《混凝土结构设计》课程思政案例
一、课程教学目标
通过本课程的教学，使学生掌握混凝土结构体系的结构组成、工作机理、破坏模式、影响因素、分析手段及相应的设计理论和设计方法，具备运用所学基本知识，判断和评价实际工程中混凝土结构的主要受力状态并进行结构体系选择、结构布置及结构内力分析的能力。
二、思政育人目标
树立行业职业道德规范意识，遵守行业职业道德规范准则，严格按照规范标准进行建筑设计。建筑设计职业肩负着城市建设、公共利益与安全和社会进步的重大责任，其执业人员须具备与其职业资质相应的专业知识和实践经验、及高度的社会责任感和高尚的职业道德水准。要遵守"安全、经济、适用、美观"的建设方针，努力为社会提供具有原创性的优秀作品。
三、课程思政典型教学案例设计
（主要介绍教学内容与思政要素如何结合，实现哪方面的育人目标）
案例一：
冰丝带-国家速滑馆主体建筑
流畅大气的“冰丝带”、伟岸的钢结构“鸟巢”和灵动的膜结构“水立方”共同组成北京这座世界首个“双奥之城”的标志性建筑群。
在这场举世瞩目的冰雪盛宴中，绿色低碳与高科技是“压舱石”。其中，混凝土的多项科技创新成果圆满地构筑出了冬奥工程的“经脉”与“骨骼”。一个个冬奥工程的华美英姿下面，都有一副强健的“臂膀”在支撑着，那便是来自钢筋混凝土结构的力量。
图1 国家速滑馆 “冰丝带”
如图1所示，国家速滑馆位于北京市朝阳区林萃桥东南侧，其用地西侧为林萃路，东邻奥林西路，北邻北五环路，是北京 2022 年冬奥会的标志性场馆，也是冬奥会北京赛区唯一新建场馆。冬奥会期间，国家速滑馆将承担速度滑冰项目的比赛和训练;冬奥会后，该馆将成为能够举办滑冰、冰球等国际赛事及大众进行冰上活动的多功能场馆。
本工程主要由主场馆及外围地下车库组成，其中地下主体结构东西长290m，南北宽240m，地上主体结构南北长约240m，东西宽约178m。本工程结构连为一体，不设永久结构缝。
图2 地上结构典型剖面
图3 看台斜柱与屋顶换辆三维布置图
其地上主体结构采用现浇钢筋混凝土框架结构，结构典型剖面如图 2 所示。钢结构屋顶支承在 48根看台斜柱上，斜柱倾斜角度约20°，柱顶设置混凝土环梁。图 3 为看台斜柱与屋顶环梁的三维布置图。由于功能需要，东西两侧主入口大厅处看台斜柱间距约 64m，斜柱尺寸为2 000×3150mm;其余位置斜柱间距约 9～11m，斜柱尺寸为1000×(2 000～3 000)mm，由南北两极向中间逐渐加大。斜柱顶标高随马鞍形屋盖形状变化，最高柱顶标高为17. 330m。位于主入口大厅两侧，最低柱顶标高为6. 237m，位于南北两侧。斜柱柱顶最大跨度南北向约214. 5m，东西向约141.5m。外围护幕墙结构上端固定于顶部的巨型环桁架上，下端固定于混凝土主体结构首层顶板外圈悬挑梁端。首层顶板从 32 根外围巨型柱挑出悬挑梁支承拉索幕墙，最大悬挑长度约5m，外围巨型柱截面尺寸约为900×3100mm。
教学内容：
基于冬奥场馆速滑馆“冰丝带”，引入现代混凝土结构的应用和发展，使学生了解混凝土结构在现代土木工程建设中的主导地位，拓展学生混凝土结构设计思路。
具体关注该结构设计的难点及超限后选用的加强措施。
对于主体结构来说，存在如下超限情况:
1)扭转不规则:考虑偶然偏心的扭转位移比大于1. 2，最大达到 1. 47;
2)楼板不连续:首层顶板开洞，有效宽度小于 50% ;
3)局部不规则:本工程支承屋盖的巨型柱均为斜柱。
根据本工程的特点和难点，针对不同部位构件的重要性，采取相应的加强措施。
对于主体结构，采取如下加强措施:
1)针对本工程的超限情况，制定性能目标，如表 1 所示;
2)提高关键部位的抗震等级:支承钢结构屋盖的斜柱和柱顶梁抗震等级提高至特一级;
3)关键构件和支座进行细部有限元分析;
4)对结构进行大震动力弹塑性时程分析，评估结构在罕遇地震下的性能;
5)采用传感器等监测手段，对结构进行施工及使用阶段的健康监测。
育人目标：
通过观看国家速滑馆结构形式实例，增强对混凝土结构设计的认知，关注结构工程超限后，采用何种手段加强措施。提升学生对专业的热爱，培养学生国家荣誉感，植入工匠精神。
案例二：
汶川地震
汶川地区的建筑物主要为砌体结构、混合结构和框架结构，抗震性能差。根据中华人民共和国地震局的数据，此次地震的面波震级达8.OMs、矩震级达8.3Mw，地震烈度达到11度。地震波及大半个中国及亚洲多个国家和地区，北至辽宁，东至上海，南至香港、澳门、泰国、越南，西至巴基斯坦均有震感。
5·12汶川地震严重破坏地区超过10万平方千米，其中,极重灾区共10个县(市)，较重灾区共41个县(市)，一般灾区共186个县(市)。截至2008年9月18日12时，5·12汶川地震共造成69227人死亡，374643人受伤，17923人失踪，是中华人民共和国成立以来破坏力最大的地震，也是唐山大地震后伤亡最严重的一次地震。
图 4 汶川地震中框架结构柱的破坏形态
教学内容：
结合汶川地震中关于柱破坏的统计--柱震害较严重，梁震害较轻；柱破坏多在柱顶节点下部或柱脚处，轻者混凝土开裂，保护层脱落，重者混凝土被压碎，钢筋屈曲等现象，引出本章所学，强调工程设计中“强柱弱梁”破坏模式。
在计算梁端弯矩和配筋时，考虑部分楼板作用形成T形梁，将框架梁抗弯刚度乘以1.5~2.0的放大系数后，计算梁的配筋超强，再加上板的钢筋，使T形梁不但刚度加大，实际承载力大于梁端弯矩，而且与之正交的另一向T形梁对柱子形成约束，在双向水平地震作用下，柱截面处于复杂的双向受力状态;一般情况下，框架柱即使增大了柱端弯矩设计值，计算结果一般只按构造要求配筋﹔只有当构件抗震等级为9度一级时，规范才要求按照梁的实配钢筋反算柱端弯矩。因此，对于抗震等级为二、三级的构件，实际的结构设计形成的是“强梁弱柱”。
本次地震中，钢筋混凝土框架结构大量出现的是柱铰机制而不是梁铰机制，如图4所示，塑性铰均出现在框架柱柱顶，而梁与楼板共同工作，没有任何损坏,可是结构变成几何可变体系，已接近倒塌。而“强柱弱梁”的理念保证梁多数在梁端破坏。如图5所示，一旦梁铰得以形成，可使整个框架结构产生较大的内力重分布，从而增强结构的耗能English和极限层间位移，柱的破坏也往往较轻，整体结构抗震性能良好，
图5 梁端破坏
因此，设计时有必要加大柱子截面和配筋，把一定宽度楼板的配筋作为梁的配筋，从而适当减小梁的截面尺寸和配筋，实现真正的“强柱弱梁”的屈服机制机制，提高框架结构的延性变形能力。
育人目标：
呼吁学生在职业生涯中谨记：尊重生命、尊重科学，让我们共同把“关爱生命”作为神圣的社会职责，用我们所掌握的专业知识为确保人民生命财产安全而努力，给后人留下更多地成功见证的示范建筑。
案例三：
1995年韩国“6.29”三丰百货大楼倒塌事故
1995年6月29日17时47分，位于韩国首尔三丰百货大楼坍塌，经查，整座建筑超过承受负荷瞬间倒塌，此次事故造成502人死亡，937人受伤。
汉城三丰百货商场是一大型现代化商场，钢筋混凝土结构,地下3层,地上5层,分左右两幢,以连廊接通。坍塌时,场内尚有店员700余人,顾客约2000人。
大楼坍塌原因,至今尚未见到权威性的技术分析报告,仅仅从散见于报刊、杂志和电视屏幕上的报导推断,大楼坍塌不应该是由于地基缺陷所引起。事故前的预兆首先是屋面渗漏、天顶下沉、顶层地面出现2m长的裂缝并迅速扩展。从清晨出现预警信号到黄昏时全楼坍塌,经历了12个小时的发展过程,可惜并未引起人们的警觉,大楼从顶塌到底，呈粉碎性破坏。
图6 三丰百货大楼倒塌事故
业主在该大楼建造过程中采取自主设计、自营施工、自行监理，大幅变更原有设计图纸。将整栋楼改成平板结构，且擅自变动结构的使用功能。五楼本来要当溜冰场，但后被改成传统的韩国餐厅，导致楼面重量增加了三倍。将大型冷却水塔从地面移至屋顶，水塔装满水重量可以达到30吨。这进一步大幅增加上面楼层重量大增。
此外，结构设计构件尺寸与设计存在出入，结构布置不合理：调查小组在进行大楼的骨架与蓝图的比对时，发现有些柱子与楼板间没有托板，但托板却是平板结构的要件，因为柱头的托板可以分散混凝土楼板的荷载。实际调查的结果是许多托板的尺寸太小，有的柱头甚至没有托板。紧接着发现的更大问题是支撑四、五楼的柱子直径大幅缩水。
汉城的法规，要求百货公司在电扶梯旁加装防火墙。防火墙遇到火警会自动关闭，以免火势浓烟蔓延到其他楼层。而为腾出空间加装防火墙，工人必须切开电扶梯旁的混凝土柱。这样的行为使大楼减少了25%以上的重要支撑。
三丰百货倒塌的元凶，是所谓的“贯穿剪力”。当太细的柱子承受过多的重量，就会贯穿上方的天花板，如同手指戳破湿纸巾。三丰百货倒塌的原因就是兴建时改变图纸。悲剧发生的原因就是连续的错误，以及在施工方法与程序上玩忽职守。
教学内容：
在多层框架结构设计中，梁柱的截面尺寸与结构所受荷载及内力的大小有关，在结构设计中，一般先按经验公式初步拟定梁、柱截面尺寸，再根据计算结果对不合适的尺寸进行修正。
结构上的荷载分为竖向荷载和水平荷载两大类，竖向荷载有结构构件自重以及各种建筑构造层自重和楼面活荷载，屋面活荷载，雪荷载等。水平荷载有风荷载和水平地震作用等。各种自重标准值需按照结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定；如下表所示，楼屋面活荷载、雪荷载、风荷载等可变荷载的标准值依据建筑结构荷载规范确定，水平地震作用标准值根据建筑抗震设计规范确定。结构设计时，是已确定房屋使用功能后，根据规范选取对应荷载取值，进行的设计，在施工过程或使用过程中更改原有设计方案必须经过重新复核，满足要求才可以，擅自变动使用功能是大忌！
育人目标：
呼吁学生在职业生涯中谨记安全第一，严格遵守规范标准，树立工程素养和工匠精神，做诚信笃行，勇于担当、言行规范的社会栋梁和民族脊梁，保证高质量的现代化建设发展。
一、课程思政实施成效及学生反馈
课程思政实施成效：
通过在课堂中适时引入视频、图片等具体工程案例，提高学生学习兴趣，丰富课堂内容，激发自主学习的热情，提升了学生对课程的兴趣，更利于其知识的吸收。
学生反馈：
通过课堂中国家速滑馆等实体工程的介绍，对未来职业的认同感和重要性有了更清晰的认识。通过老师讲解的实际的工程事故案例，发现自己还需要系统学习，并深刻掌握更多的混凝土结构知识，要严格遵守各种标准规范，培养良好的职业道德素养。
