土木工程專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)談

1、這篇博客將要探討的問(wèn)題主要針對(duì)土木工程（包括結(jié)構(gòu)工程）的學(xué)科知識(shí)系統(tǒng)問(wèn)題，主要是兩個(gè)方面的內(nèi)容：1、大學(xué)時(shí)代的如何合理規(guī)劃專業(yè)知識(shí)；2、工作以后如何加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)。以前曾經(jīng)認(rèn)為，土木工程屬于傳統(tǒng)學(xué)科，通俗地說(shuō)就是“越老越吃香”；但工作后，才 漸漸體會(huì)到，這個(gè)觀點(diǎn)是不正確的。因?yàn)椋F(xiàn)在這個(gè)專業(yè)系統(tǒng)高度發(fā)展的時(shí)代，技術(shù)正發(fā)生著日新月異的巨變，特別是軟件時(shí)代的全面到來(lái)， 對(duì)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(shí)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(shí)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(shuō)是

2、家常便飯。再比如，基于性能的抗震設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)，這些全新的內(nèi)容，在 10年前國(guó)內(nèi)的規(guī)范根本沒(méi)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(duì)結(jié)構(gòu)工程人員的理論要求越來(lái)越高！ 設(shè)想，如果沒(méi)有接觸過(guò)結(jié)構(gòu)動(dòng)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(duì)于性能的抗震設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)，這些內(nèi)容國(guó)內(nèi)的主流教科書(shū)都比較少涉及，只知道在美國(guó)規(guī)范和英國(guó)的規(guī)范中應(yīng)用較多，對(duì)于這次我國(guó)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(shí)期的專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)】相對(duì)工作來(lái)講，在學(xué)校的對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)時(shí)間還

3、是短暫的，土木工程專業(yè)從大學(xué)二年級(jí)開(kāi)始接觸專業(yè)基礎(chǔ)課到大四畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)專業(yè)知識(shí)的接觸一般僅兩年多時(shí)間。當(dāng)然，這個(gè)時(shí)期主要還是打基礎(chǔ)，為將來(lái)工作的專業(yè)知識(shí)做準(zhǔn)備。大學(xué)時(shí)期對(duì)專業(yè)知識(shí)課程學(xué)習(xí)進(jìn)行適 當(dāng)?shù)囊?guī)劃還是比較重要的，這里談?wù)勛约旱膸c(diǎn)膚淺經(jīng)驗(yàn)：（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(diǎn)。理論力學(xué)主要研究剛體在靜力狀態(tài)和動(dòng)力狀態(tài)下的平衡問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(dòng)力平衡問(wèn)題。有這樣有

4、一個(gè)感覺(jué)，理論力學(xué)的知識(shí)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(rèn)為，作為經(jīng)典力學(xué)理論基礎(chǔ)的理論力學(xué)實(shí)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(jì)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(jì)軟件基本默認(rèn)采用這種方法計(jì)算地震作用），其中對(duì)于樓層系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)平衡問(wèn)題，實(shí)際上就涉及到理論力學(xué)中的剛體轉(zhuǎn)動(dòng)平衡方程，而這個(gè)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(qiáng)調(diào)的是彈性力學(xué)

5、，因?yàn)槭沁x修課，很多人都不太重視， 其實(shí)彈性力學(xué)完全可以說(shuō)是結(jié)構(gòu)工程師的力學(xué)必修課。彈性力學(xué)將平衡問(wèn)題從桿系結(jié)構(gòu)深入到微元體的平衡問(wèn)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(méi)有彈性力學(xué)彈性板理論的相關(guān)知識(shí)，對(duì)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。 可以說(shuō)，彈性力學(xué)是整個(gè)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(gè)根基引深出來(lái)的。可能有人會(huì)問(wèn)：材料力學(xué)不是也學(xué)過(guò)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(gè)人認(rèn)為，如果條件許可，在本科階段好好學(xué)習(xí)彈

6、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(duì)工作也很有幫助，因?yàn)楣ぷ髦袑⒖赡苁褂糜邢拊Y(jié)構(gòu)分析軟 件，沒(méi)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(jì)的幾門課程：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理（如果有開(kāi)設(shè)的話）是專業(yè)課程的重點(diǎn)。工作后，如果從事設(shè)計(jì)工作，這幾門課 就是重要的專業(yè)基礎(chǔ)相當(dāng)重要。由于在學(xué)校時(shí)期，對(duì)于規(guī)范的接觸有限，沒(méi)有規(guī)范的概念， 而工作后的專業(yè)知識(shí)則多圍繞規(guī)范，因此在學(xué)校時(shí)期選修一些專業(yè)課程設(shè)計(jì)是很必要的。通過(guò)做設(shè)計(jì)，既能鞏固設(shè)計(jì)原理的知識(shí)，也能適當(dāng)接觸規(guī)范，為以后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。不過(guò)， 這里要提幾點(diǎn)工作后的體會(huì)： 在學(xué)校時(shí)候，由于

7、學(xué)時(shí)有限，教師對(duì)一些比較難的設(shè)計(jì)原理不 會(huì)做詳細(xì)介紹往往讓學(xué)生自己課下看，這點(diǎn)我感覺(jué)不好。舉幾個(gè)例子：（1）工作后，PKPM軟件參數(shù)設(shè)置柱構(gòu)件“雙偏壓”這個(gè)概念，由于在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理中教師沒(méi)講也沒(méi)接觸過(guò)， 所以感覺(jué)比較陌生，然而工作后又很難有時(shí)間再系統(tǒng)翻書(shū)學(xué)習(xí)雙偏壓的基本設(shè)計(jì)原理知識(shí)， 于是只得糊里糊涂地跟著軟件走了，對(duì)計(jì)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(shí)際是很難的一塊理論，當(dāng)時(shí)教鋼結(jié)構(gòu)的老師估計(jì)怕大家聽(tīng)得太難聽(tīng)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(yàn)算的相當(dāng)多 概念，當(dāng)時(shí)學(xué)校學(xué)習(xí)時(shí)候沒(méi)有建立， 感覺(jué)就比較困難，只能很勉強(qiáng)地按規(guī)范代公式計(jì)算，根 本不

8、知道每個(gè)參數(shù)的含義也經(jīng)常取錯(cuò)。（3）砌體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在很多高校都不開(kāi)設(shè)這門課了（當(dāng)然，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提高，砌體結(jié)構(gòu)也會(huì)逐步退出歷史舞臺(tái)），當(dāng)年沒(méi)接觸過(guò)，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(shí)根本就不懂，學(xué)起來(lái)就很費(fèi)勁了。本科階段的專業(yè)知識(shí)還是以力學(xué)理論基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理為重，基本滿足了從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作要求的基本知識(shí)就可以算達(dá)標(biāo)了。例如，能獨(dú)立把一座框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作做下來(lái)，完成結(jié)構(gòu)選型、荷載匯集、內(nèi)力計(jì)算、構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、施工圖繪制等等，那基本就達(dá)標(biāo)了。這里要說(shuō)的是，本科的畢業(yè)設(shè)計(jì)盡量獨(dú)立完成，不要過(guò)多地使用設(shè)計(jì)軟件；軟件方便是很方便，但不利于專業(yè)系統(tǒng)知

9、識(shí)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(shí)就比較深了，因?yàn)橹饕菫檎n題研究工作做準(zhǔn)備。我認(rèn)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(dòng)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(dòng)力學(xué)是工程抗震的先修課程。高等混凝土理論主要針對(duì)混凝土規(guī)范中的一些條文的研究背景進(jìn)行介紹，便于將來(lái)深入理解規(guī)范；高等鋼結(jié)構(gòu)相應(yīng)地對(duì)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的研究背景進(jìn)行介紹。這里比較后悔當(dāng)年沒(méi)有選修高等鋼結(jié)構(gòu)理論這門課程，對(duì)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(qiáng)度理論”就由于沒(méi)有

10、相關(guān)的課程學(xué)習(xí)而一頭霧水，很難搞懂。因此適當(dāng)?shù)亓私庖贿@里順便說(shuō)明一點(diǎn)，規(guī)范的條文都是有明確的研究作為理論依據(jù)的,些規(guī)范條文涉及到的理論知識(shí)對(duì)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(jì)算，實(shí)際上是很頭疼而且很容易出錯(cuò)的一種壞習(xí)慣，我就深有體會(huì)。當(dāng)然，對(duì)規(guī)范的理解和把握程度，肯定是需要長(zhǎng)期工程經(jīng)驗(yàn)的積累的。除了以上六門必修課程外，還可以針對(duì)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(cè)等。【推薦兩本結(jié)構(gòu)書(shū)籍】這里推薦兩本結(jié)構(gòu)工程的專業(yè)書(shū)籍：著名結(jié)構(gòu)大師林同炎的結(jié)構(gòu)概念和體系、美國(guó)著名工程院院士愛(ài)德華威爾遜的結(jié)構(gòu)靜力與動(dòng)力分析。結(jié)構(gòu)概念和體系

11、本科階段就可以閱讀，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)整體思維和設(shè)計(jì)方法，對(duì)于從學(xué)校學(xué)習(xí)的“構(gòu)件概念”上升到工作后需要培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)概念十分有益，完全可以說(shuō)這本書(shū)是結(jié)構(gòu)工程師的必讀書(shū)籍。結(jié)構(gòu)靜力與動(dòng)力分析比較適合研究生階段閱讀，這本書(shū)精辟地闡述了結(jié)構(gòu)工程所涉 及到底彈性力學(xué)、有限元、非線性分析、動(dòng)力分析方法、工程結(jié)構(gòu)抗震分析等的基礎(chǔ)理論知識(shí)，可以說(shuō)當(dāng)今結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的所有常用分析都可以在本書(shū)中找到理論依據(jù)；當(dāng)然這本書(shū)的理論較深，沒(méi)有較好的理論功底看起來(lái)還是比較吃力的；總體說(shuō)來(lái)，我感覺(jué)這本書(shū)很大一個(gè)特點(diǎn)就是：將基礎(chǔ)力學(xué)和結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，從彈性力學(xué)微元體到整個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)的分析，理論和實(shí)踐性非常強(qiáng)，實(shí)在佩服作者的理論功底和

12、工程實(shí)踐能力。當(dāng)然，作者可是國(guó) 際權(quán)威級(jí)別結(jié)構(gòu)分析軟件的 SAP2OO0 ETABS程序計(jì)算內(nèi)核的最早開(kāi)發(fā)者啊?！竟ぷ骱髮I(yè)知識(shí)系統(tǒng)】工作后從事專業(yè)技術(shù)工作， 絕不是沒(méi)東西可學(xué)， 而是學(xué)習(xí)的東西還很多。 如今專業(yè)知識(shí) 博大精深，任何人都不可能將一個(gè)學(xué)科的所有知識(shí)都掌握。從事技術(shù)工作的一個(gè)特點(diǎn)就是， 專業(yè)知識(shí)技術(shù)性強(qiáng)，外專業(yè)的人員可能就無(wú)法勝任具有很強(qiáng)專業(yè)性質(zhì)的工作，因此專業(yè)知識(shí)理論和技術(shù)能力對(duì)于工程技術(shù)人員來(lái)講重要性毋庸置疑。工作后學(xué)習(xí)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是“實(shí)踐性強(qiáng)”。這時(shí)候就不再停留在是學(xué)校時(shí)期的 理論知識(shí)層面上了， 就要涉及到具體的工程實(shí)踐中去，解決實(shí)際工程問(wèn)題。因此，這時(shí)候的學(xué)習(xí)往往是在實(shí)

13、踐中邊做邊學(xué)，從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，最后解決問(wèn)題。這里要提的一點(diǎn)是，作為結(jié)構(gòu)工程專業(yè)來(lái)講，工作后要培養(yǎng)“結(jié)構(gòu)思維”，而不應(yīng)該僅僅停留在學(xué)校時(shí) 期的“構(gòu)件思維”層次上。工作后學(xué)習(xí)的另一個(gè)重要特點(diǎn)就是一一圍繞規(guī)范。規(guī)范是基本依據(jù)，對(duì)規(guī)范的理解和把握程度實(shí)際上決定了工程技術(shù)人員的水平。但是，又不應(yīng)當(dāng)把規(guī)范當(dāng)做“圣經(jīng)”盲目照搬； 正如林同炎大師說(shuō)的：“工程師應(yīng)當(dāng)只把建筑規(guī)范作為一種指南，作為參考，而不應(yīng)當(dāng)將規(guī)范當(dāng)成圣經(jīng)盲目照搬。”規(guī)范是最低要求。首先，滿足規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)不一定就是一定安全的，而不滿足規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)又不一定是一定不安全的；汶川地震震害說(shuō)明了， 滿足規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)仍然大量的出現(xiàn)了我們

14、所不希望看到的“強(qiáng)梁弱柱、柱鉸破壞”場(chǎng)景。之所以滿足規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)不一定是安全的，我的理解，是因?yàn)橐?guī)范還是基于研究工作并簡(jiǎn)化而來(lái)，而實(shí)際工程問(wèn)題的復(fù)雜性以及研究的必要簡(jiǎn)化假定，都可能給研究的結(jié)果帶來(lái)誤差，有時(shí)甚至是顛覆性的， 例如我們對(duì)于樓梯斜撐效應(yīng)、 填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度分布的影響等問(wèn)題，就幾乎是完全出現(xiàn)了相悖的情況。所以我很贊同導(dǎo)師曾經(jīng)對(duì)我說(shuō)的“規(guī)范總是落后研究的”，規(guī)范以研究作為基礎(chǔ)， 一旦研究出現(xiàn)了問(wèn)題或是不完善的地方，規(guī)范自然就跟著錯(cuò)誤或是誤差了?！耙?guī)范是最低要求”的第二個(gè)原因，就是規(guī)范的要求程度是一種最低要求，例如規(guī)范中“宜”、“應(yīng)”、“必須”的字眼其程度就不同。而我們?cè)趯?shí)際工作中

15、，對(duì)“宜”的字眼往 往就疏忽了，認(rèn)為它可滿足可不滿足；再舉個(gè)例子，現(xiàn)行的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)“強(qiáng) 柱弱梁”驗(yàn)算通過(guò)柱端彎矩放大系數(shù)實(shí)現(xiàn)，其中要求對(duì)一級(jí)框架及抗震設(shè)防烈度九度地區(qū)才要求對(duì)節(jié)點(diǎn)的梁按實(shí)配鋼筋反算抗彎承載力進(jìn)行柱端彎矩計(jì)算。但由于實(shí)際工程中，大陸地區(qū)的大城市沒(méi)有處于九度地區(qū)，而高層建筑又很少采用純框架結(jié)構(gòu)，因此不少設(shè)計(jì)人員為了回避復(fù)雜繁瑣的實(shí)配鋼筋承載力驗(yàn)算，按規(guī)范的“最低要求”偷懶掉了；而如果將規(guī)范看作這樣更有利“最低要求”，甚至可以對(duì)于6度區(qū)的框架結(jié)構(gòu)就可以按實(shí)配鋼筋反算承載力， 于實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”。這個(gè)例子，就充分說(shuō)明了規(guī)范最低要求。此外，對(duì)于一些大設(shè)計(jì)院， 其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平要

16、求也高，除了上述實(shí)配鋼筋反算的例子外，還例如北京建筑設(shè)計(jì)院對(duì)于樓板設(shè)計(jì)就要求采用“塑性設(shè)計(jì)方法”，而其它多數(shù)設(shè)計(jì)院則采用“彈性板設(shè)計(jì)方法”。實(shí)力較強(qiáng)的設(shè)計(jì)院更注重結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，超前于現(xiàn)行規(guī)范，引 入了結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)方法等，這都說(shuō)明了規(guī)范是最低要求這個(gè)觀點(diǎn)。規(guī)范的學(xué)習(xí)，必然是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。我認(rèn)為，對(duì)規(guī)范不應(yīng)該只停留在照搬條款，會(huì)代數(shù)據(jù)計(jì)算公式的程度上； 而應(yīng)該盡量深入地理解和把握規(guī)范。當(dāng)然，某些規(guī)范條文涉及到的理論背景還是很深的， 想很深入地理解也不太可能而且沒(méi)有必要。例如，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論這塊，涉及到的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的得來(lái)，就要涉及到彈性壓桿穩(wěn)定理論，再深入又要涉及到彈性力學(xué)微分方程的求解， 再深入又要涉及到微積分?jǐn)?shù)值求解方法等等，這些理論對(duì)于普通工程師來(lái)講確實(shí)太費(fèi)精力也沒(méi)有必要理解得那么深入，我覺(jué)得對(duì)這個(gè)問(wèn)題只要明確兩個(gè)