土木工程毕业设计的问题剖析

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学生对工程设计总体整合能力差，进度前松后紧，主次不分，过多纠缠细节

毕业设计是对本科四年所学的专业知识的全面综合应用，涉及多门课程的综合问题，虽然学生已做过单门的课程设计，掌握了相关知识的综合能力。但在毕业设计过程中，整体思路不清晰，分不清什么内容是重点，必须仔细分析不能含糊；也分不清什么是次要步骤可以大致计算。对于一般的框架结构形式，毕业设计常常分为以下几个步骤（见图1），各步骤环环相扣，牵一发而动全身。

（一）读懂建筑图是结构设计的基础学生一般都是根据教师提供的建筑图和相关资料进行结构设计，因此读懂建筑图，充分了解建筑师的设计意图，理解项目的功能和布局是结构设计的基础。很多学生第一次看见建筑施工图，容易被建筑图中的一些次要信息（比如凸窗、装饰线条和小洞口）吸引或干扰而忽略与结构有关的信息。对于结构专业，轴网尺寸、建筑布局功能、层高、墙体材料选用（容重）、内外墙厚度、卫生间楼板是否下沉、有无建筑净高限制等等这些信息关系到下一步的结构分析，必须逐一核实。

（二）结构布置是重点结构布置的基本原则一般是：框架柱的柱位与建筑师协商，基本在建筑图中已标明；框架柱最好能有双向的框架梁拉结；隔墙下一般应设梁；客厅、卧房尽量不设梁；外立面梁截面高度尽量等于层高减去窗户高度，可免去设置窗过梁；为减小柱截面对室内使用空间的影响，可使用异形柱或扁柱。

（三）楼板和次梁的计算是毕业设计的次要内容对于楼板和次梁的计算，学生并不是首次遇到，他们在为期二周的钢筋混凝土楼盖课程设计中已得到训练。但因为毕业设计的初期就做这部分工作，学生很认真并过于谨慎局促，每块板、每一条小次梁都逐一计算，并常常纠结于一些细枝末节的小问题。比如板跨是否应按书本要求取板的计算跨度？计算跨度是取板的净跨还是直接取中线到中线距离？楼板计算是否按塑性设计？尤其是住宅结构，房间布局较为零散，次梁较多，相同尺寸和相同边界条件的板很少，学生耗费大量的时间，计算每块板的内力和配筋，重复工作量很多。快速有效的方法是将尺寸相近、边界条件相同的板块归并分为几档，每档取尺寸最大的某板块计算内力和配筋，其他剩余的板配筋参照该板配筋，这样既节省大量时间又提高了效率。在这个环节中，学生应掌握实际工程中板的边界支承条件的确定原则：一般相邻板面标高不大于3厘米、板面钢筋能拉通的板边为固定边；相邻板面标高大于等于5厘米、板面钢筋不能拉通的板边为简支边板。

（四）水平荷载作用下的内力计算是重点框架水平荷载作用下的内力计算是毕业设计的重点，并通过结构最大层间水平侧移值来判断结构刚度是否满足规范要求。水平荷载包括风荷载和地震作用。需要强调的是要求先计算整栋建筑物的风荷载，然后按侧移刚度D值分配到各榀框架。学生常常出现错误是取该榀框架左右相邻轴线距离的一半之和作为风荷载的受风面积，并按此计算该榀框架的风荷载值。

（五）荷载效应组合是毕业设计的难点荷载效应组合是毕业设计的难点，主要是组合工况多。对于60m以下的框架结构，一般风荷载效应与地震作用效应不同时组合，其组合工况主要有七种。由于框架柱的弯矩、轴力和剪力沿柱高是变化的，因此取柱的上下端作为控制截面。框架梁除取两端为控制截面外，还应在跨度中部取最大正弯矩的截面为控制截面。根据框架抗震设计强柱弱梁的指导思想，竖向荷载作用下的梁端弯矩要进行调幅，调幅系数一般取0．85。这个环节经常学生容易出错，要特别提醒调幅一定是在与水平荷载效应组合之前，而且调幅的对象是竖向荷载作用下的梁端弯矩，不能是水平荷载，柱端弯矩不能调幅。另外，在进行上述七种组合时，框架梁仅需组合梁端弯矩，梁跨内的最大弯矩是没有办法组合的，因为每一种工况下的最大弯矩点的位置不尽相同。有的学生往往会取梁跨的中点弯矩进行组合计算，该计算结果没有任何意义，浪费时间。正确的做法是竖向荷载作用下梁端弯矩调幅后与水平荷载下的梁端弯矩组合，形成组合后的梁端弯矩，再取梁的隔离体，按静定单跨梁来计算梁的最大弯矩所在的位置及相应的最大弯矩。这部分的计算工作量很大，建议学生采用EXCEL表格的形式完成，每位学生根据自己的理解和需求自行设计组合内力表格并不断调整完善。

计算机软件分析中的几个关键点

毕业设计要求采用工程设计软件复核手算结果，虽然学生在《结构CAD》这门课中了解一些有关主流软件的基本知识，但并未真正计算一个完整的实际结构。学生在建模计算时，会碰到很多问题，并常常纠缠一些无关紧要小问题，导致程序既容易出错，又浪费时间拖延进度。指导教师要重点讲解程序执行规范条文必须满足的相关条件、各类输入参数的合理取值、软件正确运行的操作步骤、计算结果的解读和判断，要指导学生从全局出发，抓大放小，掌控关键节点。

（一）计算模型的建立和必要的简化平面图形输入时模型的简化处理是否合理非常关键。比如当梁中线与柱中线不对齐时，学生常常困惑是按偏心输入还是忽略偏心？这时有两种选择：如果不采用程序自动生成的施工图，建议忽略偏心，按中线对齐输入，构件配筋时考虑偏心适当调整配筋，如此才能简单快捷安全；如果需要程序自动生成的施工图，可考虑偏心按实际输入。荷载的输入和折减也是学生们最为关心的问题，比如墙体荷载中门窗洞口荷载是否扣除？是统一用一个折减系数还是每个门窗洞口逐个扣除计算？卫生间楼板是否下沉？下沉后回填荷载的取值大小等等。楼板自重除程序自动计算外，尚应考虑装修荷载1．0～1．5kN／m2，高级装修取上限，普通装修取下限。上述问题看似很小，却是设计中必然要遇到的，而书本上很少提及，常常制约了学生的进度，教师应结合各具体工程实际情况给于明确的指导。

（二）电算结果的合理性判断和调整电算结果是否合理不仅仅是查看结果有无超筋、出错等红色标识，还应重点核实以下六个比值或参数：框架柱轴压比、周期比、位移比、剪重比、有效质量系数和层间受剪承载力比。柱轴压比是为了保证柱的塑形变形能力和保证框架的抗倒塌能力，希望框架柱最终破坏为大偏心受压破坏。周期比主要是控制结构的扭转效应，限制结构的抗扭刚度不能太弱，即结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期之比不应大于0．9（A级高度高层建筑）。位移比是衡量结构平面布置是否规则的指标，结构平面布置应减少扭转的影响。剪重比是控制各楼层最小水平地震剪力，以确保结构的安全。因为地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3．5秒的结构，由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能太小，而实际地震动态作用对结构的破坏具有更大的影响，有效质量系数是判别结构振型数是否选取足够的指标。当程序输出的有效质量系数超过0．9时就意味着振型数的数量足够，由此得到的地震作用合适。层间受剪承载力比［2］是为了防止楼层抗侧力结构承载能力突变导致的薄弱层破坏的控制指标。该指标与构件配筋有关，一般较容易满足。上述指标真正反映了结构概念设计的重要意义，是毕业设计的精髓所在，教师应重点指导。

施工图的绘制

施工图的绘制是毕业设计的最后环节，也是学生最薄弱的环节。之前所做的全部工作最终都体现在图纸上。图纸质量是学生毕业设计成绩判定的重要依据。而学生往往在前面的计算分析中花费大量时间，以致留个绘图的时间很短，图纸质量不尽如人意。主要存在两个问题。

（一）将软件后处理自动生成的施工图不做任何修改直接打印上交存在一个很普遍的现象就是一些学生往往图省事，直接将软件后处理自动生成的施工图不做任何调整和修改直接打印上交，造成图纸与毕业设计要求相差甚远。比如框架梁配筋，软件是根据程序计算的配筋量按用料最省的原则选配钢筋，如此导致钢筋直径偏小，钢筋数量较多。常常是梁宽为200mm的截面配置了4～5条直径很小的钢筋，完全没有考虑施工的不便和工程设计的习惯做法，令人啼笑皆非。

（二）图纸绘制要参考学校所在地区建筑设计院约定俗成的绘图习惯我国幅员辽阔，南北地区、东西部地区由于历史、文化和气候的差异，造成各个地区的绘图习惯存在较大差别，每个地区均有适合本地区施工的、约定俗成的绘图习惯。因此除了要求学生按制图规范绘制施工图外，还应参考学校所在地区各大建筑设计院约定俗成的绘图习惯。有的学生喜欢在网上下载一些来历不明的施工图，并以此为参照绘制施工图，结果造成图纸表达不清晰、错漏甚至怪异。由于我校地处经济较为发达的珠江三角洲地区，大部分学生留在该地区的建筑设计院、房地产公司和施工单位工作。学生掌握符合本地区习惯的制图方法加强了与将来实际工作的密切联系，有利于学生尽快适应结构工程师的角色。

结语

毕业设计是进行工程教育和工程训练的一个重要过程，毕业设计的质量、效果关系到毕业生综合素质的培养以及对将来工作的适应程度，意义重大［3］。选题全面、科学指导、抓大放小、强调重点、注重与工程相结合是提高毕业设计质量的有效途径。

作者：陈兰单位：华南理工大学土木与交通学院