結構設計研究范文

導語：如何才能寫好一篇結構設計研究，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】建筑設計；抗震結構；設計分析

引言

有關建筑工程的抗震設計已經引起了世界各地的高度認識，它對人們的生產生活有著重要的影響。在建筑設計的過程中，設計人員要重視抗震方面的問題并采取有效的措施來降低地震對建筑工程的破壞，進而保障人們的切身利益。

1.抗震設計的基本原則

為了使建筑物達到抗震的效果，在對建筑工程進行設計的過程中首先要考慮建筑物的整體結構，然后注意某一結構在地震情況下的整體反應，隨后對其進行分析，通過分析計算、材料的選擇和方案的規劃來進一步的提高建筑工程的抗震效果。在地震發生的過程中，盡量的避免建筑物因薄弱部分而引起的一定程度的破壞。在建筑設計的國政中要遵循以下幾點原則。

1.1 對建筑結構進行整體的規劃

設計人員在進行建筑設計的過程中要綜合規劃抗側力的結構，進而保證建筑設計的均勻、對稱和規整。在進行實際設計的過程中，設計人員要將規則的圖形或者是對稱的圖形作為構造形式并在此基礎上調整調整建筑結構的整體性，進一步的實現慣性力的聚集和傳遞，將地震過程中的破壞力分開，以此來保證建筑物在地震過程中的安全。

1.2 保證建筑物的結構剛度

在對建筑物進行設計的過程中，要考慮地震作用力的雙向性，進而保證建筑物能夠從各個方向對作用力進行抵抗。設計者還要將主軸方向上的剛度控制在合理的范圍。另外，結構剛度方面的設計還要能夠防止建筑物的過度變形，柔性結構對外力進行分擔，進而避免地震作用力下的整體結構變形，導致人員傷亡和財務損失。

1.3 抗震防線的設置

建筑工程的結構體系包括很多的結構分體，這些結構分體進行協調合作，進而降低地震對建筑物的影響。有些地震在發生之后還伴隨著很多次的余震，并且余震的級別不一，所以設計人員要設計多道抗震的防線，以此來保證建筑物盡量不受余震的影響?？拐鸬姆谰€要通過有效的方式安置在結構在內外部，設計人員還要盡最大努力來處理結構剛和柔的關系，進而提高建筑物抵抗地震的能力。

2.建筑抗震設計中的問題

2.1 結構體系與材料方面的缺陷

建筑物所用的材料和結構體系是人們逐漸開始重視的問題，它們的正確選擇對于地震多發區有著重要的意義。目前，我國的建筑結構主要以鋼筋混凝土為主，所以在變形控制的過程中要充分考慮鋼筋混凝土的位移限制。但剛框架系統工作也很難改善較大的變形側移度。這種情況不僅不利于提高抗震效果，而且也會加大鋼結構的荷載力。從整個結構體系來考慮，結構轉換層的設置非常的重要，對加強層和轉換層強度的剛度強化，在一定程度上會造成剛度的突出，從而增加相鄰柱構件間的剪力，所以我們要謹慎的選擇結構模式，避免負面作用的產生。

2.2 高層建筑的不斷增多

隨著社會的不斷發展，高層建筑在我國逐漸的增多，但是一些高層建筑的高度已經超出了國家規定的范圍，我們要高度重視這種高層建筑。首先設計人員要進行實際的調查，并在實際案例的基礎上進行合理的論證。其次還要多次進行模型試驗。由于高層建筑的高度已經超過了國家的規定，所以在實際的地震過程中，地震作用力的破壞力就會大大的增強。隨著建筑物高度的增加，很多技術指標都超出了合理的范圍，所以地震對它的破壞程度會遠遠的增加。

2.3 短柱和軸壓比在設置過程中所存在的問題

在很多高層建筑在施工的過程中，為了保證控制柱的軸壓比例，促使柱的斷面增大，這種情況即使采用高強度的混凝土也不能進行有效的緩解。限制柱軸壓比在作用是為了使柱子在偏壓狀況下，避免產生屈服的狀況，進而造成混凝土被壓碎，導致結構的延性變差，進而影響建筑物的抗震能力。

3.提高建筑物抗震能力的策略

3.1 對整體構造進行有效的優化

設計人員在對建筑物進行設計的過程中，首先要考慮結構體系對于地震作用力的抵制效果，并且還要重視對不同的結構體系所財務的抗震措施以及不同體系對經濟和安全帶來的影響。設計人員要結合工程的實際情況，做好整個結構體系的優化工作。在對結構體系進行設計的過程中，要保留一定的余度，以此來保證某部分結構在遭到破壞之后，其余的架構可以對作用力進行均衡，這樣就可以保證部分構件的破壞不會影響到整體的抗震性能。在對建筑進行設計的過程中，設計人員需要把震害的傳遞路徑清晰的標注于結構圖當中，以此來保證他們在設計的過程中能夠全面的顧及抗震設計的要求，使各個部件都能保證應力傳遞過程的連續性。

3.2 對抗震位置進行合理的選擇

設計人員在進行抗震的時候要選擇比較有優勢的抗震場所，而且不可以在震害影響較大的地區進行工程建設，借助地理條件來盡可能的減輕地震的危害。在工程中不能將地質不均勻地區和軟弱地質區域設置為抗震場地。如果不可避免的在這種區域中進行抗震設計，首先要對地基進行處理設計，以此來保證地基結構達到規定的強度，在達到規定的基礎上才可以展開進一步的抗震設計。另外，設計人員要根據地基場地的實際情況來財務核實的措施。

3.3 對結構荷載進行恰當的處理

為了保證建筑物有效的抵抗地震災害，設計人員在結構設計的過程中要遵循強弱協調的設計原則，對剪、節點、柱等的位置強度進行合理的提升，并對梁、彎、拉力中心等部位的強度進行削弱。為了避免節點過早的被破壞，設計人員需要使柱端的承載力大于梁端的承載力。與此同時，設計人員要根據具體的規范要求對各個構建的荷載進行合理范圍內的調整。

3.4 在建筑設計的過程中，設計人員要根據不同的建筑結構類型，選擇適合建筑物的抗震構造，以此來保證整個建筑結構與抗震結構一起來抵抗地震，在最大程度上較少地震所帶來的危害。利用磚混結構進行建造的建筑，它的抗震設計應該使用水平圈梁加內外連續墻的構造，其中水平圈梁能夠施加一定的約束力來抵抗強大的外力。內外結構墻用來加強塑性變化和位移程度的，以此來保證工程具有很好的整體性與延展性，進而加強建筑的防震能力。

3.5 對結構的自重進行弱化

在地基條件相同的情況下，設計人員對建筑進行抗震結構的設計。如果在設計的過程中能夠低結構的自重，那么便可以合理的增加建筑的層數，進一步的控制成本，這種作用在軟土地基的情況下會更加的明顯。另外建筑的質量會直接影響地震的效應，如果建筑物的層數過多，那么在地震的作用下，就會增加坍塌的危險。為了盡可能的緩解這一現象，可以用輕質材料來減輕控制結構本身的重量。我國現代的建筑行業對建筑的抗震性能提出了更高的要求，我們要根據預期的地震作用來控制變形能力。在進行設計的過程中，要關注構建的承載力，并通過參數關系來確定構建的最終值。

4.小結

隨著經濟的發展，我國建筑行業也有了很大發展，而且高層建筑也逐漸的融入我們的生活，這種情況對抗震設計工作也提出了更高的要求?？拐鹪O計是最有效最直接的抗震措施，世界各國也在抗震結構設計方面做出了很大努力，并有取得了很好的成果，但是地震的發生存在很多的不確定性，抗震設計方面還存在一些問題需要我們去分析和改進。我們要在現有成就的基礎上，結合實際生活對建筑物的要求，樹立先進的理念，使用科學的研究方法，使抗震結構設計獲得更快速的發展。

參考文獻：

[1]劉東輝.試析建筑結構設計中抗震理念的運用[J].中國建筑金屬結構，2013（2）：75.

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關鍵詞：汽車；焊接夾具；結構設計

隨著我國科技的發展，汽車焊接夾具的結構設計已經有了很大的進步。但是由于我國仍處于發展中國家，科技水平相對落后，我國的汽車焊接夾具的結構設計還存在很多問題。所以汽車焊接夾具結構設計的研究具有重要的現實意義。

1 汽車焊接夾具的發展現狀

隨著我國汽車需求量的增加，汽車生產制造商也不斷的增多，汽車制造產業也不斷地進行優化，現在汽車的生產中，汽車焊接技術也得到了可持續發展，而且隨著汽車生產廠家的增多，汽車焊接夾具的設計內容上也有了明顯的進步，但與一些發達國家相比較，我國的科技水平相對落后，汽車焊接夾具的結構設計也存在很多問題。對于很多中小企業來說設計的應用達不到理想的效果，而一些大企業常常會選擇進口汽車工藝發達國家的焊接夾具，但是這樣會使汽車制造的成本增加，會使售價提高，給消費者帶來一定經濟壓力的同時也給企業帶來了銷售風險。所以現在我國的汽車焊接夾具設計仍有很大的進步空間，我國汽車制造行業應該在現階段以達到科學水平的基礎上保證技術設計的合理性，提高產品的質量，從而將我國汽車制造行業推上一個新高度。

2 汽車焊接夾具的重要性

汽車焊接夾具在汽車的整個制造過程中都占有重要的地位。在車身的裝配焊接過程中，需要利用裝焊夾具定位加緊車身零件和車身組裝件使車身制造的各個零件組裝的尺寸合格。焊接夾具能夠保證焊接工藝的正常進行，在汽車制造焊接工藝運用過程中焊接夾具可以起到固定的作用，保證汽車焊接工藝的質量。另外結構設計合理的汽車焊接夾具能夠大幅度的減小工作人員的工作強度，節省工作時間，保證焊接質量。

3 焊接工藝的介紹

3.1 焊接夾具的材料和結構

汽車焊接材料的選擇是個很嚴謹的工作，科學合理的選擇汽車焊接材料在汽車焊接夾具的過程中具有重要作用。我們在選擇汽車焊接材料時要在考慮汽車制造成本的基礎上重視材料的耐用性。經過我國長時間的材料研究，現在我國大部分汽車制造企業都采用低碳鋼或者鍍鋅鋼板來生產焊接夾具，在長時間的使用中發現這種材料的焊接性能比其他的材料要好，但是這只能說明這種材料是制作焊接夾具相對較好的使用材料，這種材料也存在一定的局限性，材料較薄，在焊接過程中容易遭受損壞。所以在汽車焊接夾具的結構設計方面，必須考慮多方面的因素，設計出更加科學合理的汽車焊接夾具。

3.2 夾具的焊接方法

夾具的焊接方法也有很多，目前，我國使用最廣泛的焊接方法有CO2氣焊法和電阻焊。雖然這兩種焊接方法使用比較廣泛，但是這兩種焊接方法也存在很多問題。CO2氣體保護焊的方法相對于其他焊接法來說有比較明顯的優勢，但是CO2氣體保護焊法對于夾具的要求不是很高，所以利用這種焊接法生產的焊接夾具不能達到國家規定的汽車焊接夾具的標準。與CO2氣體保護焊法相比電阻焊能夠提高夾具的要求，增加焊接夾具的精確性，但是由于其使用時的不便利性使得電阻焊法的使用范圍小于CO2氣體保護焊法。

4 夾具的工藝設計要求

夾具的設計過程中應該根據焊接夾具設計的目的盡量要求焊接夾具通用化，標準化。在這兩個要求下設計出的焊接夾具能夠實現焊接夾具的使用便利性以及后續維修的準確有效性，而且可以保證生產的焊接夾具使用時能夠焊接出尺寸和形狀正確的焊件。尤其是在汽車車身部件需要裝配的情況下，能夠保證夾具焊件的靈活性和正確性。另外在焊接技術的運用過程中，夾具夾緊焊件的過程應該避免出現破壞，在夾緊之后也要保證焊件不出現松動滑移的現象。而且焊接夾具時，要保證焊件的動作迅速和操作方便，人工要在便于接近的地方，在焊接過程中力度也不宜過大，以防夾具出現毀損。除此之外，在焊接夾具時還應該留出足夠的裝配空間，主要是為了不影響焊接的操作技術，優化焊接理念。在對不同的焊件進行焊接時都能夠保持焊件位置的適當。

5 夾具結構設計的技術

在汽車制造企業焊接流水線上，真正使用焊接操作技術的只占很少的一部分，大部分的焊接工作都依賴于焊機夾具，所以焊接夾具在整個汽車制造流水線上起著重要的作用，科學合理的焊接夾具能夠合理安排汽車制造的流水線，能夠平衡各部分汽車零件的工作量。在生產多種汽車型號的企業中汽車焊接夾具可以幫助企業建立使用便捷的汽車生產流水線。

5.1 建立汽車夾具制造的標準化數據庫

科技的快速發展也推動了汽車制造業的快速發展，雖然汽車制造企業數量的增加有利于汽車制造行業的結構優化和其汽車制造技術的進步，但是也使企業焊接夾具的各種參數難以統一。建立汽車夾具制造的標準化數據庫可以方便所有的汽車焊接夾具制造商的使用，在使用者使用汽車夾具標準化數據庫時可以先選取所需夾具的主要參數，然后可以根據自己的需求對所調用的夾具尺寸進行修改。而且建立汽車夾具制造的標準化數據庫后配合使用輔助的計算機軟件還可以糾正汽車夾具的參數錯誤，在參數賦值過程中，如果所設置的參數在數據庫中無記錄，數據庫還可以提示出可供選擇的參數，以此來避免汽車夾具參數設置的錯誤。

5.2 汽車焊接夾具的工藝設計

汽車焊接夾具的工藝設計決定了汽車零部件的質量，對產出的工藝設計、生產制造、裝配調試也起到了關鍵作用，汽車焊接夾具的設計包括生產節拍的設計和設計任務書的制定，其中生產節拍的設計是按照固定公式計算，設計任務書的制定就需要專業的工作人員，所以也對汽車制造企業的工作人員提出了新的挑戰。

6 結束語

汽車焊接夾具在汽車的制造過程中起到很重要的作用，一個結構設計科學的汽車焊接夾具能使我們合理的安排汽車生產線，在減少工作人員工作量的同時還能夠減少工作人員的工作時間。文章通過分析汽車夾具制造的現狀對夾具制造的材料、工藝以及技術進行了分析，以此促進我國汽車制造行業的發展。

參考文獻

[1]邊明軍.淺談汽車焊接夾具的結構設計研究與發展趨勢[J].軍民兩用技術與產品，2015（12）：22-22.

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1．1平板筏基的設計方法

筏基設計方法分為簡化計算方法、考慮地基和基礎共同作用的方法、地基－基礎－上部結構共同作用的方法。簡化計算方法是把地基、基礎和上部結構分割成三個部分，再獨立求解。這種方法假定基底壓力呈直線分布，只有筏板剛度相對地基剛度較大時才適用。若上部結構的剛度很大，可采用倒樓蓋法或倒梁法;而上部結構能為柔性結構，則可采用靜定分析法進行設計。倒樓蓋法適于平板筏基厚跨比≥1/6且柱荷載、柱間距的變化≤1/5的情形，可按照無梁樓蓋的方法截取柱下板帶及跨中板帶進行設計，此時地基反力均勻布置在基礎底面上。柱下板帶有效寬度范圍內(即柱寬加兩側0.5倍板厚且不超過1/4板跨范圍)的配筋量不得少于柱下板帶鋼筋量的1/2，并應能承受作用于沖切截面重心上的不平衡彎矩的作用。倒樓蓋法力學概念清楚，計算簡易，目前仍為許多設計人員習慣采用。倒梁法是指將筏板分割為獨立的條帶，并把相鄰柱列間跨中到跨中的距離作為條帶寬度，并忽略條帶間的剪力傳遞，計算出條帶下的基底凈線反力后就可以利用經驗系數進行倒梁法計算。靜定分析法也按倒梁法分割板帶，再用修正荷載的方法近似板帶間的剪力傳遞，然后就可以用靜定分析法計算任意截面的內力?？紤]地基和基礎共同作用是把筏板與地基作為一個整體來研究，上部結構僅作為荷載考慮，適用于地基比較復雜、上部結構剛度較差或柱荷載、柱間距變化較大的情形，一般按地基上的梁板方法進行分析，例如彈性地基梁板模型(艾克爾地基模型)就是一種簡單的線彈性模型。由于板厚遠小于長寬兩個方向的尺寸，可采用薄板理論進行分析，并利用有限差分法、有限單元法等進行計算。地基－基礎－上部結構共同作用的方法是將三者作為一個整體，目前多采用單向壓縮分層總和法，例如《建筑地基基礎設計規范》(GB50007－2011)也規定采用這種方法。單向壓縮分層總和法也就是分層地基模型，由于考慮了地基土的壓縮特性以及地基壓縮層深度的影響，使計算結果更符合實際情況。計算土體附加應力時可采用彈性解的明德林(Mindlin)應力公式，但是按該公式計算出的基礎沉降和內力往往偏大而可能產生較大的設計偏差，所以需要進行修正。修正系數是(是集中力作用點偏離基準點的距離，是集中力作用點偏離計算點的距離)。修正以后計算結果會更符合實際情況。目前，可采用有限單元法、有限條分法、邊界元等進行計算?，F有1算例，樓層12，層高3.6m，筏板厚1.0m，采用ANSYS12.0軟件進行地基－基礎－上部結構共同分析，圖1是算例模型平面圖。得到沉降和應力分析結果如圖2～3所示?？梢姡Ｒ幏椒?簡化計算方法)與共同作用法有明顯差異，常規方法基礎沉降差較大，是沒有考慮上部結構“邊柱增載效應”之故［3］;常規方法不考慮上部結構剛度影響，應力計算結果也比共同作用法偏大，因此采用共同作用法更加科學合理。

1．2平板筏基的型式與構造措施

平板筏基由厚板基礎組成，主要型式包括等厚筏板基礎、局部加厚筏板基礎和變厚度筏板基礎等。一般情況下，可采用等厚筏板基礎，其形狀類似倒置的無梁樓蓋;但當柱荷載較大，筏板抗沖切能力不滿足要求時，可采用局部加厚筏板或變厚度筏板型式，也可以通過調整配筋(如采用抗沖切筋)的做法來滿足設計要求。筏板厚度一般通過抗沖切、抗剪切計算來確定，多層建筑筏板厚度不宜小于200mm，高層建筑的平板厚度不應小于400mm。為了確保底板的剛度和強度，應在大跨度柱間進行加強，如設置加強板帶或暗梁等。平板筏基邊緣一般應懸臂挑出，其作用在于:一是懸挑可增大基底面積，更好地滿足地基承載力要求，但是懸挑部分以橫向設置為宜;二是調整基礎重心，通過懸挑使上部結構與基礎的合力作用點重合，可減少傾覆傾向;三是減少基底反力對筏板彎矩的影響。懸挑長度宜為邊跨柱距的25%～30%，并且挑出長度不小于板厚(1.0～1.5)倍。筏板配筋除滿足計算要求以外，還應關注以下情況:一是滿足構造配筋要求，規范要求配筋率不低于0.15%，但是筏板較厚，所以筏板在柱下和跨中部位的底部鋼筋應有35%～50%貫通全垮，而頂部鋼筋應按配筋率要求全部拉通，例如分布筋取Φ8@250(板厚≤250mm)和Φ10@200(板厚＞250mm)。二是懸挑邊角等部位應采取另設放射狀的附加鋼筋等措施。

2平板筏基的結構設計應用

2．1工程概況

某高層建筑地上23層，地下2層，總建筑面積約2.6萬m2，總高度近90m，基礎埋深約9m。上部結構為框剪結構，柱網尺寸為8.6m×6.6m?？拐鹪O防7度，基本加速度0.15g，場地Ⅱ類，地基基礎乙級。場地為河流階地，覆蓋層為第四系沉積物，由上至下依次為人工填土、粉土、細砂、中砂、粉土夾粉質黏土、中砂、粉質黏土、中砂。

2．2基礎設計

根據工程地質條件，采用平板筏基。首先，按照GB50007－2011第8.4.2規定，確定基底平面形心與結構豎向永久荷載重心偏心距。其次，按5.1.4規定，基礎埋深不小于建筑物高度的1/15，本工程滿足要求。筏基落在粉土層上，特征承載力為140kPa，不滿足基礎壓應力420kPa的要求，決定采用CFG樁處理，復合地基承載力為430kPa，滿足要求。筏板厚度取1.6m，C30混凝土，按8.4.7規定驗算筏基柱下沖切746kN/m2＜933N/m2，滿足要求。同樣按8.4.10，驗算筏基受剪承載力也滿足要求。由于地基土比較均勻，無液化軟弱土層，上部結構剛度較大，筏基內力按基底反力直線分布計算板帶彎矩及各控制截面的配筋量。

3結束語

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關鍵詞：建筑結構；結構設計；優化設計

中圖分類號： TU3 文獻標識碼： A

對于當前現代化的建筑結構設計優化來講，應當采取全新的理念和政策思想，對傳統的方式進行改進，而合理并且科學化的設計防范不僅可以使得設計的技術標準更加嚴格，同時還可以全面的降低建筑的經濟性損失，降低造價，并且為后續管理工作的增強奠定堅實的基礎。在實踐的工作當中，應當重點的分析建筑結構設計優化理論，同時加強對現實意義的研究，建立起相應的模型，進而使得優化的步驟和思想得以實現。

一、房屋建筑結構優化方法的重要性

如今，隨著城市化進程的不斷加快，城市建筑土地資源越來越緊缺，因此高層或超高層住房將成為城市住宅的發展方向，相較于傳統的建筑模式，高層建筑等新型建筑的建設具有更大的難度，這就要求相關的施工建設人員應該重視房屋結構優化問題，在減少資金投入的同時，進行細致的建筑設計方案規劃，運用新技術和新理念，建設出既安全又經濟的建筑。根據相關數據可以看出合理的房屋結構設計可以減少建設資金投入，與沒有進行設計優化的建筑相比采用優化法進行優化后的建筑能夠節省10%～20%的建設費用。不過，在實際的施工建設過程中，優化設計的實施往往不是一帆風順的，可能因為多方面的限制而難以進行。首先，很多施工單位都會因為趕工程進度，而不顧施工質量，對于房屋設計的缺陷不予及時的優化處理，而對最后的建筑質量造成影響。其次，還有一些施工建設人員自身經驗不足、專業素質不高，無法進行建筑設計優化。最后，還因為一些施工建設人員和設計人員只注重建筑的部分建設，而忽視建筑的整體設計，不能準確的制定工程預案，影響建筑整體的造價。對建筑的結構進行設計優化能夠合理的規劃建筑設計，減少工程資金投入，房屋結構各個方面整合起來，保證建筑質量，為人們提供經濟安全的住房。

二、結構設計優化技術的方法

1.建立相應的結構優化模型

結構優化設計的實質，是利用相應的數學知識，對就愛你住結構中的各種參數進行整理和分析，然后依據結構整體，構建相應的數學模型，尋求最優設計的過程實際上就是對最優解的求解過程。因此，在對房屋結構進行優化設計時，需要建立相應的優化模型。首先，對設計變量進行合理選擇，設計變量對于房屋結構設計的影響是十分巨大的，設計人員需要按照變量的重要性，對其設計的參數進行分類，將影響較小的變量作為預定參數，從而簡化計算流程。其次，要對目標函數進行確定。在這里的目標函數，就是滿足建筑實際需求的最優解。然后，明確約束條件。對于房屋結構優化設計而言，其約束條件主要包括強度約束、尺寸約束、應力約束、彈塑性約束時，可以按照現行的房屋建筑設計規范，對優化設計的約束條件進行明確。

2.確定結構設計優化方案

對于房屋建筑而言，結構設計的優化方案，主要是指結構的布局以及細部的優化。結構布局的合理性直接影響著房屋結構的造價，因此要求其結構盡量簡單，傳力直接，避免多次傳力的情況。而細部優化是一個較為廣泛的概念，包含的內容相對較多，根據其對于房屋結構的影響程度分析，最為關鍵的部分，是對構件截面的合理選擇。例如，豎向構件應該在滿足實際需求的前提下適當選擇軸壓比，軸壓比過大或過小都會影響配筋的設置。梁的截面設置同樣如此，如果截面過大，會影響建筑內部的有效空間，而截面過小，則會導致配筋相對較大，影響造價。

三、建筑結構設計中優化設計的技術方法

1.保證設計優化的可靠度

對于房屋的結構的設計優化來說，必須確保結構的可靠度，來對優化設計相關的約束條件進行相應的確定，設計優化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、構件單元約束、應力約束、結構體系約束、從可靠指標約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態下的彈性約束到最終極限狀態的彈塑性約束等約束條件。在進行結構設計的時候，確保每個約束條件都必須滿足相關要求，以實現最佳的設計。在設計過程中必須對細部的結構進行相應的設計優化，例如，在現澆的混凝土異形的板料，其拐彎處容易開裂，我們可以簡化成矩形板，然后再合理的選擇鋼筋，在滿足其結構的基本要求條件下，達到既安全又經濟的目的。

2.概念設計

對于房屋建筑而言，在相同的建設條件下，采取不同的結構布局方式，就會產生不同的設計效果。因此，在房屋結構優化設計的過程中，應該實現細部結構優化與概念設計的有機結合，這樣才能切實有效地提高結構優化設計的效果。這里的概念設計，主要是指將建筑的設計概念作為設計工作的重點，屬于一種貫穿設計整個過程的設計方法，主要是針對缺乏相應數值的細節進行處理，如地震設防烈度量化等情況，如果單純依靠相應的公式，得出的結果必然會與實際情況存在較大的差異，而采用概念設計的方法，則可以將數值作為一種參考依據，從而對結構設計中的細節進行合理把握，提升結構優化設計的質量。

3.選擇最適宜的基礎形式

根據相關統計，建筑基礎形式在房屋建筑的投資成本中占到30%左右，所以建筑基礎形式是影響工程成本的主要因素。一種合理、優化的建筑工程基礎形式，對建筑工期和建筑工序等都會有利。現在我國的房屋建筑主要是指高層或者超高層的樓宇建筑，所以對于地基的選擇也就顯得至關重要，基礎機構的造價與地質條件有著非常緊密的關系。因此一定要選擇好最優化的基礎形式。

4.材料優化設計

建筑結構在材料方面的優化就是使建筑材料最充分的利用，對材料的選擇很關鍵，選擇合適的材料既能夠滿足使用的功能，又能提高房屋建筑質量，當然還能最大化地降低成本，節省更多資源。所以要求在材料采購選擇時一定要對所需的材料性質、各項質量指標熟悉了解，購買時本著經濟實用的原則。材料也要方便施工，保證施工安全易操作。鋼筋是建筑時最重要的材料之一，在選擇時大部分的設計人員都會強化著眼于鋼筋的配置計算上，很容易忽視鋼筋的種類?，F在市場中鋼筋的種類很多，所以好的優化設計方案應該是在滿足設計承載力要求的前提下，選擇適合的鋼筋種類和數量，這樣就能很大程度上降低資金投入。

5.排水結構協調優化

在工程建設中建筑的給排水專用房里面往往會有很多機械設備，這樣會加大其負荷量，因此需要盡量把水泵安置于地下室中。值得注意的是排水房間中的管道數量較多，且大小不一、粗細不同，所以要在樓板上加固穿孔位，預留符合標準的孔洞，盡量不要設置會影響水平方向管線貫穿柱和建筑梁結構的孔洞。如果管道貫穿的是房屋的承重墻，還應該注意對墻體進行加固和維護。盡可能確保結構的布設同管網體系相協調，避免出現管道繞柱或梁的狀況。

6.結構同電氣的協調優化

如果用導線的形式將電氣的管線安裝于金屬管外部或墻體、樓板處，那么就會加大施工難度。因此，在管線貫穿建筑梁的情況下，需要在保證墻體厚度的同時在建筑梁上打孔，并要保證墻體一側平面和建筑梁齊平，不能讓管線暴露在墻體外。

綜上所述，對建筑結構進行優化設計，對工程預算能夠有效的減少，對建筑的使用功能也能更好的保證。因此要做好建筑結構的優化設計，采用新的技術，設計合理的優化方案，保證房屋建設的安全經濟。

參考文獻：

[1]秦興勇.基于工程造價控制的鋼筋砼建筑結構優化設計[D].華南理工大學,2012.

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1引言

0.45m衛星通信(簡稱衛通)天線項目系某型多用途載機首次安裝如此大尺寸、高帶寬的衛通天線,國內尚無類似產品裝備可參考,并且其使用環境條件復雜,這些都對天線結構設計提出了重大挑戰。天線結構設計過程重點考慮了各結構件在載機實際工作環境下的剛度、強度問題。其中許多關鍵部位的結構件,起著支撐天線、固定通信饋線及執行伺服驅動的作用,同時承擔和隔離載機產生的振動和沖擊,并實現天線的轉動、定位和定向。天線結構件的剛度、強度、重量、轉動慣量,直接影響到天線系統的精度和可靠性[1]。在天線結構整體設計階段,采用了ProE三維設計軟件進行結構設計,采用有限元法利用大型結構設計仿真軟件MSC.Patran/Nas-tran對天線結構進行結構力學分析和仿真,加強和優化主結構件關鍵部位。仿真和實驗結果以及實際飛行使用效果顯示,天線的結構特性均能滿足技術指標和使用要求。

2系統和整機要求

根據系統要求,天線系統在飛行過程中要實現準確地手動/自動跟蹤衛星功能,依賴于天線座結構應具有足夠的剛度、強度和傳動精度,以保證整個伺服系統的結構諧振頻率,提高伺服帶寬,增加系統的穩定性、動態響應和傳動精度。此外,根據載機實際工作環境要求,在最大限度減輕載機負擔(即減輕天線重量)的前提下,應采取合理布局的設計思路以優化結構設計,使天線在使用過程中能夠排除和降低載機工作環境對其產生的不利影響,保證其可靠性,達到指標要求[2]。

3總體結構設計與優化

根據載機實際情況,在保證性能的前提條件下,要求天線的尺寸和重量到達最小,對此進行了大量的優化工作,使得0.45m衛通天線外形安裝尺寸(直徑×高度)自最初方案提出的740mm×600mm(天線罩),重量約為50kg,優化為700mm×500mm(天線罩),重量約為40kg,如圖1所示。其總體優化過程如下:天線的反射體為降低安裝高度,放棄了傳統的拋物面天線,采用了最新研發成功的低剖面波導陣列天線;座架則仍采用典型的方位-俯仰型結構以保證跟蹤的可靠性;為了減輕重量,除關鍵傳動部件采用40Cr合金鋼外,其余結構件全部選用高強度輕質鋁合金2A12-T4;由于鋁合金螺紋連接處強度不夠,且重復拆裝性不好,參考已有航空設備安裝措施,裝入鋼絲螺套以提高螺牙強度;天線與機體安裝平臺間裝有隔振裝置以降低機體振動帶給天線的影響;天線罩為降低重量,在保證抗風強度的前提下,棄用傳統的環氧玻璃布結構,采用最新的紙蜂窩夾層結構,大大降低了安裝重量;所有電纜和波導則為保證氣密性而經密封處理后通過安裝孔進入機艙內部。按照以往的工程經驗,此類機載通信/雷達天線在類似的環境和使用要求下,一般應超過此重量與尺寸。因此,與以往工程設計的不同之處之一,即在設計之初就對各結構件進行了反復的比對和二次優化。

3.1天線結構介紹

波導陣列天線的結構尺寸為597mm×300mm×17.5mm,四周切角以減小回轉半徑;經過減重處理后的重量約8kg,電氣性能與0.45m口徑拋物面天線等效,而高度和厚度則大大低于傳統的拋物面天線。采用這種天線的優勢包括剖面低、輻射效率高、口徑分布控制精確、低副瓣、波束指向穩定、功率容量大、剛度和強度好、結構緊湊、厚度薄、相對重量輕、可靠性高等優異的電氣和結構性能等。

3.2天線座架結構設計與優化

天線座架采用典型的方位-俯仰形式,結構緊湊,受力情況合理,調整方便;設計選定承載能力強、剛度好、重量輕、結構緊湊的轉臺式結構;因而從整體幾何尺寸的優化滿足了最小安裝空間的要求。俯仰機構的轉動支撐采用了圓錐滾子軸承,可同時承受徑向力和軸向力,以最輕質最緊湊的結構滿足天線支撐的需要。關鍵件俯仰支臂用厚鋁板加工而成,其主要受力部位為軸承孔及與方位轉盤的連接面,因此必須在保持結構強度要求的前提下,對支臂的非承力部分進行減重優化設計,具體做法如下:整體按照最小幾何尺寸布置;保留軸承孔周邊最小結構尺寸;與方位轉盤、驅動、軸角裝置的連接面相應保留足夠厚度;保留一側面的相對完整,另一面完全成空腔結構;增加與軸承孔的兩道同心加強環筋,并根據此零件結構力學特性將其布置在最優強度位置。此外,根據以往工程設計經驗,俯仰支臂與方位機構的的連接根部和俯仰傳動鏈末級兩處通常是整個座架結構的最薄弱環節,因此在這兩點處預先進行了局部二次加強,加厚并盡可能圓滑支臂的連接根部,其優化過程如圖2所示。

方位機構的核心傳動部件轉盤軸承,優選了應用廣泛的帶外齒的四點接觸球軸承,使天線座架在保持緊湊的結構和較輕的重量的前提下,能同時承受較大的軸向載荷、徑向載荷、傾覆力矩和雙向推力載荷,還優化了方位總傳動比。另一重要部件滑環,采用具有超長壽命、免維護、無需、外形緊湊的空心軸多路滑環。方位運動的另一核心部件方位轉盤同樣用厚板材加工而成,負擔著天線和俯仰支撐的重量,并要具備足夠的剛度,其優化思路過程與俯仰支臂相似,也包括軸承結構保留、連接面強化、空腔化減重及同心加強環筋的布置,其優化過程如圖3所示。方位驅動和俯仰驅動均選用輕質、緊湊、高輸出扭矩的直流減速電機,末級增加間隙調整裝置,可調節傳動回程間隙。將經過優化設計的結構模型再由力學仿真進行分析驗算。

4天線結構的力學分析

由于天線的質量分布很復雜,很難用解析的方法得到其解析解,因此采用專業有限元分析軟件MSC.PATRAN/NASTRAN進行力學分析和仿真。

4.1有限元模型的建立

天線整體結構的有限元模型包括反射體、座架結構、俯仰齒輪及其連接支撐結構、方位轉動機構等。為降低軟件的計算量和復雜度,先對天線整體結構進行簡化,去掉冗余節點,再采用MSC.PATRAN軟件單獨對其組成零件劃分網格,最后將劃分好的網格進行組裝。采用了映射網格劃分方法,面上網格全部為四邊形,體則全部為六面體,這種劃分能夠更準確地描述天線座架結構的應力和位移情況[3]。模型的約束條件如下:天線座架的2個俯仰軸系各有一點的3個轉角自由度釋放,方位軸系釋放繞垂直軸轉角自由度及垂直方向位移自由度,約束其余4個自由度。模型的材料屬性如下:天線座架的各軸、軸承、齒輪定義屬性為鋼40Cr,而其他零件定義屬性為硬鋁2A12-T4。建立的天線結構有限元模型如圖4所示。

4.2模態分析

天線座架是一個復雜的彈性系統,如果其結構固有頻率與伺服帶寬靠近甚至落入伺服帶寬之內,各種伺服噪聲就會激發系統發生諧振,造成伺服系統不穩定,無法工作,甚至使結構破壞。為保證伺服系統的穩定性,并有足夠的穩定裕度,通常要求結構固有頻率高于伺服帶寬3~5倍[4]。通過計算得到天線結構模型的固有頻率,在第1、2、3、4階模態下,其值分別為28.7Hz、29.2Hz、51.4Hz、60.8Hz,而本天線伺服系統的帶寬為2.7Hz左右,可見固有頻率遠大于伺服系統的帶寬,因此,天線的伺服系統擁有足夠的穩定裕度。

4.3沖擊振動分析

依據實際環境使用要求,沖擊環境條件為:采用半正弦脈沖,峰值加速度15g,脈沖寬度11ms,3個互相垂直軸,6個軸向施加。對模型施加沖擊載荷并進行有限元分析,得到了如下分析結果:最大應力出現在z軸(圖5),可以看出最大應力處位于俯仰支臂的連接根部位置,最大應力值為109MPa,小于材料的屈服極限σ0.2=275MPa。所以,在給定的沖擊載荷條件下,結構滿足強度要求。振動條件見圖6振動譜,其中額外迭加的4處定頻振動峰值依次為1.6g、2.5g、1.7g、1.5g。對模型施加振動載荷并進行有限元分析,得到了如下分析結果:最大應力出現在y軸(圖7),同樣位于俯仰支臂的連接根部位置,其高斯分布規律的應力3σ值為178MPa,小于材料的屈服極限值σ0.2=275MPa。所以,在給定的隨機振動條件下,結構滿足強度要求。

4.4實驗結果驗證

按照要求對完成的設備進行沖擊振動實驗,從結果來看:主結構件經優化過的關鍵部位未出現以往相似工程中出現的剛度、強度不足的問題;改用輕質材料或采取減重措施的零部件受力情況與分析結果基本一致,均能滿足設計要求;天線整體頻響特性較好,在功能實驗全程中運行正常,能夠滿足跟蹤要求。

5結論

篇6

【關鍵詞】混凝土框架；結構梁柱；節點抗震；設計研究

近幾年，我國地震十分頻繁，導致許多建筑屋倒塌、毀壞，影響人們的人生安全及財產。據地震局的大量預測，我國大陸地區已進入第五個地震活躍期，地震的破壞性極強，活躍性強，預測無法十分準確，所以，在應在設防水平定上下功夫，設防水平若定的太低，就可能在自然災害作用下由于結構破壞帶來巨大的生命和經濟財產損失，因而確定恰當的設防水平是個重要的問題。另外，我們對建筑物的抗震設計需要加以重視。在建筑物施工時，整個框架結構節點直接影響了整個結構體系，是混凝土框架結構節點核心區域，是主體結構的重要組成部分。因此節點要求具有足夠的強度，以抵抗相鄰構件承受的各種荷載，保證整個結構體系堅固和安全可靠?？蚣芙Y構的震害大多發生在柱和梁柱節點核芯區，節點破壞主要是剪切破壞和鋼筋錨固破壞，嚴重時會引起整個框架的倒毀。

1 鋼筋混凝土框架結構的抗震設計原則

1.1 遵從強減弱彎的原則

在鋼筋混凝土結構構件抗震設計時，要遵循強減弱彎的原則，同時保證結構構件的良好延性，因為延性的好壞直接影響到彈性變形后是否持續保持變形的能力，結構構件若具有好的延性則能大量吸收地震作用的能量，大大減小結構的地震作用，如何能保證結構的良好延性，必須在施工時，避免混凝土壓碎，錨固失效、剪切破壞等脆性破壞的發生。同時在構件的抗震設計中，限制受拉縱向鋼筋配筋率、增加受壓縱向鋼筋、增配箍筋、加大鋼筋錨固長度，對受壓構件應控制其軸壓比 (N/fcA)不過大。

2 鋼筋混凝土框架梁柱節點的抗震設計

根據梁柱節點特殊的受力特點及較弱的抗震性能，歷次地震以來，都造成了相當大額破壞，在對梁柱節點進行設計時，要特別注意，避免類似的問題發生。

2.1 鋼筋混凝土框架節點的設計準則

鋼筋混凝土框架節點設計是十分重要的，框架節點作為框架梁柱構件的公共部分，起到一定的連接作用，若節點失效，將直接導致與之相連的梁柱直接失效，而節點一旦破壞，那么修復起來的難度非常大，故此，在節點設計時要遵循“強節點弱構件”的基本概念，按照以下準則進行設計：

2.1.1 節點的承載力不應低于其連接構件的承載力；

2.1.2 多遇地震時，節點應在彈性范圍內工作；

2.1.3 罕遇地震時，節點承載力的降低不得危及豎向荷裁的傳遞；

2.1.4 梁柱縱筋在節點區應有可靠的錨固；

2.1.5 節點配筋不應使施工過分困難。

2.2 鋼筋混凝土框架梁柱節點設計

目前，各地震多發國家都在各自的規范和建議中提出了抗震粱柱節點的設計準則和設計方法。通過對比分析，我們可以看出各個國家的規范在節點的沒計上不盡相同。如新西蘭的設計控制條件是節點的最小構造配箍率，確定節點計算配箍量的“抗剪計算公式”以及作用剪力的上限。而美國、日本采用的是對最大作用剪力和對最小配箍率的兩個設計控制條件。我國現行規范從三個方面來進行設計控制，即節點核心區截面驗算、受剪承載力計算和構造措施。不難看出，我國和新西蘭的控制條件是一樣的?；谀壳皸l件所限，很難說某個國家的好與壞。我國主要是參考國外經驗及研究成果外，并結合我國首批抗震框架節點試驗結果，制定的比較合理的控制條件，較為適合我國的特點。因此我們應該在設計中嚴把以下三個控制條件：

2.2.1 對作用剪力的上限的控制。即我國《混凝上結構設計規范》(GB 50010--2002)第11.6.3條規定，框架粱柱節點核心區的水平截面應符合下列條件：

式中，hj為框架節點核心區的截面高度，可取驗算方向的柱截面高度；bj為框架節點核心區的截面有效驗算寬度： 為正交粱對節點的約束影響系數，當樓板為現澆，梁柱中線重合，四側各梁截面寬度不小于該側柱截面寬度的1/2，且正交方向梁高度不于較高框架梁高度的3/4時，可取 j=1.5，對9度設防烈度，宜取 j=1.25，當不滿足上述約束條件時，取 j=1.0。

2.2.2 確定定節點計算配箍量的“抗剪計算公式”。即我國《混凝上結構設計規范》(GB500lO一2002)第11.6.4條規定：框架梁柱節點的抗震受剪承載力，應符合下列條件：

式中，N為對應于考慮地震作用組合剪力設計值的節點上柱底部的軸向力設計值(當N為壓力時，取軸向壓力設計值的最小值，且當N>0.05fcbchc時，取N=0.05fcbchc;當N為拉力時，取N=0)；Asvj為核心區有效驗算寬度范圍內同一截面驗算方向箍筋各肢的全部截面面積；hbo為梁截面有效高度，節點兩側粱截面高度不等時，取平均值。

2.2.3 對最小構造配箍率的控制。即《建筑抗震設計規范》(GB 50011―2001)第6．3．14條規定：框架節點核心區箍筋的晟小間距和最小自徑宜按本章表6.3.8采用，一級、二級、三級框架節點核心區配箍特征值分別不宜小于0.12，0.10，0.08，且體積配箍率分別不宣小于O.6％，O.5％和0.4％。柱剪跨比不大于2的框架節點核心區配箍特征值不宜小于核心區上、下柱端的較大配箍特征值。

3 結論

目前，節點區變形能力不足或耗能能力差，是導致框架結構震毀的主要原因。結構計算理論多假定節點區破壞集中在構件端部，通過實際的震害及實驗未得到充足的驗證。所以，加深分析框架節點在動力作用下的損傷發展路徑及其主要影響因素的作用機理。就目前而言，國內外對于節點的研究大都集中在節點核心區抗剪能力和節點區的配箍設計上，對影響節點抗震性能的許多因素，如剪跨比、節點區加載模式、梁柱承載能力比值等的影響機制尚不明確。在機構體系設計中提倡將框架結構設計為“梁鉸”耗能機構或混合耗能機構。在地震等隨機荷載作用下，只有明確了加載模式和構件承載力對節點區抗震性能的影響，才有可能實現對結構體系耗能機制的設計。為了在設計中真正地實現“強梁弱柱”“強節點，弱構件”等設計原則，必須更好地控制塑性鉸的出現位置、成鉸機制、節點區塑性發展方向、確保塑性鉸的長度，提高塑性鉸耗能能力。目前的節點設計理論尚無法實現這些設計目標。因此，通過節點實驗和理論研究發展新的基于延性的節點設計計算理論是提高框架體系抗震能力的切實途徑。

參考文獻

[1]金偉良，邸小壇，徐有鄰.《混凝土結構設計規范》修訂簡介(三)：混凝土結構的耐久性設計[J].建筑結構.2011,4(12):2011- 2013.

[2]石偉明，常濤，范棟，宋園園 結構改造中新增梁柱節點抗震性能的有限元分析江蘇建筑2011,4(12):221-223.

篇7

關鍵詞：建筑結構設計；抗火研究；抗火材料；耐火能力

Abstract: architectural structure design is developing a theory premise and guarantee, and the construction of the fire resistance is a key link of building construction. Fire can produce tremendous destructive, only in the building and strengthening the consciousness, to actively explore related materials and fire resistant method update and research, strengthen construction of fire resistance, can effectively reduce the dangers of this kind of fire.

Keywords: building structure design; Fire resistance research; Fire resistant material; Fire-proof ability

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2013）04-0000-00

建設的結構設計中必須不斷融入最新的科技理念以及成果才能不斷去完善其自身的設計，才能滿足現代化的施工要求以及建筑安全。在21世紀的經濟快速發展過程中，我國逐步走向了城市化的發展道路，這使得對于土地的需求越來越大，而且越來越成為稀缺資源。城市建筑不斷密集，要求其具備更好的承載力以及抗震、防火能力。在建筑結構設計中，對于抗火能力的要求越來越高，在建筑結構設計中不僅要考慮到進行一些抗火材料的運用，也要考慮到結構的功能性以及力學方面的原理，從而保證建筑本身的抗火能力，保障人們的生命財產安全，減少不必要的損失。

一、抗火能力對于建筑設計的重要性

火災是一種危害性極其大，需要得到高度重視的一種災害。隨著我國經濟文化社會的不斷進步，建設和諧社會是一種現實的目標和要求。在各級部門的高度重視下，消防的各項事業得到了不斷進步。隨著我國的工業化進程，人為的失誤以及撲救的不及時，造成了極大的危害?；馂男蝿菰谖覈涌旖洕l展的步伐中也逐漸變得嚴峻起來，由于火災造成的經濟損失越來越多，使得火災需要得到越來越多的重視。在推動我國社會經濟全面可持續的發展中，必須要深刻認識到抗火能力的重要性，更大限度地去保護人民的人身財產安全。

在當代，我國的建筑正在逐步走向高層、密集的發展態勢，建筑結構的抗火問題也越來越具有一種緊迫感，這種對于抗火的需求就是對建筑結構設計本身安全性的要求。這使得在相關的建設結構設計中需要不斷去采用相關的防火材料，根據最新的研究成果，不斷引入最新的抗火原理，在相關結構的設計上能夠不斷地加入進力學等方面的原理，使得建筑的抗火能力不斷增強。這種對于建筑抗火能力的要求是由建筑本身的高密度以及空間狹窄等特征造成的，一旦發生火災，如果沒有良好的、完備的防火系統，將造成非常嚴重的后果。建筑是人們生產、生活中的重要空間，是承載人們人身財產安全的地方，建筑的防火也是保證我國和諧有效發展的基本前提，建筑設計中的抗火能力是國際建筑設計中的一項重要要求。

二、建筑抗火設計的國內外發展差距

我國正處于以經濟發展為重要目標的社會主義初級階段，在許多的社會發展方面還落后與國際先進水平，在建筑的抗火設計上也是如此。從對比分析國內外的相關抗火設計差距，能夠清楚地了解到我國建筑結構設計中對于抗火能力研究的程度，從而不斷促進我國的建筑發展。

國外建筑抗火設計的悠久歷史

國際上對于抗火的演技起源于上個世紀五十年代，并且在1970年開始對鋼結構進行抗火能力的研究。并且通過一系列的抗火實驗，得到更加具體的、可靠的抗火原理以及設計指導。由于起步較早，國外對于建筑的抗火設計已經具備了較為規范的體系以及專門的研究部門。在具體的施工實踐中也在不斷引入對于相關材料和技術的引入。在一些先進國家已經有了較為完善的法律系統對相關的建筑設計進行規范和指引，并且不斷發展處了高效的抗火材料以及在設計中不斷實際運用到實際的建筑設計以及施工中，提高建筑的抗火能力。

我國建筑抗火設計的后起發展

我國建筑設計中對于抗火的研究起步較晚，幾乎是在上個世紀90年代在統計大學才開始對有關的抗火材料的研究，通過對鋼材料的系統的研究，不斷發現理論以及實踐中的抗火能力的提高。并且在研究過程中，不斷總結相關的經驗，也吸取到國外的優秀理論成果，結合我國的國情，不斷推進我國建筑設計中抗火的研究。

三、建設結構中的抗火設計的涵蓋內容

建筑結構設計中涉及到了建設結構設計的許多方面，是從設計原理、材料運用、力學基礎等各個方面的內容。

高溫建筑材料的研究

耐高溫的建筑材料能夠在火災發生時起到很好的防火效果，減少火災的蔓延。對于相關材料的研究，包括了其傳導功能、比熱容、密度以及各個方面的系數的研究?；炷潦墙ㄖ械闹饕\用材料，而影響混凝土的熱傳遞的原因是涉及到水分含量、水配比例等多個方面的。在一些實驗中，隨著溫度等的升高，混凝土的傳導能力會減小，而且還會受到其尺寸大小等外界條件的影響。通過對一些材料的研究，找到材料耐火的原理，也找到一些最新的耐火的新物質，將其運用到建筑的設計中，增強建筑結構的耐火能力。

建筑結構中的抗火設計步驟方法

在對結構設計的合理計算下，可以進行一些有效的空間設計來達到較好的抗火能力。在國際的普遍研究下，結構的抗火設計需要達到以下幾個要求：結構耐火設計的規定耐性時間內，結構的自身的承載力小于組合效應；耐火時間大于等于結構耐火極限；當結構的內部溫度是均勻的時候，臨界溫度應該大于等于最高溫度。只有在三者條件都滿足的情況下，結構的抗火設計才可以滿足。而在目前國內的耐火試驗中，主要有三個方法：

1 參照建筑物的具體情況，以及空間內部的火災危險程度等，來設定專門的耐火等級；

2 在確定的耐火等級的依據下，來規定相關構建耐火的極限；

3 在具體的建構中，采用相關的耐火實驗來校準其耐火極限，直到在規定范圍內。

針對相關的抗火設計方法和步驟，應該合理地采用到相關的技術手段和原理來達到對建筑抗火能力的達到。應該不斷地加深對材料的性能、熱傳遞和溫度場的分布、火災的結構可靠度分析以及火宅之后的鑒定和修繕。

總結：

火災是嚴重危害到建筑安全性的一項突發危險，會對人民的人身財產安全造成很大的傷害，因而建筑結構設計的抗火研究尤為重要。我們應該充分地了解到我國跟世界先進水平之間的發展差距，在對抗火材料以及相關技術的研究上還有待提升，應該不斷借鑒優秀的理論成果，在具體的建筑結構的抗火設計中采用到相應的抗火材料，并且按照相關的步驟和方法進行相關的結構設計，這樣才能保證我國的建筑結構的抗火研究的較好發展，并且保證我國建筑抗火能力的提升。

篇8

關鍵詞：房屋建筑；結構設計；優化方式；具體運用；研究分析

1引言

在社會不斷進步以及經濟發展基礎上，房屋建筑數量越來越多，城市化腳步的加快，更是進一步對房屋建筑提出要求。人們的生活觀念不斷升華基礎上，房屋建筑越來越重視對建筑結構設計的提高，同時為了更好的幫助房屋建筑結構適應社會以及市場的發展需要，在房屋建筑結構優化設計方面開始深入研究，不斷提高建筑結構優化設計水平，更好的幫助其建立適合市場發展以及需求的房屋建筑。

2房屋建筑結構設計優化方法淺析

房屋建筑結構設計是房屋建筑中非常重要的步驟，對于房屋建筑結構設計來講，需要不斷從實際建筑上進行經驗總結以及根據房屋建筑基本理論為參照，積極探索研究，不斷對房屋建筑結構進行優化，積極分析房屋建筑結構中的建筑理論，同時深入對房屋建筑的認知，能夠從基礎上實現對房屋建筑質量的提升。在進行房屋建筑結構優化設計期間，是保證房屋能夠得到更好的優化，設計更加完善，質量能夠不斷提升【1】。在進行房屋建筑期間，需要不斷提高對房屋建筑結構優化的重視，積極控制房屋建筑結構設計期間的重要環節，在進行房屋建筑設計期間，盡量縮短房屋建筑中質量中心以及房屋建筑中的剛度變化，這樣能夠保證房屋建筑結構的質量，能夠實現房屋建筑的對稱以及規則。保證以上要求也是滿足房屋建筑基本要求的重要基礎，只有房屋建筑中的各種結構設計合理，才能實現對房屋建筑質量的優化。在此基礎上，房屋建筑結構的設計要求還包含對房屋建筑質量以及承載力等方面的優化，特別是在房屋建筑期間，不斷優化房屋建筑的設計結構，能夠很好的扭轉房屋建筑的承載力，增強房屋的實用性。在結構設計期間，一定要保證建筑相應的功能發揮，重視對建筑功能的設計，并且還需要保證建筑自身能夠上下協調，豎向以及橫向都能夠相對應。房屋建筑結構設計期間，減少結構設計中的難度設計，積極實現建筑結構設計的經濟型，盡量防止應用轉換層結構的設計方式，這樣會提升結構設計中的成本費用。房屋建筑設計中的豎向設計，一定要保證其剛度設計要求，這樣能夠保證房屋建筑結構設計符合建筑設計的需要，不會突然出現建筑問題，同時還能夠提高房屋自身的承受力。

3房屋建筑結構設計優化的重要意義

房屋建筑結構設計對房屋建筑具有重要意義，不僅是保證房屋建筑順利實施的重要基礎，同時也是提高房屋建筑質量的重要保障。對房屋建筑結構設計需要隨著城市化建設要求的提升進行優化，不斷提升房屋建筑中的美觀設計，同時還可以幫助房屋建筑展開更加合理的工程造價。在房屋建筑過程中，建筑部門或是建筑企業一直在積極探索能夠保證工程建筑質量基礎上，盡量減少或是降低建筑成本，同時這也是工程造價的重要目標【2】。為了更好的實現這方面的要求，就需要對房屋建筑的基本結構詳細了解，能夠掌握科學的房屋建筑設計原理，在不斷調整房屋建筑成本基礎上，能夠更好的保證房屋建筑的安全性以及可靠性。房屋建筑結構設計的傳統設計方式存在一定的缺陷，在不斷發展改善基礎上，積極探索新的房屋建筑結構設計方式，更加科學合理的對房屋建筑進行設計，能夠很好的保證房屋建筑中工程造價的合理性調整，并且對房屋建筑中的每個單元以及功能區實現合理分配，不斷提升房屋建筑的科學性以及實用性。

4房屋建筑結構設計中的優化方式分析

對于房屋建筑結構設計來講，需要不斷對房屋建筑結構設計進行優化，針對當前的房屋建筑結構設計發展需求不斷完善，作者根據相關分析探索總結出以下幾點，希望能夠更好的促進我國房屋建筑結構設計的發展。4.1房屋建筑設計中的前期設計環節。在房屋建筑施工之前，需要進行前期準備環節，不斷提升在前期準備環節中的房屋建筑設計，提高房屋建筑設計優化，增強對房屋建筑設計結構的控制，同時提高工程造價的調整。制定科學合理的房屋建筑結構設計方案，對房屋建筑設計制定科學合理的設計規劃，并且保證規劃能夠順利實施，全面凸顯出建筑結構中的優化設計中心，對結構設計中經常出現問題的地方展開詳細設計，降低房屋建筑設計中存在的風險以及安全隱患。幫助房屋建筑結構設計實現真正的經濟化、社會化，房屋建筑結構設計能夠更加高效。4.2房屋建筑結構設計中的細部結構設計。房屋建筑結構設計不僅包含一些大范圍的結構設計，同時還包含很多細化的結構設計，房屋建筑結構設計中的任何細節都會影響到房屋建筑質量，所以在進行房屋建筑結構設計期間，需要重視對很多細部結構的設計。房屋建筑結構設計中，特別是細部結構設計需要保證房屋建筑質量以及房屋自身的穩定性。本身在房屋建筑結構設計期間，就沒有實體性的物體進行參考，結構設計數據等都需要自己計算，所以經常會產生一些結構設計誤差的存在，這樣會嚴重影響到房屋結構建筑的質量【3】。需要不斷提高對房屋建筑細部結構設計的控制，能夠保證細部結構設計得到更理想的改進，達到更加理想的效果。同時對房屋建筑中經常出現的錯位、分裂等質量問題提高注意，這樣才能從根本上實現對房屋建筑安全性以及經濟型的提升。

5結束語

總上所述，對于我國的房屋建筑結構設計來講，需要不斷加強對建筑結構設計的優化，積極從全方面的房屋建筑結構設計中提高設計手段，增強對房屋建筑結構設計中的細部結構設計優化，保證房屋建筑結構設計能夠達到更加理想的效果，不斷提高房屋建筑的質量。

作者:馬莉 單位:湖北省襄陽市第二建筑設計院

參考文獻：

篇9

Abstract: Some typical problems caused by the bad transition between form design andstructure design in the course of new product development are analyzed and discussed combining with practical product design projects. The effective methods are proposed to solve the mentioned problems in terms of design course, designers' knowledge structure, design tools and etc.. At last, the validity and rationality of the methods are verified through a practical case of product development.

關鍵詞: 造型設計;結構設計;銜接

Key words: form design;structure design;transition

中圖分類號:T-0文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)23-0135-02

0引言

隨著市場經濟的迅速發展,工業設計已成為新產品設計與開發項目中不可或缺的重要環節之一。新產品的設計與開發,往往需要包括技術研發、工業設計、市場營銷等多個部門的密切合作和通力配合,才能為企業推出功能卓越、外觀優雅的優良產品。但在實際項目的操作中,由于部門人員之間知識結構差異、項目管理失誤等等因素的影響,常常會出現部門工作銜接不良,開發工作反復的情況,結果將直接影響新產品開發的進程與產品的品質[1-3]。其中,工業設計和工程結構設計銜接不暢的問題是較為突出的。近年來,我們參與了多項金融機具類產品的開發工作,在項目中遇到了諸多設計銜接問題,也積累了一定經驗。

1金融機具類設計項目常出現的問題

1.1 因產品結構布局的不合理導致造型設計工作將錯就錯部分金融機具類產品由于技術創新度較高,此類產品開發初期,并沒有現成案例可直接借用,這其實對工程設計人員提出了較高的要求。在實際操作中,多數工程設計人員由于自身知識結構的限制,設計產品的觀念與目標主要從滿足產品的技術功能與適合制造方面出發,樣機一旦試制成功,決策層即召集工業設計人員對其樣機進行外殼設計,或者說在功能樣機的外面“穿件漂亮衣服”。該設計流程乍一看并無太大問題,可仔細分析后,其實存在較多的隱患。首先,前期結構布局可能滿足產品基本技術功能與可制造性方面的要求,屬于機器為本的設計,可是在是否滿足人的操作需求方面仍有值得商榷的地方。其次,功能樣機試制成功后,往往傾注了工程設計人員大量的心血,企業為此也付出大量時間和資金,工業設計人員在此時提出一些結構布局上的改動意見,難以得到應有的重視,結果只好在樣機的基礎上做外觀設計,硬著頭皮把項目往前推進。后期產品投放市場,用戶提出種種操作的問題之后,企業才不得不修正原有的產品結構布局,對產品進行較大的改動,顯然,為此付出的代價是沉重的。

1.2 造型設計不符合工程設計要求導致造型反復修改金融機具產品處理現金(包括紙鈔和硬幣)的過程多為動態模式,因此該類產品的內部元器件以機械運動機構為主,電路板等電子元器件為輔。工程設計人員在對產品內部結構設計時,要充分考慮到最小化原則,在保證產品技術功能的前提下,在最小的空間內將一些機構、電子元器件合理布局。在這一過程中,工程設計人員為了實現最小化,對元器件進行了多項排列組合的嘗試,付出了艱辛的勞動。因此,如果工業設計師對于功能樣機的現有尺寸不加縝密考慮,任意的進行造型尺寸放大,即使造型設計方案非常出彩,也會被企業決策層要求與現有功能樣機尺寸配合,一旦出現尺寸干涉,造型方案則不得不屈服于工程設計進行被動調整。結果不僅延誤了產品開發進程,而且前期完美的設計創意也會因反復的調整遭到破壞,降低了產品造型質量。另外,金融機具類產品外型尺寸變化很大,從小型驗鈔機到大型清分機,對應到今后生產面臨的材料與成型工藝問題,設計師應充分予以考量,否則造型設計方案如果無法實現,或者實現的代價過高(制造成本過高),就得不償失了。

1.3 造型設計與結構設計的數據無法交流產品開發工作絕不是單打獨斗的事情,整個開發過程中需要各部門、各專業人員密切配合有效合作。其中,設計數據交流順暢與否成為首當其沖的問題。實際項目操作中,工業設計人員多使用面向造型設計的軟件工具,如三維軟件:Rino,3Dmax二維軟件:Photoshop、CorelDRAW、Illustrator等。這些軟件的優勢是充分考慮到造型設計的思維模式,有利于造型設計人員迅速將造型創意表達出來,但缺點是其模型或圖紙缺少三維數據,即使可以通過一些中間格式(如iges)導入到工程軟件中,一些簡單的造型特征如直線、圓弧可以直接提取,但對于變化豐富的曲面造型特征,工程結構人員不得不重新建模,這一過程能否原本的表達出造型人員的創意就很值得懷疑了。

1.4 工業設計人員在產品開發后期無法或疏于介入導致產品造型品質下降工業設計師的工作不應該僅僅是出一張二維或三維產品效果圖。實際項目操作中,效果圖在得到客戶認可后,工業設計師退出產品開發工作的情況經常發生。事實上,即使整體外觀方案定案之后,后期仍有許多工作需要工業設計師的參與跟單。

2針對上述問題采取的對策

導致造型設計與結構設計銜接不暢的原因來自多方面。有設計人員本身知識范圍的限制問題、有設計經驗和技能的問題、設計工具的問題、設計溝通以及設計管理的問題等等。因此我們主要從這些方面提出應對策略:

2.1 對企業的材料供應、自身或外協制造能力進行一次周密的調研在造型設計正式開始之前,設計人員結合調研情況認真地、全面地考慮下游設計,不僅有利于明確現有的設計材料、設計條件、設計限制,更有利于造型設計與結構設計的銜接。

2.2 擴展造型設計人員工程領域的知識工業設計的設計流程環節很多,與歐美的設計界精細的設計分工不同,我國制造型企業對于設計人員的要求比較全面。這就要求造型設計師除了具有本專業的知識外,對相近的工程領域的知識也要有所了解或深入的學習,這可以避免一些由于設計人員知識欠缺帶來的設計沖突,甚至導致整個設計項目的失敗與擱置[4]。

2.3 主動運用工程技術元素去創造產品形態工程技術特別是制造技術上一些特殊要求并非都是造型設計的羈絆。當造型設計師掌握這些技術要點之后,完全可以主動運用在造型設計之中,既能美化產品外觀造型,又能滿足了工程技術的要求,在解決了造型與結構銜接問題的同時,帶動了外觀造型的創新。

2.4 運用面向制造的輔助設計軟件進行造型設計工業設計人員應加強工程軟件如Pro/E、SolidWorks、UG等的學習和運用。設計實踐證明,工業設計項目大部分時間都消耗在設計修改階段。而造型設計不滿足結構設計的要求是導致造型方案反復修改的主要原因。如果造型設計人員在概念方案階段運用了工程軟件建模,這將有利于實現數據對接,便于后續與制造工程師溝通,提高設計方案修改效率。甚至還可及早發現設計中的問題,避免后期因可制造性問題帶來的項目損失。

2.5 材料及表面工藝的合理運用推動造型設計材料與表面處理工藝的選取是工程技術人員與工業設計人員共同關注的問題。不同之處是,工程技術人員主要考慮的是材料的性能,如力學性能、化學性能等;而大多數工業設計人員只對材料的性能有初步的了解,主要考慮的是材料的質感,如何去表現產品的美感。造型設計師本身除了對既有的材料與技術要有相當的認識外,對于最新的生產技術及材料加工方面的新知也必須了如指掌,以便運用于新產品的開發設計。若是設計師不能合理的運用新材料和表面工藝,則將喪失許多改善產品甚至創新產品的機會。

2.6 通過有效的設計管理協調銜接工作從管理的層面上來看,造型設計與結構設計銜接不暢可以通過有效的設計管理來解決。比如說,企業管理層首先要明確開發產品是屬于成本主導還是設計主導的類型。對于成本主導的產品,造型設計應絕對服從制造成本上的限制,而設計主導型的產品造型設計的自由度相對寬松,結構設計應積極配合造型設計促成概念方案的實現。除此之外,設計管理人員還負責處理設計與其它管理體系的關系,使各專業設計人員能夠相互協調,將開發出優良產品作為各部門共同的工作目標。

3實例驗證

筆者參與了一款新型紙鈔計數與鑒別儀的開發設計項目,我們將上述解決造型設計與結構設計銜接問題的對策在該項目中進行了運用。通過與客戶溝通,我們了解到該產品對于制造成本控制嚴格,結構限制很大,今后產量較大。在項目進行之前我們通過對客戶制造能力調研,與客戶共同商定使用ABS與PC工程塑料注塑成型的主要制造工藝?？蛻籼峁┝嗽敿毥Y構圖(solidwork格式)(圖1),為了便于后期與結構設計的銜接,我們也采用了該平臺進行造型設計(圖2)。最終設計結果(圖3)。

整個產品開發項目周期從工業設計介入開始計算,僅用了一個月時間。因造型設計不符合結構設計的設計修改只有少數的幾個細節結構。應對造型設計與結構設計銜接不暢的設計策略得到了較好驗證。

參考文獻:

[1]李宗斌,陳富民.產品開發的可制造性設計方法[J].制造業設計技術,2000,(2):17-19.

[2]陳士昀.工業設計師所具備之塑料材料加工專業知識范圍之研究[D].中國臺灣銘傳大學,2003.

篇10

【關鍵詞】建筑設計；表達需求；結構設計的安全

【中圖分類號】BJ84【文獻標識碼】A【文章編號】1002-8544（2015）09-0019-01

1建筑的需求表達與設計結構安全的關系探析

建筑需求表達和建筑設計結構安全間，既存在一定的矛盾性，同時也存在和諧統一性。事實上，對建筑設計來說，設計結構安全與設計需求表達間的矛盾對立了關系始終貫穿于建筑設計進程中。在建筑設計過程中，結構安全問題是任何一名設計師在進行建筑設計過程中要面臨的問題。在進行建筑設計過程中，建筑設計師既要充分在設計過程中將住戶的需求進行合理表達，同時也要兼顧到房屋設計的結構安全。因此在二者間矛盾關系處理方面就必然要進行仔細衡量，以確保在設計過程中能夠實現二者間的和諧統一。所以建筑設計師在進行建筑設計過程中，其一切設計需求表達效果的實現都應該基于充分遵循設計結構安全的基礎上進行。安全性也是一切設計得以有效呈現的基礎。

2建筑結構設計安全與需求表達間的統一

隨著人們對建筑設計個性需求的日益凸顯，在進行建筑設計過程中，將設計需求的表達與建筑設計結構安全間進行結合，并促進二者的和諧統一是建筑設計師的最終目標。所以，在進行建筑設計過程中，建筑設計師在盡量確保設計需求滿足的前提下，可最大限度的按照表達需求進行建筑風格的打造，以促使人們在空間居住過程中享受愉悅、舒適的居住體驗。建筑師在設計建筑的時候，除了是想要表達其功能的需求，還想要表現出其建筑情感，換句話說是像通過建筑來表達自己的情感。這種需求主要可能來自三個方面，一是來自公眾的，二是來自領導或政府的，三是來自建筑師自己的對建筑美學理解的。建筑師在表達建筑情感時，可以利用建筑材料的材質、裝飾材料的色彩等等特殊建筑元素來表達。除此之外，建筑師更注重借助結構設計師對結構的設計能力來表達需求。例如我國的“鳥巢”體育場和“水立方”游泳中心這類標注行的建筑，建筑師在建造它們時，不光為了突出它們的承載著舉辦奧運會的功能作用，還希望能夠通過“另類”的建筑形象來表達全國人民的奧運夢想成真的情感需求。

3建筑結構形式的價值爭議問題

為了達到建筑師的各種需求，設計師要不斷在傳統的結構基礎上，探索新的、非傳統的結構形式來跟隨時代的潮流，結構設計師的任務就是要在保證結構安全和滿足建筑美學需求之間尋找平衡點。然而這種創新和尋找的過程是無比艱難的，在傳統結構形式上要求美觀的建筑設計，會不斷的引來社會各界一波又一波的對其安全性和價值性的爭議。站在結構設計師的角度上，來看待建筑設計的形象和情感需求與結構實現成本之間的“爭議”，是沒法得出準確的結果的。建筑師所能做的就是保證建筑功能和美學需求與結構實現方式上找出一種成本最低、價值較高的解決方案。例如，在設計我國“水立方”游泳中心的建筑時，由于外表層的ETFE雙層充氣膜的造價較高，所以，在相對深挖和抬升建筑總高度的比較選擇中建筑師就是依據綜合成本最小化的原則。

4結構設計安全與結構設計的需求不是永遠的矛盾

在實際生活角度中，對結構設計的安全性憂慮常常會束縛住結構設計師探索的腳步，雖然這種憂慮是至關重要的。自從巴黎機場結構倒塌事故發后，世界各地傳來了對安德魯建筑設計的懷疑之聲。對于結構設計師來說，尤其是從事國家重要建筑結構設計的工程師們，將會帶來更加嚴格的要求和無比的謹慎與小心。因此，對結構設計安全的關切是必要的，而且結構設計的需求不但符合當今建筑設計發展的要求，同時也是結構設計技術自身發展的要求。

5總結

本文在研究過程中主要針對建筑設計需求表達和建筑設計結構安全間的矛盾問題的處理展開了探討。設計師在進行建筑設計需求表達的過程中，首先要遵循房屋整體設計結構安全的保障進行。在確保設計結構安全性的前提下，建筑設計師可依據設計需求表達對建筑進行最大化的設計改觀。事實上，建筑設計過程中的需求表達與設計結構安全間可實現和諧統一，建筑設計師只要充分秉承對結構安全基礎的遵循，可在最大限度上實現對建筑設計需求的設計創作。

參考文獻

[1]焦東軼.淺析土木建筑工程結構的安全性與耐久性設計[J].科技創新導報，2009（27）

[2]李章政、熊峰.建筑結構設計原理[M].北京：化學工業出版社，2009（05）

[3]文忠偉.淺析高層建筑結構設計及相關規范[J].城市建設理論研究，2011（12）