结构设计研究范文
时间：2023-07-27 16:59:39
导语：如何才能写好一篇结构设计研究，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
【关键词】建筑设计；抗震结构；设计分析
引言
有关建筑工程的抗震设计已经引起了世界各地的高度认识，它对人们的生产生活有着重要的影响。在建筑设计的过程中，设计人员要重视抗震方面的问题并采取有效的措施来降低地震对建筑工程的破坏，进而保障人们的切身利益。
1.抗震设计的基本原则
为了使建筑物达到抗震的效果，在对建筑工程进行设计的过程中首先要考虑建筑物的整体结构，然后注意某一结构在地震情况下的整体反应，随后对其进行分析，通过分析计算、材料的选择和方案的规划来进一步的提高建筑工程的抗震效果。在地震发生的过程中，尽量的避免建筑物因薄弱部分而引起的一定程度的破坏。在建筑设计的国政中要遵循以下几点原则。
1.1 对建筑结构进行整体的规划
设计人员在进行建筑设计的过程中要综合规划抗侧力的结构，进而保证建筑设计的均匀、对称和规整。在进行实际设计的过程中，设计人员要将规则的图形或者是对称的图形作为构造形式并在此基础上调整调整建筑结构的整体性，进一步的实现惯性力的聚集和传递，将地震过程中的破坏力分开，以此来保证建筑物在地震过程中的安全。
1.2 保证建筑物的结构刚度
在对建筑物进行设计的过程中，要考虑地震作用力的双向性，进而保证建筑物能够从各个方向对作用力进行抵抗。设计者还要将主轴方向上的刚度控制在合理的范围。另外，结构刚度方面的设计还要能够防止建筑物的过度变形，柔性结构对外力进行分担，进而避免地震作用力下的整体结构变形，导致人员伤亡和财务损失。
1.3 抗震防线的设置
建筑工程的结构体系包括很多的结构分体，这些结构分体进行协调合作，进而降低地震对建筑物的影响。有些地震在发生之后还伴随着很多次的余震，并且余震的级别不一，所以设计人员要设计多道抗震的防线，以此来保证建筑物尽量不受余震的影响。抗震的防线要通过有效的方式安置在结构在内外部，设计人员还要尽最大努力来处理结构刚和柔的关系，进而提高建筑物抵抗地震的能力。
2.建筑抗震设计中的问题
2.1 结构体系与材料方面的缺陷
建筑物所用的材料和结构体系是人们逐渐开始重视的问题，它们的正确选择对于地震多发区有着重要的意义。目前，我国的建筑结构主要以钢筋混凝土为主，所以在变形控制的过程中要充分考虑钢筋混凝土的位移限制。但刚框架系统工作也很难改善较大的变形侧移度。这种情况不仅不利于提高抗震效果，而且也会加大钢结构的荷载力。从整个结构体系来考虑，结构转换层的设置非常的重要，对加强层和转换层强度的刚度强化，在一定程度上会造成刚度的突出，从而增加相邻柱构件间的剪力，所以我们要谨慎的选择结构模式，避免负面作用的产生。
2.2 高层建筑的不断增多
随着社会的不断发展，高层建筑在我国逐渐的增多，但是一些高层建筑的高度已经超出了国家规定的范围，我们要高度重视这种高层建筑。首先设计人员要进行实际的调查，并在实际案例的基础上进行合理的论证。其次还要多次进行模型试验。由于高层建筑的高度已经超过了国家的规定，所以在实际的地震过程中，地震作用力的破坏力就会大大的增强。随着建筑物高度的增加，很多技术指标都超出了合理的范围，所以地震对它的破坏程度会远远的增加。
2.3 短柱和轴压比在设置过程中所存在的问题
在很多高层建筑在施工的过程中，为了保证控制柱的轴压比例，促使柱的断面增大，这种情况即使采用高强度的混凝土也不能进行有效的缓解。限制柱轴压比在作用是为了使柱子在偏压状况下，避免产生屈服的状况，进而造成混凝土被压碎，导致结构的延性变差，进而影响建筑物的抗震能力。
3.提高建筑物抗震能力的策略
3.1 对整体构造进行有效的优化
设计人员在对建筑物进行设计的过程中，首先要考虑结构体系对于地震作用力的抵制效果，并且还要重视对不同的结构体系所财务的抗震措施以及不同体系对经济和安全带来的影响。设计人员要结合工程的实际情况，做好整个结构体系的优化工作。在对结构体系进行设计的过程中，要保留一定的余度，以此来保证某部分结构在遭到破坏之后，其余的架构可以对作用力进行均衡，这样就可以保证部分构件的破坏不会影响到整体的抗震性能。在对建筑进行设计的过程中，设计人员需要把震害的传递路径清晰的标注于结构图当中，以此来保证他们在设计的过程中能够全面的顾及抗震设计的要求，使各个部件都能保证应力传递过程的连续性。
3.2 对抗震位置进行合理的选择
设计人员在进行抗震的时候要选择比较有优势的抗震场所，而且不可以在震害影响较大的地区进行工程建设，借助地理条件来尽可能的减轻地震的危害。在工程中不能将地质不均匀地区和软弱地质区域设置为抗震场地。如果不可避免的在这种区域中进行抗震设计，首先要对地基进行处理设计，以此来保证地基结构达到规定的强度，在达到规定的基础上才可以展开进一步的抗震设计。另外，设计人员要根据地基场地的实际情况来财务核实的措施。
3.3 对结构荷载进行恰当的处理
为了保证建筑物有效的抵抗地震灾害，设计人员在结构设计的过程中要遵循强弱协调的设计原则，对剪、节点、柱等的位置强度进行合理的提升，并对梁、弯、拉力中心等部位的强度进行削弱。为了避免节点过早的被破坏，设计人员需要使柱端的承载力大于梁端的承载力。与此同时，设计人员要根据具体的规范要求对各个构建的荷载进行合理范围内的调整。
3.4 在建筑设计的过程中，设计人员要根据不同的建筑结构类型，选择适合建筑物的抗震构造，以此来保证整个建筑结构与抗震结构一起来抵抗地震，在最大程度上较少地震所带来的危害。利用砖混结构进行建造的建筑，它的抗震设计应该使用水平圈梁加内外连续墙的构造，其中水平圈梁能够施加一定的约束力来抵抗强大的外力。内外结构墙用来加强塑性变化和位移程度的，以此来保证工程具有很好的整体性与延展性，进而加强建筑的防震能力。
3.5 对结构的自重进行弱化
在地基条件相同的情况下，设计人员对建筑进行抗震结构的设计。如果在设计的过程中能够低结构的自重，那么便可以合理的增加建筑的层数，进一步的控制成本，这种作用在软土地基的情况下会更加的明显。另外建筑的质量会直接影响地震的效应，如果建筑物的层数过多，那么在地震的作用下，就会增加坍塌的危险。为了尽可能的缓解这一现象，可以用轻质材料来减轻控制结构本身的重量。我国现代的建筑行业对建筑的抗震性能提出了更高的要求，我们要根据预期的地震作用来控制变形能力。在进行设计的过程中，要关注构建的承载力，并通过参数关系来确定构建的最终值。
4.小结
随着经济的发展，我国建筑行业也有了很大发展，而且高层建筑也逐渐的融入我们的生活，这种情况对抗震设计工作也提出了更高的要求。抗震设计是最有效最直接的抗震措施，世界各国也在抗震结构设计方面做出了很大努力，并有取得了很好的成果，但是地震的发生存在很多的不确定性，抗震设计方面还存在一些问题需要我们去分析和改进。我们要在现有成就的基础上，结合实际生活对建筑物的要求，树立先进的理念，使用科学的研究方法，使抗震结构设计获得更快速的发展。
参考文献：
[1]刘东辉.试析建筑结构设计中抗震理念的运用[J].中国建筑金属结构，2013（2）：75.
篇2
关键词：汽车；焊接夹具；结构设计
随着我国科技的发展，汽车焊接夹具的结构设计已经有了很大的进步。但是由于我国仍处于发展中国家，科技水平相对落后，我国的汽车焊接夹具的结构设计还存在很多问题。所以汽车焊接夹具结构设计的研究具有重要的现实意义。
1 汽车焊接夹具的发展现状
随着我国汽车需求量的增加，汽车生产制造商也不断的增多，汽车制造产业也不断地进行优化，现在汽车的生产中，汽车焊接技术也得到了可持续发展，而且随着汽车生产厂家的增多，汽车焊接夹具的设计内容上也有了明显的进步，但与一些发达国家相比较，我国的科技水平相对落后，汽车焊接夹具的结构设计也存在很多问题。对于很多中小企业来说设计的应用达不到理想的效果，而一些大企业常常会选择进口汽车工艺发达国家的焊接夹具，但是这样会使汽车制造的成本增加，会使售价提高，给消费者带来一定经济压力的同时也给企业带来了销售风险。所以现在我国的汽车焊接夹具设计仍有很大的进步空间，我国汽车制造行业应该在现阶段以达到科学水平的基础上保证技术设计的合理性，提高产品的质量，从而将我国汽车制造行业推上一个新高度。
2 汽车焊接夹具的重要性
汽车焊接夹具在汽车的整个制造过程中都占有重要的地位。在车身的装配焊接过程中，需要利用装焊夹具定位加紧车身零件和车身组装件使车身制造的各个零件组装的尺寸合格。焊接夹具能够保证焊接工艺的正常进行，在汽车制造焊接工艺运用过程中焊接夹具可以起到固定的作用，保证汽车焊接工艺的质量。另外结构设计合理的汽车焊接夹具能够大幅度的减小工作人员的工作强度，节省工作时间，保证焊接质量。
3 焊接工艺的介绍
3.1 焊接夹具的材料和结构
汽车焊接材料的选择是个很严谨的工作，科学合理的选择汽车焊接材料在汽车焊接夹具的过程中具有重要作用。我们在选择汽车焊接材料时要在考虑汽车制造成本的基础上重视材料的耐用性。经过我国长时间的材料研究，现在我国大部分汽车制造企业都采用低碳钢或者镀锌钢板来生产焊接夹具，在长时间的使用中发现这种材料的焊接性能比其他的材料要好，但是这只能说明这种材料是制作焊接夹具相对较好的使用材料，这种材料也存在一定的局限性，材料较薄，在焊接过程中容易遭受损坏。所以在汽车焊接夹具的结构设计方面，必须考虑多方面的因素，设计出更加科学合理的汽车焊接夹具。
3.2 夹具的焊接方法
夹具的焊接方法也有很多，目前，我国使用最广泛的焊接方法有CO2气焊法和电阻焊。虽然这两种焊接方法使用比较广泛，但是这两种焊接方法也存在很多问题。CO2气体保护焊的方法相对于其他焊接法来说有比较明显的优势，但是CO2气体保护焊法对于夹具的要求不是很高，所以利用这种焊接法生产的焊接夹具不能达到国家规定的汽车焊接夹具的标准。与CO2气体保护焊法相比电阻焊能够提高夹具的要求，增加焊接夹具的精确性，但是由于其使用时的不便利性使得电阻焊法的使用范围小于CO2气体保护焊法。
4 夹具的工艺设计要求
夹具的设计过程中应该根据焊接夹具设计的目的尽量要求焊接夹具通用化，标准化。在这两个要求下设计出的焊接夹具能够实现焊接夹具的使用便利性以及后续维修的准确有效性，而且可以保证生产的焊接夹具使用时能够焊接出尺寸和形状正确的焊件。尤其是在汽车车身部件需要装配的情况下，能够保证夹具焊件的灵活性和正确性。另外在焊接技术的运用过程中，夹具夹紧焊件的过程应该避免出现破坏，在夹紧之后也要保证焊件不出现松动滑移的现象。而且焊接夹具时，要保证焊件的动作迅速和操作方便，人工要在便于接近的地方，在焊接过程中力度也不宜过大，以防夹具出现毁损。除此之外，在焊接夹具时还应该留出足够的装配空间，主要是为了不影响焊接的操作技术，优化焊接理念。在对不同的焊件进行焊接时都能够保持焊件位置的适当。
5 夹具结构设计的技术
在汽车制造企业焊接流水线上，真正使用焊接操作技术的只占很少的一部分，大部分的焊接工作都依赖于焊机夹具，所以焊接夹具在整个汽车制造流水线上起着重要的作用，科学合理的焊接夹具能够合理安排汽车制造的流水线，能够平衡各部分汽车零件的工作量。在生产多种汽车型号的企业中汽车焊接夹具可以帮助企业建立使用便捷的汽车生产流水线。
5.1 建立汽车夹具制造的标准化数据库
科技的快速发展也推动了汽车制造业的快速发展，虽然汽车制造企业数量的增加有利于汽车制造行业的结构优化和其汽车制造技术的进步，但是也使企业焊接夹具的各种参数难以统一。建立汽车夹具制造的标准化数据库可以方便所有的汽车焊接夹具制造商的使用，在使用者使用汽车夹具标准化数据库时可以先选取所需夹具的主要参数，然后可以根据自己的需求对所调用的夹具尺寸进行修改。而且建立汽车夹具制造的标准化数据库后配合使用辅助的计算机软件还可以纠正汽车夹具的参数错误，在参数赋值过程中，如果所设置的参数在数据库中无记录，数据库还可以提示出可供选择的参数，以此来避免汽车夹具参数设置的错误。
5.2 汽车焊接夹具的工艺设计
汽车焊接夹具的工艺设计决定了汽车零部件的质量，对产出的工艺设计、生产制造、装配调试也起到了关键作用，汽车焊接夹具的设计包括生产节拍的设计和设计任务书的制定，其中生产节拍的设计是按照固定公式计算，设计任务书的制定就需要专业的工作人员，所以也对汽车制造企业的工作人员提出了新的挑战。
6 结束语
汽车焊接夹具在汽车的制造过程中起到很重要的作用，一个结构设计科学的汽车焊接夹具能使我们合理的安排汽车生产线，在减少工作人员工作量的同时还能够减少工作人员的工作时间。文章通过分析汽车夹具制造的现状对夹具制造的材料、工艺以及技术进行了分析，以此促进我国汽车制造行业的发展。
参考文献
[1]边明军.浅谈汽车焊接夹具的结构设计研究与发展趋势[J].军民两用技术与产品，2015（12）：22-22.
篇3
1．1平板筏基的设计方法
筏基设计方法分为简化计算方法、考虑地基和基础共同作用的方法、地基－基础－上部结构共同作用的方法。简化计算方法是把地基、基础和上部结构分割成三个部分，再独立求解。这种方法假定基底压力呈直线分布，只有筏板刚度相对地基刚度较大时才适用。若上部结构的刚度很大，可采用倒楼盖法或倒梁法;而上部结构能为柔性结构，则可采用静定分析法进行设计。倒楼盖法适于平板筏基厚跨比≥1/6且柱荷载、柱间距的变化≤1/5的情形，可按照无梁楼盖的方法截取柱下板带及跨中板带进行设计，此时地基反力均匀布置在基础底面上。柱下板带有效宽度范围内(即柱宽加两侧0.5倍板厚且不超过1/4板跨范围)的配筋量不得少于柱下板带钢筋量的1/2，并应能承受作用于冲切截面重心上的不平衡弯矩的作用。倒楼盖法力学概念清楚，计算简易，目前仍为许多设计人员习惯采用。倒梁法是指将筏板分割为独立的条带，并把相邻柱列间跨中到跨中的距离作为条带宽度，并忽略条带间的剪力传递，计算出条带下的基底净线反力后就可以利用经验系数进行倒梁法计算。静定分析法也按倒梁法分割板带，再用修正荷载的方法近似板带间的剪力传递，然后就可以用静定分析法计算任意截面的内力。考虑地基和基础共同作用是把筏板与地基作为一个整体来研究，上部结构仅作为荷载考虑，适用于地基比较复杂、上部结构刚度较差或柱荷载、柱间距变化较大的情形，一般按地基上的梁板方法进行分析，例如弹性地基梁板模型(艾克尔地基模型)就是一种简单的线弹性模型。由于板厚远小于长宽两个方向的尺寸，可采用薄板理论进行分析，并利用有限差分法、有限单元法等进行计算。地基－基础－上部结构共同作用的方法是将三者作为一个整体，目前多采用单向压缩分层总和法，例如《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2011)也规定采用这种方法。单向压缩分层总和法也就是分层地基模型，由于考虑了地基土的压缩特性以及地基压缩层深度的影响，使计算结果更符合实际情况。计算土体附加应力时可采用弹性解的明德林(Mindlin)应力公式，但是按该公式计算出的基础沉降和内力往往偏大而可能产生较大的设计偏差，所以需要进行修正。修正系数是(是集中力作用点偏离基准点的距离，是集中力作用点偏离计算点的距离)。修正以后计算结果会更符合实际情况。目前，可采用有限单元法、有限条分法、边界元等进行计算。现有1算例，楼层12，层高3.6m，筏板厚1.0m，采用ANSYS12.0软件进行地基－基础－上部结构共同分析，图1是算例模型平面图。得到沉降和应力分析结果如图2～3所示。可见，常规方法(简化计算方法)与共同作用法有明显差异，常规方法基础沉降差较大，是没有考虑上部结构“边柱增载效应”之故［3］;常规方法不考虑上部结构刚度影响，应力计算结果也比共同作用法偏大，因此采用共同作用法更加科学合理。
1．2平板筏基的型式与构造措施
平板筏基由厚板基础组成，主要型式包括等厚筏板基础、局部加厚筏板基础和变厚度筏板基础等。一般情况下，可采用等厚筏板基础，其形状类似倒置的无梁楼盖;但当柱荷载较大，筏板抗冲切能力不满足要求时，可采用局部加厚筏板或变厚度筏板型式，也可以通过调整配筋(如采用抗冲切筋)的做法来满足设计要求。筏板厚度一般通过抗冲切、抗剪切计算来确定，多层建筑筏板厚度不宜小于200mm，高层建筑的平板厚度不应小于400mm。为了确保底板的刚度和强度，应在大跨度柱间进行加强，如设置加强板带或暗梁等。平板筏基边缘一般应悬臂挑出，其作用在于:一是悬挑可增大基底面积，更好地满足地基承载力要求，但是悬挑部分以横向设置为宜;二是调整基础重心，通过悬挑使上部结构与基础的合力作用点重合，可减少倾覆倾向;三是减少基底反力对筏板弯矩的影响。悬挑长度宜为边跨柱距的25%～30%，并且挑出长度不小于板厚(1.0～1.5)倍。筏板配筋除满足计算要求以外，还应关注以下情况:一是满足构造配筋要求，规范要求配筋率不低于0.15%，但是筏板较厚，所以筏板在柱下和跨中部位的底部钢筋应有35%～50%贯通全垮，而顶部钢筋应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)。二是悬挑边角等部位应采取另设放射状的附加钢筋等措施。
2平板筏基的结构设计应用
2．1工程概况
某高层建筑地上23层，地下2层，总建筑面积约2.6万m2，总高度近90m，基础埋深约9m。上部结构为框剪结构，柱网尺寸为8.6m×6.6m。抗震设防7度，基本加速度0.15g，场地Ⅱ类，地基基础乙级。场地为河流阶地，覆盖层为第四系沉积物，由上至下依次为人工填土、粉土、细砂、中砂、粉土夹粉质黏土、中砂、粉质黏土、中砂。
2．2基础设计
根据工程地质条件，采用平板筏基。首先，按照GB50007－2011第8.4.2规定，确定基底平面形心与结构竖向永久荷载重心偏心距。其次，按5.1.4规定，基础埋深不小于建筑物高度的1/15，本工程满足要求。筏基落在粉土层上，特征承载力为140kPa，不满足基础压应力420kPa的要求，决定采用CFG桩处理，复合地基承载力为430kPa，满足要求。筏板厚度取1.6m，C30混凝土，按8.4.7规定验算筏基柱下冲切746kN/m2＜933N/m2，满足要求。同样按8.4.10，验算筏基受剪承载力也满足要求。由于地基土比较均匀，无液化软弱土层，上部结构刚度较大，筏基内力按基底反力直线分布计算板带弯矩及各控制截面的配筋量。
3结束语
篇4
关键词：建筑结构；结构设计；优化设计
中图分类号： TU3 文献标识码： A
对于当前现代化的建筑结构设计优化来讲，应当采取全新的理念和政策思想，对传统的方式进行改进，而合理并且科学化的设计防范不仅可以使得设计的技术标准更加严格，同时还可以全面的降低建筑的经济性损失，降低造价，并且为后续管理工作的增强奠定坚实的基础。在实践的工作当中，应当重点的分析建筑结构设计优化理论，同时加强对现实意义的研究，建立起相应的模型，进而使得优化的步骤和思想得以实现。
一、房屋建筑结构优化方法的重要性
如今，随着城市化进程的不断加快，城市建筑土地资源越来越紧缺，因此高层或超高层住房将成为城市住宅的发展方向，相较于传统的建筑模式，高层建筑等新型建筑的建设具有更大的难度，这就要求相关的施工建设人员应该重视房屋结构优化问题，在减少资金投入的同时，进行细致的建筑设计方案规划，运用新技术和新理念，建设出既安全又经济的建筑。根据相关数据可以看出合理的房屋结构设计可以减少建设资金投入，与没有进行设计优化的建筑相比采用优化法进行优化后的建筑能够节省10%～20%的建设费用。不过，在实际的施工建设过程中，优化设计的实施往往不是一帆风顺的，可能因为多方面的限制而难以进行。首先，很多施工单位都会因为赶工程进度，而不顾施工质量，对于房屋设计的缺陷不予及时的优化处理，而对最后的建筑质量造成影响。其次，还有一些施工建设人员自身经验不足、专业素质不高，无法进行建筑设计优化。最后，还因为一些施工建设人员和设计人员只注重建筑的部分建设，而忽视建筑的整体设计，不能准确的制定工程预案，影响建筑整体的造价。对建筑的结构进行设计优化能够合理的规划建筑设计，减少工程资金投入，房屋结构各个方面整合起来，保证建筑质量，为人们提供经济安全的住房。
二、结构设计优化技术的方法
1.建立相应的结构优化模型
结构优化设计的实质，是利用相应的数学知识，对就爱你住结构中的各种参数进行整理和分析，然后依据结构整体，构建相应的数学模型，寻求最优设计的过程实际上就是对最优解的求解过程。因此，在对房屋结构进行优化设计时，需要建立相应的优化模型。首先，对设计变量进行合理选择，设计变量对于房屋结构设计的影响是十分巨大的，设计人员需要按照变量的重要性，对其设计的参数进行分类，将影响较小的变量作为预定参数，从而简化计算流程。其次，要对目标函数进行确定。在这里的目标函数，就是满足建筑实际需求的最优解。然后，明确约束条件。对于房屋结构优化设计而言，其约束条件主要包括强度约束、尺寸约束、应力约束、弹塑性约束时，可以按照现行的房屋建筑设计规范，对优化设计的约束条件进行明确。
2.确定结构设计优化方案
对于房屋建筑而言，结构设计的优化方案，主要是指结构的布局以及细部的优化。结构布局的合理性直接影响着房屋结构的造价，因此要求其结构尽量简单，传力直接，避免多次传力的情况。而细部优化是一个较为广泛的概念，包含的内容相对较多，根据其对于房屋结构的影响程度分析，最为关键的部分，是对构件截面的合理选择。例如，竖向构件应该在满足实际需求的前提下适当选择轴压比，轴压比过大或过小都会影响配筋的设置。梁的截面设置同样如此，如果截面过大，会影响建筑内部的有效空间，而截面过小，则会导致配筋相对较大，影响造价。
三、建筑结构设计中优化设计的技术方法
1.保证设计优化的可靠度
对于房屋的结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化，例如，在现浇的混凝土异形的板料，其拐弯处容易开裂，我们可以简化成矩形板，然后再合理的选择钢筋，在满足其结构的基本要求条件下，达到既安全又经济的目的。
2.概念设计
对于房屋建筑而言，在相同的建设条件下，采取不同的结构布局方式，就会产生不同的设计效果。因此，在房屋结构优化设计的过程中，应该实现细部结构优化与概念设计的有机结合，这样才能切实有效地提高结构优化设计的效果。这里的概念设计，主要是指将建筑的设计概念作为设计工作的重点，属于一种贯穿设计整个过程的设计方法，主要是针对缺乏相应数值的细节进行处理，如地震设防烈度量化等情况，如果单纯依靠相应的公式，得出的结果必然会与实际情况存在较大的差异，而采用概念设计的方法，则可以将数值作为一种参考依据，从而对结构设计中的细节进行合理把握，提升结构优化设计的质量。
3.选择最适宜的基础形式
根据相关统计，建筑基础形式在房屋建筑的投资成本中占到30%左右，所以建筑基础形式是影响工程成本的主要因素。一种合理、优化的建筑工程基础形式，对建筑工期和建筑工序等都会有利。现在我国的房屋建筑主要是指高层或者超高层的楼宇建筑，所以对于地基的选择也就显得至关重要，基础机构的造价与地质条件有着非常紧密的关系。因此一定要选择好最优化的基础形式。
4.材料优化设计
建筑结构在材料方面的优化就是使建筑材料最充分的利用，对材料的选择很关键，选择合适的材料既能够满足使用的功能，又能提高房屋建筑质量，当然还能最大化地降低成本，节省更多资源。所以要求在材料采购选择时一定要对所需的材料性质、各项质量指标熟悉了解，购买时本着经济实用的原则。材料也要方便施工，保证施工安全易操作。钢筋是建筑时最重要的材料之一，在选择时大部分的设计人员都会强化着眼于钢筋的配置计算上，很容易忽视钢筋的种类。现在市场中钢筋的种类很多，所以好的优化设计方案应该是在满足设计承载力要求的前提下，选择适合的钢筋种类和数量，这样就能很大程度上降低资金投入。
5.排水结构协调优化
在工程建设中建筑的给排水专用房里面往往会有很多机械设备，这样会加大其负荷量，因此需要尽量把水泵安置于地下室中。值得注意的是排水房间中的管道数量较多，且大小不一、粗细不同，所以要在楼板上加固穿孔位，预留符合标准的孔洞，尽量不要设置会影响水平方向管线贯穿柱和建筑梁结构的孔洞。如果管道贯穿的是房屋的承重墙，还应该注意对墙体进行加固和维护。尽可能确保结构的布设同管网体系相协调，避免出现管道绕柱或梁的状况。
6.结构同电气的协调优化
如果用导线的形式将电气的管线安装于金属管外部或墙体、楼板处，那么就会加大施工难度。因此，在管线贯穿建筑梁的情况下，需要在保证墙体厚度的同时在建筑梁上打孔，并要保证墙体一侧平面和建筑梁齐平，不能让管线暴露在墙体外。
综上所述，对建筑结构进行优化设计，对工程预算能够有效的减少，对建筑的使用功能也能更好的保证。因此要做好建筑结构的优化设计，采用新的技术，设计合理的优化方案，保证房屋建设的安全经济。
参考文献：
[1]秦兴勇.基于工程造价控制的钢筋砼建筑结构优化设计[D].华南理工大学,2012.
篇5
1引言
0.45m卫星通信(简称卫通)天线项目系某型多用途载机首次安装如此大尺寸、高带宽的卫通天线,国内尚无类似产品装备可参考,并且其使用环境条件复杂,这些都对天线结构设计提出了重大挑战。天线结构设计过程重点考虑了各结构件在载机实际工作环境下的刚度、强度问题。其中许多关键部位的结构件,起着支撑天线、固定通信馈线及执行伺服驱动的作用,同时承担和隔离载机产生的振动和冲击,并实现天线的转动、定位和定向。天线结构件的刚度、强度、重量、转动惯量,直接影响到天线系统的精度和可靠性[1]。在天线结构整体设计阶段,采用了ProE三维设计软件进行结构设计,采用有限元法利用大型结构设计仿真软件MSC.Patran/Nas-tran对天线结构进行结构力学分析和仿真,加强和优化主结构件关键部位。仿真和实验结果以及实际飞行使用效果显示,天线的结构特性均能满足技术指标和使用要求。
2系统和整机要求
根据系统要求,天线系统在飞行过程中要实现准确地手动/自动跟踪卫星功能,依赖于天线座结构应具有足够的刚度、强度和传动精度,以保证整个伺服系统的结构谐振频率,提高伺服带宽,增加系统的稳定性、动态响应和传动精度。此外,根据载机实际工作环境要求,在最大限度减轻载机负担(即减轻天线重量)的前提下,应采取合理布局的设计思路以优化结构设计,使天线在使用过程中能够排除和降低载机工作环境对其产生的不利影响,保证其可靠性,达到指标要求[2]。
3总体结构设计与优化
根据载机实际情况,在保证性能的前提条件下,要求天线的尺寸和重量到达最小,对此进行了大量的优化工作,使得0.45m卫通天线外形安装尺寸(直径×高度)自最初方案提出的740mm×600mm(天线罩),重量约为50kg,优化为700mm×500mm(天线罩),重量约为40kg,如图1所示。其总体优化过程如下:天线的反射体为降低安装高度,放弃了传统的抛物面天线,采用了最新研发成功的低剖面波导阵列天线;座架则仍采用典型的方位-俯仰型结构以保证跟踪的可靠性;为了减轻重量,除关键传动部件采用40Cr合金钢外,其余结构件全部选用高强度轻质铝合金2A12-T4;由于铝合金螺纹连接处强度不够,且重复拆装性不好,参考已有航空设备安装措施,装入钢丝螺套以提高螺牙强度;天线与机体安装平台间装有隔振装置以降低机体振动带给天线的影响;天线罩为降低重量,在保证抗风强度的前提下,弃用传统的环氧玻璃布结构,采用最新的纸蜂窝夹层结构,大大降低了安装重量;所有电缆和波导则为保证气密性而经密封处理后通过安装孔进入机舱内部。按照以往的工程经验,此类机载通信/雷达天线在类似的环境和使用要求下,一般应超过此重量与尺寸。因此,与以往工程设计的不同之处之一,即在设计之初就对各结构件进行了反复的比对和二次优化。
3.1天线结构介绍
波导阵列天线的结构尺寸为597mm×300mm×17.5mm,四周切角以减小回转半径;经过减重处理后的重量约8kg,电气性能与0.45m口径抛物面天线等效,而高度和厚度则大大低于传统的抛物面天线。采用这种天线的优势包括剖面低、辐射效率高、口径分布控制精确、低副瓣、波束指向稳定、功率容量大、刚度和强度好、结构紧凑、厚度薄、相对重量轻、可靠性高等优异的电气和结构性能等。
3.2天线座架结构设计与优化
天线座架采用典型的方位-俯仰形式,结构紧凑,受力情况合理,调整方便;设计选定承载能力强、刚度好、重量轻、结构紧凑的转台式结构;因而从整体几何尺寸的优化满足了最小安装空间的要求。俯仰机构的转动支撑采用了圆锥滚子轴承,可同时承受径向力和轴向力,以最轻质最紧凑的结构满足天线支撑的需要。关键件俯仰支臂用厚铝板加工而成,其主要受力部位为轴承孔及与方位转盘的连接面,因此必须在保持结构强度要求的前提下,对支臂的非承力部分进行减重优化设计,具体做法如下:整体按照最小几何尺寸布置;保留轴承孔周边最小结构尺寸;与方位转盘、驱动、轴角装置的连接面相应保留足够厚度;保留一侧面的相对完整,另一面完全成空腔结构;增加与轴承孔的两道同心加强环筋,并根据此零件结构力学特性将其布置在最优强度位置。此外,根据以往工程设计经验,俯仰支臂与方位机构的的连接根部和俯仰传动链末级两处通常是整个座架结构的最薄弱环节,因此在这两点处预先进行了局部二次加强,加厚并尽可能圆滑支臂的连接根部,其优化过程如图2所示。
方位机构的核心传动部件转盘轴承,优选了应用广泛的带外齿的四点接触球轴承,使天线座架在保持紧凑的结构和较轻的重量的前提下,能同时承受较大的轴向载荷、径向载荷、倾覆力矩和双向推力载荷,还优化了方位总传动比。另一重要部件滑环,采用具有超长寿命、免维护、无需、外形紧凑的空心轴多路滑环。方位运动的另一核心部件方位转盘同样用厚板材加工而成,负担着天线和俯仰支撑的重量,并要具备足够的刚度,其优化思路过程与俯仰支臂相似,也包括轴承结构保留、连接面强化、空腔化减重及同心加强环筋的布置,其优化过程如图3所示。方位驱动和俯仰驱动均选用轻质、紧凑、高输出扭矩的直流减速电机,末级增加间隙调整装置,可调节传动回程间隙。将经过优化设计的结构模型再由力学仿真进行分析验算。
4天线结构的力学分析
由于天线的质量分布很复杂,很难用解析的方法得到其解析解,因此采用专业有限元分析软件MSC.PATRAN/NASTRAN进行力学分析和仿真。
4.1有限元模型的建立
天线整体结构的有限元模型包括反射体、座架结构、俯仰齿轮及其连接支撑结构、方位转动机构等。为降低软件的计算量和复杂度,先对天线整体结构进行简化,去掉冗余节点,再采用MSC.PATRAN软件单独对其组成零件划分网格,最后将划分好的网格进行组装。采用了映射网格划分方法,面上网格全部为四边形,体则全部为六面体,这种划分能够更准确地描述天线座架结构的应力和位移情况[3]。模型的约束条件如下:天线座架的2个俯仰轴系各有一点的3个转角自由度释放,方位轴系释放绕垂直轴转角自由度及垂直方向位移自由度,约束其余4个自由度。模型的材料属性如下:天线座架的各轴、轴承、齿轮定义属性为钢40Cr,而其他零件定义属性为硬铝2A12-T4。建立的天线结构有限元模型如图4所示。
4.2模态分析
天线座架是一个复杂的弹性系统,如果其结构固有频率与伺服带宽靠近甚至落入伺服带宽之内,各种伺服噪声就会激发系统发生谐振,造成伺服系统不稳定,无法工作,甚至使结构破坏。为保证伺服系统的稳定性,并有足够的稳定裕度,通常要求结构固有频率高于伺服带宽3~5倍[4]。通过计算得到天线结构模型的固有频率,在第1、2、3、4阶模态下,其值分别为28.7Hz、29.2Hz、51.4Hz、60.8Hz,而本天线伺服系统的带宽为2.7Hz左右,可见固有频率远大于伺服系统的带宽,因此,天线的伺服系统拥有足够的稳定裕度。
4.3冲击振动分析
依据实际环境使用要求,冲击环境条件为:采用半正弦脉冲,峰值加速度15g,脉冲宽度11ms,3个互相垂直轴,6个轴向施加。对模型施加冲击载荷并进行有限元分析,得到了如下分析结果:最大应力出现在z轴(图5),可以看出最大应力处位于俯仰支臂的连接根部位置,最大应力值为109MPa,小于材料的屈服极限σ0.2=275MPa。所以,在给定的冲击载荷条件下,结构满足强度要求。振动条件见图6振动谱,其中额外迭加的4处定频振动峰值依次为1.6g、2.5g、1.7g、1.5g。对模型施加振动载荷并进行有限元分析,得到了如下分析结果:最大应力出现在y轴(图7),同样位于俯仰支臂的连接根部位置,其高斯分布规律的应力3σ值为178MPa,小于材料的屈服极限值σ0.2=275MPa。所以,在给定的随机振动条件下,结构满足强度要求。
4.4实验结果验证
按照要求对完成的设备进行冲击振动实验,从结果来看:主结构件经优化过的关键部位未出现以往相似工程中出现的刚度、强度不足的问题;改用轻质材料或采取减重措施的零部件受力情况与分析结果基本一致,均能满足设计要求;天线整体频响特性较好,在功能实验全程中运行正常,能够满足跟踪要求。
5结论
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【关键词】混凝土框架；结构梁柱；节点抗震；设计研究
近几年，我国地震十分频繁，导致许多建筑屋倒塌、毁坏，影响人们的人生安全及财产。据地震局的大量预测，我国大陆地区已进入第五个地震活跃期，地震的破坏性极强，活跃性强，预测无法十分准确，所以，在应在设防水平定上下功夫，设防水平若定的太低，就可能在自然灾害作用下由于结构破坏带来巨大的生命和经济财产损失，因而确定恰当的设防水平是个重要的问题。另外，我们对建筑物的抗震设计需要加以重视。在建筑物施工时，整个框架结构节点直接影响了整个结构体系，是混凝土框架结构节点核心区域，是主体结构的重要组成部分。因此节点要求具有足够的强度，以抵抗相邻构件承受的各种荷载，保证整个结构体系坚固和安全可靠。框架结构的震害大多发生在柱和梁柱节点核芯区，节点破坏主要是剪切破坏和钢筋锚固破坏，严重时会引起整个框架的倒毁。
1 钢筋混凝土框架结构的抗震设计原则
1.1 遵从强减弱弯的原则
在钢筋混凝土结构构件抗震设计时，要遵循强减弱弯的原则，同时保证结构构件的良好延性，因为延性的好坏直接影响到弹性变形后是否持续保持变形的能力，结构构件若具有好的延性则能大量吸收地震作用的能量，大大减小结构的地震作用，如何能保证结构的良好延性，必须在施工时，避免混凝土压碎，锚固失效、剪切破坏等脆性破坏的发生。同时在构件的抗震设计中，限制受拉纵向钢筋配筋率、增加受压纵向钢筋、增配箍筋、加大钢筋锚固长度，对受压构件应控制其轴压比 (N/fcA)不过大。
2 钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震设计
根据梁柱节点特殊的受力特点及较弱的抗震性能，历次地震以来，都造成了相当大额破坏，在对梁柱节点进行设计时，要特别注意，避免类似的问题发生。
2.1 钢筋混凝土框架节点的设计准则
钢筋混凝土框架节点设计是十分重要的，框架节点作为框架梁柱构件的公共部分，起到一定的连接作用，若节点失效，将直接导致与之相连的梁柱直接失效，而节点一旦破坏，那么修复起来的难度非常大，故此，在节点设计时要遵循“强节点弱构件”的基本概念，按照以下准则进行设计：
2.1.1 节点的承载力不应低于其连接构件的承载力；
2.1.2 多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；
2.1.3 罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷裁的传递；
2.1.4 梁柱纵筋在节点区应有可靠的锚固；
2.1.5 节点配筋不应使施工过分困难。
2.2 钢筋混凝土框架梁柱节点设计
目前，各地震多发国家都在各自的规范和建议中提出了抗震粱柱节点的设计准则和设计方法。通过对比分析，我们可以看出各个国家的规范在节点的没计上不尽相同。如新西兰的设计控制条件是节点的最小构造配箍率，确定节点计算配箍量的“抗剪计算公式”以及作用剪力的上限。而美国、日本采用的是对最大作用剪力和对最小配箍率的两个设计控制条件。我国现行规范从三个方面来进行设计控制，即节点核心区截面验算、受剪承载力计算和构造措施。不难看出，我国和新西兰的控制条件是一样的。基于目前条件所限，很难说某个国家的好与坏。我国主要是参考国外经验及研究成果外，并结合我国首批抗震框架节点试验结果，制定的比较合理的控制条件，较为适合我国的特点。因此我们应该在设计中严把以下三个控制条件：
2.2.1 对作用剪力的上限的控制。即我国《混凝上结构设计规范》(GB 50010--2002)第11.6.3条规定，框架粱柱节点核心区的水平截面应符合下列条件：
式中，hj为框架节点核心区的截面高度，可取验算方向的柱截面高度；bj为框架节点核心区的截面有效验算宽度： 为正交粱对节点的约束影响系数，当楼板为现浇，梁柱中线重合，四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2，且正交方向梁高度不于较高框架梁高度的3/4时，可取 j=1.5，对9度设防烈度，宜取 j=1.25，当不满足上述约束条件时，取 j=1.0。
2.2.2 确定定节点计算配箍量的“抗剪计算公式”。即我国《混凝上结构设计规范》(GB500lO一2002)第11.6.4条规定：框架梁柱节点的抗震受剪承载力，应符合下列条件：
式中，N为对应于考虑地震作用组合剪力设计值的节点上柱底部的轴向力设计值(当N为压力时，取轴向压力设计值的最小值，且当N>0.05fcbchc时，取N=0.05fcbchc;当N为拉力时，取N=0)；Asvj为核心区有效验算宽度范围内同一截面验算方向箍筋各肢的全部截面面积；hbo为梁截面有效高度，节点两侧粱截面高度不等时，取平均值。
2.2.3 对最小构造配箍率的控制。即《建筑抗震设计规范》(GB 50011―2001)第6．3．14条规定：框架节点核心区箍筋的晟小间距和最小自径宜按本章表6.3.8采用，一级、二级、三级框架节点核心区配箍特征值分别不宜小于0.12，0.10，0.08，且体积配箍率分别不宣小于O.6％，O.5％和0.4％。柱剪跨比不大于2的框架节点核心区配箍特征值不宜小于核心区上、下柱端的较大配箍特征值。
3 结论
目前，节点区变形能力不足或耗能能力差，是导致框架结构震毁的主要原因。结构计算理论多假定节点区破坏集中在构件端部，通过实际的震害及实验未得到充足的验证。所以，加深分析框架节点在动力作用下的损伤发展路径及其主要影响因素的作用机理。就目前而言，国内外对于节点的研究大都集中在节点核心区抗剪能力和节点区的配箍设计上，对影响节点抗震性能的许多因素，如剪跨比、节点区加载模式、梁柱承载能力比值等的影响机制尚不明确。在机构体系设计中提倡将框架结构设计为“梁铰”耗能机构或混合耗能机构。在地震等随机荷载作用下，只有明确了加载模式和构件承载力对节点区抗震性能的影响，才有可能实现对结构体系耗能机制的设计。为了在设计中真正地实现“强梁弱柱”“强节点，弱构件”等设计原则，必须更好地控制塑性铰的出现位置、成铰机制、节点区塑性发展方向、确保塑性铰的长度，提高塑性铰耗能能力。目前的节点设计理论尚无法实现这些设计目标。因此，通过节点实验和理论研究发展新的基于延性的节点设计计算理论是提高框架体系抗震能力的切实途径。
参考文献
[1]金伟良，邸小坛，徐有邻.《混凝土结构设计规范》修订简介(三)：混凝土结构的耐久性设计[J].建筑结构.2011,4(12):2011- 2013.
[2]石伟明，常涛，范栋，宋园园 结构改造中新增梁柱节点抗震性能的有限元分析江苏建筑2011,4(12):221-223.
篇7
关键词：建筑结构设计；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
中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）04-0000-00
建设的结构设计中必须不断融入最新的科技理念以及成果才能不断去完善其自身的设计，才能满足现代化的施工要求以及建筑安全。在21世纪的经济快速发展过程中，我国逐步走向了城市化的发展道路，这使得对于土地的需求越来越大，而且越来越成为稀缺资源。城市建筑不断密集，要求其具备更好的承载力以及抗震、防火能力。在建筑结构设计中，对于抗火能力的要求越来越高，在建筑结构设计中不仅要考虑到进行一些抗火材料的运用，也要考虑到结构的功能性以及力学方面的原理，从而保证建筑本身的抗火能力，保障人们的生命财产安全，减少不必要的损失。
一、抗火能力对于建筑设计的重要性
火灾是一种危害性极其大，需要得到高度重视的一种灾害。随着我国经济文化社会的不断进步，建设和谐社会是一种现实的目标和要求。在各级部门的高度重视下，消防的各项事业得到了不断进步。随着我国的工业化进程，人为的失误以及扑救的不及时，造成了极大的危害。火灾形势在我国加快经济发展的步伐中也逐渐变得严峻起来，由于火灾造成的经济损失越来越多，使得火灾需要得到越来越多的重视。在推动我国社会经济全面可持续的发展中，必须要深刻认识到抗火能力的重要性，更大限度地去保护人民的人身财产安全。
在当代，我国的建筑正在逐步走向高层、密集的发展态势，建筑结构的抗火问题也越来越具有一种紧迫感，这种对于抗火的需求就是对建筑结构设计本身安全性的要求。这使得在相关的建设结构设计中需要不断去采用相关的防火材料，根据最新的研究成果，不断引入最新的抗火原理，在相关结构的设计上能够不断地加入进力学等方面的原理，使得建筑的抗火能力不断增强。这种对于建筑抗火能力的要求是由建筑本身的高密度以及空间狭窄等特征造成的，一旦发生火灾，如果没有良好的、完备的防火系统，将造成非常严重的后果。建筑是人们生产、生活中的重要空间，是承载人们人身财产安全的地方，建筑的防火也是保证我国和谐有效发展的基本前提，建筑设计中的抗火能力是国际建筑设计中的一项重要要求。
二、建筑抗火设计的国内外发展差距
我国正处于以经济发展为重要目标的社会主义初级阶段，在许多的社会发展方面还落后与国际先进水平，在建筑的抗火设计上也是如此。从对比分析国内外的相关抗火设计差距，能够清楚地了解到我国建筑结构设计中对于抗火能力研究的程度，从而不断促进我国的建筑发展。
国外建筑抗火设计的悠久历史
国际上对于抗火的演技起源于上个世纪五十年代，并且在1970年开始对钢结构进行抗火能力的研究。并且通过一系列的抗火实验，得到更加具体的、可靠的抗火原理以及设计指导。由于起步较早，国外对于建筑的抗火设计已经具备了较为规范的体系以及专门的研究部门。在具体的施工实践中也在不断引入对于相关材料和技术的引入。在一些先进国家已经有了较为完善的法律系统对相关的建筑设计进行规范和指引，并且不断发展处了高效的抗火材料以及在设计中不断实际运用到实际的建筑设计以及施工中，提高建筑的抗火能力。
我国建筑抗火设计的后起发展
我国建筑设计中对于抗火的研究起步较晚，几乎是在上个世纪90年代在统计大学才开始对有关的抗火材料的研究，通过对钢材料的系统的研究，不断发现理论以及实践中的抗火能力的提高。并且在研究过程中，不断总结相关的经验，也吸取到国外的优秀理论成果，结合我国的国情，不断推进我国建筑设计中抗火的研究。
三、建设结构中的抗火设计的涵盖内容
建筑结构设计中涉及到了建设结构设计的许多方面，是从设计原理、材料运用、力学基础等各个方面的内容。
高温建筑材料的研究
耐高温的建筑材料能够在火灾发生时起到很好的防火效果，减少火灾的蔓延。对于相关材料的研究，包括了其传导功能、比热容、密度以及各个方面的系数的研究。混凝土是建筑中的主要运用材料，而影响混凝土的热传递的原因是涉及到水分含量、水配比例等多个方面的。在一些实验中，随着温度等的升高，混凝土的传导能力会减小，而且还会受到其尺寸大小等外界条件的影响。通过对一些材料的研究，找到材料耐火的原理，也找到一些最新的耐火的新物质，将其运用到建筑的设计中，增强建筑结构的耐火能力。
建筑结构中的抗火设计步骤方法
在对结构设计的合理计算下，可以进行一些有效的空间设计来达到较好的抗火能力。在国际的普遍研究下，结构的抗火设计需要达到以下几个要求：结构耐火设计的规定耐性时间内，结构的自身的承载力小于组合效应；耐火时间大于等于结构耐火极限；当结构的内部温度是均匀的时候，临界温度应该大于等于最高温度。只有在三者条件都满足的情况下，结构的抗火设计才可以满足。而在目前国内的耐火试验中，主要有三个方法：
1 参照建筑物的具体情况，以及空间内部的火灾危险程度等，来设定专门的耐火等级；
2 在确定的耐火等级的依据下，来规定相关构建耐火的极限；
3 在具体的建构中，采用相关的耐火实验来校准其耐火极限，直到在规定范围内。
针对相关的抗火设计方法和步骤，应该合理地采用到相关的技术手段和原理来达到对建筑抗火能力的达到。应该不断地加深对材料的性能、热传递和温度场的分布、火灾的结构可靠度分析以及火宅之后的鉴定和修缮。
总结：
火灾是严重危害到建筑安全性的一项突发危险，会对人民的人身财产安全造成很大的伤害，因而建筑结构设计的抗火研究尤为重要。我们应该充分地了解到我国跟世界先进水平之间的发展差距，在对抗火材料以及相关技术的研究上还有待提升，应该不断借鉴优秀的理论成果，在具体的建筑结构的抗火设计中采用到相应的抗火材料，并且按照相关的步骤和方法进行相关的结构设计，这样才能保证我国的建筑结构的抗火研究的较好发展，并且保证我国建筑抗火能力的提升。
篇8
关键词：房屋建筑；结构设计；优化方式；具体运用；研究分析
1引言
在社会不断进步以及经济发展基础上，房屋建筑数量越来越多，城市化脚步的加快，更是进一步对房屋建筑提出要求。人们的生活观念不断升华基础上，房屋建筑越来越重视对建筑结构设计的提高，同时为了更好的帮助房屋建筑结构适应社会以及市场的发展需要，在房屋建筑结构优化设计方面开始深入研究，不断提高建筑结构优化设计水平，更好的帮助其建立适合市场发展以及需求的房屋建筑。
2房屋建筑结构设计优化方法浅析
房屋建筑结构设计是房屋建筑中非常重要的步骤，对于房屋建筑结构设计来讲，需要不断从实际建筑上进行经验总结以及根据房屋建筑基本理论为参照，积极探索研究，不断对房屋建筑结构进行优化，积极分析房屋建筑结构中的建筑理论，同时深入对房屋建筑的认知，能够从基础上实现对房屋建筑质量的提升。在进行房屋建筑结构优化设计期间，是保证房屋能够得到更好的优化，设计更加完善，质量能够不断提升【1】。在进行房屋建筑期间，需要不断提高对房屋建筑结构优化的重视，积极控制房屋建筑结构设计期间的重要环节，在进行房屋建筑设计期间，尽量缩短房屋建筑中质量中心以及房屋建筑中的刚度变化，这样能够保证房屋建筑结构的质量，能够实现房屋建筑的对称以及规则。保证以上要求也是满足房屋建筑基本要求的重要基础，只有房屋建筑中的各种结构设计合理，才能实现对房屋建筑质量的优化。在此基础上，房屋建筑结构的设计要求还包含对房屋建筑质量以及承载力等方面的优化，特别是在房屋建筑期间，不断优化房屋建筑的设计结构，能够很好的扭转房屋建筑的承载力，增强房屋的实用性。在结构设计期间，一定要保证建筑相应的功能发挥，重视对建筑功能的设计，并且还需要保证建筑自身能够上下协调，竖向以及横向都能够相对应。房屋建筑结构设计期间，减少结构设计中的难度设计，积极实现建筑结构设计的经济型，尽量防止应用转换层结构的设计方式，这样会提升结构设计中的成本费用。房屋建筑设计中的竖向设计，一定要保证其刚度设计要求，这样能够保证房屋建筑结构设计符合建筑设计的需要，不会突然出现建筑问题，同时还能够提高房屋自身的承受力。
3房屋建筑结构设计优化的重要意义
房屋建筑结构设计对房屋建筑具有重要意义，不仅是保证房屋建筑顺利实施的重要基础，同时也是提高房屋建筑质量的重要保障。对房屋建筑结构设计需要随着城市化建设要求的提升进行优化，不断提升房屋建筑中的美观设计，同时还可以帮助房屋建筑展开更加合理的工程造价。在房屋建筑过程中，建筑部门或是建筑企业一直在积极探索能够保证工程建筑质量基础上，尽量减少或是降低建筑成本，同时这也是工程造价的重要目标【2】。为了更好的实现这方面的要求，就需要对房屋建筑的基本结构详细了解，能够掌握科学的房屋建筑设计原理，在不断调整房屋建筑成本基础上，能够更好的保证房屋建筑的安全性以及可靠性。房屋建筑结构设计的传统设计方式存在一定的缺陷，在不断发展改善基础上，积极探索新的房屋建筑结构设计方式，更加科学合理的对房屋建筑进行设计，能够很好的保证房屋建筑中工程造价的合理性调整，并且对房屋建筑中的每个单元以及功能区实现合理分配，不断提升房屋建筑的科学性以及实用性。
4房屋建筑结构设计中的优化方式分析
对于房屋建筑结构设计来讲，需要不断对房屋建筑结构设计进行优化，针对当前的房屋建筑结构设计发展需求不断完善，作者根据相关分析探索总结出以下几点，希望能够更好的促进我国房屋建筑结构设计的发展。4.1房屋建筑设计中的前期设计环节。在房屋建筑施工之前，需要进行前期准备环节，不断提升在前期准备环节中的房屋建筑设计，提高房屋建筑设计优化，增强对房屋建筑设计结构的控制，同时提高工程造价的调整。制定科学合理的房屋建筑结构设计方案，对房屋建筑设计制定科学合理的设计规划，并且保证规划能够顺利实施，全面凸显出建筑结构中的优化设计中心，对结构设计中经常出现问题的地方展开详细设计，降低房屋建筑设计中存在的风险以及安全隐患。帮助房屋建筑结构设计实现真正的经济化、社会化，房屋建筑结构设计能够更加高效。4.2房屋建筑结构设计中的细部结构设计。房屋建筑结构设计不仅包含一些大范围的结构设计，同时还包含很多细化的结构设计，房屋建筑结构设计中的任何细节都会影响到房屋建筑质量，所以在进行房屋建筑结构设计期间，需要重视对很多细部结构的设计。房屋建筑结构设计中，特别是细部结构设计需要保证房屋建筑质量以及房屋自身的稳定性。本身在房屋建筑结构设计期间，就没有实体性的物体进行参考，结构设计数据等都需要自己计算，所以经常会产生一些结构设计误差的存在，这样会严重影响到房屋结构建筑的质量【3】。需要不断提高对房屋建筑细部结构设计的控制，能够保证细部结构设计得到更理想的改进，达到更加理想的效果。同时对房屋建筑中经常出现的错位、分裂等质量问题提高注意，这样才能从根本上实现对房屋建筑安全性以及经济型的提升。
5结束语
总上所述，对于我国的房屋建筑结构设计来讲，需要不断加强对建筑结构设计的优化，积极从全方面的房屋建筑结构设计中提高设计手段，增强对房屋建筑结构设计中的细部结构设计优化，保证房屋建筑结构设计能够达到更加理想的效果，不断提高房屋建筑的质量。
作者:马莉 单位:湖北省襄阳市第二建筑设计院
参考文献：
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.
关键词: 造型设计;结构设计;衔接
Key words: form design;structure design;transition
中图分类号:T-0文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)23-0135-02
0引言
随着市场经济的迅速发展,工业设计已成为新产品设计与开发项目中不可或缺的重要环节之一。新产品的设计与开发,往往需要包括技术研发、工业设计、市场营销等多个部门的密切合作和通力配合,才能为企业推出功能卓越、外观优雅的优良产品。但在实际项目的操作中,由于部门人员之间知识结构差异、项目管理失误等等因素的影响,常常会出现部门工作衔接不良,开发工作反复的情况,结果将直接影响新产品开发的进程与产品的品质[1-3]。其中,工业设计和工程结构设计衔接不畅的问题是较为突出的。近年来,我们参与了多项金融机具类产品的开发工作,在项目中遇到了诸多设计衔接问题,也积累了一定经验。
1金融机具类设计项目常出现的问题
1.1 因产品结构布局的不合理导致造型设计工作将错就错部分金融机具类产品由于技术创新度较高,此类产品开发初期,并没有现成案例可直接借用,这其实对工程设计人员提出了较高的要求。在实际操作中,多数工程设计人员由于自身知识结构的限制,设计产品的观念与目标主要从满足产品的技术功能与适合制造方面出发,样机一旦试制成功,决策层即召集工业设计人员对其样机进行外壳设计,或者说在功能样机的外面“穿件漂亮衣服”。该设计流程乍一看并无太大问题,可仔细分析后,其实存在较多的隐患。首先,前期结构布局可能满足产品基本技术功能与可制造性方面的要求,属于机器为本的设计,可是在是否满足人的操作需求方面仍有值得商榷的地方。其次,功能样机试制成功后,往往倾注了工程设计人员大量的心血,企业为此也付出大量时间和资金,工业设计人员在此时提出一些结构布局上的改动意见,难以得到应有的重视,结果只好在样机的基础上做外观设计,硬着头皮把项目往前推进。后期产品投放市场,用户提出种种操作的问题之后,企业才不得不修正原有的产品结构布局,对产品进行较大的改动,显然,为此付出的代价是沉重的。
1.2 造型设计不符合工程设计要求导致造型反复修改金融机具产品处理现金(包括纸钞和硬币)的过程多为动态模式,因此该类产品的内部元器件以机械运动机构为主,电路板等电子元器件为辅。工程设计人员在对产品内部结构设计时,要充分考虑到最小化原则,在保证产品技术功能的前提下,在最小的空间内将一些机构、电子元器件合理布局。在这一过程中,工程设计人员为了实现最小化,对元器件进行了多项排列组合的尝试,付出了艰辛的劳动。因此,如果工业设计师对于功能样机的现有尺寸不加缜密考虑,任意的进行造型尺寸放大,即使造型设计方案非常出彩,也会被企业决策层要求与现有功能样机尺寸配合,一旦出现尺寸干涉,造型方案则不得不屈服于工程设计进行被动调整。结果不仅延误了产品开发进程,而且前期完美的设计创意也会因反复的调整遭到破坏,降低了产品造型质量。另外,金融机具类产品外型尺寸变化很大,从小型验钞机到大型清分机,对应到今后生产面临的材料与成型工艺问题,设计师应充分予以考量,否则造型设计方案如果无法实现,或者实现的代价过高(制造成本过高),就得不偿失了。
1.3 造型设计与结构设计的数据无法交流产品开发工作绝不是单打独斗的事情,整个开发过程中需要各部门、各专业人员密切配合有效合作。其中,设计数据交流顺畅与否成为首当其冲的问题。实际项目操作中,工业设计人员多使用面向造型设计的软件工具,如三维软件:Rino,3Dmax二维软件:Photoshop、CorelDRAW、Illustrator等。这些软件的优势是充分考虑到造型设计的思维模式,有利于造型设计人员迅速将造型创意表达出来,但缺点是其模型或图纸缺少三维数据,即使可以通过一些中间格式(如iges)导入到工程软件中,一些简单的造型特征如直线、圆弧可以直接提取,但对于变化丰富的曲面造型特征,工程结构人员不得不重新建模,这一过程能否原本的表达出造型人员的创意就很值得怀疑了。
1.4 工业设计人员在产品开发后期无法或疏于介入导致产品造型品质下降工业设计师的工作不应该仅仅是出一张二维或三维产品效果图。实际项目操作中,效果图在得到客户认可后,工业设计师退出产品开发工作的情况经常发生。事实上,即使整体外观方案定案之后,后期仍有许多工作需要工业设计师的参与跟单。
2针对上述问题采取的对策
导致造型设计与结构设计衔接不畅的原因来自多方面。有设计人员本身知识范围的限制问题、有设计经验和技能的问题、设计工具的问题、设计沟通以及设计管理的问题等等。因此我们主要从这些方面提出应对策略:
2.1 对企业的材料供应、自身或外协制造能力进行一次周密的调研在造型设计正式开始之前,设计人员结合调研情况认真地、全面地考虑下游设计,不仅有利于明确现有的设计材料、设计条件、设计限制,更有利于造型设计与结构设计的衔接。
2.2 扩展造型设计人员工程领域的知识工业设计的设计流程环节很多,与欧美的设计界精细的设计分工不同,我国制造型企业对于设计人员的要求比较全面。这就要求造型设计师除了具有本专业的知识外,对相近的工程领域的知识也要有所了解或深入的学习,这可以避免一些由于设计人员知识欠缺带来的设计冲突,甚至导致整个设计项目的失败与搁置[4]。
2.3 主动运用工程技术元素去创造产品形态工程技术特别是制造技术上一些特殊要求并非都是造型设计的羁绊。当造型设计师掌握这些技术要点之后,完全可以主动运用在造型设计之中,既能美化产品外观造型,又能满足了工程技术的要求,在解决了造型与结构衔接问题的同时,带动了外观造型的创新。
2.4 运用面向制造的辅助设计软件进行造型设计工业设计人员应加强工程软件如Pro/E、SolidWorks、UG等的学习和运用。设计实践证明,工业设计项目大部分时间都消耗在设计修改阶段。而造型设计不满足结构设计的要求是导致造型方案反复修改的主要原因。如果造型设计人员在概念方案阶段运用了工程软件建模,这将有利于实现数据对接,便于后续与制造工程师沟通,提高设计方案修改效率。甚至还可及早发现设计中的问题,避免后期因可制造性问题带来的项目损失。
2.5 材料及表面工艺的合理运用推动造型设计材料与表面处理工艺的选取是工程技术人员与工业设计人员共同关注的问题。不同之处是,工程技术人员主要考虑的是材料的性能,如力学性能、化学性能等;而大多数工业设计人员只对材料的性能有初步的了解,主要考虑的是材料的质感,如何去表现产品的美感。造型设计师本身除了对既有的材料与技术要有相当的认识外,对于最新的生产技术及材料加工方面的新知也必须了如指掌,以便运用于新产品的开发设计。若是设计师不能合理的运用新材料和表面工艺,则将丧失许多改善产品甚至创新产品的机会。
2.6 通过有效的设计管理协调衔接工作从管理的层面上来看,造型设计与结构设计衔接不畅可以通过有效的设计管理来解决。比如说,企业管理层首先要明确开发产品是属于成本主导还是设计主导的类型。对于成本主导的产品,造型设计应绝对服从制造成本上的限制,而设计主导型的产品造型设计的自由度相对宽松,结构设计应积极配合造型设计促成概念方案的实现。除此之外,设计管理人员还负责处理设计与其它管理体系的关系,使各专业设计人员能够相互协调,将开发出优良产品作为各部门共同的工作目标。
3实例验证
笔者参与了一款新型纸钞计数与鉴别仪的开发设计项目,我们将上述解决造型设计与结构设计衔接问题的对策在该项目中进行了运用。通过与客户沟通,我们了解到该产品对于制造成本控制严格,结构限制很大,今后产量较大。在项目进行之前我们通过对客户制造能力调研,与客户共同商定使用ABS与PC工程塑料注塑成型的主要制造工艺。客户提供了详细结构图(solidwork格式)(图1),为了便于后期与结构设计的衔接,我们也采用了该平台进行造型设计(图2)。最终设计结果(图3)。
整个产品开发项目周期从工业设计介入开始计算,仅用了一个月时间。因造型设计不符合结构设计的设计修改只有少数的几个细节结构。应对造型设计与结构设计衔接不畅的设计策略得到了较好验证。
参考文献:
[1]李宗斌,陈富民.产品开发的可制造性设计方法[J].制造业设计技术,2000,(2):17-19.
[2]陈士昀.工业设计师所具备之塑料材料加工专业知识范围之研究[D].中国台湾铭传大学,2003.
篇10
【关键词】建筑设计；表达需求；结构设计的安全
【中图分类号】BJ84【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2015）09-0019-01
1建筑的需求表达与设计结构安全的关系探析
建筑需求表达和建筑设计结构安全间，既存在一定的矛盾性，同时也存在和谐统一性。事实上，对建筑设计来说，设计结构安全与设计需求表达间的矛盾对立了关系始终贯穿于建筑设计进程中。在建筑设计过程中，结构安全问题是任何一名设计师在进行建筑设计过程中要面临的问题。在进行建筑设计过程中，建筑设计师既要充分在设计过程中将住户的需求进行合理表达，同时也要兼顾到房屋设计的结构安全。因此在二者间矛盾关系处理方面就必然要进行仔细衡量，以确保在设计过程中能够实现二者间的和谐统一。所以建筑设计师在进行建筑设计过程中，其一切设计需求表达效果的实现都应该基于充分遵循设计结构安全的基础上进行。安全性也是一切设计得以有效呈现的基础。
2建筑结构设计安全与需求表达间的统一
随着人们对建筑设计个性需求的日益凸显，在进行建筑设计过程中，将设计需求的表达与建筑设计结构安全间进行结合，并促进二者的和谐统一是建筑设计师的最终目标。所以，在进行建筑设计过程中，建筑设计师在尽量确保设计需求满足的前提下，可最大限度的按照表达需求进行建筑风格的打造，以促使人们在空间居住过程中享受愉悦、舒适的居住体验。建筑师在设计建筑的时候，除了是想要表达其功能的需求，还想要表现出其建筑情感，换句话说是像通过建筑来表达自己的情感。这种需求主要可能来自三个方面，一是来自公众的，二是来自领导或政府的，三是来自建筑师自己的对建筑美学理解的。建筑师在表达建筑情感时，可以利用建筑材料的材质、装饰材料的色彩等等特殊建筑元素来表达。除此之外，建筑师更注重借助结构设计师对结构的设计能力来表达需求。例如我国的“鸟巢”体育场和“水立方”游泳中心这类标注行的建筑，建筑师在建造它们时，不光为了突出它们的承载着举办奥运会的功能作用，还希望能够通过“另类”的建筑形象来表达全国人民的奥运梦想成真的情感需求。
3建筑结构形式的价值争议问题
为了达到建筑师的各种需求，设计师要不断在传统的结构基础上，探索新的、非传统的结构形式来跟随时代的潮流，结构设计师的任务就是要在保证结构安全和满足建筑美学需求之间寻找平衡点。然而这种创新和寻找的过程是无比艰难的，在传统结构形式上要求美观的建筑设计，会不断的引来社会各界一波又一波的对其安全性和价值性的争议。站在结构设计师的角度上，来看待建筑设计的形象和情感需求与结构实现成本之间的“争议”，是没法得出准确的结果的。建筑师所能做的就是保证建筑功能和美学需求与结构实现方式上找出一种成本最低、价值较高的解决方案。例如，在设计我国“水立方”游泳中心的建筑时，由于外表层的ETFE双层充气膜的造价较高，所以，在相对深挖和抬升建筑总高度的比较选择中建筑师就是依据综合成本最小化的原则。
4结构设计安全与结构设计的需求不是永远的矛盾
在实际生活角度中，对结构设计的安全性忧虑常常会束缚住结构设计师探索的脚步，虽然这种忧虑是至关重要的。自从巴黎机场结构倒塌事故发后，世界各地传来了对安德鲁建筑设计的怀疑之声。对于结构设计师来说，尤其是从事国家重要建筑结构设计的工程师们，将会带来更加严格的要求和无比的谨慎与小心。因此，对结构设计安全的关切是必要的，而且结构设计的需求不但符合当今建筑设计发展的要求，同时也是结构设计技术自身发展的要求。
5总结
本文在研究过程中主要针对建筑设计需求表达和建筑设计结构安全间的矛盾问题的处理展开了探讨。设计师在进行建筑设计需求表达的过程中，首先要遵循房屋整体设计结构安全的保障进行。在确保设计结构安全性的前提下，建筑设计师可依据设计需求表达对建筑进行最大化的设计改观。事实上，建筑设计过程中的需求表达与设计结构安全间可实现和谐统一，建筑设计师只要充分秉承对结构安全基础的遵循，可在最大限度上实现对建筑设计需求的设计创作。
参考文献
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[2]李章政、熊峰.建筑结构设计原理[M].北京：化学工业出版社，2009（05）
[3]文忠伟.浅析高层建筑结构设计及相关规范[J].城市建设理论研究，2011（12）
