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摘要:本文在消化和吸收CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)工程教育理念的基础上,探讨专业基础课程《工程燃烧学》的教学改革方法,激发学生学习兴趣,加强学生专业知识掌握程度,强化知识运用及团队协作和与人沟通的能力,取得了良好的教学效果。
关键词:工程教育;CDIO;工程燃烧学;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)13-0095-02
一、我国工程教育存在的问题
1.教学思想观念陈旧。我国大多数工科高校人才培养体系的教育理念与我国产业结构调整不相适应,教学体系缺乏适应现代工程特点的变化,课程内容设置老化、偏重理论教学,缺乏工程系统思维,有待于根据工程特点提出相应的改进方案。
2.教学方法墨守成规。我国高等院校的教学方法基本上是以教师为中心、以课堂讲授为主、以理论考试成绩评价学生的模式,教学过程中缺少实践环节。实践是认识的出发点和归宿,如果没有实践环节,工程教育无法达到预期的目的和效果[1]。由此可见,实践教育在工程教育和整个高等教育中的重要性。
3.教学内容单一守旧。在教学内容上,过分强调理论知识,知识点更新不及时、跟不上产业发展的步伐,缺乏多样性,教学大纲定得过死,限制了教师和学生的创造力。此外,过于强调教材和教师课堂讲授在教学过程的作用,忽视了学生主动学习和主动实践的重要性和必要性。
4.教学评价以偏概全。在评价体系上,我们只注重学生的理论学习和书面考试成绩,缺少对学生综合素质的考核,尤其缺乏产业界对学生在各个培养环节表现的评价。
综上所述,工程教育的根本问题在于产学脱节,实践环节薄弱,导致工程教育相对产业发展滞后。为了解决该根本问题,我们必须深入改革工程教育,提高工程教育质量,以满足产业发展的需要。
二、CDIO工程教育理念
CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)即“构思―设计―实施―运行”,它是由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学共同创立的工程教育改革新模式,它以培养全面发展的工程师为目标,提出了全面、系统、具体的教学大纲,详见表1[2,3],它的特点是既要确保学生基础知识的学习,又要提升学生的实践技能。
近年来,CDIO教学理念引起了国内教育工作者的广泛关注,该教育方法的实施在我国已取得一些初步成效。我国汕头大学自2005年起引入并实施CDIO工程教育模式,成效显著。清华大学工业工程系教授顾学雍博士在“数据结构”和“数据库技术”两门课中采用CDIO教学方法,指导学生通过基于项目的学习,主动学习,主动实践,取得了良好的学习效果。清华大学领导对此非常重视,指示该系扩大试点,总结经验后向全校推广。
三、《工程燃烧学》课程教学改革探讨
(一)授课内容准备
工程技术迅速发展,要求工程教育的教学内容也要实时更新。根据CDIO大纲的第一层面能力要求“专业基础知识和应用”,我们对《工程燃烧学》课程教学内容做出了适当调整:一方面,我们以实用为导向,有重点地筛选授课知识,选择性地删减了过于深涩难懂的纯理论知识,忽略其中不重要的、烦琐的公式推导过程,重点讲述定性的基本概念和具有实际应用价值的方法和结果,使得学生对燃烧学理论和现有技术有较为全面的认知;另一方面,根据燃烧领域的最新动态及时扩充教材中并未涉及的前沿知识,使我们的授课内容与时展接轨;此外,应用多媒体技术,利用大量浅显易懂的插图、对应的实景拍摄图片,来制作动态演示图,将传统的较为抽象、枯燥的理论教学具体化、形象化,使其具有趣味性和启发性,以激发学生学习的兴趣,提高学生对知识的接受程度。
(二)授课方法改进
采用灌输式或者照本宣科式的传统教学方法,是导致《工程燃烧学》这门本身就较为枯燥的课程更为乏味的原因之一。我们在讲授知识点时,采用多种教学方法相结合的方式,以调动学生学习的积极性和主动性:(1)有意识地采用问题驱动式的教学方式,以“提出问题―分析问题―解决问题”的模式,激发学生的学习兴趣,将学生对知识点的接受方式由被动转为主动。(2)尝试采用反转课堂教学模式,即选择两个课时的教学内容,提前录制理论知识讲授视频,分享在互联网上以供学生自学和复习,将课堂时间用于对理论知识的讨论,并进行相关工程实践内容的拓展,提升学生学习的主动性和积极性,培养学生自学、独立思考的能力,加强实践教学。(3)在授课过程中设置多个模拟工程案例,以此让学生真正参与到教学过程中,活跃了课堂气氛,同时培养了学生CDIO大纲中要求的多项能力,例如工程推理和解决问题、系统思维、团队协作和交流沟通等。
(三)教学科研结合
实践教学在教学过程中具有不可替代的作用,它能加强理论教学效果,同时,培养学生的实践能力和创新能力。受CDIO“构思―设计―实施―运行”的理念的启发,在《工程燃烧学》授课过程中,鼓励学生依托我校已有的科研平台――准东煤高效利用创新平台,积极参与科研项目的部分工作。同时,鼓励学生积极参与课外科技活动,选择《工程燃烧学》课程中某部分内容,例如特定煤种成分的工业分析、灰熔点测试、烟气成分分析等,利用平台已有的实验设备,自行设计实验方案,教师协助指导完成,从而达到使部分学有余力的学生创新思维、动手能力得到培养的目的,从而培养学生的科研兴趣。
(四)考核方式改革
为了改变原本的教学评价方式以偏概全的不足,《工程燃烧学》课程最终成绩由期末卷面成绩(60%)、模拟工程案例(30%)、学生科技活动表现和撰写小论文(10%)三部分组成,希望能给予学生在《工程燃烧学》课程学习中的表现更为全面的评价。参加实验室科研和课外科技活动是加分项,课程结束后布置学生撰写课程总结小论文,比如“生活中的燃烧学问题思考和分析”、“你最感兴趣的燃烧学问题分析和讨论”、“你认为在选用煤种时应该重点考虑煤的哪些特性”等多个选题,旨在激发学生的独立思考能力,为学生的个性发展及创新精神提供机会。
(五)教师工程能力培养
理论与实践教学相结合的教学方法的实现,要求教师本身具有一定的工程实践背景。目前,各大高校招收教师多以是否具有高学历、高学位作为考量标准,缺乏对教师产业背景和工程实践经验的要求。事实上,只有教师本身首先具备良好的工程实践经验,才能带领学生真枪真刀的实干,否则一切皆是纸上谈兵。因此,在承担《工程燃烧学》课程教学任务之前,课程负责人带领各位讲师及助教多次赴上海锅炉厂、上海外三火力发电厂等地实地考察学习,以加强教师的工程实践能力。
四、小结
本文在分析总结我国工程教育存在的问题的基础上,将CDIO教育理念运用于专业基础课程《工程燃烧学》的教学过程中,具体体现在授课内容准备、授课方法改进、教学科研结合、考核方式改革及教师工程能力培养五个方面,旨在激发学生的学习兴趣,培养学生获取和运用知识分析问题、解决问题,总结实践经验、团队协作、与人沟通的能力,为今后的教学模式和教学方法的进一步改进提供了可行策略和方案。
⒖嘉南祝
[1]朱高峰.高等工程教育研究的战略意义[J].清华大学教育研究,2009,(2):2-3.
[2]陶勇芳,商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究,2006,(11):81-83.
[3]吴鸣,熊光晶.以工程能力培养为导向的工程教育改革研究[J].理工高教研究,2010,(29):54-58.
关键词:建筑结构;概念设计;结构措施
1、概念设计的定义分析
概念设计主要是针对客户的需求进行数学计算分析从而促使产品的产生。其就是从概念到产品的过程。概念设计的过程经历了从抽象到具体、从模糊到清晰、从粗略到简单的过程。在概念设计实行的过程中,需要选用建筑结构,并且对结构进行分析,实施计算,之后这些内容贯穿于整个建筑结构的设计当中,在这一过程中,设计人员需要找出概念设计存在的问题,然后结合自身的设计经验以及当前设计的实际环境有针对性的进行概念设计,构建良好的建筑结构设计方案,使得概念设计满足和建筑结构设计的具体要求相吻合。
2、建筑结构设计中概念设计的原则
2.1、结构的简单性
结构简单性要求在建筑结构设计过程中,简化传力途径,提升结构的承载力。因此,在进行结构体系设计过程中,应该对建筑结构受力图进行精确计算,并且对内力和位移进行详细探究,有效限制薄弱部位的出现。
2.2、结构的整体性
建筑结构能够聚集惯性力,而且还能够将惯性力传递至各竖向抗侧力子结构中,这就要求子结构具备相同的承载力,这样才能够有效抵御地震等自然灾害所造成的破坏作用。
2.3、结构的规则性和均匀性
通过提升建筑结构的规则性与均匀性,能够有效避免建筑结构过早的出现破坏或者坍塌的问题,确保建筑物分布质量与结构刚度的协调性,使其能够充分发挥抵御自然灾害的能力。
2.4、优化选型原则
在建筑结构设计中采用概念设计,能够有效优化结构体系以及结构布置形式。
3、建筑结构设计中的概念设计应用
3.1、在计算机分析中应用概念设计
虽然在目前来说我国建筑工程设计阶段计算机分析是设计的主要手段,但是从相关的建设效果来看并不能将其作为唯一的设计标准。因为计算机毕竟在一定程度上无法对工程实况进行全面的了解掌控,所以容易出现设计方面的误差,从而直接影响到整体建筑工程的建设效果。在实际的工程设计中还是要在计算机设计的过程中加入人工的辅助设计,相关工作人员可以依据自身的施工经验对其进行具体的分析以及判断,避免因计算机设计失误而造成的资金损害问题,最大程度保证工程建设的效益。
3.2、在基础设计中应用概念设计
无论是传统的基础设计还是融入概念化的基础设计都需要对施工现场的实际情况特别是地质地形以及施工条件等方面进行全面的考量,从而才能够确保基础设计的有效性。所以在运用概念设计进行基础设计的时候也要确保对施工工程的全面了解最终进行以概念设计为基础的建筑结构基础设计。筏型基础、箱形基础是概念设计中经常用到的基础形式。在箱形基础运用的过程中周围的底层会与地基形成紧密的整体从而将建筑压力进行分散,保证建筑工程的安全性与稳定性。筏型基础的地基可以将地基荷载分散到上部结构中从而减少地基的压力从而避免地基沉降现象的发生,对建筑物的整体安全性能都有较大的加固作用。
3.3、在抗震设计中应用概念设计
建筑物在建设过程中为避免造成安全事故的发生通常都会对抗震设计方面有严格的要求。在建筑物的稳定性方面计算机分析结果虽然能达到一定程度的效果但还是无法完全达到良好的抗震性能。所以为了进一步加强建筑物的稳固性我国设计人员对其融入了概念设计的应用,从而达到较高的抗震效果。3.4、在高层结构设计中的应用众所周知高层建筑结构侧移现象是设计中的重难点,因此很多设计师在设计的过程中都会考虑运用相应的抗侧力体系来减轻水平负荷从而达到建筑物的稳定性能。概念设计的应用更能够在较大程度上加强设计效果,达到预期建设目标。除此之外建筑建设过程中要对周围的布局、结构以及整体的协调性进行综合的考虑,最大程度保证设计效果。同时还需要对建筑物的风压布局所造成的影响进行综合的考量,以此提高整体建筑设计水平,更大程度加强我国建筑行业的发展。
4、结构设计主要措施
4.1、建筑场地选择
建筑物沉降坍塌、滑坡等现象发生的原因除了地震外还跟建筑现场的地质状况有关。因此建筑场地的选择对抗震设计有直接的影响。所以为了能够达到加强的抗震效果保证居民用户的自身以及财产安全,设计人员应该选择稳固的地形进行建筑物的选址设计,确保建筑物的稳固性。
4.2、结构材料选择
混凝土即是现阶段我国建筑工程施工的主要材料也是最佳的抗震的首选材料。因为其自身特有的强度能够确保构件塑性铰区延性能力的发挥。同时高强度的混凝土还可以通过减小自重和材料消耗来达到减小柱截面尺寸的目标,从而达到预期的建筑功能目标。
4.3、协同工作
所谓的协同工作是指将建筑物的基础与上部结构视为一个整体,使其达到整体的协同性。着同样也血药借助概念设计的理念以达到更高的建设目标。同时还应该注意建筑结构的协调性在受力的时候可以保证受力程度的均匀性,从而保证了建筑构件的耐久性,加大建筑物的使用寿命。由此可见,概念设计与结构措施在建筑结构设计中占有中要的作用,其不仅能够全面考量设计效果同时也能够运用结构措施分散基础结构的受力状况从而达到整体建筑物的受力均匀加强其使用寿命。因此,相关建设设计人员应该多加关注该方面的应用,在一定程度上对其进行细致的研究与理论方面的突破创新,从而能够进一步促进我国建筑行业的发展,加强经济建设的完善性。
作者:热合曼江.依明 单位:中国建筑标准设计研究院有限公司新疆分公司
参考文献:
[1]严毓纯,孙建军.探讨建筑结构设计过程中的概念设计及结构措施[J].企业技术开发,2012,16:53-54.
【关键词】建筑结构设计;概念设计;应用
1引言
建筑工程结构设计好坏不仅会直接影响工程建设的顺利进行,而且还会在一定程度上影响建筑工程施工质量。因此,必须采用科学合理的方式进行建筑工程结构设计,提升建筑工程结构设计水平,采用概念设计方法有利于优化建筑结构设计方案,因此,对概念设计以及其具体应用方式进行详细探究具有十分重要的现实意义。
2建筑结构设计与概念设计概述
2.1建筑结构设计
建筑工程项目中的结构设计主要指的是指针对建筑物的结构进行恰当可行的设计,这种建筑结构设计其实也是运用结构元素进行建筑工程项目的表达,促使其能够满足于建筑工程项目的基本需求。从建筑结构设计的重要性上来看,建筑结构作为整个建筑工程项目的主体,因此需要对其予以足够重视,保障建筑结构的可靠性和稳定性,这样才有利于整个建筑物的应用,尤其是相对于建筑物后期应用过程中出现的一些沉降以及倾斜等问题而言,更需要从建筑结构方面进行严格全面的控制。在建筑结构设计方面,首先应该从建筑结构设计方面进行严格的把关,这种建筑结构设计的控制必须要从细节人手,重点把握好建筑结构设计的一些要点内容,避免在建筑结构设计中出现弊端,进而杜绝建筑结构不稳定现象的产生,更好地维系建筑结构的可用性。
2.2概念设计
概念设计是基于对用户实际需求进行分析,将其对产品理想化的要求转化为概念产品,概念设计的根本目的是在最大程度上满足用户需求,在具体的实施过程中,需要利用创造性思维使抽象的设计理念逐渐具体化、使杂乱的设计体系逐渐系统化、使模糊的设计思路逐渐清晰化。总体而言,概念设计是设计者利用统一的理想思维完成理想化物质形式的设计过程。建筑结构设计中的概念设计是当前建筑结构设计中一个新的领域,主要体现在对建筑抗震设计和总体结构特点,通过对建筑结构的总体把控,从细小部件入手,做好每一步设计工作,从整体结构上保证构件设计的合理性,进而在保证建筑质量的同时,对其功能进行完善和补充。
3建筑结构设计中概念设计的原则
3.1结构的简单性
结构简单性要求在建筑结构设计过程中,简化传力途径,提升结构的承载力。因此,在进行结构体系设计过程中,应该对建筑结构受力图进行精确计算,并且对内力和位移进行详细探究,有效限制薄弱部位的出现。
3.2结构的整体性
建筑结构能够聚集惯性力,而且还能够将惯性力传递至各竖向抗侧力子结构中,这就要求子结构具备相同的承载力,这样才能够有效抵御地震等自然灾害所造成的破坏作用。
3.3结构的规则性和均匀性
通过提升建筑结构的规则性与均匀性,能够有效避免建筑结构过早的出现破坏或者坍塌的问题,确保建筑物分布质量与结构刚度的协调性,使其能够充分发挥抵御自然灾害的能力。
3.4优化选型原则
在建筑结构设计中采用概念设计,能够有效优化结构体系以及结构布置形式。其中,优化结构体系指的是根据建筑结构的基本构件特征以及荷载实际情况,通过集合形式构成主要的结构体系。
4基于概念设计在建筑结构设计中的应用
4.1在建筑场地选择中的应用
在建筑工程设计过程中,为了提升建筑结构设计的科学性和有效性,需要做好建筑工程场地选择工作,这样才能够有效提升场地选择的合理性,保证建筑工程后续设计能够有效开展。因此,在建筑工程场地选择中,可以运用概念设计方法,具体而言,需要综合考虑以下几个因素:①地形因素。地形条件会对建筑结构产生较大影响,甚至会对建筑结构稳定性造成很大的制约作用,因此,在进行建筑结构设计过程中,应该综合考虑建筑结构设计要求和建筑实际情况,这样才能够选择出最符合工程建设需要的地形。②地质因素。地质因素也会在很大程度上影响建筑结构设计,其会对建筑工程基础结构设计产生较大影响,因此,在进行建筑工程场地选择时,应该对施工现场地质条件因素进行科学合理的评估,确保地质条件能够满足工程建设要求。③抗震性因素。建筑结构抗震性会直接影响建筑结构设计水平,因此,在建筑工程结构设计中,必须充分考虑抗震因素,优化建筑工程抗震设计,这样才能够有效提升建筑工程结构设计水平。
4.2在计算机分析中的应用
计算机分析是建筑结构设计中必不可少的工作环节,但是,在建筑工程设计时间中,建筑结构设计效果并不理想,难以达到设计人员预期的目的,计算机分析存在一定的缺陷,导致结构设计不科学。在进行计算机分析时应用概念设计,不能将计算机分析结果作为唯一的设计依据,还需要设计人员对结构设计知识的熟练掌握与应用,利用实践经验对计算机分析结果进行评估,判断其科学性及准确性,然后根据实际需求对设计方案进行适当的调整,这样才能有效避免因计算机分析结果不准确造成设计问题。
4.3在基础设计中的应用
在建筑结构设计中,基础设计是十分重要的设计内容,在基础设计中运用概念设计,能够有效提升基础设计的合理性。在设计过程中,首先需要对建筑工程施工现场环境以及地质条件进行全面勘查,确保结构设计形式符合地理条件要求,通过概念设计确定建筑结构形式基础。在建筑工程设计过程中,常用到的基础形式包括筏型基础、箱形基础等多种,其中,筏型基础的地基所承受的压力远远小于上部结构承受的压力,因此可以将地基荷载分散到上部结构中,这样能够有效避免出现地基沉降现象。另外,还需要注意的是,在使用箱形基础的时候,地基会与周围地层形成紧密的整体,建筑所承担的压力将会分摊给地基,因此能够有效提升建筑结构的整体稳定性。
4.4在建筑结构抗震设计中的应用
在建筑工程结构设计中,抗震设计十分重要,将概念设计方法应用于建筑工程抗震设计中,必须充分结合建筑平面对建筑结构体系进行科学合理的布置,与此同时,还应该综合考虑建筑主体的结构体型和各个部分的基础体系之间的力学关系。另外,通过调整建筑物质心、平面形心及结构刚心间的距离,可使得这三者尽可能靠近,进而最大限度的减小结构体系的扭转力,增强整个结构的稳定性,提高结构的抗震能力,节约建筑工程造价。
4.5在高层结构设计中的应用
如果高层建筑受到水平负荷,则会造成高层建筑结构发生侧移现象,这也是高层建筑设计的一个重点与难点问题,对此,每位建筑设计工作人员都必须要给予充分重视。因此,在进行高层建筑结构设计过程中,设计人员必须坚持概念设计基本原则,要充分考虑相关的要求与标准,同时还应该注意尽量选择选择更加科学、合理的抗侧力体系,另外,还需要对建筑物四周存在的其他建筑物的位置、结构等进行综合、全面的分析与考量,对建筑物对所要建设建筑物的风压布局所、造成的影响进行综合的考量。只有做到上述几点,则在进行建筑结构设计时,才能够采取有效的措施努力提升建筑物的竖向荷载及其抵抗力,使其能够保证平面结构的简单性以及规范性。然而,其在建筑结构设计方面还存在着诸多问题,为了能够有效地提升建筑结构设计水平,应该合理地应用概念设计方法,提升结构设计的完善性与可靠性,有效弥补在结构设计中存在的问题,优化结构设计方案,促进建筑结构设计水平的不断提升。
5结语
综上所述,在建筑结构设计过程中,应该讲概念设计贯穿整个设计过程,采用概念设计进行建筑结构设计,能够准确把握建筑结构设计要求和设计形式,保证建筑工程质量,提高结构设计水平。
参考文献
[1]赵领楠,葛莹.概念设计在建筑结构设计中的重要性及应用[J].企业导报,2012(22):254.
[2]杨全庆,杨庆兵.建筑结构设计中结构概念应用分析[J].科技致富向导,2014(02):70.
关键词:创造性合作;概念设计;习惯性传统设计;技术知识概念化
Abstract: The concept of "design" idea is a kind of advanced design idea, it formed a good cooperation between the architects and structure engineers and equipment engineers, in order to create outstanding designs. This paper discusses the connection and difference between concept design and structure design expounds the meaning, basis and principle conceptual design; emphasizes the conceptual design of the important role; and put forward their views on applying this advanced theory.
Key words: creative cooperation; conceptual design; the habit of traditional design; technical knowledge conceptualization
1、引言
建筑被称为凝固的音乐,一个成功的设计,既要满足功能要求,又要表现良好的空间形式,使之成为一件艺术品,给人们提供一个有某种追求的活动场所,以满足人们的心理要求。为满足以上需求,建筑物必须着眼于总体,构思一个总体的空间形式,以保证活动功能和感受需求协调一致,然后再通过具体设计去完善这个方案。但是这个方案是否能最终实现,又必须依靠结构。因此在方案阶段必须有建筑师和结构工程师的创造性合作,双方必须能从总体出发考虑技术问题。
一个好的建筑物应该是建筑师和结构工程师及设备工程师创造性的合作。清华大学罗福午教授形象地把一栋建筑物比作一个人,“建筑相应于人的容貌、体型、气质;结构相应于人的骨骼、耐力、寿命;电器、给排水和供热、通风等建筑设备相应于人的神经、脉络、器官。就像大自然完好地塑造人一样,建筑物的各种设计人员有责任全面地考虑建筑,结构,设备等方面的设计问题。”
美国华盛顿国家工程院院士,著名美籍结构和桥梁工程专家林同炎教授首先提出了一种先进的设计思想,即“概念设计”。他认为:未来环境设计者们的创造性合作是能够增进总体构思的。而总体构思能力是强调综合的建筑空间设计和更加专业、也更关心具体设计的结构工程师之间联系的自然桥梁。
2、概念设计与结构设计的区别
概念设计是依据个人经验,结合建筑功能要求、结构安全等级、抗震设防等级、地质资料、当地材料、当地自然环境等进行的定性设计过程,其主要内容包括:确定三缝设置、结构体系、基础形式和埋深、主要构件的几何尺寸等。
而结构设计则是概念设计的逆向过程,依据概念设计的总体要求、力学和数学的原理由定量(内力、配筋、稳定和变形)过度到定性(规范规定的构造要求)的一个过程。
两者的设计过程和要求对比见下表:
3 、概念设计的意义及依据
3 . 1概念设计的意义
能做到结构功能与外部条件一致;充分展现先进的设计;发挥结构的功能并取得与经济性的协调;更好地解决构造处理;用概念设计来判断计算设计的合理性。
3 . 2概念设计的依据
结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质;设计和构造处理原则;计算程序的力学模型和功能;吸取或不断积累的实践经验。
4、概念设计的一般原则
4 . 1选择合适的基础方案
基础设计应根据工程地质条件,上部结构类型及荷载分布,相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析,选择经济合理的基础方案。设计时宜最大限度地发挥地基的潜力 ,必要时还应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告,对一些缺地质报告的小型建筑也应进行现场查看和参考邻近建筑资料。一般情况下,同一结构单元不宜采用两种不同的类型。
4 . 2合理选择结构方案
一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案,即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确,传力简捷,保证高的材料效能,同一结构单元不宜混用不同结构体系,地震区应力求平面和竖向规则。总之,必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析,并与建筑、水、暖、电等专业充分协商,在此基础上进行结构选型,确定结构方案,必要时还应进行多方案比较,择优选用。
4 . 3选用恰当的计算简图
结构计算是在计算简图的基础上进行的,计算简图选用不当而导致结构安全的事故屡有发生,因此选择恰当的计算简图是保证结构安全的重要条件。实际结构的节点不可能是纯粹的刚结或铰结点,但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
4 . 4正确分析计算结果
在结构设计中普遍采用计算机技术,但由于目前软件种类繁多,不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、技术条件等全面了解。在计算机辅助设计时,由于程序与结构某处实际情况不相符合,或人工输入有误,或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果,因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析,慎重校核,做出合理判断。设计师的知识、经验还是不可缺少的。
4 . 5采取相应的构造措施
始终牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉”原则;注意构件的延性性能;加强薄弱部位;注意钢筋的锚固长度,尤其是钢筋的直线段锚固长度;考虑温度应力的影响。除此之外,还应注意按均匀、对称、规整原则考虑平面和立面的布置;综合考虑抗震的多道防线;尽量避免薄弱层的出现;以及正常使用极限状态的验算等等都需要概念设计作指导。
5、 总结
一个设计方案由建筑师决定后,送到结构师手中,然后结构师再依据规范、设计手册、计算机程序做习惯性传统设计。特别是在一体化计算机结构程序全面应用的今天,结构师不应盲信计算程序,要充分发挥出创造性来。凡是概念设计做得好的结构工程师,其结构概念是随着年龄与实践的增长而越来越丰富,设计成果也越来越创新、完美。先进的设计思想也将通过概念设计充分地展现。
【关键词】基础设计;概念设计;地勘报告
引言:随着经济水平的提高,人们对于建筑功能的要求也在不断提高。作为建筑物最重要部分之一的基础,要保证建筑物安全、满足使用要求。但在实际操作中,尤其对于刚步入设计师行列的毕业生们,不重视基础设计,不考虑地基-基础-上部结构的相互作用,对于各种地址情况、施工条件、周围环境不区别对待,给人民生命财产安全埋下了隐患。笔者结合自己在设计工作中的经验和发现的问题,使年轻的设计师提高设计水平,少走弯路。
一、概念设计
1.1 判断关键控制点,并确定方案
在基础设计中,主要的关键控制点是基础的变形。所以设计师们首先要根据上部建筑的形式,结合地质条件,施工因素影响,选择最适宜的方案。
例如,常见的主裙楼连体建筑,主裙楼之间的不均匀沉降是主要控制点,选取方案时,不可一味增加基础刚度来抵抗不均匀沉降。相反可以提高主楼地基刚度,弱化裙楼地基刚度。笔者曾做过内蒙古科左后旗某住宅,主楼为10层住宅,裙房为二层公建,持力层为细砂,承载力只有130Kpa。为减小不均匀沉降,主楼采用CFG桩复合地基,裙楼采用天然地基,仅选用基础方案一项,就为开发商节约了大量成本,配合主裙楼之间的后浇带使用,先施工主楼后施工裙楼的施工方法,效果很好,受到好评
1.2利用概念指导计算
PKPM、盈建科等软件的应用,大大的减少了设计师们的工作量,也限制了设计师自己的思考过程。很多年轻的设计师们不完全了解软件的计算原理,对软件的参数想当然的填写,使计算结果不准确。
例如,有些建筑上部结构没有采用PKPM计算,基础部分仍采用JCCAD计算,有些设计师就简单的把上部柱底内力采用【附加荷载】输入。但JCCAD中【附加荷载】只能输入恒荷载和活荷载标准值,如果上部结构为多高层,【附加荷载】就无法将水平荷载考虑在内,可能造成安全隐患。
二、工程地质勘查报告
广东海康县7层框架结构旅馆建造在淤泥质软土地基上,设计人员在无地勘报告的情况下,盲目按照100~120kPa的承载力进行设计,造成地基失稳而倒塌的严重事故。可见地勘报告在整个设计中起举足轻重的作用,是基础设计的依据与核心。对地勘报告正确、深入、全面的理解尤为重要,年轻的设计师们,面对厚厚的地勘报告,不必感到迷茫,可以从以下几个方面理解:
2.1 结论与建议
这部分内容应该是首先被翻阅的,包括持力层土质、地基承载力特征值、基础类型及基础埋深,这部分能使设计师对基础部分有了直观的初步印象。但勘察人员并不都能像设计人员一样对拟建建筑物的复杂程度、荷载分布、形变要求等条件透彻的了解。所以,在阅读完地勘报告的全部内容之后,还应结合建筑的实际情况,对结论与建议中提出的持力层选择及基础方案进行客观的分析,以此确定最优方案。
2.2 判断场地稳定性和适宜性
场地稳定性、适宜性直接影响建设项目可行性中的选址为题、地基处理造价以及整个工程的费用。地勘报告中场地稳定性、适宜性应包括以下几个方面:
1)场地的地震效应
2)地质构造对场地稳定性的影响及防治措施
3)不良地质作用对场地稳定性影响及防治措施
4)各种特殊性岩土对场地稳定性的评价及建议
5)地基土的均匀性评价
6)场地的建筑条件评价
2.3地下水的评价
地下水位对埋深大、荷载小及含地下室的建筑影响较大,在此类工程中应特别注意以下几项:
1)历年来的最高水位。(一般用于地下室外墙配筋计算)
2)抗浮水位。(一般用于计算建筑物抗浮及主楼与裙楼协同变形)。
3)地下水腐蚀性评价
若地下水具有腐蚀性,应采用耐腐蚀性原材料、加大混凝土保护层厚度、对基础表面采取防护措施、加强混凝土的养护等措施加以预防。
2.4持力层土质、地基承载力特征值
持力层土质及地基承载力特征值是地勘报告的核心部分,需要着重了解。持力层的选择不仅要满足承载力要求,更要注意变形要求。设计师应根据拟建建筑上部结构的结构形式、荷载大小、荷载分布、对变形的要求,确定适宜的持力层,并且在保证安全和舒适的前提下,尽可能浅埋以降低工程造价。
三、基础结构设计
3.1 基础的埋置深度,应按以下条件确定:
1)建筑物的使用用途、是否含有地下室、基础的形式和构造除岩石地基外,天然地基的箱型和筏型基础不小于建筑高度1/15;桩基(不计桩长)不小于1/18。
2)工程地质和水文地质条件基础的地基持力层应尽可能选择承载力高而压缩性小的土层并注意是否有软弱下卧层。有地下水存在时,基础尽量埋置于地下水位以上。
3)相邻建筑物的基础埋深有相邻建筑物的建筑应当注意,新基础的埋深不宜超过原有基础,否则,新老基础间应保持不小于两基础地面高差1~2倍的净距,或采用其他有效措施。
4)地基土冻融条件为避免反复冻胀、融陷使基础出现短时间的沉陷及多年积累导致的室内地面低于室外地面的现象,基础尽可能埋置于冻深以下。
5)除岩石地基外,基础埋深不宜小于0.5m
3.2 基础底面面积计算
1)对于轴心荷载作用下的基础
3.3地基变形验算
根据《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)规定,设计等级为甲级、乙级的建筑物,以及有规范规定需要做变形验算的丙级建筑物,均应按地基变形设计。
3.4 地基稳定性验算
对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等,以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物,尚应验算其稳定性。验算方法可采用圆弧滑动面法。
结束语:
概念设计的思想被越来越多的结构工程师所接受,并将在结构设计中发挥越来越大的作用。概念设计必将成为今后结构设计的主流思想,设计师们应该重视概念设计,学习概念设计,发展概念设计,为提高结构设计水平贡献自己的力量。
参考文献
[1]建筑地基基础设计规范(GB 50007-2011)。中国建筑工业出版社,2012
[2]刘金波主编。建筑地基基础设计禁忌及实例。中国建筑工业出版社,2013