结构设计基本步骤篇(1)

【关键词】项目管理 erp软件 项目开发

一、和用户一起确认项目的目标和范围

针对基于项目管理的erp软件项目开发，初始步骤的主要目标是和用户一起确认项目的目标和范围。在初始步骤，项目成员需要建立的erp软件的范围和边界条件，包含软件操作的远景设想、用户验收条件以及在产品中包含和不包含的内容；区分出erp系统的关键用例；初步估计整个项目的整体成本和进度安排；识别项目潜在风险；准备项目的支持环境。

要达到初始步骤的目标，项目人员需要开展下列活动：

阐明erp软件项目的范围。项目的范围包含两层含义：erp软件的功能范围和erp软件开发工作执行的范围。项目成员需要捕获环境、主要需求和约束，在此基础上定义erp软件的功能范围，根据功能范围形成软件开发工作执行的范围。erp软件的功能范围的确认以erp软件产品的验收条件为准。

计划和准备项目的商业理由。评估项目风险，从商业角度充分考虑项目的成本/效益，从而确定项目是否可以盈利；估计项目需要的资源，确定在现有条件下是否能完成项目；对各种备选方案进行评估选择。

制定项目方案。拟订项目计划的可选方案，对人员、时间等进行初步规划。考虑各种项目限定因素，以便可以估计成本、进度安排和资源。证明解决方案的可行性，以便在精化和构建期间实现该解决方案。

准备项目环境。当项目被证明可行，并且有了初步的方案以后，就可以正式准备开发项目的环境了。制定项目的流程，确定要改进流程的哪些部分，选择开发中要使用的各种软件硬件工具。

在初始步骤结束时，要对步骤成果进行评估。生命周期里程碑评估的依据是项目产生的工件，对于基于项目管理的erp软件项目开发来说，生命周期里程碑应包括erp开发项目的风险列表、商业理由、软件开发计划、迭代计划、迭代评估、开发流程、开发基础结构、前景、针对erp用户的商业分析模型、针对erp软件需求的用例模型等工件。生命周期里程碑衡量的标准主要有：就erp软件开发项目的范围和用户达成一致；初步估计项目成本和进度，并取得用户的理解和同意；和用户就erp软件的功能需求达成一致；识别项目风险，并制定预防措施。

二、构造erp软件系统的架构

针对基于项目管理的erp软件项目开发细化步骤的主要目标是构造erp软件系统的架构，为后步骤的大量详细设计和组件实施提供稳固基础。要达到细化步骤的目标，项目人员需要开展下列活动：

建立足够详细的用例模型，进一步理解和验证用户对erp软件的需求，保证充分用户需求已经足够稳定。

构造erp软件的体系结构。在需求用例基本被识别的情况下，设计人员应尽可能快地定义erp软件的体系结构，验证可行性，并为erp软件体系结构建立基线。

为erp软件的构建步骤制定详细的迭代计划，保证erp软件的实现。根据项目步骤的状况，改进开发流程并放置到开发环境中，包括支持团队在构建步骤开发所需的流程、工具和自动化支持。

在细化步骤结束时，要对步骤成果进行评估。rup把本步骤的里程碑称为生命周期体系结构里程碑。对于基于项目管理的erp软件项目开发来说，生命周期体系结构里程碑依据的工件应包括软件开发计划、迭代计划、迭代评估、风险列表、商业理由、开发流程、开发基础结构、配置计划、erp软件的用户界面原型、前景、erp软件需求的用例模型、erp软件系统结构、erp软件的设计模型、erp软件的数据模型、测试计划、测试案例、部署计划等。生命周期体系结构里程碑衡量的标准主要有：erp软件的需求是否己经足够稳定，获得用户的确认；erp软件体系结构己经足够稳定，并得到包括用户在内的相关关键人员的认同；己经确定了测试的关键方法；erp软件构建步骤的计划保证足够详细和精确；再次评估项目的可行性。

三、依据体系结构澄清剩余的需求并完成erp软件系统的开发

针对基于项目管理的erp软件项目开发，构建步骤的主要目标依据细化步骤建立的erp软件体系结构，澄清剩余的需求并完成erp软件系统的开发。要达到构建步骤的目标，项目人员需要开展下列活动：

构建erp软件系统。项目的开发工作此时己经全面展开，这是最耗费时间、人力等资源的步骤。项目应做好资源的管理控制、优化开发流程。在构建过程中，往往要对设计模型进行修改和优化。

测试erp软件系统。根据用户对erp软件的需求和系统设计，安排测试案例，并组织测试活动。对照用户验收条件来评估erp产品发行版本。随着构建步骤的进展，组成erp软件系统的各个单元被开发出来，需要依照在项目初始步骤和用户协商好的验收条件检验产品。

在构建步骤结束时，要对步骤成果进行评估。rup把本步骤的里程碑称为初始操作能力里程碑。对于基于项目管理的erp软件项目开发来说，初始操作能力里程碑依据的工件应包括风险列表、软件开发计划、迭代计划、erp软件的部署方案、测试案例、测试评估、企业用户的支持材料、erp软件设计模型、erp软件数据模型和erp产品的部署单元。初始操作能力里程碑衡量的标准主要有：开发的erp产品发行版是否满足用户要求；开发的erp产品发行版是否己足够稳定和成熟到可以交付erp实施项目组和用户使用；实际资源耗费与计划相比，是否仍可接受。

四、确保erp软件可以满足企业用户的要求

针对基于项目管理的erp软件项目开发，移交步骤的主要目标是确保erp软件可以满足企业用户或者erp实施项目组的要求。项目人员需要开展下列活动：

到企业环境中，部署erp软件；为企业用户提供支持材料，如用户手册、培训资料等；现场测试可交付的erp产品；为新的erp软件创建产品发行版；获得用户反馈，根据反馈调整产品。

在移交步骤结束时，要对步骤成果进行评估。产品发行里程碑最主要的工件是产品和用户支持材料。产品发行里程碑衡量的标准主要有：企业用户和erp实施项目组对erp软件系统的评价和满意度；开发项目实际资源耗费与计划的耗费相比，是否可接受。

参考文献：[1]邵玟.项目管理理论在erp软件实施中的应用.机械管理开发，2008.

结构设计基本步骤篇(2)

机电产品的设计实际是将市场的需求变成一种产品功能的需求，并且按照这个需求来设计产品的原理和结构。机电产品的设计过程管理可以分为四个部分：产品的开发环境、产品质量工程方法、自顶向下的设计决策过程以及从全局角度保证产品开发的系统工程方法。（1）现在的产品开发环境大多采用电脑软件支持，可以给开发人员提供专业的开发软件、电脑网络以及海量的数据库资源能够保证机电产品开发过程的顺利进行，缩短开发时间。（2）产品的质量工程方法需要以质量管理功能配置为基本条件，在产品设计开发的过程中，将基本的元素、发生的事件和活动进行分析整理，最后把这些描述和转换，达到在产品的设计开发过程中对产品的质量进行管理和监控。把产品的质量工程方法整合进产品的开发过程，能够保证产品在开发决策时就有质量保证。（3）自顶向下的设计决策过程是整个产品开发设计的中心内容。设计的决策过程作为机电产品开发设计的重要组成，目的是能够为即将开展的开发设计活动提供必要的政策决策支撑。这也是产品开发过程开展的基础活动。（4）从全局角度保证产品开发的系统工程方法，可以实现产品开发设计过程中多个部门协同工作，保证人才、资源和技术达到最优化配置，从而实现产品设计方案的最优。机电产品的开发设计过程是一种将理论知识、动手技能以及工作经验结合的繁杂的工作，不一样的开发团队人员对待相同的设计难点时，有可能会采取不一样的设计方案，但有一点是一样的，就是都会采用相同的设计过程，即概念设计、初步设计和详细设计。这几个步骤的完成主要靠的是开发过程中采用科学的管理方法，通过对开发过程中的各个步骤都进行合理的分配和监督。机电产品的开发过程的各个步骤全部是开发团队按照既定的开发模型同时并行的工作，团队中各个成员分别承担各自不同的任务。整个开发过程各个成员协调并行工作，当其中的某个成员或某个步骤产生错误时，就会影响这个产品的开发。

2产品设计步骤分析

在现实的机电产品设计过程中，它的步骤更加复杂，而且步骤与步骤之间也是紧密联系的。每个步骤在实施过程中都必须包含有设计的质量过程控制，这些质量过程控制可以检验实施过程中的对与错，是否能达到要求，这样可以保证每个步骤实施的质量。

2.1前期的准备

在前期的机电产品计划设计阶段，首先需要针对本产品进行相应的市场调研、客户对产品的需求以及产品生产出来后的销售，了解本产品其他相关的生产商目前的生产、销售、赢利以及客户使用反馈的情况，根据这些调研的情况进行产品设计目标的确定、质量的策划，为产品开发的周期确定日程安排，确定产品开发的预算等问题。同时做出相应的可行性报告，挑选确定开发团队的成员，为成员分配各自的任务，开发团队的成员应该充分了解即将需要研究和解决的问题，需要对整个产品包括它将来的市场定位、产品的主要功能、产品的工作方式、产品的结构组成有一个整体的了解。

2.2设计过程的控制

2.2.1概念的设计

对于一个新的机电产品来说，如果是设计一个新产品，那首先需要对这个产品进行功能、原理、形状、结构等一系列的概念设计。概念设计和其他的设计不同，它要求每个开发步骤都需要有相互紧密的联系。因此，需要把他们之间的一系列设计联系在一起，来合理地利用开发团队的资源，协调各部门的工作。同时，概念设计包括：设计输入、新产品概念生成、新产品概念验证与评价、方案输出过程等几个阶段。

2.2.2初步的设计

在这一个步骤中需要把上一个步骤概念设计所提出的目标都能实现，包括产品结构的设计、确定构成产品中的零件的形状材料大小以及可靠性的测定，进行产品成本的分析，确定产品的开发和制造成本以及销售利润的情况，这一成本的分析需要贯穿在整个设计过程的始终。这一阶段需要做的就是要求解决整体的、全局的、结构性的问题。

2.2.3详细的设计

这一个步骤是在完成了上述概念设计和初步设计步骤的基础上，具体考虑产品的整体布局、人机交互、产品的组成材料、外型装配等方面条件。这个步骤的目的在于，按照已经批准执行的设计任务书上的要求，来完成该产品主要的零部件的设计和一些参数的运算。

2.2.4进行模拟和仿真

结构设计基本步骤篇(3)

关键词：混凝土结构基本原理；课堂教学；教学计划；多样性教学方法

中图分类号：TU37；G6420 文献标志码：A 文章编号：10052909（2015）04005905

混凝土结构基本原理作为土木工程专业中重要的专业必修基础课程，其主要任务是培养学生掌握钢筋及混凝土两种材料所组成结构构件的基本力学性能，具备混凝土结构构件设计能力，理解其与先修课程（如材料力学、结构力学）和平行课程（如钢结构）的关联性，要求学生掌握钢筋和混凝土两种材料组成的混凝土结构构件在承受轴向力、弯矩、剪力、扭矩以及共同作用时的截面设计和承载能力评估，掌握预应力混凝土结构构件在轴心拉力和弯矩作用下的承载能力计算和评估，掌握混凝土构件裂缝宽度和挠度确定的基本原理和验算方法。为学习后续课程混凝土结构设计和毕业设计打好基础。图1为与该课程相关的先期、平行和后期课程。

图1 混凝土结构基本原理的先期课程、平行课程及后续课程示意图

我国高校土木工程专业的混凝土结构基本原理与北美国家课程设置有所不同。笔者在美国田纳西大学和加拿大麦吉尔大学做访问学者期间跟班学习混凝土结构课程，两所大学土木工程专业的本科生在该门课程上的学时为每周3小时，共36学时，学习内容包括基本原理和结构[1]，课程紧密结合设计规范，授课教师更加注重实际应用。而我国的教学将混凝土结构基本原理和结构

设计分为两门课程，在两个学期完成，原理部分64学时，设计部分36学时，学生能更好地理解混凝土结构的基本原理。

笔者以90分钟课堂教学为例，结合同济大学混凝土结构课程教学实践，阐述了多样性教学的意义，揭示了教学计划在课堂教学中的重要地位，反映了中国高校混凝土结构课程教学特色。

一、 混凝土结构基本原理教学特色

积极发挥课堂特色是提高教学质量的有力举措。笔者所在高校（同济大学）以顾祥林教授为首的“混凝土结构基本原理”教学团队在长期教学实践活动中形成了自己的教学特色，这些特色包括立体化教材、国际化办学、开放性以及自选式试验等。立体化教材是指采用教学团队编制的中文教材[2]、试验指导书和英文教材（即将出版），并集纸质教材、多媒体电子教案、教学录像、试验录像、试件陈列室等多种表现形式于一体。土木工程专业国际化办学指通过研究国际化模式并初步实践，加强双语教学和英文教材建设。开放性、自选性试验指专门配置了混凝土结构教学实验平台[3]，开放性、自选式教学试验贯穿整个理论教学过程。试验录像在课程网站上，可随时观看学习。课堂是发挥和展示这些特色教学形式的平台，根据教学大纲要求科学合理安排好课堂时间是提高教学效果的根本保证。同济大学混凝土结构基本原理课程先后被国家、上海市、学校评为精品课程。这些课堂特色的形成凝结了几代人的不断努力和探索实践，是CDIO工程教育模式的具体表现[4]。

二、混凝土结构基本原理教学方法的多样性

课堂教学方法的多样性有利于提高教学效果。多样性的课堂教学方法分别在学习模式、双语教学、考评方式、教研结合中充分体现。

引导学生采用先进的学习模式。自主学习、研究性学习和实践性学习是先进的学习模式，课堂教学中通过回答开放性问题（包括概念型、知识型和资源型等三种类型），让学生自己在思考和查阅资料中找到问题的答案，培养学生自主学习能力；根据个人兴趣和专业需要安排学生选择教学实验，接触工程实际，提高解决实际问题的能力，初步掌握正确的思考和研究方法。

双语教学和全英文教学。本课程开出完全用英语讲课的平行班，供学生自由选课，以满足学生的不同需求。随着学生英文水平的提高和国际化要求，目前全英文教学取代了双语教学。2014―2015年度选修人数占学生总数的10%。

考试方法改革。采取灵活的成绩评定方式：理论考查占90%，实验报告占10%。采取激励机制，将研究性学习和实践性学习的考评作为附加成绩。

教学团队的教师承担多项部级、省部级课题以及实践应用课题，课题中大多为混凝土结构课题的试验研究项目。充分利用这种优势，积极引导学生参与课题研究，积极在各类课题科研试验项目中锻炼学生实践能力，强化感性认识，加深课本理论的理解，认清学科发展前沿。同时积极把国家标准、规范和规程的研究成果反映到课程教学中。由于《既有建筑物结构检测与评定标准》《装配式混凝土结构技术规程》《纤维增强复合材料加固混凝土结构技术规程》等标准、规程为本课程组教师参与编写，授课教师根据编写体会进行深层次的讲解，使学生及时掌握学科发展前沿和动态。此外，积极组织学生参加土木工程学院大学生创新实践训练计划（SITP）项目。

三、 混凝土结构基本原理课堂教学

混凝土课程具有内容多，公式符号多，构造规定多，工程实践强等特点。该课程可分为承载能力和使用性能两大部分。承载能力涵盖正截面承载能力和斜截面承载能力。正截面承载力包括轴向力、弯矩，以及弯矩与轴力共同作用时的混凝土结构构件的截面承载力，斜截面承载力包括混凝土结构构件承受剪力和扭矩时截面上的承载能力。使用性能作为课程的一个部分，简单介绍混凝土结构构件的变形，包括裂缝宽度、受弯构件挠度的计算方法。承载能力分析和使用性能课时比例为14∶1。结合试验研究，从加载到破坏全过程，提炼混凝土开裂、钢筋屈服、混凝土压碎等代表性的状态，以力的不同类型作用下的承载能力分析方法分析其破坏机理。

缜密、细致、科学的课堂教学计划是提高教学效果的关键。以混凝土结构基本原理课程中“斜截面受剪承载力”教学环节为例，根据教学大纲制定科学合理的教学计划，并对每一步教学分配合理的教学时间是提高课堂教学质量的有效途径。教学计划中应突出基本概念和原理，理论联系实际，注重系统性、新颖性和趣味性。

（一） “斜截面抗剪承载能力性能与计算”章节教学内容及要求

该章节教学内容包括：（1）无腹筋梁的受剪性能；（2）有腹筋梁的受剪承载力计算；（3）保证斜截面受弯承载力计算的构造要求。

该章节教学的基本要求：（1）熟悉无腹筋梁斜裂缝出现前后的应力状态；（2）掌握剪跨比的概念，无腹筋梁斜截面受剪的三种破坏形态以及腹筋对斜截面受剪破坏形态的影响；（3）熟练掌握矩形、T形和工字形等截面受弯构件斜截面受剪承载力的计算模型、计算方法及限制条件；（4）掌握受弯构件钢筋的布置、梁内纵筋的弯起、截断及锚固等构造要求。

（二）90分钟课程教学计划与实施

教学环节根据教学内容的第（2）点和教学要求的第（3）条展开，在90分钟的教学环节中，考虑特定时间内围绕教学目的划分若干步骤完成知识点、重点及难点的复习、解释和讨论，在此过程中合理安排教师与学生互动时间（表1）。

步骤教学目的教学知识点重点及难点教生扮演角色时间分配

1巩固平截面假定在受剪承载力分析中的不适，以及巩固斜截面的基本假定正应力与剪应力的共同作用决定构件的裂缝位置及走向斜裂缝的出现 学生讨论为主5分钟

2复习斜截面受剪承载力的实验研究复习剪跨比的概念，剪跨比对抗剪破坏模式的影响剪跨比作用的原因学生讨论为主10分钟

3复习无腹筋梁受剪承载力无腹筋梁承载力计算公式推导忽略不确定因素，

简化计算模型 学生讨论为主5分钟

4有腹筋受剪承载力计算平面桁架模型基于有腹筋梁平面桁架模型的承载力计算公式推导桁架模型中的裂缝间混凝土简化为桁架模型中的压杆教师讲解为主25分钟

5有腹筋梁受剪承载力的半理论半经验公式受剪承载力计算公式的组成及应用上限和下限值的确定教师解释为主25分钟

6受剪承载力公式及应用小结及作业布置剪跨比计算、临界截面确定、箍筋面积计算和间距确定、最小配箍率和截面限制条件的验算等教师讲解为主20分钟

表1中的步骤1―3用于巩固与复习，加深学生对剪跨比概念的理解，为后续的斜截面受剪承载力性能和计算作铺垫。这3个步骤以学生讨论为中心，共分配20分钟时间。步骤4―6用于讲解新的知识点，通过前3个步骤将学生的注意力集中于课堂教学之后，教师确认大部分学生掌握了构件斜截面抗剪的基本特征和关键参数时，以教师为主进行步骤4―6的教学，根据内容需分配70分钟时间。

步骤1实施时，结合先期课程（材料力学）和该课程第二章的材料性能中的相关内容，复习公式（1）中的正应力和剪应力产生的内力，正应力源于弯矩，而剪应力源于剪力。

σtp，cp=σ2±σ24+τ2 （1）

裂缝的发展方向与τ/σ比值有关，与水平方向夹角为1/2arctan（2τ/σ）；τ/σ越大，裂缝发展方向越陡。

步骤2实施时，必然涉及剪跨比的概念，这时可引导学生深化剪跨比的概念，为什么剪跨比能够决定构件抗剪破坏的模式，可从裂缝发展与构件长度方向的夹角大小判断，裂缝发展方向与构件长度方向的夹角越小，构件的抗剪承载能力越低。而决定夹角大小的是τ/σ，剪应力τ取决于剪力V的大小，而σ可由弯距M推算出来。这样，σ/τ可以用弯距M与剪力V和截面有效高度h0乘积的比值，可以表示为

MVh0= VaVh0=ah0（2）

ah0称为剪跨比λ。

如此，σ/τ∝MVh0，τ/σ与λ成反比。τ/σ越大，λ越小，受剪承载力越大。进而，可以用剪跨比λ说明构件抗剪破坏模式。

步骤3实施时，复习在剪压破坏模式下，沿斜裂缝取隔离体，忽略斜裂缝截面上难以确定的纵向钢筋的销栓力和裂缝间的摩擦力，得出无腹筋梁的受剪承载力为

Vc=0.24-0.06σsρsfc0.5+0.24λfcσsρsfcbh0=αc'fcbh0=αcftbh0

（3）

步骤4实施时，重点说明桁架模型，箍筋作为桁架的拉杆，上下弦纵向钢筋作为桁架的拉杆和压杆，裂缝间混凝土作为桁架的斜压杆。在桁架模型中学生往往对斜压杆难以理解。构件抗剪破坏时，斜裂缝间的混凝土受到上下纵向钢筋的约束分析，斜裂缝间混凝土受压，可以理解为斜压杆。然后，讲解纵向钢筋的受力，再说明水平钢筋的受力，最终得出有腹筋梁的受剪承载力为

Vu=nvhcorcotα=fyvAsvshcorcotα（4）

由公式（3）和（4）叠加，得出受剪承载力计算理论公式。

讲解步骤（3）和（4）之后，学生基本上可以接受这样一种思路：虽然斜截面受剪承载力性能与计算不符合平截面假定，但它仍然利用“实验―基本假定―计算模型―基本公式―适用条件―公式应用”的线索，从中体现课程的系统性。

实施步骤5过程中，在讲解为什么不用最大配箍率作为承载能力的上限时，利用实验研究结果（图2）解释。从图1可以看出，随着配箍率的增大，即横坐值的增加，纵坐标将不再变化，这表明受剪承载力Vu 与构件截面有效面积bh0的比值保持不变，因此受剪承载力受截面面积的控制或限制，解释了受剪承载力上限值的确定方法。

图2 受剪承载力/抗拉承载力比值与配箍率关系图

为开拓学生解决问题思路，可从解析角度解释。试验研究中表明，当配箍率超过一定值后，则在箍筋屈服前，斜压杆混凝土已压坏，故取斜压破坏作为受剪承载力的上限。而《混凝土结构设计规范》[5]是通过控制受剪截面的剪力设计值不大于斜压破坏时的受剪承载力来防止由于配箍率过高而产生的斜压破坏。学生对这一点往往难以理解，对从配箍率控制转化为截面面积控制感到困惑。

其实，在叠加公式（3）和（4），得到受剪承载力计算理论公式（5）后，

Vu=0.7ftbh0+1.25fyvAsvsh0（5）

不妨定义最大配箍率ρsv=1.2ftfyv，并将该配箍率带入公式（5），简单变化后可得

Vu=0.25βcfcbh0（6）

如此变化，即可得到规范设置的依据。

在第6个步骤中，为了增强学生的工程概念，在公式应用时，启发学生思考作用在梁上的集中荷载的工程意义。通常情况下，学生根据实验课获取的经验认为集中荷载是分配梁产生的或者是千斤顶给予的。通过启发学生的思考，引导他们从实际结构的主次梁考虑，解释集中荷载的位置其实就是另一方向梁的支座位置，集中荷载大小即为另一方向梁的支座反力。往往在这个时刻，学生会恍然大悟，记忆深刻，产生良好的教学效果。接着，讨论在集中荷载部位实际上应如何布置箍筋，是配在次梁支座的两侧还是放在支座的中间，只要从受剪承载力的基本原理出发，学生能得出应放在支座两侧的正确答案，因为支座处的实际计算截面积远大于bh0。如此，不仅增强了学生对工程概念的理解也提高了学习兴趣，体现了课程的新颖性和趣味性。

公式多、教材繁、考试难是多样化教学方法实施前学生对混凝土结构基本原理课程的普遍反映。多样化教学的实施加强了混凝土结构基本原理课堂教学的新颖性、趣味性、系统性，改变了学生被动学习的局面，提高了学生自主学习能力。2014年，同济大学通过网上评议调查，93%的学生反映课程教学方法灵活多样，激发了学生的兴趣和深度思考；97%的学生反映课程内容丰富新颖，具有挑战性；93%的学生反映多样化教学效果很好。从2014―2015年度学生期终考试中构件受剪承载力考题的抽查结果来看，90%以上的学生能掌握配箍率限界的概念，并能合理判断受剪控制截面和熟练应用计算公式进行抗剪配筋设计。

四、结语

同济大学混凝土结构基本原理课堂教学实践证明，通过多样化的教学方法可培养和提高学生自主学习能力，充分发挥90分钟内不同时段的教学效能是提高教学效果的重要途径。因此，只有坚持这些鲜明的教学特色，才能更好地保证和提高混凝土结构基本原理课堂教学质量。参考文献：

[1] Edward G Nawy. Reinforced concrete（fifth edition）[M]. New Jersey： Pearson Education， Inc. 2003.

[2] 顾祥林. 混凝土结构基本原理[M]. 上海： 同济大学出版社，2011.

[3] 顾祥林，林峰，黄永嘉，等. “混凝土结构基本原理”本科教学实验平台建设[J]. 实验室研究与探索， 2009， 28（2）：37-40.

结构设计基本步骤篇(4)

关键词：钢筋混凝土 矩形沉井 结构 水泵房 优化设计

一般水泵房所处的环境比较复杂，修建时，采用的施工方法及相应的结构形式多种多样。笔者选择江河和海边取水泵房应用最多的钢筋混凝土矩形沉井结构来作优化设计分析，推导优化设计公式和优化程序。

一、优化设计思路

优化设计的目标是使设计出来的结构在满足安全使用的条件下，造价最低，这样的结构才是最优结构。

对钢筋混凝土沉井结构，若设计出的每一构件的材料强度都得到充分利用，则这样的整个结构是最优结构。

基于上述的思路，可以把冻结内力方法和0．618法结合起来，进行沉井结构的优化设计。首先对拟设计结构方案进行一次内力分析，再把内力冻结起来，用0．618法对各个构件进行优化，得到新的方案；然后再进行内力重分析，重复上述步骤，直至前后两次计算结果充分接近为止。

二、结构部件的优化设计

钢筋混凝土沉井结构水泵房为板式结构、框架结构和井字梁结构的混合体。其受力工况很多，计算简图也依部位、工况而不同。但按钢筋混凝土构件分类，可分为纯弯板、偏压板、纯弯梁、偏压柱4种构件，下面就对此4种构件作优化设计推导。

1．纯弯板构件的优化设计

纯弯板优化可采用分单位板宽度来分析。

（1）目标函数

取目标函数为单位板宽、单位长度的材料和模板造价之和。与目标函数有关的变量有板厚、钢筋面积、模板面积。

（2）约束条件

应考虑抗弯方面的强度约束：① 最大正弯曲强度，② 板条两端最大负弯曲强度，③ 最大剪力强度，④ 最小、最大配筋率，⑤ 板厚最小要求。

（3）优化方法及步骤

板条的优化就是要寻求满足上述全部约束条件的目标函数的最小值。可以理解为：当造价值最小时，材料用量应该最省。考虑约束条件，在内力一定的条件下，对应于每一个板厚值X，可以算出配筋面积，故目标函数属一维搜索问题，用0．618法可以简便地求出X的最优解X?，步骤如下：

①求X的上、下限作为一维搜索的区间：

X的上限：取板的端部弯矩和跨中弯矩的最小值代入约束条件①、②，再利用最小配筋率条件得X的上限值。

X的下限：与上面类似，取板的端部弯矩和跨中弯矩的最小值代入约束条件①、②，再利用最大配筋率条件得X的下限值。

②用0．618法在?Xl、Xu?区间搜索，与求出最小的目标函数所对应的X?及对应的配筋量即为最优解。在优化计算中，对每一给定的X值，可由约束①～③取等式，求得相应的配筋量，再以约束条件④、⑤检验这4个量，取满足要求的值。然后以所取的配筋量的值代入约束条件①求目标函数。

计算中，弯矩、剪力内力均作为已知条件给出，这是根据计算简图预先算好的。

2．偏压板构件的优化设计

偏压板构件优化同样采取1m宽的板条来分析，其优化方法与上述纯弯板的优化方法基本相同，只是在约束条件中，须计入轴向力的作用。

（1）目标函数

取目标函数为单位长度板条的材料和模板造价的和。

（2）约束条件

① 最大弯曲压缩强度。

a）大偏心情况（即ξ≤ξb时）。

b）小偏心情况（即ξ≥ξb时）。

② 最大剪切强度。

③ 最小配筋率、最大配筋率。

④ 最小板厚度。

偏压板条的优化过程与纯弯板条相同，同样可通过对约束条件①、②取等代，使得对应于截面高度X的每一取值可算出配筋量，再利用条件③、④以确定符合所有条件的配筋量最小值，以代入求目标函数。实际上也是只有一个设计变量X的一维搜索问题。

（3）求X的上、下限

偏压板条的X上、下限求法与纯弯板条不同，应分大偏心和小偏心两种情况计算。

①大偏心情况。

此时X的上、下限Xu、Xl分别求解，即约束条件①相应于最小及最大配筋率的情况。

②小偏心的情况。

也取约束①相应于最小及最大配筋率的情况，Xu、Xl分别求解。

与约束④比较，取其较大者为Xl。

3．矩形截面梁的优化设计

同上述类推：

（1）目标函数

以梁本体材料和模板的造价为目标函数。

（2）约束条件

① 最大正弯曲强度。

② 梁两端最大负弯曲强度。

③ 最大剪应力强度。

④ 最小、最大配筋率。

⑤ 构造要求钢筋最小截面积。

⑥ 梁最小截面高度要求。

（3）优化方法及步骤

优化方法及步骤与上述基本相同。

4．矩形截面柱的优化设计，优化方法与上述基本相同

（1）目标函数

以柱本体材料和模板的造价为目标函数。

（2）约束条件

①最大弯曲压缩强度。

a）大偏心情况（即ξ?ξb时）。

b）小偏心情况?即ξ?ξb时）。

②最大剪切强度。

③纵筋最小、最大配筋率。

④最小截面高度要求。

⑤构造要求钢筋最小截面积。

（3）优化方法及步骤

优化方法及步骤与偏压板条基本相同。

三、优化设计程序

沉井结构水泵房结构的总体布置一般都受工艺流程和施工要求控制。结构设计是在满足工艺要求和施工要求的条件下，布置合理的结构形式，并依此设计出各构件的尺寸。然而，板的跨度及梁柱的宽度往往也根据工艺或施工要求而定。由此可见，结构优化的主要任务是对板厚和梁、柱截面高度作优化。

优化程序依据前面思路：将冻结内力法与0．618法结合起来，对沉井结构水泵房进行优化设计。

具体步骤如下：

①给定结构的几何尺寸、荷载、材料性质参数；拟定各板厚度、梁截面高度、柱截面高度的初始值X0；根据初拟定的结构几何尺寸对结构在各种工况下进行内力分析，求出各荷载工况下所产生的内力，从中选取各构件中最不利的内力作为下一步优化计算的内力。

②用0．618法对每一纯弯板条、偏压板条、梁、柱构件进行优化，求得各构件的最优截面高度X 及相应的钢筋面积。计算每一个结构的目标函数。

C＝Ci

这一步骤中，认为各构件的内力不变，即冻结上一次结构分析所得的各构件内力。

③进行内力重分析——用各构件的X?作为新的X0进行内力重分析。

结构设计基本步骤篇(5)

本科学生在毕业之前必须做毕业论文，其目的是通过毕业论文，让学生独立开发一个具体的计算机应用项目，系统地进行分析总结和运用学过的书本知识，以巩固本科阶段所学的专业理论知识，并给予一个理论联系实际的机会。

为了便于实施和管理，规定网络学院计算机相关专业本科学生毕业论文主要以开发一个管理信息系统为毕业实践的课题，每个毕业生通过独立开发一个具体的管理信息系统，掌握开发一个比整完整的管理信息系统的主要步骤，并从中获得一定的实际经验。

二、管理信息系统开发的主要步骤

管理信息系统开发的主要步骤及各步骤的基本内容如下：

1、 系统分析

主要工作内容有以下几项：

确定系统目标

系统可行性分析

2、 系统调查

系统的组织结构、职能结构和业务流程分析。其中系统的组织结构图应画成树状结构。

系统业务流程分析、业务流程图

3、 数据流程分析

数据流程图(系统关联图、顶层图、一层数据流图、二层数据流图)

数据词典

代码设计

4、 管理信息系统的功能设计

系统的功能结构图，每个功能模块的主要工作内容、输入输出要求等。

系统控制结构图

5、 数据库设计

概念模型设计：实体、实体间的联系、e-r图

关系模式设计：e—r图->关系模式的转换规则

关系模式

数据库表设计：数据库表结构

6、 系统物理配置方案

7、 人机界面设计

8、 模块处理概述

9、 系统测试和调试：测试计划、测试用例、测试结果

三、开发工具和注意事项

1、开发工具

开发工具可由学生任选。如delphi、foxpro、vb、access等，这些工具的使用全由学生自学。

2、注意事项

(1)项目开发步骤的完整性(系统需求分析、概念设计、物理设计、系统环境和配置、系统实施以及系统测试和调试等)

(2)每个开发步骤所得结果的正确性(业务流程图、数据流程图、数据词典、hipo图、e-r图、关系模式、人机界面设计及模块处理等的详细分析和说明)

......

目录：

一、本科学生毕业论文的目的和内容

二、管理信息系统开发的主要步骤

三、开发工具和注意事项

结构设计基本步骤篇(6)

【关键词】建筑；结构设计；质量；措施

一、建筑结构设计的基本概念分析研究

结构设计的具体程序是需要严格遵守的。建筑物的设计工作实际上存在诸多分支，这些分支具体涵盖了结构设计、电气设计、建筑设计、暖气通风设计、给排水设计等。每个分支的具体设计过程都必须围绕四个根本目标： 审美要求、功能要求、环保要求以及经济要求。建筑的结构是建筑物发挥其使用功能的基本条件，因而，结构设计也是建筑物设计过程中极为重要的组成部分之一，结构设计细分为以下四个步骤： 设计结构方案、结构分析、设计构件、绘制施工图纸。建筑结构的类型这一概念相对而言范围广、内容丰富。根据不同建筑物在具体功能要求上的差异，随着科学技术的发展，逐渐产生了诸多结构类型与结构的分类方法。从建筑物具体用途的角度，可以划分为民用建筑与工业建筑。如果依据建筑物的层数来分类，则可以分为超高层、高层、多层、单层建筑。建筑物使用的结构材料是有所区别的，从结构类型的角度来分类，大体上有： 混合结构、砌体结构、木结构、钢结构、钢筋混凝土结构等。此外，建筑物的结构构件组成方式也存在较大的区别，从这个角度，可以划分为框筒结构、剪力墙结构、框架结构、筒中筒结构、筒体结构、框剪结构、束筒结构等。由此可见，建筑结构类型的划分方法颇多，内容也相对复杂。而建筑结构设计中还有一个很重要的名词： 概念设计。概念设计的具体含义指的是通过清晰、明确的概念结构，在不进行数值计算的情况下，根据分系统与整体结构系统间的结构破坏机理、力学关系、实验现象、震害以及工程经验所获得的原始设计思想与基本设计原则，对结构的计算结果做出合理、准确的分析，同时将计算假设与结构的实际受力状况间的差异也考虑在内，对结构或构造进行设计，尽可能保证建筑物的受力更安全、更合理、更协调。

二、概念设计的具体步骤与重要意义分析研究

在结构设计中，概念设计占据极其重要的地位，结构设计步骤通常可以划分为三步： 前期选择方案阶段，中期结构计算阶段以及后期制绘施工图阶段。结构设计与分析的首要步骤就是概念设计，以上三个步骤均与科学的概念指导不可分割。一名好的结构工程师在每个项目工程设计的初始阶段，也就是建筑设计方案确定阶段，先按照自身的经验和专业基础，在心里经历一段优化过程，应用概念设计手段，能够快速、合理地构思，比较，抉择每一个结构体系，并且协助建筑师扩展或者实现建筑行业所需要的空间形式，想要的使用，构筑和形象功能，且将其定为目标，同建筑师共同决定建筑的总体结构方案，此外，还要确定整体结构体系和分体结构体系最佳的受力方案。得出来的方案一般具有清晰的概念和正确的定性，从而避免了后期不必要的运算，经济可靠性能较好。另外，这种方法也可以作为判断计算机的内力分析所得到的数据可靠性的依据。作为结构设计的灵魂和核心，概念设计统领着整个结构设计过程，也显示了设计工程师的理论和设计水平。通过结构概念设计的运用，可以从全局上明确结构的各项性能，从而科学的判断计算分析得到的结果并进行合理的利用，确保了设计过程中工程师的主体地位。

三、提高建筑结构设计质量的具体策略分析研究

建筑工程的一个特点就是受到地理因素的制约与影响，这个特点也导致设计过程中涉及的参数很可能具有一定的特殊性。简单举例有： 基本雪压、基本风压、场地土类别、地震烈度等铸锻参数的选取过程都要严格依照《全国基本雪压分布图》《全国基本风压分布图》以及工程地质报告这三份材料进行敲定，又如墙体围护的主材在不同地区存在差异，工程师则需要根据实际选用的主材确定墙体荷载。在开始设计之前，设计人员应当大量收集设计相关资料、深入研究设计规范，根据具体的工程类型、地域条件确定具体参数，这样的做法能够在加强计算结果可靠性的同时，避免参数不合理、参数错误造成的返工、浪费等现象。建模计算的前期处理是提高结构设计质量的重要措施之一。对荷载的计算要保证准确有效，估计、推测等无依据的做法是需要每个工程师尽可能避免的。建模的过程要严格按照科学的方法来给定输入，楼梯洞口输入处的局部开洞处理，转换层构件与悬挑构件设计中活荷载的不利影响，飘窗部分的荷载分析等都是需要格外注意的步骤。在尚未了解各个参数具体含义的情况下，毫无依据的对参数进行盲目的修改是结构建模过程中的一个大忌。在调整参数的过程中，要格外注意不同参数的具体适用范围，具体的某一项参数大多具有较为严格的适用性，砖混结构下准确的参数，很可能不适用于框架结构，多层结构下准确的参数，对高层结构的适用性也未必能够保证。对相关计算软件的应用也要注意这个问题。不同的计算理论是具有其特定的假设条件的，软件的编制默认状态下均符合这些特定条件，为了避免出现参数不匹配、不适用的问题，在使用软件前必须了解清楚这款软件的具体技术条件，即使是最熟悉的 PKPM 软件系列也不能忽略这个问题。缺乏对于软件技术条件的深刻理解，就无法合理、正确的应用软件进行实际设计。因过分信任计算机的计算结果，而忽视结构概念导致的严重错误，近年来在结构设计领域也屡见不鲜。相关领域工作者在必要的情况下要进行手算复核，而不是迷信软件的计算结果，这种情况对于带转换的构件设计工作最为重要。在结构设计的过程中，建筑物计算分析的结果是为了确保在静力荷载以及自然灾害造成的动力荷载作用下具有较强的整体安全性。然而，仅仅依靠计算分析结果展开的设计，在实际生活中是很难避免荷载作用下建筑物局部开裂、破坏等现象的。针对不同的自然灾害，要进行专门的防护性设计。以地震为例，可以根据工程抗震等级的要求指标，按照设计规范中的具体要求，在结构设计过程中采用必要的构造措施。特别是针对计算性相对比较弱的结构类型时，多数的设计都要求通过构造措施保证建筑的安全性。

四、结语

建筑的结构设计在很大程度上影响着建设工程的安全可靠、美观实用、施工难度、工程造价等诸多品质，提高建筑结构设计质量自古以来，都是结构工程师最为关注的话题之一。同时，项目的特殊要求、施工环境的变化以及结构设计人员水平上的差异等诸多因素都与结构设计的出图质量密切相关。为了尽可能避免设计图纸上出现“漏、碰、错、缺”，相关领域的技术工作者应当通过有效的措施尽可能提高建筑结构设计的质量。

参考文献

[1] 马玉刚.浅谈如何提高建筑结构设计质量[J]工程技术，2010

结构设计基本步骤篇(7)

一、本科学生毕业论文的目的和内容

本科学生在毕业之前必须做毕业论文，其目的是通过毕业论文，让学生独立开发一个具体的计算机应用项目，系统地进行分析总结和运用学过的书本知识，以巩固本科阶段所学的专业理论知识，并给予一个理论联系实际的机会。

为了便于实施和管理，规定网络学院计算机相关专业本科学生毕业论文主要以开发一个管理信息系统为毕业实践的课题，每个毕业生通过独立开发一个具体的管理信息系统，掌握开发一个比整完整的管理信息系统的主要步骤，并从中获得一定的实际经验。

二、管理信息系统开发的主要步骤

管理信息系统开发的主要步骤及各步骤的基本内容如下：

1、 系统分析

主要工作内容有以下几项：

确定系统目标

系统可行性分析

2、 系统调查

系统的组织结构、职能结构和业务流程分析。其中系统的组织结构图应画成树状结构。

系统业务流程分析、业务流程图

3、 数据流程分析

数据流程图(系统关联图、顶层图、一层数据流图、二层数据流图)

数据词典

代码设计

4、 管理信息系统的功能设计

系统的功能结构图，每个功能模块的主要工作内容、输入输出要求等。

系统控制结构图

5、 数据库设计

概念模型设计：实体、实体间的联系、e-r图

关系模式设计：e—r图->关系模式的转换规则

关系模式

数据库表设计：数据库表结构

6、 系统物理配置方案

7、 人机界面设计

8、 模块处理概述

9、 系统测试和调试：测试计划、测试用例、测试结果

三、开发工具和注意事项

1、开发工具

开发工具可由学生任选。如delphi、foxpro、vb、access等，这些工具的使用全由学生自学。

2、注意事项

(1)项目开发步骤的完整性(系统需求分析、概念设计、物理设计、系统环境和配置、系统实施以及系统测试和调试等)

(2)每个开发步骤所得结果的正确性(业务流程图、数据流程图、数据词典、hipo图、e-r图、关系模式、人机界面设计及模块处理等的详细分析和说明)

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