié)構(gòu)彈塑性時程分析，這種分析在30年前的結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域幾乎不可能涉及到，還處于研究階段；而如今結(jié)構(gòu)彈塑性時程分析在地震區(qū)的高層建筑特別是超限高層建筑中已經(jīng)可以說是家常便飯。再比如，基于性能的抗震設(shè)計和結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計，這些全新的內(nèi)容，在10年前國內(nèi)的規(guī)范根本沒有影子，而明年將要頒布的新規(guī)范這些內(nèi)容全部被提上議程。隨著研究的逐步成熟和學(xué)科的高速發(fā)展，這些內(nèi)容對結(jié)構(gòu)工程人員的理論要求越來越高！設(shè)想，如果沒有接觸過《結(jié)構(gòu)動力學(xué)》、《混凝土非線性理論》、《結(jié)構(gòu)有限元》等課程，理解這些內(nèi)容必然是困難的。而對于性能的抗震設(shè)計、結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計，這些內(nèi)容國內(nèi)的主流教科書都比較少涉及，只知道在美國規(guī)范和英國的規(guī)范中應(yīng)用較多，對于這次我國規(guī)范變更引入的全新內(nèi)容，結(jié)構(gòu)工程人員還能墨守成規(guī)、循規(guī)蹈矩嗎？

【大學(xué)時期的專業(yè)知識系統(tǒng)】　　
      相對工作來講，在學(xué)校的對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)時間還是短暫的，土木工程專業(yè)從大學(xué)二年級開始接觸專業(yè)基礎(chǔ)課到大四畢業(yè)設(shè)計，對專業(yè)知識的接觸一般僅兩年多時間。當然，這個時期主要還是打基礎(chǔ)，為將來工作的專業(yè)知識做準備。大學(xué)時期對專業(yè)知識課程學(xué)習(xí)進行適當?shù)囊?guī)劃還是比較重要的，這里談?wù)勛约旱膸c膚淺經(jīng)驗：

（一）本科階段　
      力學(xué)是土木工程的基石。力學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)是十分必要且重要的。三大力學(xué)，《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》，是重點。理論力學(xué)主要研究剛體在靜力狀態(tài)和動力狀態(tài)下的平衡問題；材料力學(xué)主要研究桿系構(gòu)件的平衡以及變形、應(yīng)力內(nèi)力、穩(wěn)定等問題，與理論力學(xué)最大的區(qū)別就在于考慮了彈性體的變形問題；結(jié)構(gòu)力學(xué)研究靜定和超靜定桿系結(jié)構(gòu)的靜力和動力平衡問題。有這樣有一個感覺，理論力學(xué)的知識在后續(xù)專業(yè)課中用得比較少而逐漸流失退化了，材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)用得比較多，逐漸得到加深。但我認為，作為經(jīng)典力學(xué)理論基礎(chǔ)的理論力學(xué)實際上是十分重要的，還是很有用處的，例如在工作后接觸到抗震設(shè)計規(guī)范中的“考慮扭轉(zhuǎn)偶聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜法”（現(xiàn)在的設(shè)計軟件基本默認采用這種方法計算地震作用），其中對于樓層系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動平衡問題，實際上就涉及到理論力學(xué)中的剛體轉(zhuǎn)動平衡方程，而這個方程在結(jié)構(gòu)力學(xué)以及后續(xù)專業(yè)課中經(jīng)常被忽視了。

  　三大力學(xué)之外，還綜合考慮學(xué)習(xí)如下幾門力學(xué)課程：《土力學(xué)》、《巖石力學(xué)》（地基基礎(chǔ)課程的必修課）、《流體力學(xué)》（暖通給排水專業(yè)的必修課）、《彈性力學(xué)》。這里特別要強調(diào)的是彈性力學(xué)，因為是選修課，很多人都不太重視，其實彈性力學(xué)完全可以說是結(jié)構(gòu)工程師的力學(xué)必修課。彈性力學(xué)將平衡問題從桿系結(jié)構(gòu)深入到微元體的平衡問題，具有更為廣泛的適用性和普遍性。特別是工作后涉及到的平面類型構(gòu)件（樓板、剪力墻等），如果沒有彈性力學(xué)彈性板理論的相關(guān)知識，對于軟件給出的內(nèi)力結(jié)果（例如應(yīng)力方向等）甚至就不知道是什么含義?？梢哉f，彈性力學(xué)是整個彈性力學(xué)體系的根基，材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)都是基于這個根基引深出來的?？赡苡腥藭枺翰牧狭W(xué)不是也學(xué)過應(yīng)力的概念嗎？但那只是在很多假定條件下得到的桿系構(gòu)件的截面應(yīng)力，而彈性力學(xué)的應(yīng)力應(yīng)變概念更為廣泛深入。個人認為，如果條件許可，在本科階段好好學(xué)習(xí)彈性力學(xué)是大有裨益的。此外，有興趣可以學(xué)學(xué)《有限單元法》的課程，對工作也很有幫助，因為工作中將可能使用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件，沒有有限元的基本概念是比較吃力的。

      本科階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾門課程：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（如果有開設(shè)的話）是專業(yè)課程的重點。工作后，如果從事設(shè)計工作，這幾門課就是重要的專業(yè)基礎(chǔ)相當重要。由于在學(xué)校時期，對于規(guī)范的接觸有限，沒有規(guī)范的概念，而工作后的專業(yè)知識則多圍繞規(guī)范，因此在學(xué)校時期選修一些專業(yè)課程設(shè)計是很必要的。通過做設(shè)計，既能鞏固設(shè)計原理的知識，也能適當接觸規(guī)范，為以后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。不過，這里要提幾點工作后的體會：在學(xué)校時候，由于學(xué)時有限，教師對一些比較難的設(shè)計原理不會做詳細介紹往往讓學(xué)生自己課下看，這點我感覺不好。舉幾個例子：（1）工作后，PKPM軟件參數(shù)設(shè)置柱構(gòu)件“雙偏壓”這個概念，由于在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理中教師沒講也沒接觸過，所以感覺比較陌生，然而工作后又很難有時間再系統(tǒng)翻書學(xué)習(xí)雙偏壓的基本設(shè)計原理知識，于是只得糊里糊涂地跟著軟件走了，對計算結(jié)果也不知道如何判斷。（2）鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論這塊，實際是很難的一塊理論，當時教鋼結(jié)構(gòu)的老師估計怕大家聽得太難聽煩，于是干脆就不做介紹；而工作后，涉及到的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力驗算的相當多概念，當時學(xué)校學(xué)習(xí)時候沒有建立，感覺就比較困難，只能很勉強地按規(guī)范代公式計算，根本不知道每個參數(shù)的含義也經(jīng)常取錯。（3）砌體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在很多高校都不開設(shè)這門課了（當然，隨著國家經(jīng)濟實力的提高，砌體結(jié)構(gòu)也會逐步退出歷史舞臺），當年沒接觸過，而現(xiàn)在從事既有建筑鑒定工作，很多都是砌體結(jié)構(gòu)，于是就發(fā)現(xiàn)有太多專業(yè)知識根本就不懂，學(xué)起來就很費勁了。

      本科階段的專業(yè)知識還是以力學(xué)理論基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)設(shè)計原理為重，基本滿足了從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作要求的基本知識就可以算達標了。例如，能獨立把一座框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作做下來，完成結(jié)構(gòu)選型、荷載匯集、內(nèi)力計算、構(gòu)件配筋設(shè)計、節(jié)點設(shè)計、施工圖繪制等等，那基本就達標了。這里要說的是，本科的畢業(yè)設(shè)計盡量獨立完成，不要過多地使用設(shè)計軟件；軟件方便是很方便，但不利于專業(yè)系統(tǒng)知識的鍛煉。

（二）研究生階段　　
       研究生學(xué)習(xí)階段，涉及到的理論知識就比較深了，因為主要是為課題研究工作做準備。我認為，研究生階段的有如下幾門專業(yè)課程是必修的：《彈塑性力學(xué)》+《有限單元法》、《結(jié)構(gòu)動力學(xué)》+《工程抗震》、《高等混凝土理論》、《高等鋼結(jié)構(gòu)理論》。這六門課比較重要，雖然都比較難。彈塑性力學(xué)是有限單元法的先修課程，結(jié)構(gòu)動力學(xué)是工程抗震的先修課程。高等混凝土理論主要針對混凝土規(guī)范中的一些條文的研究背景進行介紹，便于將來深入理解規(guī)范；高等鋼結(jié)構(gòu)相應(yīng)地對鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的研究背景進行介紹。這里比較后悔當年沒有選修《高等鋼結(jié)構(gòu)理論》這門課程，對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定理論理解很膚淺，例如工作后做課題涉及到的“考慮腹板屈曲后的強度理論”就由于沒有相關(guān)的課程學(xué)習(xí)而一頭霧水，很難搞懂。

　   這里順便說明一點，規(guī)范的條文都是有明確的研究作為理論依據(jù)的，因此適當?shù)亓私庖恍┮?guī)范條文涉及到的理論知識對于深入理解規(guī)范還是有好處的。盲目地套用規(guī)范條文，或者照著規(guī)范的公式代數(shù)據(jù)計算，實際上是很頭疼而且很容易出錯的一種壞習(xí)慣，我就深有體會。當然，對規(guī)范的理解和把握程度，肯定是需要長期工程經(jīng)驗的積累的。

　除了以上六門必修課程外，還可以針對課題研究方向選修一些課程：例如《混凝土非線性分析》、《工程抗風(fēng)》、《結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測》等。