结构设计论文篇1
1汽车车身结构设计对整车的影响
汽车车身对于整车结构来说，处于相当重要的地位，无论是重量还是制造成本，都在整车当中占了极大的比重。一辆车的美观性，舒适性以及安全性需要由车身的结构设计特点来决定，车的操作的稳定性和动力性需要由车身结构的外形以及特性来决定，由此可见，汽车车身的发展，决定了汽车整车的发展。
2现代汽车车身结构特点以及设计要求
(1)轻量化是目前车身设计中的主流。在激烈的市场竞争中，能够设计出质量更轻便，成本更低的汽车，已经成为了一种强有力的竞争手段。(2)车身结构设计中最优先考虑的舒适性和安全性。目前承载式车身结构已经成为车身设计中的主流，主要原因就是这种结构不仅能给驾驶者带来舒适的驾驶感受，同时也能给予驾驶者一定程度上安全的保障。(3)凭借现代汽车开发技术，优化设计过程，需要尽可能缩短车身结构的开发周期。缩短整车的开发周期，对于汽车制造商来说，不仅能够极大地节省研发成本，还能在瞬息万变的市场中，提高自己的生存能力。(4)设计与分析并行。在汽车设计的过程中，车身结构分析全程贯穿其中，在设计的同时进行分析，这样设计出来的方案，无需再做太大的改动。车身的开发周期又被大大的缩短了。(5)无时无刻不在优化的思想。随着人们生活水平的不断提高，消费者对于汽车各项性能方面的要求不断提高，这也促使了汽车生产商需要不断地提高自身的竞争力，在设计中引入优化的设计思想。(6)现代车身结构设计要满足如下几个方面的要求:车身结构的动力性能要求;理想的碰撞特性;轻量化和低成本;遵循总布置尺寸约束;基于平台的系列设计;满足车身制造要求，易于维护和拆装方便。［2］
3有限元
3．1概念及应用
在汽车CAD/CAE技术中，有限元分析方法和软件技术非常的重要。汽车结构复杂，对它进行性能研究以及设计的优化，有限元是最合适的选择。在工程技术方面，对于不规则的几何体，支撑情况比较复杂的结构以及零部件的计算和分析，有限元都有着相当大的优势。因为这些优势，它在多种交通工具的设计中都能得到普遍的应用。
3．2有限元运用在车身结构设计中
汽车的车身对于整车来说，非常重要，但是它的制作需要的材料和制造模具需要的成本都很高，之后的改变造型也很困难。所以需要在设计的初期用有限元的方法对车身的结构以及需要的零部件进行计算，算出它的使用强度的使用寿命，极大地减轻了人力物力财力，因此车身结构有限元方法在汽车生产商中非常受欢迎。有限元建模在汽车结构中主要起到了简化汽车结构的几何模型、确定制造所需要的材料的属性、单元的选择以及网格的划分、用来连接和装配有限元的模型的作用。汽车结构的有限元模型一般分为板壳的单元模型、梁的单元模型和板梁结合的单元模型这三种。
3．3有限元建模的基本流程
如果要用有限元进行结构分析，首先要建造有限元的汽车模型，建立不同的模型，最后分析出来的结果也不一样，因此有限元分析结果的可信用程度，最终是由建立的分析模型决定的。在建立模型的时候，既要准确的反应汽车的实际特性和结构，又要尽可能的简化，这样才可以保证在花费最少的计算资源的情况下得出最精确的结果。一般有两种建模方法:一是用CAD软件建立整个的CAD模型，然后将模型中单个的零件的文件转变成CAE能够识别的格式，将其导入CAE中，经过修正以及网格的划分，得到单个的CAE模型。另一种方法是利用CAE软件中的建模功能直接在CAE中建立与实际尺寸相同大小的零件模型，然后通过同样的方法来得到整个结构的CAE模型［3］。如果要制造复杂的曲面造型，用CAD造型软件会比CAE软件更方便一些。
4车身结构优化设计
优化设计是一门新型的学科，可以建利用有限元分析方法，将结构设计从被动的校验设计转变为主动的改善设计，提高设计的快速性和准确性，可以大大缩短产品的设计周期，从而提升产品的质量。结构优化现在大部分都采用准则法。准则法提出优化设计要满足的一些准则，用迭代法来求出满足这些准则的解。［4］优化准则法最突出的特点就是迭代次数少，而且设计变量的增加对其影响不大，所以计算效率很高，同时也有利于编程。但是它在建立迭代公式的过程中要经常引入一些假设，这些假设常常与研究的问题的特点有关，所以它的通用性也受到了一些限制。
5结语
车身结构设计，和有限元的建模分析工作，涉及了各方面的专业知识，包括材料学、结构力学、优化理论等等。而且由于国内关于这方面的研究工作刚刚起步，自主开发缺乏经验，能力较弱。因此在汽车车身结构设计方面，在我国还有相当大的发展空间。本文对汽车车身机构设计的特点以及有限元模型的一些基本论述，以及车身优化结构设计的讨论，对我国的汽车制造工业的发展，具有一定的参考价值。
作者:史笑夫 郭蔷 单位:华晨汽车工程研究院
参考文献:
［1］高书娜．轿车车身结构分析与设计技术研究［D］．重庆:重庆大学，2006．
结构设计论文篇2
2.1.本文结合大量的实践工作以及自己多年工作经验
总结出优化建筑结构设计的措施具体表现在以下几方面，下面，我们就来详细了解下。
第一，不断加强剪力墙的优化设计。其中连梁是剪力墙设计的重点，这就要求我们将联肢墙的应用重视起来，联肢墙是利用连梁之间的各个墙通过连接形成，把墙肢的约束条件增加了。这种设计不仅可以有效的提高建筑物抗震能力，还使墙体的各个部分得到了更多的内力，虽然在具体施工中会造成一定建材的浪费，但是其所取得的效果是显而易见的。另外，当我们对建筑结构进行设计的时候，还要在保证结构刚度和变形要求的同时，从经济方面和抗变形等角度进行综合的考虑，这样才能做到最优化。
2.2.第二，要求设计人员要重视细部的优化
设计人员在注重整体结构协调的同时，也经过将细部结构设计重视起来。如在现浇板设计工作中，我们可以将异形板划分为方形版，这样就可以使得建筑物受力均匀，避免日后出现断裂现象。如在建筑基础设计中我们应该选取冷轧钢筋作为材料，这样既可以提高建筑的抗震性能，又可以有效的减少钢筋使用数量，降低成本投入。
2.3.注重利用计算机技术
随着计算机技术的成熟发展，计算机技术已经广泛的应用到了建筑的结构设计中。通过建筑结构优化设计和计算机技术的结合，设计师利用计算机仿真的设计优化方法对建筑结构优化设计带来了很多新的思路。建筑设计师能够利用计算机软件建立各种便于分析的模型，并通过计算机的优化计算，为设计师提供精确的数据，最后达到建筑设计的优化。计算机技术的运用可以说把建筑结构优化设计这样一个工程的问题转变成一个数学的问题。特别对于大型的复杂的建筑结构设计中，计算其技术拥有人脑不可替代的优势。对于一些超高建筑的抗震、抗风等等设计问题，计算机技术的合理运用能够分析得到很多精确的数据，为建筑设计师在具体的设计中提供可靠的参考数据，可以大大提高建筑设计师的工作效率。
结构设计论文篇3
结构设计的阶段大体可以分为三个阶段,结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为:根据建筑的重要性,建筑所在地的抗震设防烈度,工程地质勘查报告,建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式(例如,砖混结构,框架结构,框剪结构,剪力墙结构,筒体结构,混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式)。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
结构计算阶段的内容为:2.1荷载的计算。荷载包括外部荷载(例如,风荷载,雪荷载,施工荷载,地下水的荷载,地震荷载,人防荷载等等)和内部荷载(例如,结构的自重荷载,使用荷载,装修荷载等等)上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。2.2构件的试算。根据计算出的荷载值,构造措施要求,使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。2.3内力的计算。根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算,包括弯矩,剪力,扭矩,轴心压力及拉力等等。2.4构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制(比如,轴压比,剪跨比,跨高比,裂缝和挠度等等)来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。
施工图设计阶段的内容为:根据上述计算结果,来最终确定构件布置和构件配筋以及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。
3各设计阶段的基本方法
根据方案阶段的主要内容,其基本方法就是根据各种结构形式的适用范围和特点来确定结构应该使用的最佳结构形式,这要看规范中对于各种结构形式的界定和工程的具体情况而定,关键是清楚各种结构形式的极限适用范围。还要考虑合理性和经济性。
在结构计算阶段,就是根据方案阶段确定的结构形式和体系,依据规范上规定的具体的计算方法来进行详细的结构计算,规范上的方法有多种,关键是结合工程的实际情况来选择合适的计算方法,以楼板为例,就有弹性计算法,塑性计算法及弹塑性计算法。所以选择符合工程实际的计算方法是合理的结构设计的前提,是十分重要的。
在施工图设计阶段,就是根据结构计算的结果来用结构语言表达在图纸上。首先表达的东西要符合结构计算的要求,同时还要符合规范中的构造要求,最后还要考虑施工的可操作性。这就要求结构设计人员对规范要很好的理解和把握。另外还要对施工的工艺和流程有一定的了解。这样设计出的结构,才会是合理的结构。
4规范、手册及标准图集和计算机在具体工作中的应用
结构设计的准则和依据就是各种规范和标准图集。在进行不同结构形式的设计时必须要紧扣不同的规范,但这些规范又都是相互联系密不可分的。在不同的工程中往往会使用多种规范,在一个工程确定了结构形式后,首先要根据《建筑结构可靠度设计统一标准》来确定建筑的可靠度和重要性;然后再根据《中国地震动参数区划图》,《建筑抗震设防分类标准》《建筑抗震设计规范》确定建筑在抗震设防方面的规定和要求,在荷载的取值时要按照《建筑结构荷载规范》来确定,这是建筑总体需要运用的规范。在工程的具体设计方面,涉及到砌体部分的要遵循《砌体结构设计规范》的规定;涉及到混凝土部分的要遵循《混凝土结构设计规范》的规定;涉及到钢筋部分的要遵循《钢筋焊接及验收规程》和《钢筋机械连接通用技术规程》的规定;在基础部分的设计时需要遵循的是《建筑地基基础设计规范》的规定。最后在结构绘图时则要符合《建筑结构制图标准》的要求。
在各种结构设计手册中,给出了该结构形式设计的原理,方法,一般规定和计算的算例以及用来直接选用的各种表格。这对于深刻理解和具体设计各种结构形式具有良好的指导作用。推荐最好能参照设计手册来手算典型的结构形式。
标准图集是依据规范来制定的国家和省市地方统一的设计标准和施工做法构造。不同的结构形式有不同的标准图集。设计中常用的有,结构绘图时采用:平法制图(03G101-1),砌体中的钢筋混凝土过梁采用:过梁(L03G303),砖混结构抗震构造详图采用:L03G313,钢筋混凝土结构抗震构造详图采用:L03G323,地沟及盖板采用:02J331。需要说明的是,在选用标准图集时一定要根据具体工程的实际情况来酌情选用,必要时应说明选用的页号和图集号,不可盲目采用。
计算机在结构设计设计中起着极其重要的作用,现在工程中已经很少用手来绘制施工图,绝大部分的图纸是靠计算机来完成的。这就需要设计者要精通设计软件和软件的计算原理。现在结构设计中用到的软件种类很多,其中以中国建筑科学研究院的PKPM最为普及,当然还有很多应用CAD,天正,广夏结构等等。
结构设计论文篇4
本工程由于建设单位要求，在一层设置22.3×50米泳池，形成了一个跨度33米的大跨度空间。在初步设计时发现，33米跨大梁如果按混凝土结构设计的话，大梁自重在结构荷载中所占的比重过大，结构形式的合理性存在问题。因此经过多种比较，最终确定大梁采用钢桁架梁。根据大跨度梁的结构形式，设计中确定了结构楼面采用钢结构体系。本工程平面为扇形，楼面承重体系中楼板采用压型钢板形成的非组合楼板体系。这样设计主要是考虑:虽然非组合楼板体系板配筋量略大于组合楼板体系，但省去了压型钢板涂刷防护涂料的费用和工时，整体考虑造价还是合适的。楼面梁在扇形外边缘跨度达到12米，断面为H600×200，33米大跨桁架高度根据建筑功能要求高度设计为2米，22米跨主梁为1.3米焊接H型钢梁。由于结构平面布置较空旷，本工程竖向支撑构件为钢管混凝土柱，以提高结构的抗侧刚度，减小地震力作用下结构的侧向变形。截面直径为700mm及600mm。水平受力由框架梁、柱、及斜支撑体系构成。斜支撑截面为:H300×300及H350×350。钢结构楼面的条件下，可选的抗侧力体系有两种:一是采用钢筋混凝土剪力墙加上钢框架即混合结构的形式，另一种是采用带斜支撑的钢框架。两种方案对比如下:混合结构的优点在于:剪力墙布置位置较灵活，结构布置对建筑平面影响小;剪力墙可提供较大的侧向刚度，能够很好地解决钢框架结构侧向刚度不足的问题。但这种结构形式目前存在较大争议，在国外的应用不多。主要原因在于一些研究者认为:剪力墙与钢框架对比，剪力墙刚度大，相对承载力较小;而钢框架承载能力好但抗侧刚度差。二者存在于同一抗侧力体系中时，剪力墙由于刚度大，吸收了较多的地震力，但因为其较小的承载能力而率先破坏;剩余的钢框架容易因变形过大而引起结构失效。混凝土剪力墙与框架系统由于刚度差异不易形成共同受力共同耗能的机制。虽然在我国实际建成的工程实例比较多，但目前的理论研究滞后于工程实践，我们对这种结构的受力特性了解不够深入。带斜支撑钢框架体系的特点在于侧向刚度大，延性好，同时结构受力合理，体系明晰，但钢支撑的布置对建筑平面有一定的影响。通过与建筑专业的配合，可以把这种影响控制在可以接受的范围之内。通过比较，本工程选择了带斜撑钢框架结构体系。
3结构设计分析
本工程采用PKPM、Midas－building进行上部整体结构分析计算，设计结果以Midas－building输出为主要依据，PKPM设计为辅。由于PKPM对于格构柱与桁架梁的断面输入不太方便，采用PKPM软件设计时将楼层桁架梁截面根据截面积及抗弯刚度等效的原则简化为型钢梁，简化的合理性可以通过软件计算结果对比作出判断。本工程结构嵌固层设置于地下室顶板面，地面以上主体结构六层。为配合建筑布置和功能需要，上部结构每隔一层大面积透空，所余面积不足外墙轮廓线内面积的30%，楼面的整体性受到很大的削弱，楼板水平传力途径在本层不连续，空间的整体受力会受到影响。因此，整体计算中结构楼板采用弹性膜假设计算;同时除了采用整体计算分析，本工程采用3d3s软件建立了平面框架模型，作为整体结构设计的补充。计算结果表明，平面框架模型计算得到的结构构件应力普遍大于整体模型计算结果，但设计断面可以满足计算要求。
4结构设计不规则及应对
建筑平面偏心布置的考虑:本结构由于建筑平面布置的原因，每隔一层形成一个偏心的大空旷平面。从计算结果可以看出由于夹层处质量的偏心，造成结构自振周期中扭转的比例较大。因此结构布置时根据计算需要，在建筑影响较小的位置加强人字支撑的刚度，以调整质量分布不均造成的扭转影响。按计算结果，层间最大水平位移与层间平均水平位移的比值控制在了1.4以内，略大于规范规则性的规定。但由于层间位移角远小于规范限值，因此结构在水平作用力下的扭转是完全可以接受的。结构大开洞的考虑:结构隔层大开洞，在夹层中，造成楼面板的平面刚度不连续。因此，整体计算时考虑了开洞影响，将全楼楼板设为弹性膜以考虑楼板在平面内的实际刚度。同时，在整体计算之外，增加局部框架的计算，以考虑在楼板不能连续传力情况下局部框架的受力。根据计算结果，局部框架的受力可以满足设计要求。性能设计的考虑:本结构楼面大开洞，楼盖大跨度，同时质量重心偏置，形成了较不规则结构。设计时，为保证常遇地震作用下结构的安全性，对于一些重要构件提高了性能设计验算的要求。虽然本工程层数较少，总高不大，但楼层间质量、刚度都相差较大，竖向不规则，采用静力弹塑性分析与本工程高阶振型地震作用较大的实际情况不相符，因此本工程的性能设计采用的是拟弹性法。具体考虑为:框架柱抗弯抗剪均验算至中震弹性，斜撑构件为轴向受力构件，验算至中震不屈服，相应节点均采用等强连接。通过以上措施，在设计过程中对结构不规则部分进行了验算及加强，提高了结构安全度。
5楼盖结构舒适性的验算
体育馆钢结构楼盖由于跨度大，隔墙等非结构构件数量少，因此楼盖阻尼小，基频低。在人员活动时可产生竖向振动，当振动超过一定限值时容易引起使用人员的不适与恐慌。因此，在设计过程中应对楼盖结构的振动舒适度进行控制。本工程楼盖结构跨度较大，体育馆两跨运动场地主框架分别为达到33米、22米，开间最大12米，楼盖刚度较小，楼板振动不可忽略。本工程在2010年8月份完成施工图审查时《高规》与《混凝土规范》均未对楼面振动进行规定，当时国内建成的钢－混凝土混合楼盖主要用于高层及超高层商住楼，楼面的使用功能以住宅，办公居多，其计算楼面振动与目前2010版《高规》一样，计算的是步行荷载对于楼盖振动舒适性的要求，见于《高规》2010版3.7.7条及附录A。但《高规》条文仅适用于步行激励荷载产生的振动，对于间奏激励荷载产生的振动未作规定，并不太适合体育馆建筑的楼面舒适度计算。因此，楼面设计时参照ASIC11对于间奏激励荷载分析的相关规定对楼盖振动做了计算。
结构设计论文篇5
1当前的建筑物安全事故，与结构设计安全度无关
50年代的结构设计方法，与现在近似，当时所用的混凝土强度很低，只有110~140号，比现在的C15还低。50年代初期施工手段也很落后，混凝土用体积配合比，人工搅拌，没有振捣器……而当时施工发生安全事故的较少。有一些建筑物，如王府井百货大楼、北京饭店等，使用至今已逾45年，而且经过了唐山地震影响的考验。因此可以说，现在的安全事故，与结构设计安全度是没有连带关系的。
2结构设计，仍宜提倡节约
关于节约钢材的问题。作为一个结构设计工程师，重要职责之一，就是以较少的材料去完成建筑物各种功能的要求。如果将构件截面任意加大，材料用量任意增多，这个工作，建筑师也能做。
在发达国家，节约材料也是工程师所追求的。1998年美国《商业周刊》登载由美国建筑师学会（AIA）举办的最佳建筑设计竞赛，"节省材料"是该次竞赛的主题之一。纽约时报新印刷厂的设计，因采用规则的矩形平面和常规材料，节约五千万美元而获奖：又如香港中国银行（贝聿铭设计）因其结构方案布置得当，比同样高度的其他结构大量节约钢材，所以若干个杂志上都发表文章加以表扬。
3我国规范中的构造规定，并非都比别国低
我国规范规定的是最低用钢量，设计者一般根据结构重要性，予以适当提高，所以下能以此来判定我们在工程中的材料用量，更不能以我们的最低值来与人家比。我国规范规定的柱子最小含钢量力0.4％，是不考虑抗地震时的数量，我们大多数城市设计时都考虑抗震，高层建筑更是都要考虑，这时柱子的最小含钢量就是0.5%~1.0%.而且设计单位在设计高层建筑的柱子时,用钢量常比规范要求的还大,因此与国外相比，实际用钢量并不太小。
我们有些构造要求，已与国外持平，如剪力墙的最小配筋率为0.25%，与美国相同。至于墙的暗柱配筋量，在许多方面已是世界领先。
我国规范对于梁受压钢筋的配筋率，有明确规定。且数值与美国基本相等，并非"无此规定"。至于受拉钢筋的最小配筋率，有设计经验的人都知道，在一般梁板构件中，此值并不起作用，有影响的是在类似基础厚板一类构件中。这种构件中，我国规范与国外规范相比，在某些情况下配筋更多。因为如美国或新西兰规范，对于控制最小配筋量还有一些放松要求的措施，可使配筋减少，所以在一定情况下，配筋可以比我们更少。因此也不能一概而论，说我国的构造配筋比国外如何的少。
4关于能否进入国际市场
最近在北京大北窑建成的航华中心，其中三栋最大的办公楼，为三家外国大公司买去，即美国的惠普公司、摩托罗拉公司和韩国三星公司。这些工程都是按我国规范设计建造的，建成主体结构后，先后被这三家公司卖下。其他国际知名的公司购买或长期租用我国建筑物者还很多。这些大公司都愿意购买，说明我们的设计，能为国际接受。
有人以为，低安全度有损于我国建筑业的国际形象.有损于国际形象的事情有,但不是结构设计安全度问题。我曾多次遇到在华投资的外商来向我咨询,所提问题，一是施工质量低劣，二是结构设计大浪费。后者都是用钢量大高或混凝土构件截面过大，超过了他们国家的常用水平！有一个工程，单是基础就多用了钢筋500吨！
5规范要根据国家政策而定
一个国家的规范，不仅仅是技术性的，还有根强的政策性，许多方面，是一个国家经济条件的直接反映。因此，我国规范的材料用量，当然应该比发达国家低,也即安全度应该低一些。这方面我们完全可以理直气壮地说，我们过去的设计标准，是符合我国国情的，是安全的。当然某些局部有不足，要不断修改。国外的规范也不是十全十美，也在不断的修改。我们过去的结构成功地经受了几十年的考验,那就是说,我们的规范,基本是正确的,安全度基本是能满足要求的。
至于抗震规范，更与政策密切相关。美国抗震专家MarkFintel说过，一个国家的抗震政策（体现在规范上），实际上是一个国家的政府愿意为他的人民在抗震方面投多少保险。所以国家富了，可多投些保险费，穷国只能适当少投。
不能单看这些年我国沿海地区的经济发展，我国广大中西部地区，还是相当穷的。我国钢产量虽已与日本齐平，但人均产量只有日本的1/10，而且品种不全，质量较低.所以；我不赞成说现在就可以大量用钢。
中小城市现在还在发展冷轧变形钢筋，这种钢筋性能并不太好，就因为能省钢，所以还在发展，这就是我国的国情。
再回到抗震。地震的情况各国不同，日本的地震发生很频繁，有的城市每三、四十年就会有一次大地震；美国的加州也是每几十年就有一次大地震。我国虽是多地震国家，但同一个地区发生大震的机遇一般不很频繁。例如北京，根据历史记载，大约每300年有一次大震。地震的机率不同，设计所用的抗震规范当然也不同。
但是，按照我国规范没计的抗震工程，还是安全的。近年云南省发生过几次较强地震，凡是按规范正常设计、正常施工的工程，都经受住了考验。
结构设计论文篇6
可以预见，此结构在不久的将来，应用范围一定会越来越广，对解决中国能源的紧迫感有重大作用。应用此技术对国民经济发展中节能、节省资源和降低制造成本也会产生一定的影响，对扩大液压机械的应用开拓是一项重大的贡献。本课题研究内容和任务，就是以一种新型结构的液压泵和马达液力转换能量方式，取而代之是一种大功率，高效率，小体积，低价格的马达。
关键词：摆线马达液力转换机构配油机构孔销机构
TheStructureDesignOfExtrasolarplanetscycloidMotor
Abstract
Rapiddevelopmentofscienceandtechnologyoftoday,machineshavelargelyreplacedhumanlabor,liberatingthepeopleoftheclassmanualforfurtherindustrialdevelopmentintostreamsofmomentummoretotheprogressofmankindmadeanindeliblerole.However,whilethemachineryintheindustrialdevelopmentofmankindhaveapivotalrole,wehaveanewprobleminfrontofus,howdopowersource,Howcanwemakebetteruseofthenaturalresourcesaroundus?Wanghumanprogressinthefaceoftheladderisajointseriesofemergingissues--howtogenerateaconstantsupplyofpower?Tosolveaseriesinvolvingthesourceofpower,motors,motor,theinternalcombustionengine,aseriesofpumppowergeneratoronthebreedandhealth.Hydraulicmotorsisliketheheart,asteadysupplyofenergyconversionandenergy.ForthedevelopmentofITindustrieshasmadeindeliblecontributions.Usingneedlesroundcycloidplanetarymeshingpayatoothdifferenceprincipleandstructureofhydraulicmotors,alsocalledextrasolarplanetsdrive,Itsappearanceonthepioneeringapplicationofhydraulictechnologywillbeamajorbreakthrough.Itstechnicaladvantagesareobvious,concretecanbedividedinto:optimizationofhydraulicmachinerytechnology,theoptimumstructurewithinnovativedesignandtheapplicationofleadingtechnologyandthedevelopmentofmoretechnology.Thiscanbecarriedoutcontinuouslyandinnovation.Itcanbeforeseenthatthisstructureinthenearfuture,theapplicationwillbecomewider.Chinatosolvetheenergyofurgencyamajorrole.Applicationofthistechnologytothedevelopmentofthenationaleconomyenergy,saveresourcesandreducethecostofmanufacturingwillhaveadefiniteimpactHydraulicmachinerytoexpandtheapplicationdevelopmentisamajorcontribution.Theresearchcontentandthetaskistoanewstructureofthehydraulicpumpmotorsandhydraulicenergyconversion,Insteadofahighpower,highefficiency,smallsize,lowpriceofmotors.
Keyword：cycloidmotorHydraulicConverterDistributionoilsectorKongmarketingagencies
液压马达
20世纪，由于电力工业的飞发展，工业领域中满目所见、充耳所闻皆是电马达的旋转和轰鸣，因此，人们大大忽视了液压马达的存在。
其实，电马达由于受磁饱和的限制，在每平方厘米上只能产生数十牛顿的电磁力，其数量级仅为0.1MPa；而液压马达的工作压力通常为10MPa数量级，两者相差几十甚至数百倍。因此，电此，电马达扭矩很小而转速很高，一般都要通过减速机构方能驱动负载。
液压马达，尤其是低速大扭矩马达，均可直接驱动负载。液压马达力密度大，在同等功率输出情况下，其重量、尺寸仅为直流电马达的5%~20%，相对质量很轻，所以转动惯小，启动、制动、反向运转快速性及低速稳定性好，并可方便地实施无级调速，这些令电马达无法相比的优点，使得近20年来液压马达和液压技术在全世界都得以迅速地推广应用和深入普及，人们在实践中也越来越感到液压马达的重要性。
世界上经济技术发达国家，一贯重视液压马达的研究、开发、制造和应用，并不断进步和获得新的成果，而且论著颇丰。相比之下，我国由于技术基础较为薄弱，人们的认识水平也远远不及先进国家，国人对于液压马达的论述专著极为罕见，对于液压马达实用技术方面专著更可谓“蹋破铁鞋无觅处”。
到目前为止，液压马达的种类已是层出不穷，有高速液压马达，低速液压马达，摆动液压马达，还有如定量液压马达，变量液压马达，单作用液压马达，多作用液压马达等，而摆线马达则是属于低速液压马达中的子种类——多作用液压马达中的一种，而单单摆线液压马达也分为好多种：双定子叠加式盘配流摆线液压马达，集成式摆线液压马达，BMR（2）轴配油摆线液压马达，BM式摆线液压马达，外形星针轮式摆线液压马达。
摆线齿轮马达BM是我国机械部重点企业、江苏省液压气动密封件协会大批量制造的行星转子式摆线齿轮液压马达。它是一种利用行星减速机械原理的内啮合摆线齿轮马达。这种马达自1955年发明以来，随即传入我国，以其独特的优点获得迅的发展。这种优点表现为：结构简单、体积小、质量轻、转矩大，单位质量功率远比其他类型的液压马达。另外，这种马达的转速范围宽、使用可靠、低速稳定性好、价格低廉。目前全世界的年产量已超过百万台，被广泛应用于塑料机械、工程机械、农业机械、煤矿机械、起重运输机械、渔业机械及专用机床等设备中。而且，采用传统机械能量转换方式，不但要储备一定功率，变速时对主机部击很大，影响其寿命，又多耗约7%油料。本课题研究内容和任务，就是以一生中新型结构的液压泵和马达液力转换有量方式，取而代之。这种新型结构的液压马达，为一齿差“外行星针轮摆线的传动原理机构，能满足船舶大范围性能的工况要求，其特点：可选各主参数值范围大，比功率值大。总效率，体积小，重量轻和价格低。”
此摆线马达是一个小体积，大功率的摆线马达
液压马达习惯上是指输出旋转运动的,将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置.
从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况；反之，当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素--密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。
但是，由于液压马达和液压泵的工作条件不同，对它们的性能要求也不一样，所以同类型的液压马达和液压泵之间，仍存在许多差别。首先液压马达应能够正、反转，因而要求其内部结构对称；液压马达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。因此，它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承；其次液压马达由于在输入压力油条件下工作，因而不必具备自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起动转矩。由于存在着这些差别，使得液压马达和液压泵在结构上比较相似，但不能可逆工作。
液压马达按其结梅类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500r／min的属于高速液压马达，额定转速低于500r／min的属于低速液压马达。高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调节(调速及换向)灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大所以又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低(有时可达每分钟几转甚至零点几转)，因此可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大，所以又称为低速大转矩液压马达。
参考文献
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[16]RichardA.Schmidt.Motorcontrolandlearning：abehavioralemphasis．HumanKinetics,c1988.
目录
前言5
1．概述7
1．1液压马达7
1．3摆线马达的相关问题8
2．摆线及其相关的问题14
2．1问题的提出14
2．2摆线的定义与研究历史14
2．4摆线的两个重要性质16
2．5摆线的其他有关方面17
3．摆线轮的结构与工作原理及其分析计算19
3．1概述19
3．2啮合原理20
3．3摆线轮的啮合特性22
3．4摆线针轮作用力的理论分析27
3．5摆线针轮的齿面接触强度的理论分析30
4.摆线轮机构及其相关部分机构的方案设计及其计算33
4．1参数方案选择设计33
4．2实际参数设计计算37
5．其它部分设计分析42
5．1参数选择分析与计算42
5．2柱销与孔的作用力分析44
5．3螺栓分析与计算46
5．4轴承的设计计算49
5．5壳壁主要部分的设计计算52
5．6封密装置的设计分析53
结束语55
结构设计论文篇7
1．3坚实的质量地震作为破坏性超强的自然灾害，想要最大限度降低其对建筑的破坏，保证建筑设计坚实的质量是最基本的防护措施。相比较而言，我国建筑设计水平发展较为缓慢，在地震设计方面也存在不够合理的情况，这使得很多建筑结构都出现了地震安全隐患，过大的自身重量也加大了地震危害。为了保证建筑结构抗震水平，必须要在建筑抗震设计环节中科学的运用抗震理论，根据相关设计原则，利用有效措施来提高建筑结构的可靠性与安全性。
2实现建筑结构抗震水平设计的措施
2．1基础性防震措施应用基础性防震措施根据建筑的结构的不同位置有着不同的措施:(1)地基隔震。地基隔震是在建筑地基与土层之间设置缓冲层，以便在地震发生时减小建筑与土层之间的震动碰撞，实现对震能的有效吸收和反射作用，减小地震对建筑物的破坏。目前，我国最常使用的地基隔层为沥青原料隔震层。(2)基础隔震。基础隔震是整个建筑结构抗震设计中的关键，想要降低地震对建筑物的破坏，就必须要做好基础隔震措施。在对建筑基础采取抗震措施时，为了减小地震对上部结构的破坏，需要在建筑物的上部结构和基础位置接触处设置隔震层，防止地震力由地基处向上部结构传播，降低地震对建筑上部结构的破坏。基础抗震装置一般采用混合隔震装置、基底滑移隔震装置和夹层橡胶隔震装置等。(3)间层隔震。间层隔震是为了吸收地震的冲击余力而设置的，间层隔震的有效设置能够对震力进行再次削减，以达到降低地震对建筑的破坏作用。间层隔震一般都安装在原始结构层上，其实我国最早使用的的抗震措施，具有施工操作简单的优势。(4)悬挂隔震。悬挂隔震是通过悬挂的方式，将建筑物全部或部分结构脱离地面，从而在地震出现时，降低地面震动与建筑物之间的震力作用。目前，此种抗震措施多用于大型钢结构建筑当中，收到了较为不错的抗震效果。
2．2机敏减震支撑体系机敏减震支撑体系是集成现代科技技术的防震系统，其利用活塞运动的原理，对建筑结构进行设计。在地震灾害发生时，保证建筑结构中的内、外钢能够通过不断的滑动来消减地震的破坏力，减轻震力破坏和消耗地震作用力的传导。目前，这项技术还在不断的研究和完善当中，相信其很快就能够实现有效的应用，为建筑抗震设计水平的提升做出贡献。
2．3效能减震技术应用效能减震是实现对地震所产生动能的消耗，来减轻地震能的传导大小，从而降低其对建筑物的破坏程度。目前，在此技术方面一般采用消能器和阻尼器，两种器械都能够实现地震能量的有效消耗和吸收，减小震力对建筑主体的破坏，以达到对建筑主体结构安全、稳性定的保护。目前，效能减震技术在我国建筑防震设计中得到了有效的应用，其在新建筑的防震设计和旧建筑的抗震加固方面，都起到了良好的效果。
结构设计论文篇8
1路桥过渡段路基路面结构设计的重要性
当前，各个地区的经济往来越来越频繁，这就要求相关部门进一步加快路桥建设步伐，这也是社会主义现代化建设的需要。在这一背景下，就必须对路桥工程进行进一步设计，促使工程建设水平得到有效提升，满足新时期路桥运输要求。针对路桥过渡段而言，结构设计对于路桥的安全性、稳定性均具有重要影响。因此，要满足路桥工程稳定性要求，就必须增强设计方案的可行性和实用性。
2路桥过渡段路基路面结构的常见问题
2.1桥头引道过渡段结构设计不当。针对桥头引道路基过渡段而言，较为常见的处理方式有粗粒填筑、加筋土、钢筋混凝土过渡板法等[1]。上述方式难以避免桥头跳车现象，通过研究发现，桥头跳车主要原因在于人们没有找到可行的定型搭板处理计算方式。同时，搭板的长度不符合规定也会导致这一现象发生。2.2桥头引道软土地基处理不当。开展图纸设计过程中，如果设置的地质钻孔比较少，钻探的深度不符合标准规定，就会导致工作人员很难明确路基深度和范围，也难以探明软土路基性质，这种情况下，会导致软土路基段出现沉降，从而导致桥头跳车。进行设计过程中，针对软土地基，理论和实际之间存在一定的差异，会导致路基设置难以达到预期效果。2.3桥头引道路堤边坡防护措施不合理。雨水侵袭，道路桥梁会受到一定影响。我国一些沿海地区，降雨比较多，因此，需要对桥头引道路堤采取相应的防护措施。但是，若防护措施不够合理，即便实施相应的道路桥梁防水、排水工作，也难以实现预期效果，进而使台背填土冲刷流失，进一步降低了路基的强度，从而引发桥头跳车现象。
3路桥过渡段路基路面结构设计措施
3.1无搭板设计方案。近年来，路桥过渡段结构设计中，搭板设计得到广泛应用，能够有效降低路基沉降发生率。在采用该方式进行具体施工过程中，为使施工质量得到提高，采用不设置搭板的设计方案，需要进一步转移设计重心，重点设计填筑工程，对其进行适当的填筑和加固，促使道路桥梁的性能以及路面、路基面承载力得到提升。相关单位需要采用先进的科学技术，进一步提高压实力度，进而为路桥过渡段的施工质量提供保障。3.2有搭板设计方案。路桥过渡段沉降问题相对普遍，针对这一情况，可在桥头位置设置搭板，从而防止桥头跳车情况发生。此外，对桥台搭板进行进一步分析，其长度主要是以坡度值作为依据进行设计，通过这种方式，能够保障其有能力承担车辆行驶过程中所带来的负荷，从而有效降低沉降发生率[2]。采用这种方式比较简单快捷，但不是全部的路桥工程均能够使用这一方式。对于路桥过渡段，设置相应的桥头搭板，以防止桥头出现沉降现象，取得了一定的效果，但是还是存在一定弊端。例如，一些承受较大交通压力的路桥，如果为其设置搭板，跳车现象就难以解决，导致这一路段被磨损，若路堤台衔接处发生沉降问题，逐渐向其他方位转移，会促使局部位置出现沉降问题。这种情况下，技术人员需将实际工程情况作为依据，从而对搭板进行合理化设计。图1为搭板设置示意图。对桥梁搭板的宽度进行设置，对搭板的宽度以及桥面的宽度进行控制，要求宽度一致，采用这一方式进行设计，能够有效防止行车过程中发生安全事故。针对桥梁板的边缘位置，两者之间要设置0.5m的差距。这种情况下，相应技术人员和施工人员，需针对搭板厚度进行科学设置，并且充分考虑位移情况，设置的搭板厚度越大，出现的位移就会越小。在对桥梁建设过程中，工作人员应控制搭板厚度。在我国，一些小型路桥搭板厚度在20~36cm之间。但是对大型搭板进行设计过程中，需要对厚度做进行一定调整，一般情况下，其厚度被控制在30~40cm之间[3]。设计人员进行搭板设计过程中，需进一步研究搭板的长度，从而避免搭板设计缺乏合理性。同时，可以利用锚固栓连接台顶和塔板，从而有效降低沉降情况。此外，结合桥台实际情况，对搭板筋进行合理设计，从而有效提升过渡段性能。3.3路桥过渡段路基路面压实设计。对路桥过渡段进行具体施工过程中，可以同时对路桥台背和桥坡填实和填土，采用这一方式，能够有效防止沉降现象的发生。同时，结合相关施工方案对其进行具体施工，也可以采用分层填筑的方式。对每一层的厚实度进行合理控制，按照相关规定对不同环节进行具体施工，首先将土卸下车，然后使用推土机推平，此后对路面进行洒水[4]。相应施工人员要使用专用工具对路面进行填平，然后使用压路机实施具体的压实操作。
4结语
当前我国基础设施的建设还不是十分完善，如道路和桥梁的过渡段位置，结构设计存在一定问题，影响车辆行驶的安全性。这种情况下，相关部门应当加大重视力度，并对路桥施工技术进行深入研究，使我国路桥施工质量和施工水平得到有效提高，从而为人们提供一个安全、良好的出行环境。
作者:史龙 单位:石家庄宏业交通建设监理有限公司
参考文献：
[1]范明亮.浅谈路桥过渡段路基路面结构设计[J].黑龙江科技信息，2017（9）：219.
结构设计论文篇9
在早期的计算机系统上常用串口或并口连接设备。每个接口都需要占用计算机的系统资源(如中断，I/O地址，DMA通道等)。无论是串口还是并口都是点对点的连接，一个接口仅支持一个设备。因此每添加一个新的设备，就需要添加一个ISA/EISA或PCI卡来支持，同时系统需要重新启动才能驱动新的设备。
USB总线是INTEL、DEC、MICROSOFT、IBM等公司联合提出的一种新的串行总线标准，主要用于PC机与设备的互联。USB总线具有低成本、使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点，已被广泛地用在PC机及嵌入式系统上。
二、USB总线优缺点
1.优点
（1）使用简单
所用USB系统的接口一致，连线简单。系统可对设备进行自动检测和配置，支持热插拔。新添加设备系统不需要重新启动。
（2）应用范围广
USB系统数据报文附加信息少，带宽利用率高，可同时支持同步传输和异步传输两种传输方式。一个USB系统最多可支持127个物理设备。USB设备的带宽可从几Kbps到几Mbps(在USB2.0版本，最高可达几百Mbps)。一个USB系统可同时支持不同速率的设备，如低速的键盘、鼠标，全速的ISDN、语音，高速的磁盘、图像等(仅USB2.0版本支持高速设备)。
（3）较强的纠错能力
USB系统可实时地管理设备插拔。在USB协议中包含了传输错误管理、错误恢复等功能，同时根据不同的传输类型来处理传输错误。
（4）总线供电
USB总线可为连接在其上的设备提供5V电压/100mA电流的供电，最大可提供500mA的电流。USB设备也可采用自供电方式。
（5）低成本
USB接口电路简单，易于实现，特别是低速设备。USB系统接口/电缆也比较简单，成本比串口/并口低。
2.缺点
USB技术还不是很成熟，特别是高速设备。市场上现有的USB设备价格都比较昂贵，但随着USB技术的日益成熟，设备的不断增加和广泛应用，其价格将会有所降低。
三、USB系统拓扑结构
一个USB系统包含三类硬件设备:USB主机(USBHOST)、USB设备(USBDEVICE)、USB集线器(USBHUB)，如图1所示。
（1）USBHOST
在一个USB系统中，当且仅当有一个USBHOST时，USBHOST有以下功能:
管理USB系统；
每毫秒产生一帧数据；
发送配置请求对USB设备进行配置操作；
对总线上的错误进行管理和恢复。
（2）USBDEVICE
在一个USB系统中，USBDEVICE和USBHUB总数不能超过127个。USBDEVICE接收USB总线上的所有数据包，通过数据包的地址域来判断是不是发给自己的数据包：若地址不符，则简单地丢弃该数据包；若地址相符，则通过响应USBHOST的数据包与USBHOST进行数据传输。
（3）USBHUB
USBHUB用于设备扩展连接，所有USBDEVICE都连接在USBHUB的端口上。一个USBHOST总与一个根HUB(USBROOTHUB)相连。USBHUB为其每个端口提供100mA电流供设备使用。同时，USBHUB可以通过端口的电气变化诊断出设备的插拔操作，并通过响应USBHOST的数据包把端口状态汇报给USBHOST。一般来说，USB设备与USBHUB间的连线长度不超过5m，USB系统的级联不能超过5级（包括ROOTHUB）。
四、USB总线数据传输
USB总线上数据传输的结构如图2所示。
从物理结构上，USB系统是一个星形结构；但在逻辑结构上，每个USB逻辑设备都是直接与USBHOST相连进行数据传输的。在USB总线上，每ms传输1帧数据。每帧数据可由多个数据包的传输过程组成。USB设备可根据数据包中的地址信息来判断是否响应该数据传输。在USB标准1.1版本中，规定了4种传输方式以适应不同的传输需求：
（1）控制传输（controltransfer）
控制传输发送设备请求信息，主要用于读取设备配置信息及设备状态、设置设备地址，设置设备属性、发送控制命令等功能。全速设备每次控制传输的最大有效负荷可为64个字节，而低速设备每次控制传输的最大有效负荷仅为8个字节。
（2）同步传输（isochronoustransfer）
同步传输仅适用于全速/高速设备。同步传输每ms进行一次传输，有较大的带宽，常用于语音设备。同步传输每次传输的最大有效负荷可为1023个字节。
（3）中断传输（interrupttransfer）
中断传输用于支持数据量少的周期性传输需求。全速设备的中断传输周期可为1~255ms，而低速设备的中断传输周期为10~255ms。全速设备每次中断传输的最大有效负荷可为64个字节，而低速设备每次中断传输的最大有效负荷仅为8个字节。（4）块数据传输（bulktransfer）
块数据传输是非周期性的数据传输，仅全速/高速设备支持块数据传输，同时，当且仅当总线带宽有效时才进行块数据传输。块数据传输每次数据传输的最大有效负荷可为64个字节。
五、典型应用
USB系统的典型应用如图3所示。
在图3所示系统中，显示器、Audio、Modem皆为全速设备，键盘、鼠标为低速设备。其数据传输为：
USBHOST通过控制传输更改显示器属性。
USBHOST通过块数据传输将要显示的数据送给显示器。
USBHOST通过控制传输更改键盘、鼠标属性。
USBHOST通过中断传输要求键盘、鼠标输入读入系统。
USBHOST通过控制传输更改Audio属性。
USBHOST通过同步传输与Audio设备传输数据。
USBHOST通过控制传输更改Modem属性。
USBHOST通过块数据传输与Modem设备传输数据
六、一个USBHOST接口的软硬件设计
市场上现已有很多公司提供的USB接口器件，如PHILIPS的PDIUSBD11/PDIUSBD12，OKI的MSM60581，NATIONAL的USBN9602，LUCENT的USS-820/USS-620，SCANLOGIC的SL11，等等。
同时也有很多带USB接口的处理器，如CYPRESS的EZ-USB，AMD的AM186CC，ATMEL的AT43320，MOTOROLA的PPC823/PPC850，等等。下面给出用SCANLOGIC的USB接口器件SL11HT实现嵌入式USBHOST的例子。
1.SL11HT特点
遵从USB1.1标准；
支持全速/低速传输；
支持主机/设备端两种模式；
3.3/5.0V供电；
片内包含256个字节的SRAM；
48MHz晶振输入。
当SL11HT被用作USBHOST接口时，对系统有以下要求:
由系统维护SOF帧数目；
由系统生成CRC5效验码；
要求系统中断潜伏期小于1.5μs。
2.SL11HT接口硬件框图
图4简单地给出了使用SL11HT扩展USB接口的框图，更详细的硬件连线图请见参考文献2,3。
3.USBHOST端软件结构
USBHOST端软件结构如图5所示。
（1）USB接口驱动程序
USB接口驱动程序需实现以下功能:
USB接口器件的初始化；
计算上层数据包的效验和，发送上层的数据包；
发送SOF帧；
接收从USB接口传送来的数据，并检查数据的有效性；
将接收到的数据送往上层。
（2）USB协议栈驱动程序
USB协议栈驱动程序需实现以下功能:
提供与设备驱动程序的接口；
读取并解析USB设备描述符，配置描述符；
为USB设备分配唯一的地址；
使用默认的配置来配置设备；
支持基本的USB命令请求；
连接设备与相应的驱动程序；
转发设备驱动程序的数据包。
（3）设备驱动程序
设备驱动程序需实现以下功能:
提供与应用程序的接口；
读取并解析USB设备特有的描述符，获得设备提供的传输通道；
结构设计论文篇10
1.结构组成
张拉膜结构是一种新型的结构形式，它和以刚性材料为主要结构材料，受弯为主要受力方式的传统结构不同，它是以柔性的薄膜作为结构材料，通过支承张拉系统对薄膜施加预应力使其形成稳定的负曲面造型，获得结构刚度，能够覆盖大跨度空间的一种空间结构体系。如后附图1是张拉膜结构的两种最基本的结构形式马鞍形结构单元和锥形结构单元的示意图。它们都是由支承张拉系统和膜面组成。支承张拉系统包括桅杆、拉索、锚点、边索、脊索等，它们是对薄膜施加预应力的结构构件，并且是张拉膜结构重要的造型要素。在张拉膜结构中薄膜既承受建筑荷载是结构的一部分，同时又是建筑的维护结构。
2.膜面的几何要求
张拉膜结构和其他传统结构形式最大的区别在于它所使用的结构材料。传统的建筑结构采用的都是刚性材料，结构可以直接从材料中获得刚度。而张拉膜结构使用的结构材料是薄膜，它是一种柔性材料，只能受拉不能受压，它必须满足一定拓扑关系的几何造型，通过施加预应力来获得结构刚度，从而使结构具有承载能力。张拉膜结构需要满足的几何要求就是形成负高斯曲面。负高斯曲面上每个点的的两个主曲率半径分别位于曲面的两侧，如膜结构中的鞍面和锥形面，这类曲面也称为互反曲面(anticlasticsurface)。那么为什么张拉膜结构的曲面形式必须是负高斯曲面呢？假设空间有一个点要通过索来维持该点的平衡，由于索是柔性的不能受压，所以该点至少需要连接4根索，而且其中两根索需要向上弯，以承受节点受到的向下的力；另两根索向下弯，以承受节点受到的向上的力。如此类推要使一个柔性面上每个点都要保持平衡，那么这个面必然是的负高斯曲面。
当曲面曲率较小时为了保持膜面的平衡必然需要较大的预应力，曲率较大时可以减少膜面所需的预应力，因此张拉膜结构设计中一般都要尽量避免出现扁平区域，这会造成膜面应力分布不均，难以保持结构的稳定。负高斯曲面是维持张拉膜结构稳定的基本几何要素，在此基础上对曲面施加预应力使其产生足够的刚度，满足建筑结构的要求。张拉膜结构的曲面造型与结构受力是紧密联系在一起的，是膜面内部受力情况的直接表现。充分了解张拉膜结构的工作原理和机制对于建筑师进行张拉膜结构设计有十分重要的意义，可以帮助建筑师在进行造型设计时进行初步判断分析，避免设计出一些不合理的膜面造型甚至是根本不可能实现的形式。
关于张拉膜结构设计的论述
1.张拉膜结构空间设计的特殊性
张拉膜结构是一种以柔性薄膜材料作为主要结构材料，受拉为主要受力方式的结构形式和传统的结构形式有很大区别。结构特殊性决定决定了它内部空间设计的特殊性。
2.张拉膜结构的空间特点
(1)结构形式与建筑空间的高度一致性
结构与建筑空间的高度一致性是张拉膜结构最大的空间特点，它的其他空间特点都是由此而来。建筑的结构为内部空间提供了一个基本骨架。在传统结构形式的建筑中常常会对结构形成的原始空间进行进一步塑造和修饰，例如通过使用吊顶，掩盖一些较粗糙丑陋的结构构件，重新限定空间大小和形状，改变原有空间界面的肌理、质感和色彩，形成建筑师所需要的室内空间效果，这些建筑的结构和内部空间是不完全一致的有时甚至是相背离的。在张拉膜建筑中，结构形式和内部空间是高度一致的，结构本身就是内部空间的围合界面，它的形状、质感和色彩等决定了空间围合界面的形状、质感和色彩。在张拉膜建筑空间设计中，建筑师必须改变通常的先建筑后结构的空间设计方法，在进行空间设计构思时就要充分考虑结构的实现问题，把结构当作空间设计的手段和语言。
(2)透明的负双曲面空间
通常的建筑空间都是由直线元素构成的，即使是曲面的也都是各种正高斯曲面和零高斯曲面，例如圆柱面，半球面等，而张拉膜建筑的内部空间是一种负高斯曲面构成的空间。张拉膜建筑的内部空间更加自由流畅，空间之间的过渡平滑柔和，室内外的空间互相交融在一起。薄膜材料具有透明性，当我们站在张拉膜结构覆盖的空间里向上仰望，明亮的屋顶波浪般起伏，显得那么的轻巧和优美；阳光透过屋顶洒满室内，让人觉得室内和外面的天空发生了联系，屋顶宛若是漂浮在建筑上空的一朵云彩。张膜建筑的空间效果改变了人们对建筑空间的传统印象，对建筑产生了新的认识。
(3)新的空间限定元素
在张拉膜建筑中的结构本身就是内部空间的围合界面，张拉膜结构的各种结构构件：索、桅杆、膜面等就构成了空间的限定和表现元素。膜面是面元素，桅杆、拉索和膜面拼缝等是线元素而各种结构节点则形成了点元素。在这种情况下，结构构件不是简单的完成结构功能就可以了，还必须进行艺术化的处理承担起空间表现的任务。结构构件的艺术化处理包括对构件造型的美化，例如桅杆进行收分处理，设计膜面拼缝的图案，结构节点的造型设计等。此外更为重要的是，在张拉膜建筑中结构构件之间的视觉逻辑关系会影响到建筑的空间表达，就如同肋骨拱之间的视觉关系对于歌特教堂内部空间表达的作用一样。因此要处理好构件与构件之间的关系形成清晰的结构逻辑和有序的视觉层次。
3.张拉膜结构与建筑空间要求的契合
(1)张拉膜的结构空间形态
张拉膜结构的基本形态有鞍面、锥面、拱承面、波形面等。这些基本形态除了上述的张拉膜结构共同的空间特点之外还有着不同的空间形态特点。鞍形面张拉膜结构的高点和低点都在膜面周边，空间形态流畅开放，中央区域高度适中，空间利用率较高。锥形面高点在膜面中间，低点在周围，空间形态比较内聚。由于膜面中部升起较高，且空间越向上越狭小，相对来说其内部空间不容易被充分利用。拱承张拉膜膜面中央拱承部分较高，然后向两边逐渐降低，当多个拱承膜面组合在一起时所形成的内部空间比较容易被充分的利用。波形面张拉膜脊谷索交替排列，内部空间也高低起伏，一般来说脊索和谷索间隔距离不会太大，波形部分空间很难被利用。从上述的分析中我们发现，虽然张拉膜结构的结构厚度是所有结构形式中最小的，只有薄薄的一层膜的厚度，但是整个膜面结构的高度却比一般的结构来的大（这里的膜面结构高度指的是膜面结构的最低点至最高点的长度）。这是由于张拉膜结构的膜面曲率越大，获得同样刚度所需要的预应力越小，结构越稳定。为了减少膜面内部应力，增加结构的稳定性，张拉膜结构必须保持合适的膜面曲率。锥形张拉膜单元顶高度与平面跨度之比一般大于1:5，小于1:1，鞍形面要求中央平坦区域的曲面曲率大于3％。过大的结构高度会造成空间和材料的浪费，建筑供热制冷空调通风的过重荷载，建筑维护费用的上升。因此张拉膜建筑的结构设计要特别关注如何使结构的形态与建筑的空间要求相契合。建筑的空间除了满足使用功能对内部空间提出的要求外还要满足人们对建筑空间提出的精神需求，如空间气氛、意境、心理舒适度和其他美学要求。张拉膜结构所覆盖的空间与建筑物的使用空间和美学空间越接近，空间的使用效率越高，维护费用越低，这是降低建筑物全寿命周期费用，取得最大效益的重要途径。张拉膜结构可以通过以下方式达到结构形态与建筑空间要求的契合。
(2)充分利用结构空间
张拉膜结构的结构高度虽然比较大但只要我们合理的安排平面功能和结构剖面之间的关系，结构所占据的空间是可以被充分利用的。常用的办法是把建筑中需要较高空间的功能安排在膜结构的高点区域，而把只需要低矮空间的功能放在低点区域。张拉膜结构是空间的连续曲面，当建筑不同区域有不同的高度要求时它比通常的结构形式具有更大的灵活性和适应性。德国慕尼黑奥林匹克游泳馆通过飞杆内部支承和桅杆外部悬挂在中央比赛区域设置了两个高点结构。位于跳水池上方的高点稍高而位于游泳池上空的高点略低，整个屋面从两个高点向四周逐渐降低。建筑的结构形态与建筑的空间要求达到了吻合。（后附图3）意大利M&G研究试验室这座建筑采用连续拱承膜面作为建筑的外皮结构，把办公、实验室、车间、测试设备等功能包裹在其中。建筑内部各个功能单元，顺应拱形膜结构形态布置，在空间较高处安排较为高大的实验设备而较低处则作为休闲活动区域，充分利用了结构所覆盖的内部空间，提高了空间的使用效率。（后附图4）
(3)增加膜面内部支撑减少结构高度
有的建筑内部空间高度比较均匀，这就要求更加平缓的膜面形式，膜面的起伏不能太大，以减少空间的浪费。由于张拉膜结构的稳定性要求，曲面形式越平缓，结构的跨度也会越小。以损失整个结构的跨度来获得平缓的曲面形式显然不是一个可取的办法，那么该如何协调两者的矛盾呢？解决的方法是在原有膜面的内部增加支撑，使一个完整单一形式的膜面被分成若干部分的组合，这样就减少了每个区域的跨度，整个膜面就可以设计的更加平缓了。为了继续保持原有的无柱大空间，我们可以使用外部支承结构或者内部飞柱来提供膜面的内部支撑。1972年建成的德国雷根斯堡某游泳池由奥托设计。该游泳池主要用于休闲娱乐，只有少量的看台也没有跳水池，因此建筑的内部空间要求比较具有亲和力，高度不宜过高。奥托使用多高点的张拉膜结构作为游泳池的屋顶结构，18个高点通过钢索悬挂在外部的桅杆上。膜面内部多点高点支撑使整个膜面呈现出比较平缓的形态，满足了建筑的空间要求。（后附图5）此后奥托又在德国慕尼黑奥林匹克游泳馆临时看台屋顶的设计中采用了相似的结构。（后附图6）
(4)在膜面内部设置低点结构
膜面内部的支承点通常都是作为张拉膜的高点结构，如锥形和拱承式张拉膜。如果把它们膜面内部的高点颠倒过来作为低点，这样形成的膜曲面是向建筑内部凹进的，能大大压缩它所覆盖空间的大小，提高空间效率。美国佛罗里达州某度假设施需要建造一个膜结构屋顶来覆盖它的内庭院。膜结构屋顶由霍斯特伯杰设计。由于膜结构屋顶的跨度较大，如果采用常规的中央高点的锥形张拉膜结构，过大的结构高度会造成空间的巨大浪费，而且支撑高点所需要的结构也会增加许多建造费用。霍斯特伯格设计了两个巨大的倒锥形张拉膜结构作为屋顶结构。内凹的曲面使庭院空间控制在一个较为合适的大小，增加了空间使用效率。倒锥形的膜面周边固定在庭院周围建筑的屋顶上，低点由互相交叉的钢索直接锚固在庭院中间的地面上，省去了不必要的高点支撑构件，较少了造价。低点被设计成一个罩有透明有机玻璃的天窗，在雨天时，雨水从球罩与膜面之间的空隙流入室内，形成一处瀑布景观，为庭院增添了趣味。（后附图7）奥托在蒙特利尔博览会德国馆的设计中也在膜面内部设置了类似的低点结构。这些低点有效的起到了调整结构形态控制结构高度的作用。这些低点结构还使屋顶膜面自然的延伸到地面，建筑空间变得更加有机生动，对于表现膜结构特点，营造空间气氛起到了很好的作用。（后附图8）
4.拼逢在张拉膜结构空间表现中的作用
物体表面的图案和线条对于物体的识别有很大的影响。这些作用其实早就被建筑师发现并在建筑设计中加以利用。在歌特建筑中肋骨拱形成的韵律和图案是表现空间的主要工具，相互交错重复出现的肋骨拱突出了建筑空间高耸挺拔的效果，烘托出神秘、崇高、奔腾向上的宗教气氛。砖结构建筑中砖缝形成的图案和肌理；摩天楼玻璃幕墙的划分也都是建筑师设计建筑表面的线条元素表现建筑的手段。张拉膜结构的膜面是由膜材经过剪裁后拼接起来的，在拼缝的地方材料相对密实，透明度比较小，在光线下就会形成暗色的线条。张拉膜结构中的拼缝在结构上是无法避免的，但是它也为我们增强膜结构可识别性，形成合适的尺度比例，营造特殊的装饰效果提供了条件。
(1)可识别性线条可以强化曲面的造型，类锥形的膜面为了强调膜面的造型一般采用由高点向四周放射的拼缝。巴黎德方斯拱门的膜结构屋顶就是类锥形单元的组合。每个膜结构单元采用放射形的拼缝，使原本曲率较小的膜面造型变得清晰。放射性的图案使重复排列的膜结构单元变得十分生动，增加了许多耐看的细节(后附图9)。M&G实验室的膜结构屋顶在钢拱架方向上曲率较大而与拱架垂直的方向上曲率较小。垂直于拱架布置的拼缝突出了膜面的起伏变化，增强了可识别性。(后附图10)
(2)比例尺度膜面上的线条图案能使人获得正确的尺度感觉。美国想象公司的总部改造工程中采用了大面积起伏不大的张拉膜结构屋顶。屋顶平面接近于矩形，10个飞杆支撑的高点使膜面有轻微的起伏变化。膜面采用均匀大小的长方形拼缝，每个高点都支撑在拼缝交点处。长方形的拼缝图案使屋顶获得了尺度感，突出了高点布置的内在秩序和规律（后附图11）。巴黎的某城市改造工程中膜面拼缝没有进行恰当的设计，拼缝间隔大小不一，使人难以获得正确的尺度感，显得比较凌乱且缺少秩序（后附图12）。
(3)突出节点膜面的某些部位比如高点，低点，边缘张拉构件等是膜面应力汇聚转移的关键部位，这些部位自然的就会成为视觉的关注点，草率失当的节点处理会影响到整个结构的表现效果。对这些节点区域的强调除了通过构件造型的精心设计之外还可以通过节点部分膜面的拼缝图案和透明度变化来表现。2002年韩日世界杯足球赛在韩国仁川市所建造的门鹤体育场的屋顶是由桅杆支撑的规则悬挂式张拉膜屋顶，膜面在高点处使用星形的曲面切割和拼接实现了受力传递，解决了张拉膜带在高点处变窄的问题。双层膜面使星形的拼缝图案十分的清晰醒目，很好的起到了烘托高点结构的作用。（后附图13）在1998年建造的马兰西亚吉隆坡的国际游泳馆中，膜面主体采用平行拼缝，在每个悬挂点处拼缝进行了特别设计，呈花蕾状。花蕾形拼缝是由放射形拼缝和周边的双层聚酯条围边组成，使其具有比周边平行膜带更大的结构强度。在平行膜带的衬托下悬挂点处的拼缝图案强化了结构的构造特点和重要的结构意义，并为整个内部空间增添了几分诗情画意。（后附图14）
结构设计论文篇11
一、课程教学内容规划
随着我国经济的发展，土建行业对人才的要求特别是对学生工程素质的要求越来越高，企业欢迎的是具有完备知识结构又具备较强工程能力的人才。高层建筑结构设计课程涉及很多计算，教学内容十分丰富，但该课程的学时往往十分有限，因此，合理选择教学内容就显得尤为重要。该课程教学内容的选择应以应用型人才能力培养为目标，理论与实践并重，并注意兼顾不同学习基础的学生。土木工程专业一般将该课程安排在大学四年级第一学期，主要内容包括绪论、高层建筑结构的体系与布置、高层建筑结构的荷载和地震作用、高层建筑结构的计算分析和设计要求、框架结构设计、剪力墙结构设计、框架―剪力墙结构设计、高层建筑地下室和基础设计等，与先修课程混凝土结构、混凝土结构与砌体结构、基础工程、工程结构抗震等有紧密联系，也存在一定的内容重复现象。为了保持教学内容的系统性，教师处理与已开设课程重复的内容时，应做到“重复的内容讲差别，相似的内容讲典型，突出重点”[1]。例如：荷载计算部分的一些内容与混凝土结构课程的相关内容相似，按照相似的内容讲典型的原则，对该部分内容，教师应重点讲解高层建筑结构的风荷载计算（考虑风震系数），而活荷载计算可不考虑不利布置；框架结构设计部分的一些内容，与混凝土结构与砌体结构等课程的相关内容存在重复现象，按照重复的内容讲差别的原则，对该部分内容，教师应重点讲解在框架结构设计中如何调整位移比、周期比、轴压比、相邻层刚度比、层间位移角、层间受剪承载力比等高规参数；高层建筑结构基础设计部分的一些内容，与基础设计和基础工程课程存在内容重复现象，按照重复的内容讲差别的原则，教师可重点讲解高层建筑“筏板基础”“桩基+筏板”设计中的常见错误及其原因。
二、课程教学模式
在开设高层建筑结构设计课程时，学生已具备一定的专业技能，但综合能力还有待提高。采用多元化教学模式是近年来该课程教学的主要特点之一。根据高层建筑结构设计课程实践性和操作性强的特点，教师应以促进学生提高实践技能、掌握关键知识为主线，整合课程各个单元的教学内容开展任务驱动教学和项目导向教学，将“教、学、做”有机结合，着力体现应用性、实践性和开放性的课程理念。将“教、学、做”一体化的教学模式有机融入教学过程，有利于处理“懂”与“会”的关系，学生可以先懂后会，也可以先会后懂或边懂边会。此外，教师还可以把课堂搬进实验室、建筑设计院、工程施工现场等场所，广泛开展直观教学，实现课堂教学与实习实训的一体化，从而有效提升学生的综合能力。
三、课程教学方法与教学手段
高层建筑结构设计课程的教学环节分为课堂教学、PKPM软件应用、工程设计实践和考核[2]。以下从四个方面探讨该课程的教学改革。
(一)课堂教学
课堂教学应以讲解高层建筑结构设计的基本设计理论、抗震规范、高层混凝土结构技术规程等内容为主；要有明确的教学目标、有效的教学策略和具体的学习评价指标；要注重学生兴趣的培养和潜能的发掘与提升，广泛开展探究性学习和协作学习；要注意培养学生终身学习的观念，力促学生自主发展和可持续发展。在高层建筑结构设计课程教学中，还应做到课堂讲授、自学、讨论相结合，课内学习与课外学习相结合，理论学习与实践环节相结合[3]。第一，课堂讲授与自学相结合。教师在课堂教学中应重点讲授基本概念、基本原理和难点，并向学生指定课外自学的内容和思考题，以培养学生的自学能力，化解教学内容多而课时有限的矛盾。第二，开展课堂讨论，启发学生开展积极的思维活动[4]。大学生思想独立性强，思维灵活，喜欢独立思考问题。因此，在全班或小组内围绕一个问题开展讨论，让学生各抒己见，相互启发，有利于发挥学生学习的积极性和主动性，充分提高教学效果。如在高层结构选型内容的教学中，可让学生以某“高层设计采用哪种结构体系较合理”为题在班级范围内开展讨论，让学生在愉快的氛围下通过主动思考掌握高层结构体系的有关知识。就课堂讨论的方式来讲，教师可先提出问题，让学生在小组讨论的基础上，选出代表到黑板前陈述意见，这样既可活跃课堂气氛，提高教学效果，也可提高学生的表达能力。第三，课内学习与课外学习相结合。在每次课结束前，教师都应向学生明确课后的复习内容、预习内容及思考题。对于较抽象的教学内容，教师应组织学生开展课堂讨论或课外学习小组（宜以宿舍为单位）讨论。教师还可结合单元教学内容，组织开展以高层结构设计基本理论知识和常规应用为基础的小型竞赛活动，如PKPM建模大赛等，以锻炼提高学生的知识运用能力。第四，理论教学与实践教学相结合。笔者的调查表明，很多学生在学习过程中都感觉到“高层建筑混凝土结构技术规程”难以理解，难以联系具体工程实例；结构设计只是停留在单个构件上，不明确结构整体设计的思路。因此，教师在教学中应结合具体教学内容引入工程实例，通过对工程实例的详细讲解，使学生加深对理论知识的理解，提高应用能力。比如，对高层建筑常用的三种结构，即框架结构、剪力墙结构、框架―剪力墙结构，教师可借助实际工程项目，依次详细讲解抗侧力构件的布置、主要高规参数的控制、平面的布置、施工图的绘制，通过实例讲解使学生理清结构设计的整体思路，加深对规范条文的理解。需要说明的是，教师教学中选用的案例可以来自企业生产实践，也可来自教师指导学生完成的工程设计实践项目。教师指导学生进行工程设计实践（包括结构选择、结构建模、施工图绘制等），是提高高层建筑结构设计课程教学质量的有效手段。
(二)PKPM软件应用教学
PKPM软件应用教学的重点是理解和掌握高层建筑结构设计的基本过程，主要有以下三个教学步骤：(1)结构布置的讲解与练习。在此步骤中，要通过讲解和练习，使学生掌握运用PKPM软件建模的技巧，理解“抗规”关于结构平面和竖向布置的基本要求。结构平面布置要求平面形状简单、规则、对称、质心和刚心重合[5]30−31；结构竖向布置的要求主要是抗侧力构件沿竖向不突变等。(2)PKPM基本计算参数输入练习。在此步骤中，应要求学生按照相关要求，结合工程结构的实际情况输入PKPM相关参数，并理解基本风压、基本雪压、设计地震分组、抗震设防烈度、连梁刚度折减系数等参数的含义。(3)PKPM计算结果的分析判断和参数调整。在此步骤中，应指导学生通过对计算结果的分析，判断结构的周期比、位移比、剪重比、相邻层刚度比、轴压比、整体稳定是否满足要求，并对不满足要求的参数进行调整。
(三)工程设计实践教学
开展高层建筑结构设计课程实践教学，有利于学生强化工程概念和感性认识，激发学习主动性，提高创新能力。在工程设计实践教学中，教师可以组织学生分组参观调查当地已建高层建筑，了解其构型、结构体系、存在的施工问题等；可以让学生以小组为单位完成高层建筑的建模，如15层以下教学楼、办公楼、宾馆等框架结构的建模，20层以下住宅楼等剪力墙结构的建模，20层以下写字楼、公寓等框架―剪力墙结构的建模。
(四)课程考核
高层建筑结构设计课程的常规考核方法是笔试成绩与平时成绩相结合，但笔试成绩一般占总成绩的80%，这容易导致学生只重视理论而忽视实践，不利于学生应用能力的提高。该课程的考核应着重考核学生综合运用知识的能力，可采用笔试、上机操作、实践环节相结合的考核方式。其中，笔试成绩占总成绩的50%，试卷的制作可参考国家“注册结构工程师专业资格”考试；上机操作成绩占总成绩的20%，可以给定房屋建筑平面图和立面图，让学生在规定时间内运用PKPM软件完成满足结构设计规范要求的结构建模；实践环节成绩占总成绩的30%，内容包括考察报告的撰写情况、在分组建模实践教学中的表现等。
四、教学过程的组织
如前所述，在每次课结束前，教师都应向学生明确课后的复习内容、预习内容及思考题，其中预习的内容可以是参观现有高层建筑结构，调查了解其结构形式、结构设计、施工中存在的问题等，并形成文字。导入新课时，教师可用5分钟左右的时间了解学生的预习情况，并通过总结引出新课题。在讲授新课的过程中，教师应突出重点，把握难点，可按照理论讲授―例题解析―学生练习―归纳总结的步骤组织教学。如在讲解高层建筑的结构体系时，可先分述每种结构体系的概念，再举例分析典型的结构体系布置，然后让学生画出附近教学楼等高层建筑的结构，最后归纳总结常见建筑结构体系的选择。课堂讨论教学环节一般可采取学生自由发言与教师总结相结合的方式，而在安排有小组前期调研的情况下，应紧紧围绕小组代表的汇报发言开展现场提问。另外，教师在课堂教学中还应引导学生主动到建筑设计院、工作室参观实践，以实现学以致用，不断提高学生的实践应用能力。例如，为了提高应用型技术人才培养质量，黄淮学院在其大学生创新创业园设置了建筑设计院校内实践基地，为土木工程、建筑工程等专业学生的工程实践提供了良好的平台，教师引导学生到这里结合教学内容参观实践，无疑能够有效地促进学生实现所学理论知识的内化和实践应用能力的提升。
作者:邵莲芬 单位:黄淮学院
参考文献：
[1]牛海成，徐海宾．面向可持续发展的高层建筑结构设计课程教学改革探讨[J]．高等建筑教育，2013(22)：72―75．
[2]刘圆圆．浅谈《高层建筑设计》课程改革方案[J]．城市建设理论研究：电子版，2014(36)：8119―8120．
结构设计论文篇12
土木工程的结构设计在设计过程上大致可以划分为三个阶段，即结构方案阶段、结构测算阶段、施工图设计阶段。在结构方案阶段中，主要是根据要施工的地区的地质勘测报告设计相应的工程公安，包括抗震防裂程度、工程高度、工程结构形式等等。当工程设计方案相对确认下来狗，就根据方案的具体要求进行下一步的布置和测算工作。在结构测算过程中，主要是对工程负载的情况进行计算。包括外部负载和内部负载的计算。负载的计算主要根据负载的要求确定相应工程配件的使用，根据组合值系数和标准值系数的测定来确定施工参数，构造施工措施要求。对于内力的测算，来完成构件截面参数的确定。内力的测算要根据构件截面、负载值确定。这包括弯矩、剪力、扭矩等等。最后，根据构建的计算、要根据之前确定的内力计算的要求，保证测算构件是否达到了相关要求。这时也可针对需求对构件截面参数加以调整。在施工图设计阶段，就是根据前两步的结构方案设计阶段、结构测算阶段，进行施工图的设计。在此过程中要将设计者的要求和设计意图通过图纸表达出来，施工图是施工的依据，施工图中要包括建设项目各部分工程的详图以及零件使用、、结构部件明细表、验收标准方法等。民用的工程施工图应具备设计图纸、包括图纸目录必要的设备、材料表、工程预算书。施工图设计文件，应满足设备材料采购，非标准设备制作和施工的需要。
2土木工程结构设计中存在的问题
土木工程结构设计中存在的问题主要集中在两个方面、一方面是专业角度的问题、另一方面是安全角度的问题，下面将分别从这两个方面进行阐述。从专业角度来说在土木工程设计中，箱、筏基础底板挑板的设计过程、梁、板的跨度计算、摩擦角区域的处理、抗震缝距离的设计、基础板厚度的确定都需要进行测算考量。对于箱、筏基础底板挑板的设计，首先要假设出挑板可以将边跨底板钢筋进行调整，出挑板后，能降低基底附加应力，当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时，加挑板就可能采用天然地基。从土木工程建设角度来说，如果取消挑板，能够方便柔性防水的处理，在建设多层建筑时，结构设计中可兼顾到下层建筑。梁、板的跨度计算中，梁、板的跨度计算计算跨度，又叫计算长度，应当根据计算时要求、构件的组成形式、支承端约束刚度、支承反力等因素综合考虑，摩擦角区域的处理，内摩擦角，是土的抗剪强度指标，是工程设计的重要参数。基层开挖时，会应用到摩擦角区域处理的问题，如果魔草叫区域中边基地的土会受到影响较小，不会反弹。但中心部位，基土反弹情况较为明显，回弹部分需要人工进行清除。抗震缝距离的设计中，主要通过增加抗震缝的距离来对地震时产生的结构碰撞的风险降低。基础板厚度的确定要根据房间设计的不同大小来选定相应的基础板厚度。如果基础板的厚度都按照大房间的标准进行设计、势必会造成浪费。如果都按照小房间的标准进行设计则会造成安全问题。所以实际的应用中，通常是在大房间中垫聚苯，小房间设定基础板的厚度。从安全角度来说，目前土木工程设计中存在的问题有:(1)工程设计规范的安全水平比较低，与国际同类作业相比，由于没有设定规范的视屏问题，会造成工程施工的进行难度的加大，最终导致了施工质量较低;(2)工程设计规范的整体牢固性差;(3)土建结构工程的耐久安全性差、正确使用与维护意识相对较差。
3加强土木工程建设的建议和对策
从具体而言可以从两方面进行考虑:从设计的安全性上，应从管理首要保证设计的安全性，尽量选择资质等级较高、管理先进、实力雄厚的设计单位进行设计、这样就可以掌握先进的设计方法和设计理念，设计设备也会较好、设计人员的素质和专业能力强、设计经验丰富，设计出的建筑安全性较高。再设计时也要加强理论学习，使设计人员和施工人员对于设计理论和设计标准能够很好的掌握。对于设计过程中，涉及到工程造价、工程量的统计、计算、所以在此类工程量计算过程中，要严谨、认真，对于每一笔数据都要认真核对。设计图纸要详细，以便施工者能够根据设计图纸准确掌握设计意图，从而进行施工，这样能够降低因图纸问题造成的施工不明确的现象，避免了事故的产生。在施工过程中，要注意过程监管，设计单位与施工单位要保持联系，对于设计图纸中不明确的问题，要进行及时的沟通和设计核对，以便发现错误。设计人员对于施工人员提出的建议，要给予足够的重视。从土木工程行业标准角度来说，要根据全面性因素来对土木工程结构设计的方案进行评估。因为土木工程的方案是工程实施的基础，对设计方案的评估要满足安全性、经济型合理性。等等。可通过对设计方案屏蔽、论证的方法，提高设计的水平。设计过程中，不一味的追求标准图，虽然采用标准图能够减轻工作量，加快设计进度，但为了保证设计的安全性，设计人员应该认真的对设计方案进行审核，对于可能存在压缩费用的过程进行仔细的成本核算，在保证基础、满足行业标准的前提下，保证设计的合理性、高效性、创新性。
4总结
本文首先对土木工程设计的基本情况进行了概要阐述，根据工程设计的几个阶段展示了土木工程的工作范围和工作要求。之后提出了现阶段我国土木工程设计中还存在的问题，从具体设计过程和安全性两个角度提出了相关的问题。最后在此基础上，根据存在的具体问题对土木工程的建设提出了建议和相应的对策。本文的研究对我国土木工程结构设计的发展提供了一种新的思路。
作者:董旭 单位:徐州工业职业技术学院
参考文献:
［1］高宇．我国土建结构工程的安全性与耐久性分析［J］．吉林大学学报，2005．
［2］张林．土建结构工程的安全性与耐久性［J］．高新技术，2006．
结构设计论文篇13
美国技术史家乔治・巴萨拉（George Basalla，？）曾把人造物的多样性解释为：古往今来人们选来定义和追求其存在价值的各种方法和物质体现。“一件人造物并非仅仅是一件仓促赶制出来以满足需求的无生命物，它是一种构想出来的人类心灵的活的遗留物。” （注：参见乔治．巴萨拉著，周光发译《技术发展简史》，复旦大学出版社，2000年版，第22页。）“组成产品世界的人造物，并非是人在解决满足其基本需求时所产生的问题的答案，而是在整个历史长河中，选择来定义和追求各种生存方式的物质表现。”（注：参见同上，第16页。）人的生物学意义上的必需，并不能解释人造物浩如烟海的多样存在。人类花如此多的心思和精力用于设计和制造新的东西，理想的解释恐怕是用以限定和追求某种特定的生活方式，构筑自己理想的生活环境。任何一件新造物的产生，必然是建立在现存文化的基础上，累积了技术上的许多改进，融合了人类更多的情感、智慧和需求，并成为现有文明的一部分。从这种意义上来说，“绝大部分人造物是充满幻想、渴望和理想的心灵的产物”（注：参见同上。）。
一、设计是人类的定义和追求各种生存方式的一种手段
从产品艺术设计所涉及的广泛内容来看，它是一种综合的文化创造活动，表现出鲜明的艺术性和技术性，广泛涉及到人类的精神生活和物质生活的各个领域。从英文的语源看，设计一词发源于拉丁语Designara，几经演变成为“Design”，Design作为名词，有图样，意图之意，作为动词有计划，构想之意。在中国，“设计”一词的使用是近早的事，古代“设”和“计”一般都是分开使用，但都具有当今“设计”的含义。“设”有陈列、安置、开设、运用、采用之意；“计”有计算、谋划、计划、考察、审核之意。《现代汉语词典》对设计的注解是：设计是在做某项工作之前，根据一定的目的要求，预先拟定方案，图样等。以下是国外很多科学家、设计理论家、建筑师对设计的理解：
・设计所关心的是发现和精心构造备选方案。（西蒙诺贝尔奖获得者管理学家）
・设计是从客观现实向未来可能富有想象的跨越。（佩奇《给人用的建筑》）
・设计是从无到有的创造，创造新颖有用的事物。（李斯威克《工程设计简介》）
・设计是通过行为而达到某种状态，形成某种计划。（《实用汉语辞典》）。
・设计是拿出令人满意的产品。(葛霉嘉利《设计方法学》)
・设计常指拟定计划的过程，又特指记在心中或者制成草图或模拟的具体计划。（《大不列颠百科全书》）。
・设计是一种针对目标的求解活动。（阿切尔著《设计者运用的系统方法》）。
・设计是一种复杂的，半科学性的，有功能作用的实战模式。（罗杰斯克鲁登著《建筑美学》）。
・设计是一种创造性活动――创造出所未有的新颖而有益的东西。（李斯威克著《工业设计中心简介》）。
・设计像科学那样，是观察世界和使世界结构化的一种方法，因此，设计可以扩展应用到我们希望给以设计者身份去注意的现象。（阿克著《设计研究的本质述评》）。
1980年，国际工业设计协会联合会在巴黎年会将“工业设计”定义为：就批量生产的工业产品而言，凭借训练，经验及视觉感受而赋予材料，结构，色彩，表面加工及装饰等新的品质和资格叫做工业设计。根据当时的具体情况，工业设计师应在上述工业产品全部侧面或其中几个侧面进行工作，而且，当需要工业设计师对包装，宣传，展示，市场开发等问题付出自己的技术知识和经验以及视觉评价能力时，这也属于工业设计的范畴。
从以上的各种定义可以看出，尽管每个人对设计的定义都不同，但是内涵是一致的。设计不止是一种改变物质环境的工具，更是充满美好幻想、渴望和理想的人类心灵对更先进的思想、更丰富的文化、更美好的生活方式的追求和限定，并通过创造出来的物质现实，使这些思想、文化、生活方式得到广泛传播，为人类带来福音。它是一种追求和定义新思想、新文化、新生活方式的意蕴深远的文化创造行为。这种追求和定义不是随意的、无价值的，而是创造性的、革新的、进步的，是由不同时刻人类特定文化心理结构决定的、充满美好愿望的人类心灵的体现。
二、文化心理结构及其对设计的作用
人既是自然的存在，也是社会的存在。每个人都生活在特定自然条件和社会条件下，其中的各种地理、政治、经济、历史、风俗、宗教、科学、伦理道德等等自然要素和文化要素形成他生活的特定环境。文化是把人的自然性和社会性连接起来，使人成为文明人的中介。文化不断发展进步，“特定的环境”也跟随不断变化，当这种历史进程在人的心里凝结、积淀下来，便形成了人的“文化心理结构”。“这个心理结构，是一个特殊的完形（格式塔）。在整个完形中，任何一个因素的改变，都会影响到这个整体，而整体也就存在于各种因素的相互作用之中。”（注：参见滕守尧著《艺术社会学描述》，南京出版社，2006年版，第32页。）所以说，每个人的“文化心理结构”都由其生活的特定环境决定，并因环境不同而不同。一个人、一个地域、一个民族、一个国家有其相对固定的“文化心理结构”。
一个人的文化心理结构是由他的生理心理中自然秉赋及他一生中通过学习和实践获得的文化性经验两大领域的因素构成。前者属于自然的范畴，包括积淀下来的深层的集体无意识、认知结构、思维结构、情感结构、理想结构等；后者属于文化的范畴，包括学习获得的信息、后天的经验等。人自然秉赋的心理深层表现为种种慢变因素，而文化性经验却是与时代精神息息相关的种种快变因素。慢变因素和快变因素相互交织和相互作用，形成一个动态的结构。
人的认知方式、思维方式、情感倾向、理想建构等意识活动都是由人的文化心理结构决定。设计活动作为一种综合性的创造，几乎包含了人类意识活动的各个方面，同样由人的文化心理结构决定。设计师的先天倾向影响甚至决定他文化接受的方向、情感喜好、审美理想、道德观念、价值取向等；特定时代背景下产生、流行的价值标准、审美趣味、道德观念等会通过选择机制，或抑制或调动和改造人的先天倾向。所以可以说，文化心理结构是设计师创作心理之源，特定的选择会造成特定的设计形态和特定的设计风格。
最终确定下来的设计意象，决不是简简单单从设计师脑海里一下蹦出来的形象，而是在各种社会因素、自然因素的渗透和作用下，从设计构思心理所指的意象集中孕育出来。它部分是一种具有具体社会文化内容的变化形式，部分又是一种凝固了的、实践的、富有生命意味的心理结构形式。作为设计构思心理活动的产物，它上面留得有设计师的创造痕迹，并带有设计师的自然气质；同时，它决不是一种随意的、纯粹主观的产物，因为有很多客观现实因素会通过影响设计师的创造性心理，进而影响它的形成，所以说它又是属于社会的。
社会文化因素影响设计师创造性心理的渠道是多种多样的。社会是一所大学校，各种文化因素都是无声的教师。设计师从小生活地域的风俗习惯、伦理道德、价值观念、生活方式、所受的家庭教育、学校教育、他人言行、社团集体活动、文化思潮、新环境生活方式、各种现代媒体、变化中的物质文化生活、不断扩大的视野等等，都无时无刻不在潜移默化中建构更新他的文化心理结构。每一刻的文化心理结构就是一幅幅经验图式，潜隐地影响设计师的意识活动。
在设计创造活动中，文化心理结构内在自然性的稳定不变，可以使设计活动具有一种稳定性、连续性；而社会文化性因素特有的运动性和变化性，又使得设计活动成为可塑的、变革的、创新的。文化心理结构可以按照更高的社会文化需要，对设计行为做出调整，使其变化、革新，以适应新的时代需要。在人类漫长的造物发展史中，时代不同，自然因素与社会文化因素对设计行为的影响比例也就不同。在生产力低下或社会动荡物质匮乏的时代，自然因素往往占主导地位，设计出来的产品更着重于物的实用性和功能，而且为社会低层的人民所设计出来的产品，这种倾向更明显。在生产力发达或社会一时繁荣的时代，社会文化因素占上风，产品更多按照观念、价值、文化符号表现的需要，被塑造得更具有文化性、审美性、装饰性。同时，在各时代中，阶级不同，自然因素与社会文化因素对设计造物的影响也不同，这实际上还是可以归因于生产力水平和物质丰富程度的不同，为上层阶级服务的生产力水平和物质材料，相对于为下层社会人民服务的生产力水平和物质财富而言，无疑是更先进、更丰富的。
在与设计意象对应的文化心理结构中，文化因素与自然因素二者缺一不可。与自然因素――人的本能的知觉倾向、能力、个性等直接有关的东西，一旦进入特定社会文化的氛围中，便立即按照这种社会文化的特殊需要做出适应性的变化。当然这种可塑性不是无限“自由”的，由于它是在主体的心理中完成的，所以又必须合乎心理活动的一些普通规律，如和谐、平衡、节奏、重复、多样统一等等。如果这种改变超越了一般人心理能够接受的程度，它的不可理解性将直接导致设计构思的失败。因此，设计行为虽然是受制于社会文化的，但又可以升华至另一个境界，即它可以突破日常言论和行为的普遍模式，创造出一个合乎内在心理规律的、幻想的境界――一个审美的领域。这种“突破”，实际上是一种超越和升华，在这种升华中，各种在设计构思过程中呈现出来的种种意象按照心理规律需要被筛选，被重新组合和排列，文化心理结构中的各种自然因素和社会因素相互作用和渗透，从而酝酿出既具有美观的形式，又具有良好的实用功能和深刻的文化内涵的、最终“合意的”设计意象。从这种意义上来说，真正决定某一设计师设计趣味的因素，是设计师个人特有的文化心理结构；真正决定某一时代设计风格的因素，是这一时代特定的文化心理结构。
三、文化心理结构在设计构思中的作用过程
与艺术创作构思很相似，设计创作构思也会经由一个由物及心然后由心到物的过程。设计构思过程中的“由物及心”中的“物”对应的是不止于设计师所见的、还有所闻的、所想的所有事与物。这些事与物与具体的人或物相关，它们可能是人造物，也可能是自然物；可能是实物的，也可能是影像的；可能是传统的，也可能是现代的；可能是当下的，也可能是过去的；可能是现实的，也可能是想象的；可能是设计师有心留意过的，也可能是作者脑神经里的不经意的记忆刻痕。但是，这些事与物并不能作为设计构思的原料，必须把它们内化、暗换为设计师心中的“物像”，也就是说，设计师不是也不能把各种实物搬出来进行构思，而是借助各种实物的在设计师心中的映像来进行创造。从所有的“物”中选择与设计主题相关的部分，把它们内化、暗换为可供设计构思的原料，这个过程就是“由物及心”的搜索和选择信息的前构思阶段。
在具体的设计构思开始时，以往的“物像”被唤醒、激活，像已经陈年的日历，在需要的时候，又被找出来，一页页翻起，一反平日似是沉寂的状态，开始在设计师的脑海中活跃起来。它们与当前的现实背景和市场需求方面的“物像”交织在一起，共同形成设计意象的意象性背景（注：关于意象性背景，详见约翰塞尔著，李步楼译《心灵、语言和社会》，上海译文出版社，1991年版，第102、103页。）。当构思心理与这些物像相遇、摩擦，设计师的知觉、想象、情感、领悟等一起协调运动起来，所谓“目所绸缪，身所盘桓”（注：参见宗白华著《美学散步》，上海人民出版社，1981年版，第82页。），在感性观照与建构中，积极地猎获种种启示，并积极地把这些启示向设计主题靠拢、聚集，继而产生与设计主题相关的种种意象。所有这些意象又进一步在文化心理结构和意象背景共同作用下酝酿、孽生出最终设计意象。设计师构像于胸的过程，就是设计“由心及物”的构思阶段。
最终的设计意象在设计师心中初步定型下来，设计师会在很长一段时间之内，根据变化的市场需求，不断地从实用、美观、经济的角度来审视、玩味、涵泳这个意象，并在新的文化心理结构图式和市场需求的评判下，对其进行修正、补充，使之既合于自己的文化心理结构，又能适应市场中或显或隐的客观需求。这个定像于胸的过程就是反馈求证的后构思阶段。
1、设计构思的信息搜索阶段
设计构思是从对与设计主题相关的信息的注意和期待开始的。注意是设计师对内心各种物像的一种关注状态，期待是设计师对各种物像的心理预期，它们都取决于设计师和物像两方面的条件。在设计师方面，他秉持特定的文化心理结构，把人生经验、文化素养、性格气质、审美趣味等个人因素投射在这些物像上，同时在内心产生一种潜在的期盼――希望能从这些物像上找到与自身文化心理结构同质的地方，并且这些同质点往往最容易受到设计师的注意。在美学研究中，美学家英伽登把这种期盼心理描述为一种“充满了活力”的情绪，一种“急切寻求满足的欲望”。在物像方面，它则如不确定的空框结构，召唤着设计师去解读，物的形状、结构、色彩、风格、性能、象征、价值、美丑等，或者人的兴趣爱好、风俗习惯、性格特征、价值观念等，就像一个个空白，等待着设计师去填写。两方面合起来就是，当设计师的意识填写了物像空框中的某些空白，意味着他对物像的这个要素的认同，从这个要素中找到了文化心理结构的同质点。这个同质点就更可能被提取出来，作为设计构思的直接参考。设计师对物像的认同在很大程度上还与物像的新颖程度有关，主要表现在与设计师期待视野的距离上，完全熟悉的和完全陌生的物像，设计师很可能视而不见；熟悉而又有些新鲜的刺激的物像更能吸引设计师的注意力。
注意和期待作为一种潜在的心理准备状态，是设计构思阶段的开始。它们唤醒沉寂于设计师脑海中的各种物像，使之与当前物像一起作用于设计意象，把设计师带进积极的构思状态，为构思提供一种潜在的定向信息选择标准，直接为后续的想象提供思维原料。
2、设计构思的信息选择阶段
知觉是设计构思系统中选择设计构思原料的手段。在注意和期待的观照前提下，设计师文化心理结构和物像间的同质点就依靠知觉来寻找、验证。
设计构思过程中的知觉与艺术创造和艺术欣赏中的知觉有很多美学上的相通之处，大多美学上的特性对它也有效，比如说主动性、整体性、情感性。但“人的美感的活动全是无所为而为”（注：参见朱光潜著《谈美书简二种》，上海文艺出版社，2001年版，第88页。），而产品艺术设计艺术作为一种特殊的实用艺术，在它的构思过程中的知觉有其特殊性。由于产品艺术设计满足的是以实用功能为主的人类的需要，所以知觉自然不会像美学中的审美知觉一样，把实用性排除在外。非但不如此，它还十分重视实用性，有时甚至把实用性放在首位，表现出对有用性细节的特别功利关注。可以说，设计构思过程的知觉的特性还包括了功利性和细节性。当然，除了特殊性外，设计构思过程的知觉也不脱离一般性，它同样十分注重实用以外的内容。
依据现代认知心理学的理论，任何认知过程都必然是主体的意识将他的文化心理结构投射到对象上，从而达到的一种个人认同。设计构思的知觉过程不是消极被动地接受对象的刺激，而是积极主动地去感受对象，协调感官和其他心理功能，有所选择地去知觉。当代美国艺术理论家阿恩海姆（Rudolf Amhelm，1904-1994）在《走向艺术心理学》一书中明确指出：“如果这一理论是站得住脚的，那么知觉的基本过程就远非是被动的记录，而是一种获取结构的创造性活动。这种活动甚至超出了对各部分的配置和选择。”（注：参见［美］鲁道夫・阿恩海姆著，丁宁、陶东风、周小仪等译《走向艺术心理学》，黄河文艺出版社，1990年版，第35页。）正是这种主动的创造性的活动和这种信息选择、组合的功能，才使在认知过程中达到个人认同成为可能。并且在设计构思中的这种知觉活动的兴奋点往往是物像的细节要素，而不是整体的物像形象或意象，设计师在这些细节上扫描到与设计主题及自身文化心理结构的某种契合。构思的知觉的作用就是寻找、知觉到这些契合点、同质点，并使之重新物像化为一个个新的物像，它们才是设计构思的最直接的质料。就像石油一样，原油并不能直接派上各种工业用途，必须经过提炼，分出分子量大小不一的各种重油、轻油之类的，才能满足各种工业所需。原始物像就像原油，它不是构思的质料，只有那些从物象上抽象、提取出来的各种细节、特征、属性新物像才为想象提供有效的原材。
3、设计构思的创意阶段
想象是设计构思过程的创意阶段，是其核心部分。想象是人处于与日常的现实生活经验垂直切断状态下，超越时空的局限，思绪无拘无束地自由驰骋。它是一种联结的力量，一种联结过去、现在、未来，联结出场与不出场的力量。所谓“精鹜八极，心游万仞”，“观古今于须臾，抚四海于一瞬”，“思接千载，视通万里”， （注：转引自叶朗著《现代美学体系》，北京大学出版社，1988年版，第187页。）等等，这些都讲的是想象超越时空的特点。想象力是设计师不可或缺的创造能力，没有想象力，设计无法为继。
想象分为联想和想象二种。一般说来，联想就是从一个知觉心象转移到一个记忆心象这样一种心理活动。而构思则要复杂得多，它把各种知觉心象和记忆心象重新化合，孕育成一个全新的心象，即意象、并激发起更深层的情感反应。因此，构想是涉及构思过程中最富有创造性的心理活动。要进行构想，必须有丰富的知觉经验材料，当前的和以往的知觉经验都非常重要。以往的知觉记忆材料只有小部分储存在意识层中，而绝大多数储存在前意识层和无意识层，就像漂浮在海面上的冰山，露出水面的只是小小的一角。对于以往的这些知觉经验，需要努力把它们从近乎沉寂的前意识和无意识状态中唤醒，让他们重新在思绪里活跃起来，这样才能更彻底挖掘前意识和无意识宝库的财富，促进构想活动充分发挥。
在设计构思过程中，想象在知觉基础之上，调动过去和当下的各种知觉经验，按照现实的需求和主体的审美理想，遵循接近、类似、对比等联想规律，融合富于情感与理智的考虑、评判，积极对知觉到的所有契合点、同质点的物像进行加工、组合、改造，创造出新的物像，实现不同程度的创造性。这些新形成的物像就渐渐接近设计目标，从这些新物像中重新进行筛选、组合、改造，再酝酿出更高合意度的构思意象，这样层层迭进，每一进都有新的进步、发现、创新，一步步达到最终理想的设计意象。设计构思过程中的想象虽是一种超越个体直接经验的自由的心理过程，却并非没有任何规定的绝对自由。在这个过程中，构思的方向、范围都受制于主体的某种具体的创造目标。不论构想如何自由和奇特，都始终指向这个具体目标，并且始终把握住为实现这个目标所调动的各种“原料”之间的某种逻辑联系。而且，当构思的进展距离这个目标越近，想象所受的约束就越大，它的自由度呈现收敛型，目标就是最终的设计意向。设计师也只是潜意识里隐隐觉得，起初往往并不很清楚这个具体目标，在构思的进展中它才逐渐向他具体显现出来。人类有一种在混沌的意识状态下进行合目的性构造有内在统一性的意象的能力，秉赋和修养不同的人，这种能力的大小也不同，优秀的设计师和艺术家具有很强的这种能力。
