结构设计研究篇1
关键词：建筑火灾;抗火设计;材料性能
1火灾的危害性
我国的火灾次数和损失相当严重，据公安部消防局统计，2000年全国共发生火灾189185起，死亡3021人，伤残4404人，直接财产损失15.22亿元。我国的火灾次数和火灾损失都呈上升趋势，我国未来的火灾形势不容乐观。迅速采取有效措施，抑制火灾上升的势头，已成为党、政府和全国人民普遍关心的问题。
近几十年来，我国的高层建筑发展非常迅速，建筑结构火灾的问题也日益突出，这些都迫切需要进行结构抗火性能的研究。现代建筑中大部分采用钢筋混凝土结构和钢结构作为承重结构，根据已有的研究成果，钢筋混凝土结构在火灾(高温)下钢材和混凝土的强度、弹性模量等均随温度升高而下降，一般混凝土材料在400度以上、钢材在300度以上，其力学性能严重恶化，高温下材料性能的变化是结构的承载力和耐火极限严重下降的一个主要原因。另外结构受火时受火面温度随周围环境温度迅速升高，但由于混凝土的热惰性，内部温度增长缓慢，截面上形成不均匀温度场，而且温度变化梯度也不均匀，导致不等的温度变形和截面应力重分布，这些变化都足以危及结构的安全性，某些情况下会导致结构失效。
2建筑结构抗火性能研究回顾
结构抗火设计的目的是保证建筑构件和结构具有足够的耐火时间，防止火灾时出现局部倒塌甚至整体倒塌。
2.1建筑火灾发展过程研究
建筑火灾发展过程研究的目的是掌握建筑火灾发展规律，主要了解气体温度变化及烟气运动等规律，从而再现已发生火灾和预测未来火灾的情况，为建筑防火设计和结构抗火设计提供科学依据。
对建筑火灾发展过程进行实验研究是一种较为直接、可靠的途径。它一方面可以给出供计算用的一些经验、半经验性的模型，另一方面可以为人们从一般原理出发提出的理论和计算模型提供检验手段和可靠依据。1972年，在美国国家科学基金资助下，美国哈佛大学现代火灾科学之父Howardemmons教授与工厂联合研究公司对建筑火灾发展过程进行合作研究，其中进行了两次足尺实体试验。这项研究取得了三方面的重大成果：实验方面，使用了新的仪器和数据处理方法，建立了现代火灾实验标准；理论方面，建立了现在广为知晓的区域火灾模型；数值方面，为哈佛大学的火灾模拟软件提供了可靠的数据支持。
2.2建筑材料高温下热工性能和力学性能研究
建筑材料在高温下的热工性能参数以及力学性能参数是研究建筑结构在火灾中反应的基础。材料的热工性能参数包括热传导系数、比热容、质量密度以及热膨胀系数等。影响混凝土热传导系数的因素有骨料类型、水分含量、混凝土的配合比以及温度等。试验表明，随着温度的升高，混凝土的热传导系数逐渐减小，混凝土的热膨胀系数与骨料类型等因素有关，并且还受试件尺寸、加热速度等外部条件影响，不同研究者得出的结果差异较大。相对于混凝土的力学性能来说，混凝土的热工性能研究还较少，但热工性能参数对结构分析结果影响还是比较大的，这方面还有很多工作要做。
2.3建筑构件内温度场研究
材料的力学性能与温度密切相关，所以，搞清构件内部各点的温度变化过程是计算构件及结构在火灾中结构反应的前提。发生建筑火灾时，可燃物释放的热量通过热辐射、热对流以及热传导方式传递给建筑构件表面，再通过热传导向构件内部传递。构件内温度场是一个随时间变化的变温度场，一般可通过对傅立叶导热微分方程进行数值求解获得构件内的温度分布。有限单元法是计算构件内温度场的一种理想方法。为了减少计算工作量，目前普遍假设梁、柱等细长构件的温度分布沿轴线方向无变化，把三维温度场问题简化成二维问题。
3合理的结构抗火设计方法
基于计算的结构抗火设计，可以免除传统的基于试验(经验)的结构抗火设计方法所存在的问题，目前已被各国普遍接受并在设计规范中采纳。
3.1结构抗火设计要求
（1）在规定的结构耐火设计极限时间内，结构的承载力Rd应不小于各种作用产生的组合效应Sm，即Rd≥Sm；
（2）在规定的各种荷载组合下，结构的耐火时间td应不小于规定的结构耐火极限tm，即td≥tm；
（3）火灾下，当结构内部温度均匀时，若结构达到承载力极限状态时的温度为临界温度td，则td应不小于在耐火极限时间内结构的最高温度tm，即td≥tm。
上述三个要求实际上是等效的，进行结构抗火设计时，满足其一即可。
3.2基于计算的结构抗火设计方法
（1）采用确定的防火措施；
（2）计算构件在确定的防火措施和耐火极限条件下的内部温度；
（3）采用确定的高温下材料的参数，计算结构中该构件在外荷载的内力；
（4）由计算的温度场确定等效截面和等效强度；
（5）根据构件和受载的类型，进行结构抗火承载力极限状态验算；
（6）当不满足要求时，重复以上步骤。
4结构抗火设计的研究方向
尽管目前在结构火灾试验和分析方面已经开展了一些研究，但对了解和掌握结构火灾反应特性、提高结构抗火性能、建立结构抗火设计方法方面仍有许多工作有待完善和进一步开展。主要体现在以下几个方面：
4.1材料性能
由于混凝土和钢材本身化学成分的差异，在温度影响下，材料力学性能有一定的离散性，必须通过一定数量的不同材料的试验以确定其基本性能及变化特征。同时，通过材料性能试验，寻找在高温下性能优良的材料，以提高结构抗火能力。对目前国内外进行的高温材料试验结果进行总结，并建立可供计算机程序用的材料高温(火灾)性能数据库是火灾材料研究的一个重点。
4.2热传导及温度场分布
对钢筋保护层厚度、表面防火材料使用的效果进行研究，以确定提高结构抗火性能的有效途径。
4.3结构火灾下的可靠度分析
采用概率的概念来评估工程结构的安全度（即可靠度）已被工程界广泛接受，但对结构在火灾下如何确定其安全度仍有待研究。由于火灾发生的可能性、火灾的持续时间和峰值强度、发生火灾时结构承受的荷载等并不确定，以及材料在温度下性能的更趋离散等因素均会影响结构的耐火性能。因此如何在设计中对这些因素进行综合考虑，以确定其耐火安全度是今后面临的一个重大课题。结构火灾下的可靠度分析也是对现有建筑物进行评估的一个重要方面，对今后房屋交易、保险等均有重大意义。
4.4火灾后鉴定和修复
由于经济条件限制，我国有相当一部分建筑在设计上对防火技术措施未予考虑或考虑不够周密，火灾后往往造成建筑结构损伤、破坏或倒塌，造成的结构破坏情况较多。通常火灾后所采取的处理措施是进行修复加固，但我国在这方面的研究起步较晚，目前尚无专门的法规。
参考文献
［1］中国统计局.中国统计年鉴2001［m］.北京：中国统计出版社，2002.
结构设计研究篇2
在科技发展、知识爆炸的当今社会，生产项目的规模、复杂性日益显著。生产部门之间的联系越来越紧密，逐渐形成了具有特定功能和目的的有机整体，也就是“系统”。早期所谓的“设计”，仅仅指简单、适应传统的手工艺设计。这种“设计”是单一的，涉及面也比较狭窄。现今工业社会的设计，则是一个庞大复杂的巨系统，它涉及了社会、人文、科技等各个知识领域。要想更好的进行设计活动，就必须了解、分析这个系统，从而规划、组织、管理设计行为。1969年，美国系统工程专家霍尔（a·D·Hall）提出了一种行之有效的为解决复杂系统的组织、规划、管理活动的系统工程方法论——霍尔三维结构。它对处理偏重工程、机理明显的良结构系统有显著的效果。霍尔三维结构将系统工程整个过程分为了7个阶段和7个步骤，列出了所需的知识和技能，构建成了坐标轴，分别为逻辑维、时间维、知识维的三维空间结构。其中，时间维按时间顺序排列分为规划、拟定方案、研制、生产、安装、运行、更新7个时间段；逻辑维按工作内容和思维程序划分为明确问题、确定目标、系统综合、系统分析、优化、决策、实施7个步骤；知识维列举了整个系统工程活动所需的各种专业知识和技能，霍尔三维结构直观形象地描述了研究系统的阶段和手段。其中，任一时间段和步骤，都可以根据该系统特有的过程结构，进一步展开、调整，形成层次分明树状结构。
二、基于霍尔三维结构的展示设计模型分析
对于展示设计这个复杂的巨系统，它横跨了包括经济、管理、法律等的人文社会科学和包括人机工程、材料、机械等的自然科学，其过程也极为复杂。从最开始的接受委托（发现问题），到方案草图、展会布置、正式开展，其中经历的过程不但庞杂，而且反复。要想更好的进行设计活动，就必须研究分析这个复杂的系统。针对设计每一过程的知识需求，完善自己的知识结构，吸纳各领域的优秀人才。在霍尔三维结构中，逻辑维能从设计流程方面来分析完成设计所要经过的过程，是解决设计问题的逻辑过程。时间维是根据逻辑维制定的工作进程，指导把握设计的时间进度，可根据时间维制定工作计划和时间安排。知识维则是完成设计的设计活动所需的各种专业知识，可根据其来组织设计团队，补全单个设计师知识的不足，构建知识数据库。通过霍尔三维结构，能更有逻辑和针对性的进行设计活动，对完成设计具有指导意义。
1.时间维
从时间维度来看，在展示设计中，其过程主要分为：发起立项阶段、展示规划与策划阶段、展示分项设计与实施阶段、展示验收与收尾阶段。发起立项阶段重点是，通过项目机会研究、可行性研究等手段，确定是否立项，并签订合同，这个阶段以和委托客户签订明确的合同为结束标志。展示规划与策划阶段，重点要做好与客户的沟通，充分了解其展示需求，筛选资料、信息，编写展示设计脚本，并制定工作时间安排和具体计划。此阶段工作主要分为三项，展示资料的收集与整理、编写展示设计脚本、展示设计的时间要求及划分。其中，展示设计脚本的编写内容包括办展总纲和实施细节，编写人员一般是按展览主办单位和展示设计承接单位共同编写。在展示分项设计与实施阶段，重点要根据计划，做好时间安排，通过现实进度和计划的对比，主动采取相应的纠偏措施，保证各分项设计能够顺利有效的进行，同时，保证和客户充分有效地沟通。此过程主要包括：动线与空间设计、展示道具设计、展示版面设计、展示色彩设计、展示照明设计、展示音像设计、展示平面图、效果图设计、工程决算、展示场馆施工与制作。各项分项设计要围绕展示原则来开展，充分体现出展示设计的根本目的是传递信息这一原则。例如，动线设计要如何使人流畅通行而不逆行，展板展具设计要如何吸引人加长驻足时间、如何充分传达展示信息等。在设计阶段，要和委托客户充分沟通，了解其最需要传达的信息内容、预算等各种要求，并将这些内容体现在展示设计中。展示验收与收尾阶段则主要是做好项目的验收、资料的保存和项目的总结与评价。该过程可分为：资料收集保存、展品展具的善后处理、绩效评价。展示设计过程中所产生的所有资料内容，均可集成在一个资料库平台中，以便成为最后的绩效评估和后来展览的借鉴。对于展览来说，其展品展具的处理不当，可能造成巨大的资源浪费，产生大量的垃圾，造成环境污染。如何妥善处理使用后的展品展具和循环再用展品展具，具有极大的经济意义和环保意义。绩效评价是衡量本次展览能否达到目的的手段。本次展览有无根据委托客户的要求来充分传达信息、获得订单，是评价展览成功与否的指标。
2.逻辑维
逻辑维是指展示设计中每个阶段过程所要进行的工作内容和需要遵守的思维逻辑，它是完成设计的逻辑过程。根据霍尔三维结构所给出的逻辑维的七个步骤，将其具体到展示设计中，可分为接受委托（发现目标）、信息收集分析、草图阶段、方案优化、评估阶段、决策阶段、实施阶段、反馈阶段，逻辑维的每个阶段都能和时间维的相应阶段对应。在具体设计操作中，草图阶段、方案优化阶段、评估阶段是反复循环进行的。经常是头脑风暴会议后进入草图绘制，然后内部评估，再三修改，才能进入方案优化阶段绘制精细效果图。内部评估和客户评估之后，设计方案常常还会重新修改。这三个过程会反复多次，优化、评估、再优化、再评估，直到委托客户满意为止。
3.知识维
霍尔三维结构的第三维坐标是知识维，涉及了展示设计整个项目中的所用到的知识。展示设计内容庞杂，涉及面十分广泛，从人文社科类知识到自然机械类知识均有涉及。（1）设计开始的发起立项阶段，涉及了有关经济学、合同法等知识。客户委托展示设计公司进行设计，设计公司要先识别客户需求、进行可行性研究，才能确定是否接受委托。签订合同时，要运用合同法等有关法律手段，明确自己的义务和承担的责任风险。系统中一旦某一阶段出现了问题，从霍尔三维结构图可以很明确看出。（2）展示规划与策划阶段，主要有设计资料收集与整理、脚本编写、时间规划三个内容。这个阶段主要运用了社会科学相关知识，资料整理需要敏锐的市场意识和文学知识，脚本编写和时间规划需要会展管理知识与设计管理知识等。（3）展示分项设计与实施阶段，该阶段进入了狭义上的设计阶段。从灯光动线到音像版面，都属于设计范畴，牵涉到了环境设计、平面设计、空间设计、室内设计、心理学、人机工程学等各个方面。其中工程决算是很重要的一个环节，需要用到工程核算的经济学知识。具体实施阶段包括组织策划、项目实施检查与变更管理等管理学知识。（4）展示验收与收尾阶段，该阶段重点任务在于物资的善后和绩效评价，这里又涉及到管理、资源回收、人力资源等方面的专业知识。
三、案例结合
结构设计研究篇3
关键词：地下水池；结构设计；
1.水池结构在工业与民用建筑行业的应用
相比于其他类型的建筑物来说，水池结构是一种比较特殊的结构形式，其通常也被称为是储液池，也就是用来储存水或者其他液体的池子。其在给排水工程、石油以及化工等多个行业都有着十分广泛的应用，例如我们经常见到的沉淀池、污水池等等。同时在民用建筑中，其也是一个重要的配套设施，例如很多的消防水池、地下化粪池等等。
2.水池按建筑材料分类及其适用性
如果将水池按照建造过程中使用的材料不同可以大致分为三大类，即钢筋混凝土水池、预应力混凝土水池以及砖石水池，以下将对每种水池各自的适用条件进行简单的叙述。（1）首先就是钢筋混凝土水池，这种水池相比于砖石水池来说最为明显的一个特点就是抗渗性能比较好，而且可塑性比较强，当所设计的水池容量比较大或者是对抗震性能要求比较高的话，就可以选用钢筋混凝土水池。（2）其次就是预应力混凝土水池，从其材料特性来说，抗渗性能更强，截面可以在规范要求的任何荷载组合下，长时间的保持受压状态，当设计院人员在设计一些超大容量的地下水池的时候就可以选用这种结构。（3）最后就是砖石水池，这种水池材料在过去使用频率还是比较高的，但是随着最近几年水池容量的不断增大，这种材料建成的水池就越来越少了。但是对于那些容量在500m3以下的水池来说，其还是较为适用的，这是因为这种原材料相比于上述两种材料来说还是较为容易获得的。但是这种水池最为明显的一个缺点就是水池的抗渗能力较低。通过笔者的设计经验来看，当项目所在地的工程地质情况较好的话，可以选用这种材料的水池。
3.水池结构的设计
在众多的工业与民用建筑项目中，地下以及半地下水池相对来说使用的是最为广泛的，本章将结合笔者的日常工作经验简单的阐述一下地下水池的结构设计工作。
3.1设计要点
从总的方面来看，在设计的过程中应当注意以下几点：（1）首先要对项目所在地的基本情况有一个比较初步的了解，例如应当有效的收集相关的地质、地形以及气象等多方面的条件，这些对于水池结构设计来说是相当重要的，例如如果该地区是处在地震带上的话，就要采取必要的措施对其进行抗震处理。（2）其次并不是所有的地下水池都是一种结构形式的，对于一些比较大型的水池来说，就应当使用预应力混凝土水池；而对于比较小型的水池来说，就可以采用装配式和现浇混凝土水池。如果是更小的水池的话，为了降低成本，就可以采用砖石水池（3）最后，一般的工程项目只需要满足安全性、适用性等功能即可，但是对于水池结构来说除了满足以上两种性质之外，还应当满足抗裂度以及抗渗性等多方面的要求，根据笔者的经验，在特殊情况下，有的时候还要对池壁和底板进行温差应力分析。
3.2水池设计时的荷载组合
在对水池进行强度计算的过程中，不但要综合考虑恒荷载以及活荷载的作用，还要对试水阶段、覆土阶段以及使用阶段进行充分的计算，一般来说在进行计算的过程中使用的都是以下几种荷载组合:（1）结构自重+池内满水压力（试水阶段）（2）结构自重+内外液体压力(有时无内液体压力)+外土压力+活荷载(或雪荷载);（3）结构自重+内液体压力+冬季温差影响（4）结构自重+内液体压力+夏季湿差影响一般来说，对于地上的水池来说，应当综合考虑1、3、4荷载组合；对于半覆式的水池来说，只需采用1、2两种荷载组合进行验算。而如果地下水池或者是半覆式水池在修筑完毕之后较长时间不覆盖土的话，仍然需要综合的考虑温差对其的影响。这里需要着重说明的一点就是对于类似于储油池这种构筑物来说，储藏的液体自身就具有一定的温度，不论结构本身是在地上还是地下，在设计的过程中都应当充分的考虑温度对其的影响。而且必要的时候还要考虑油面上的呼吸压力，其数值可以根据相应的呼吸阀构造进行确定。同时在对其抗裂性能进行验算的时候，也要考虑上述提到的各种荷载，但是可以不考虑活荷载以及雪荷载等短期荷载的影响。
3.3抗裂度计算
对于水池结构来说，一个十分重要的要求就是不应当由漏水的情况发生，所以在设计的过程中就应当对可能出现漏水的部分进行重点的抗裂度检验。而对于那些漏水概率发生比较低的部位来说，只需要尽心简单的裂缝宽度验算即可。但是对于裂缝的宽度也有着比较高的要求，一般不应当大于0.2mm，有特殊的要求的话，应当根据具体情况进行验算。
3.4抗渗性要求
对于采用钢筋混凝土作为原材料的地下水池来说，如果想要提高整体结构的抗渗性的话，一般都是采取加强混凝土自身密实性的方法。我们都知道混凝土的抗渗性指标一般都是采用标号Si来表示。该指标的含义就是龄期为28天的混凝土构件，当施加0.1Xin/mm2水压之后，混凝土自身满足不渗水的相应指标。例如：当某混凝土的抗渗标号为S6的话，其表示的含义就是龄期为28天的混凝土时间，当被施加0.1X6n/mm2的水压后不会发生渗水的现象。根据相关规范规定，混凝土的抗渗指标应当符合表3-1的相关要求。从笔者的设计经验上来看，还有很多其他的方法能够提供水池结构的抗渗性能，例如增加水涨性能，但是这种方式如果使用不当的话，反倒会产生不利的影响，例如导致干缩量增大。所以在采用这种方法提供抗渗性能的时候，应当对水泥用量进行较为严格的控制，一般来说不应当超过3600n/m3，预应力混凝土的水泥用量不应当超过4100n/m3。而这种方法对于混凝土的水灰比也有着较高的要求，一般来说不应当大于0.55。笔者也对其施工过程中进行过专门的观察，通过观察发现很多施工人员都会在混凝土制备的过程中向其中加入各种各样的防暑掺和料从而有效的提高其抗渗性能。
3.5抗冻性
当工程所在地在东北一些城市的话，在设计的过程中就要充分的考虑水池结构的抗冻性能。通常情况都是采用不低于C25级的混凝土用于施工，同时水灰比也应当不大于0.55，同样也要对水泥用量进行较为严格的控制。当设计的结构在今后的使用过程中将会发挥十分重要的作用时，应当对其进行抗冻实验，将得到抗冻标号作为控制指标进行设计。
小结
本文在研究的过程中首先介绍了地下水池结构在工业与民用建筑中的重要应用，接着又按照建筑材料分类的方式将水池结构分成了三大类，并对其基本的适用条件进行简单的分析；最后从水池结构设计过程中经常会遇到几个比较重点的方面入手对其在设计的过程中应当注意哪些方面进行了简单的介绍，希望通过本研究能对相关水池结构设计人员起到一定的帮助作用。
参考文献
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[4]汪正春.相邻布置钢筋混凝土矩形水池结构设计的问题探讨[J].中国水运(下半月),2013,10:341-343.
结构设计研究篇4
由于钢结构金属网架下面闲置空间较大，可布设消防管道、给水管道、通风管道、压缩空气管道等多种管道，因此，应用钢结构的厂房，可充分利用其上部闲置空间，节省多余的管道安装费用，有效节约建筑成本。钢结构是一种利用率较高的建筑材料，可实现多次回收利用，且安装过程中不会产生粉尘和噪声污染，拆卸也比较容易，拆除的金属构件可直接回收，因此，具有较高的循环利用价值。
二、厂房钢结构设计准备工作
(一)钢结构选择
考虑是否可以采用钢结构作为厂房主结构之前，设计人员应当首先按照现场实际测量数据，判断该厂房是否适合钢结构施工，以及采用钢结构是否存在安全隐患等，只有其适用性和安全性确定无误后才可考虑钢结构厂房。
(二)钢结构评估
设计师需要根据实际测量数据建立相应的力学模型，分析钢结构构件受力情况，预估厂房梁柱支撑断面参数，最后确定采用轧钢、H型钢、槽钢中的一种或多种。
(三)钢结构设计综合分析
确定设计方案后，应当评估厂房钢结构是否符合施工标准，并反复比对重要设计参数，判断施工周期是否符合施工要求，分析钢结构总剪力、结构受力变形情况。
三、厂房钢结构设计要点
(一)防火设计
钢结构厂房的防火能力要弱于钢筋混凝土厂房，钢结构抗拉强度会随温度升高而逐渐降低，甚至出现塑性增大的情况，当环境温度升高到250℃以上时，钢结构金属构件就会产生徐变现象，当温度达到500℃时，钢材强度会降到最低值，导致整个厂房坍塌。因此，在进行厂房钢结构设计时，有必要严格按照防火规范，确定厂房发生火灾的危险等级，选择耐火极限符合要求标准的建筑钢材。厂房钢结构实践中，应用最广泛也是最有效的一种防火方式就是在钢结构表面涂抹一层防火涂料，以此提高钢材的耐火极限，当火灾发生时，防火涂料可以起到隔热作用。
(二)协调好钢结构设计与厂房工艺设计
钢结构厂房是企业生产中的一个重要区域，如果钢结构厂房与整个生产模块的工艺设计不协调，就会影响正常的生产作业。钢结构厂房与工艺设计的不协调主要表现在:钢结构厂房墙体厚度和高度不符合工艺设计指标、钢支架分布情况不合理等。钢结构的钢支架分布形式一般有网架、平面桁架、空间桁架、塔桅、索膜、框架等几种，设计人员需要按照企业的实际建厂条件和建筑要求，选择合理的钢支架形式。除了钢支架形式外，钢材也是影响其建筑性能的重要因素。不同的钢材其结构性能不同，例如，无缝钢管中含有中空截面，可作为液体输送管道，圆钢为实心钢材，可起到稳定钢结构的作用。因此，在具体选择何种钢材时，需要考虑其与厂房的工艺设计要求是否相符。
(三)重视钢结构计算过程
钢结构计算一般采用的是结构设计中的计算程序，计算结果评估是钢结构设计中的重要组成部分，对不同软件的计算结果进行对比分析，最终选择最合适的截面有利于成本的节省。荷载取值时，对于降雪量较大的地区，设计人员应当根据本地区的实际降雪情况，考虑适当增加钢结构荷载，检验荷载最大值是否可以承受最大量的降雪。构件设计时，应充分重视净截面、长细比这些概念的重要性。连接设计时，应根据施工条件等选择合适的连接方式，若采用承压型连接，则考虑到承压力和剪切力两方面的要求，螺栓不得安装在剪切面上，此时须讨论其连接位置是否合理，是否施工方便。
结构设计研究篇5
关键词：钢结构；设计；稳定；研究
一．钢结构设计中有关稳定设计的基本定义
(一)影响钢结构设计稳定性有很多不确定的因素，基本变量是随机的。分为三种变量：
第一，物理、几何等随机变量：
钢结构材料的弹性模量，屈服直力以及泊松比等因素是不确定的，杆件尺寸的长短、截面积的大小、残余应力的有无、初始变形的程度等也是不确定的。
第二，物理几何数据统计的随机性：
这是因为缺少信息而导致统计学的不确定性，钢结构数据统计和稳定性相关，尤其是在物理和几何数据计量时，它依据一定的经验性用有限样本采用概率密度分布函数对钢结构稳定性进行数据统计。
第三，结构建模的随机性：
深入的、详细的进行结构分析，需要建立假设的或者是数学的模型，再或者是当今的技术水平以及边界条件等因素，这些因素难以在详细的计算中完全反映出来，通过计算得出的理论值和实际承载力之间存在很大的差异，这都是由于结构建模的随机性所造成的。
(二)钢结构设计中有关失稳的具体分类及其重要性
首先是第一类钢结构失稳：一种是叫分支点失稳的钢结构，它是有关平衡分岔的稳定问题。属于这第一类失稳的出现在完善直杆时，其轴心受压后屈曲；也会出现在完善平板时，其面受压后屈曲。
其次是第二类钢结构失稳：一种叫极值点失稳的钢结构，它是有关无平衡分岔的稳定问题。属于这第一类失稳的出现在建筑材材的构件做成的偏心受压时，它塑性变化到―定程度时就会失稳。
再次是第三类钢结构是跃越失稳，它是不同于以上两种失稳的类型，它没有平衡分岔点也没有无极值点，它是由一种丧失稳定平衡的状态跃越到另―个稳定平衡状态的跃越失稳。
要了解钢结构的失稳就要会区分结构失稳，这是很重要的，区分后就能正确估计钢结构稳定性及其承载力大小。进一步了解钢结构的稳定性定问题深入地探究其内涵。为轴心受压的设计钢结构构件时，会遇到不可避免的问题，会出现一点初弯曲，其承载载力点也会出现偏离。所以，设计人员要深入了解这些构件的基本性能，就应该从构件的缺陷的影响了解开始，其他构件也同样会出现构件缺陷的影响。同时，从另一角度考虑钢结构构件的屈曲后性能。
二．保证钢结构稳定，需要注意其设计的特点和原则
(一)钢结构稳定的特点
(1)失稳与整体刚度的设计方法：轴心压杆的结构的稳定性设计法是采用临界压力求解法与折减系数法等。
(2)稳定性整体分析：稳定分析需要从整体着眼，主要是看其杆件能否保持稳定牵涉到整体的结构。
(3)有关稳定计算的另一特点：钢结构弹性的稳定计算，除了需要了解结构的整体体系外，还有另一些特点要引起重视。第一，进行二阶分析，这种分析法对柔性构件尤为适用，这是由于柔性钢构件，其变形量大，对钢结构内应力产生了很大的影响；第二，迭加原理的应用，这样有利于营利，但是在弹性稳定设计中，则不适合应用。这是由于迭加原理的应能满足并服从钢材的胡克定律，应力与应变成正比例关系；而弹性稳定设计不适合结构变形很小的钢结构，采用非弹性稳定计算，那么这两个条件都不适合。
(二)钢结构设计的依据原则
依据钢结构的稳定性问题与实际的稳定设计中出现的特点，应注意以下三个原则，掌握这些设计原则才能真正地在设计钢结构时保证设计中稳定的构件，使其不会丧失稳定能力。
(1)整体性原则：钢结构的整体设计需要考虑整个建造体系，以及整体与部分组成的稳定性要求。
(2)相一致原则：钢结构设计中的计算简图与通过计算方法所依照的简图是一致的，一致性在钢结构框架稳定中起到十分重要作用。
(3)相互配合原则：尤其是在精细构件的设计结构与其稳定性计算必须相互配合，使二者的计算结果相―致。
三．钢结构稳定设计中遇到的几个设计问题
钢结构的稳定性问题是不能忽视的，它是不同于强度问题的，钢结构的承载力是钢结构设计中的稳定设计主要控制问题。近些年来关于钢结构的稳定性的细入研究，在一定时期内还是取得了很好的进展，但在其过程中还是出现了一些问题的。
第一，在结构的整体性和相关性问题上的稳定中，在以往的很长的时间内，因为受到计算方法限制与计算方式的制约，而选用了把一个构件或者是子结构分出来，把他们作为对象进行分析的方法。
第二，选用弹塑性材料为建设材料时，需要考虑多方面的问题，现今多数钢结构分析方法，把结构做为完整的结构体系考虑，完全依照弹性钢材做一阶分析计算，而其中忽略了存在的许多缺陷问题，这就使得理论计算与现实结构的承载能力出现了很大的差别。
第三，多个随机变量因素也直接影响钢结构设计体系研究中的稳定性，根据以上的基本概念将影响钢结构稳定性的随机变量因素可具体的分成三类：(1)物理、几何等随机变量：钢材的弹性模量，屈服应力与泊松比等因素，还有构件尺寸的长短，截面面积的大小等等。比如说因为结构杆件它本身不是没有缺陷的理想杆件钢材，开始变形是其残余应力等会有不利影响，尤其是对受压构件的稳定；(2)物理几何数据统计的随机性：钢结构数据统计和稳定性相关，尤其是在物理和几何数据计量时，它依据一定的经验性用有限样本采用概率密度分布函数对钢结构稳定性进行数据统计，这就受到经验性的局限等；(3)结构建模的随机性：建立假设的或者是数学的模型，再或者是当今的技术水平以及边界条件等因素，这些因素难以在详细的计算中完全反映出来，通过计算得出的理论值和实际承载力之间存在很大的差异，所以在地震时或是在高温效应时对钢结构的稳定有特殊影响力。但钢材柱梁否能反映出钢结构的承载力的状态还需要进一步研究，寻找出不稳定因素，使钢结构稳定设计理论得到进一步改进。
四．总论
钢结构稳定问题必须得到重视，它单纯的强度问题是由区别的。在工程设计当中，在许多新型结构不断涌现的今天，设计人员必须深入地了解钢结构基本构件的稳定问题，避免在建设过程中发生不应发生的事故。从以上出现的问题来说，在设计过程中钢结构基本概念的明确是很必要的；另一，设计人员对钢结构构件稳定性能认识要充分，针对具体问题不断地完善钢结构稳定设计理论，尽量避免出现失稳问题，在不断翻新的新结构中才能发掘新的方法和手段。
参考文献：
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作者简介信息
姓名：马永利，性别：男学历：大学本科，出生年月：1983年12月生，籍贯：河北，
结构设计研究篇6
关键词:混合结构组合结构压型钢板组合楼板
随着建筑科学和技术的发展,人们对建筑结构的特性有了进一步的了解,相继诞生了许多新的结构体系。这些结构体系使用方便,受力更加合理,既经济又便于施工。混合结构体系和组合结构体系就是其中典型的代表。
一、常见的混合结构体系
1.混凝土墙-钢框架体系
混凝土墙-钢框架体系中,混凝土墙分成预制和现浇两种。混凝土墙-钢框架体系中,钢框架是主要的承重构件,混凝土墙是主要的抗侧力构件。由于预制混凝土墙-钢框架体系是通过在框架间配置一定数量的预制钢筋混凝土墙板所组成的,所以水平荷载引起的倾覆力矩主要由钢框架和钢筋混凝土墙板所形成的联合体来承担。在现挠混凝土墙-钢框架体系中,现浇混凝土墙具有较大水平截面,而且沿高度是连续分布的,因而具有较大的抗侧移刚度。在水平力作用下,钢筋混凝土墙承担大部分水平剪力和倾覆力矩,框架部分承拉由于变形协调所分配的小部分水平剪力。
2.混凝土芯筒-钢框架体系
“混凝土芯筒-钢框架”结构体系,是指出钢筋混凝土芯筒及铰接或刚接钢框架所组成的混合结构体系。
3.混凝土框筒-钢框架体系
“混凝土框筒-钢框架”体系,是指由的混凝土框筒和内部钢框架所组成的混合结构体系。这种体系主要是靠钢筋混凝上外框筒抵抗水平荷载,内部钢框架仅需承担竖向荷载。钢柱可以按轴心受压构件计算,使截面尺寸达到最小值。外框筒也可以起到围护作用,省去了外墙板及安装工作量。在施工方面,内部钢框架的安装和外圈钢筋混凝土框筒的绕酒,可以交锗进行,从而避免厂劳力密集型的施工作业。
4.混凝上墙―钢框筒体系
“混凝土墙-钢框筒”结构体系是指由钢框筒和嵌置于钢框架间的预制钢筋混凝土墙板所组成的混合结构体系。钢框筒是一个空间结构,在水平荷载作用下,它的整体抗弯能力甚强。但用于抵抗较大的地震作用时,两腹板框架在楼层地震剪力作用下将产生较大的整体剪切变形,从而降低了框筒作为空间结构的抗推效果。对于高烈度的情况,一般通过沿房屋的纵向和横向设置一定数量的钢筋混凝土抗震墙的办法,来减小外框筒的水平地震剪力。即利用外钢框筒承拉地震引起的倾覆力矩,而地震剪力大部分由钢筋混凝土抗震墙承担。它是一种高效的空间抗推结构体系。
5.混凝土芯筒-钢框筒体系
“混凝土芯筒-钢框筒”结构体系是指由现浇钢筋混凝土芯筒和外圈钢框筒所组成的混合结构体系。该体系的典型布置内部利用中心的竖向服务井,做成钢筋混凝土实腹心筒,外筒采用钢框筒。整个体系在水平荷载的作用下,水平剪力大部分由内部钢筋混凝土芯筒承担,倾覆力矩大部分由钢框筒承担。由于钢筋混凝土抗震培在水平荷载作用下的变形呈弯曲型,而钢框筒里密切型,通过楼板协同工作后,会使结构的受力更均匀。由于芯筒比较瘦高,故墙体的弯曲应力较大,容易出现水平裂缝。通常解决的办法是在混凝土墙内设H形钢,形成暗柱来增加墙体的抗弯能力。对于总层数超过50层、楼层平面为圆形或矩形、当楼面采用核心式建筑布置方案时,可以采用这种结构体系。
二、常见的组合结构体系
1.型钢混凝土结构体系
型钢混凝上结构(SRC结构)又称钢骨混凝土结构,也叫劲性钢筋混凝土结构。它是指梁、柱、墙等杆件或构件,以型钢为骨架、外包钢筋混凝土所形成的组合结构。型钢混凝土结构具有如下的特点:1)钢筋混凝土与型钢形成整体,共同受力;2)钢筋混凝土不仅企刚度和强度上发挥作用,而且可以对型钢起防锈和防火的作用,增强了耐久性,同时节省了经常性的维护费用;3)与全钢结构相比,可节约钢材1/3左右;4)施工时,型钢骨架可作为临时支架承担上面若干层的施工荷载,也可作为下面楼层浇灌混凝土的操作平台.造价比全钢结构降低较多。
型钢混凝土结构,除广泛应用于高层建筑地面以上的结构以外,还经常用于高层钢结构的底部转换楼层:一般的高层钢结构房屋基础都采用钢筋混凝土结构,因此刚度较大。如果直接与上部钢结构相接,楼层刚度急剧变化,会引起地震塑性变形集中,同时钢柱与混凝土柱的连接构造复杂。因此常将地上一、二层改用型钢混凝土结构,作为一种过渡。
钢骨混凝上结构的适用范围较广,凡是适用于全钢结构和混凝土-钢混合结构的各种结构体系,型钢混凝土结构均可采用。这种结构体系比全钢结构构造价低,更适合于我国的经济状况。
2.钢管混凝上结构体系
钢管混凝土结构是在钢管中填入混凝土后而形成的。这种结构最宜用作轴心受压构件:其主要特点如下:1)构件的承载力大大提高。当钢管中灌入混凝土形成轴心受压钢管混凝土构件后,钢管保护了混凝土,使它三向受压,延缓了混凝土受压时的纵向开裂,使混凝土的抗压强度提高了。而内部的混凝土却保证了薄壁钢管的局部稳定,两者相互弥补了彼此的弱点,使自己的长处得到了充分的发挥。2)具有良好的塑性和韧性。混凝土的破坏通常属于脆性破坏。核心混凝土在钢管的约束下,不但使用阶段工作对改善了它的弹性性质,而且破坏时已产生很大的塑性变形,由脆性破坏转变为塑性破坏;在基本性质方面起了质的变化,使钢管混凝土表现出良好的塑性和韧性。3)经济效果显著。与钢结构柱子相比可节约钢材50%左右,造价得到了降低、与钢筋混凝土柱相比,它不需要模板,并可节约混凝土50%以上,减轻了结构自重50%以上。4)施工简单、工期短。与普通钢柱相比,构件少,焊缝短,而且柱脚构造简单。近年来国内研究成功了高位抛落无振捣及泵送顶升混凝土施工工艺以后,不但进一步缩短了工期,而且还确保了混凝土的施工质量。由于钢管混凝土具有以上的特点,特别适合我国的经济状况,应用前景广阔。钢管混凝土柱除了用于工业厂房、设备构架、塔杆等以外,还应用于多高层建筑结构中,取得了良好的效果。
三、压型钢板组合楼板设计
无论是钢结构体系,还是混合结构体系或组合结构体系,都可以采用压型钢板组合楼板。这种楼板是在特制的压型钢板上浇筑混凝土而形成的。压型钢板与混凝土之间通过粘结力或其他构造措施组合在一起,充分发挥钢和混凝土两种材料的力学性能。这种楼板的承载力高,刚度大,结构的整体性好。压型钢板可以作为混凝土的模板,从而大大加快了施工的速度,在高层建筑中得到了广泛的应用。
1.压型钢板组合扳的材料
压型钢板采用现行国家标准GB700《碳素结构钢》中规定的牌号为Q215、Q235钢,出厂时应保证压型钢板的抗拉强度、延伸率、屈服点、冷弯及其他元素的含量。
组合板所用压型钢板应采用镀锌卷板,镀锌层两面总计
275g/m2,基板的厚度为0.5-2.0mm。为增加混凝土与压型钢板沿凸肋方向的粘结作用,通常在压型钢板上焊接横向钢筋或制作成凸痕。为确保组合板的抗剪作用,减小混凝土与压型钢板之间的相对滑移,组合板必须设置端部锚固构件,如通过栓钉将压型钢板焊接于支承的钢梁上等。具体的锚固方法与支承组合板的结构体系有关。
2.基本设计原则及设计方法
(1)―般规定及设计原则
组合楼盖的设计方法应采用近似概率理论为基础的极限状态设计方法,按分项系数表达式进行计算。组合板在进行变形计算时。应采用弹性的分析方法,按荷载短期效应组合计算时,混凝土截面除以值换算成钢截面;按荷载长期效应组合计算时,则除以换算为钢截面(为钢材与混凝土的弹性模量之比)。
组合板的设计应考虑两个阶段的不同要求分别计算:1)当压型钢板作为现浇混凝土的底模时,应验算其强度和刚度。若不满足要求,宜考虑设置临时支撑;2)当移去支撑,组合作用开始工作以后,应当在全部荷载作用下验算组合板的强度、刚度和抗剪能力。
压型钢板作为模板计算时,应考虑压型钢板静荷载、湿混凝土静荷载以及施工荷载。
当压型钢板跨中变形大于20mm时,确定混凝土的自重应考虑“坑凹”效应,即因压型钢板变形而使混凝土的厚度增加。在全跨增加混凝土厚度0.7,或增设支撑。
(2)压型钢板组合板的设计方法
压型钢板组合板的设计大体上可以分成三部分,即第一部分施工阶段,压型钢板的强度与变形的验算。因为此时其上所挠的混凝土还没有达到设计强度,钢板与混凝土之间还没有形成组合作用。第二部分为组合板在承载能力极限状态下的承载力计算。第三部分为组合摄在正常使用极限状态下的变形验算。
参考文献:
结构设计研究篇7
【关键词】科研院所薪酬结构设计
一、科研院所薪酬的特点
薪酬是指员工因为雇佣关系的存在而从雇主那里获得的所有各种形式的经济收入以及有形服务和福利。科研人员以开展科研创新活动所产生的重大社会价值为外显,科研人员除具有一般人力资源的特性以外,又具有其特殊性。科研人员蕴含的人力资本也要比其他群体丰富,高层次的精神需求占主要地位,劳动价值和成果要求得到社会的广泛承认。其劳动无法用时间来衡量其效用,劳动过程具有创造性、艰苦性及个体能动性等特殊性。由于这些特点,在设计薪酬时,将薪酬结构分为基本工资、绩效工资和津补贴三部分,并在绩效工资上有所侧重以增强激励效果,以体现保障性和激励性因素,体现效率和公平。
二、科研院所薪酬存在的问题及原因分析
1、科研院所薪酬存在的问题
(1)科研院所的薪酬管理,存在相当程度的“薪酬板结”现象。员工的薪酬虽然由基础工资、奖金、福利和津贴等项目组成,但在实际操作过程中,却不加以区分。其主要原因是对薪酬四大组成部分的特性理解不够深入。基础工资体现不同员工之间的薪酬差异。不同职位上的员工基本薪资水平不同,一般职位越高,基本薪资越高。同时基本薪资还具有高刚性的特点,往往只能升而难以降。
(2)奖金具有高差异性、低刚性的特点。奖金一般是根据员工的工作绩效和对单位的贡献进行分配,因此,在奖金分配上必定会产生差异性。奖金与基础工资不同,奖金的数额可升可降,呈现低刚性。
2、科研院所薪酬存在问题的原因
津贴是事业单位为员工提供的额外的生活补贴和特殊项目津贴。除了一些特殊工作环境中的津贴如高原津贴等,正式员工都能平等享受单位提供的各类津贴。津贴差异不大。而究其问题的原因如下。
(1)岗位管理极不规范。第一,未对专业技术岗位进行科学的设置和管理,基本上只要科研人员取得了相应的职称资格,就聘任到相应的专业技术岗位。结果造成专业技术岗位形成倒金字塔形状分布,受聘为高级专业技术岗位人员居多,人才结构比例失调。第二,研究岗位没有明确的岗位职责、聘任条件、能力水平和绩效考核要求,各级研究岗位没有明确的数量和比例限制。岗位管理的不规范导致在科研人员的遴选时很难引入竞争机制,也就无法加强薪酬与岗位价值、任职者能力、资格及受聘岗位的匹配,也就无法增强薪酬的公平性和激励性。
(2)未通过岗位分析和评价确定基础绩效津贴的差异。由于科研机构的人力资源基础工作很薄弱,大部分没有通过岗位分析和评价确定岗位价值及基础绩效津贴的差异,基础绩效津贴的发放一般根据职称来进行,容易给科研人员造成心理不平衡,也给绩效考核制造了障碍。
(3)薪酬增长模式单一,导向作用片面。目前科研机构加薪模式为每年晋升一级薪级工资一种,形式过于单调,科研人员的增资额档次没有拉开,以资历定薪酬的传统思维模式没有根除,未发挥正常的薪酬激励职能。没能建立健全科学的绩效评价制度,导致薪酬难以与绩效考核挂钩。
三、科研院所薪酬设计的思路和方法
1、科研院所薪酬设计的原则
(1)价值导向原则。薪酬是对员工所作贡献的一种回报,在进行薪酬设计时,必然要充分体现员工的工作价值,保持员工创造与员工待遇之间的短期和长期平衡。员工的价值往往表现在对所承担的工作责任和努力程度,这要求企业在设计薪酬方案时,建立科学的考核制度,明确员工职责和工作努力程度在整体经营成果中的相对价值,从而合理地确定员工的工作价值。
(2)激励原则。企业内部各类、各级岗位之间的薪酬标准要适当拉开距离,防止“大锅饭”之类的绝对平均化,充分利用薪酬的激励效果,提高员工的工作热情。
(3)相对公平原则。首先,公平是企业之间的薪酬公平,又称为外部公平;其次,公平是企业内员工之间的薪酬公平,又称为内部公平;最后,公平是同种工作岗位上的薪酬公平,又称个人公平。由于不同员工的绩效、技能、资历等存在差异,在此原则下,同种工作岗位上的不同员工,所获得的公平的报酬在数量上是有差异的。
(4)尊重现实、着眼发展的原则。充分考虑科研机构目前的实际情况和历史背景,同时要以有利于科研机构长远发展的眼光来进行岗位绩效薪酬体系的设计。在设计薪酬制度时,既要考虑薪酬的对外竞争性和对内激励性,又要在上级下达的工资计划总额内考虑具体财力的大小,找到其间最佳平衡点。
2、科研院所的薪酬结构设计
薪酬结构应该由基本工资、绩效工资和津补贴三部分组成。
(1)基本工资根据2006年7月事业单位工资改革的标准执行,分岗位工资、薪级工资两部分。基本工资按专业技术岗位设置后科研人员受聘的专业技术岗位进行发放,而不是按原有身份岗位进行发放。专业技术岗位分为十三个等级,一级至四级为高级专业技术岗位,五级至七级为副高级专业技术岗位,八级至十级为中级专业技术岗位,十一级至十三级为初级专业技术岗位,每级岗位发放相应等级的基本工资。专业技术岗位的聘任主要根据科研人员取得的业绩来进行。
(2)绩效工资分为基础性绩效和奖励性绩效,其中基础性绩效是为了满足科研人员基本生活设立的生活性津贴。基础性绩效工资按月发放,具体发放标准结合当地物价水平、科研人员的研究岗位以及科研机构的财力状况确定。基础性绩效确定的前提是要对研究岗位进行科学的设置、对研究岗位进行分析和评价,最后根据岗位价值确定基础性绩效的发放标准及差异,可以分为岗位津贴和生活补贴等。
其一,基础绩效津贴是为了满足科研人员基本生活设立的生活性津贴。基础绩效津贴按月发放,具体发放标准结合当地物价水平、科研人员的研究岗位以及科研机构的财力状况确定。基础绩效津贴确定的前提是要对研究岗位进行科学的设置、对研究岗位进行分析和评价,最后根据岗位价值确定基础绩效津贴的发放标准及差异。第一,研究岗位设置。研究岗位的设置要以科研机构学科建设及各专业领域的发展方向和人才队伍的建设为依据,统筹兼顾近期、远期发展规划,以使人才资源配置与事业发展相匹配。研究岗位的设置、聘用与专业技术岗位相对应。专业技术岗位设置分为十三个等级,研究岗位可设置为四级十三个档。一级研究岗位为学术带头人,二级岗位为课题组长(项目负责人),三级岗位为科研助手,四级岗位为一般科研人员。一级研究岗位可再设一档、二档、三级、四档,分别对应一级至四级专业技术岗位;二级研究岗可再设五档、六档、七档,分别对应五级至七级专业技术岗位;三级研究岗位可再设八档、九档、十档,分别对应八级至十级专业技术岗位;四级研究岗位可再设十一档、十二档、十三档,分别对应十一级至十三级专业技术岗位。根据科研人员的编制数量,按金字塔形态分布以合适的比例来确定各级各档研究岗位的数量。研究岗位的聘任与专业技术岗位的聘任基本一致,以科研人员的业绩为主要条件,可执行低职高聘或高职低聘。第二,对研究岗位进行分析和评价。通过岗位分析和评价确定研究岗位职责、任职者资格,确定每一岗位的价值、绩效考核应达到的指标要求以及各岗位的基础绩效津贴标准。可选择创新能力、科研素质及水平、处于科研团队的位置、教育和经验作为研究岗位评价的基本要素。其次确定要素的权重。接着,确定各要素及各要素等级的点值。确定总值之后,各要素的点值就是权重乘以总点值。然后,对各要素的点值进行内部细分,以等差的形式确定最高要素等级和最低要素等级,最后,将被评价岗位各要素所得点值加总,即得到整个岗位的总点值,由此确定每一岗位的相对价值,分数越高表示该岗位越重要、价值越大。第三,确定基础绩效津贴发放标准。根据以上研究岗位设置、分析和评价的结果,确定基础绩效津贴的等级及发放标准。基础绩效津贴可根据科研岗位四个级别作出四个等级的标准范围,每个等级范围划分不同档次,每档研究岗位核定相对应的基础绩效津贴标准。
其二,绩效奖励由“绩效津贴+个人绩效单项奖+收益奖励”三部分组成。第一部分是绩效津贴。绩效津贴是指根据科研机构的经济效益和业绩情况、团队(课题组)及科研人员的业绩共同决定向科研人员核发的劳动报酬。第二部分是个人绩效单项奖。个人绩效单项奖根据科研人员个人取得的绩效进行单项奖励。奖励的项目有:获得国家科技进步奖、国家自然科学奖或国家发明奖等获奖情况;获省部级科技奖及有关荣誉称号等;获国家发明专利或实用新型专利等;国际领先、国际先进、国内领先、国内先进等项目成果鉴定以及编科技专著、规程规范;在国外科技期刊、国内核心科技期刊、国际学术会议等论文论著发表情况。第三部分是收益奖励。由科研机构根据每年的收益情况和科研人员的年终绩效考核分数,确定每人发放数额,按年发放。
(3)津贴补贴是指在事业单位苦、脏、累、险及其他特殊岗位工作的人员,实行特殊岗位津贴补贴。国家统一制定特殊岗位津贴补贴政策和规范管理办法,规定特殊岗位津贴补贴的项目、标准和实施范围,明确调整和新建特殊岗位津贴补贴的条件,建立动态管理机制。
在科研人员薪酬结构设计中,重点要体现岗位与绩效的作用,才能最大限度地发挥薪酬的激励性,以满足科研人员物质上和精神上的双重需要,这样才能培养以智力创造为主的核心竞争力,推进科研院所的科研事业更好更快地发展,为社会提供更多的服务和发挥更大的作用。
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结构设计研究篇8
和思路等问题进行了探讨。
关键词：建筑设计构思研究问题探讨
一建筑结构的重要性
建筑的空间形态是建筑的空间轮廓和空间形状，它能给人们以视觉上的美感。建筑空间艺术不仅是建筑内部功能的外在表现，而且是建筑结构技术的外在表现。结构设计与科学技术有密切的关系，然而却在很大程度上涉及到艺术，关系到人们的感受、情绪、适应性，以及对合宜的结构造型的欣赏。
结构为建筑空间提供有效的骨架和支撑，是建筑空间的物质材料，空间形态反映结构的规律，是结构内在理性和技术美学的外在表现。然而这只是结构作用的一部分，结构还通过对建筑空问的限定和组织，塑造丰富的空间形态，赋予建筑空问以丰富的精神和文化内涵，建筑精神也借助于空问或隐或显的几何形态及其组合的关系来实现，完整地表达了建筑空间的内在含义。结构不仅着支撑建筑空间，而且将其美的形式和内容融人建筑。因此，在建筑设计中，结构构思非常重要。例如：美国明尼苏达州联邦储备银行(见图1)，在建筑物中利用悬索结构，又如香港中国银行(见图2)，为了抵抗风荷载，利用空间桁架结构。同时，两栋建筑都将承重的结构构件暴露出来。支撑和张拉构件组成的结构体系，导致线元素构成的复杂视觉特征。建筑感人的力量正是这技术与艺术、力与美的完美结合。
二结构构思的力学意识
在结构构思中，需要运用基本的力学概念进行简单而有成效的判断，这些力学意识包括：
(1)荷载作用下，结构的传力路线越短，结构的工作效率越高。
(2)结构处于直接受拉或受压比受弯或混合受力，能更好地发挥材料性能。
(3)结构的各部分、各截面受力均匀时，结构的工作效率最高，应尽量使结构承受均匀荷载，使结构空间性、连续性较好。
(4)结构的承载力是强度、刚度和稳定性的综合。
三结构构思的思路
仅仅有以上这些简单的规则，并不等于就掌握了结构设计的有效方法，或就能自动进行结构设计。但有一点我们可以确定：所有荷载都有荷载路径。
结构既然是承担荷载的，就需要清楚每一荷载路径是如何作用，以此指导建筑师做出合理的结构构思。因此，在进行结构构思时，首先应该确定不同荷载组合条件下的传力路径。例如：重力荷载的路径是自上而下的，建筑物的每部分都是由下部结构支撑着，每部分结构都承担上部的全部荷载。风荷载是水平荷载，需要有水平构件传递风荷载到竖向构件。因此，竖向结构及位置就非常重要，设计时尽量保证传力途径畅通，不要被一些非结构要求打断。
除了要给荷载建立结构路径外，还需要构造荷载路径的几何形状。例如，对于大跨的屋盖系统，在竖向荷载下，如果取多跨梁体系，结构的受力情况主要体现为受弯，并且各跨并不完全均匀。当选择桁架体系时，结构受力主要体现为杆件拉或压，各杆受力均匀。所以，桁架体系从受力角度更合理。说明尽管是同样的荷载、同样的荷载路径，不同的荷载路径的形状会影响到建筑设计的诸多方面，包括结构性能、美学和经济学。
结构的形状也会影响到荷载的传递和分配。例如，一个高层建筑结构，在水平和竖向荷载作用下，采用锥形体、上削楔形体或退缩体。楼身向上不断收进与变细，轮廓线接近建筑在水平荷载作用下的应力图形，这样可减轻承受的风力，降低楼体的重心，加强结构的稳定性，受力比较有利。
结构构思就是要有效地选择结构体系，与建筑物的使用要求相协调。首先应对使用空问的性质加以分析：空间的大小、形状、各部分的组成关系，由于使用需要而提出的特殊空间要求等，再从平面形式、剖面形式两个方面综合进行协调，使各空间的要求与其所对应的平、剖面形式相吻合。因此，结构的应用并非仅仅是结构工程师的工作，结构工程师应研究建筑师提出的构思方案，努力保证构思具有必要的安全可行性，并及时反馈信息，使结构方案更趋于合理，创造更加适用、安全、经济、美观的建筑。建筑师也应该了解一定的结构技术原理与知识，了解各类结构的受力特征，以便在建筑创作构思过程中，综合处理好功能、技术、艺术、经济等方面的矛盾。
四结语
结构设计研究篇9
关键词：建筑结构；抗震设计；发展与展望
引言
就目前而言，建筑结构的地震反应可以用不同的变量来体现，具体在抗震设计过程中采用何种设计变量则要根据结构自身类型、地震反应特性、地震破坏模式等因素综合考虑。依据结构抗震设计变量的不同对结构抗震设计方法进行分类，大致可分为基于承载力的抗震设计法、基于位移的抗震设计方法、基于能量的抗震设计方法和基于损伤的抗震设计方法。
一、分析现代建筑结构抗震设计方法
1.1基于承载力的结构抗震设计
基于承载力的抗震设计，建立在静力分析理论之上，以惯性力的形式来反映地震作用，并按弹性方法来计算结构地震作用效应的大小、进行结构弹性位移验算，把结构构件的强度是否达到特定的极限状态作为结构失效的准则。
1.1.1设计地震作用的确定
在基于承载力的结构抗震设计方法中，设计地震作用取值由设防烈度的地面运动有效峰值加速度考虑放大效应和地震作用效应降低系数的综合影响后得来的，可以用如下公式表示：F=kβiG/R
式中：F―建筑结构总水平地震作用；
k―地震系数(不同地震分区所取的相当于设防烈度水准的地面运动有效峰值加速度或地面运动峰值加速度与重力加速度的比值，它反映了不同地区设防烈度地震的强弱)；β―动力放大系数(对应于不同周期的结构反应峰值加速度与地面运动有效峰值加速度或峰值加速度比值的拟合值，它反映了不同周期体系对地震作用的动力放大效应)；
i―建筑重要性系数；
R―地震作用降低系数；
G―结构重力荷载代表值（取恒载和可能与设计地震作用同时出现的活载之和）地震系数k反映的是不同地区设防烈度地震的强弱，根据各地区不同的地震危险性将其细分为不同地震区域，并对每个地区根据统计结果按475年重现期给出其地震系数。动力放大系数β反映了不同周期弹性单自由度体系的动力放大效应，它通常是从相对于地面运动有效峰值加速度作归一化处理后的多条弹性加速度反应谱曲线中经归纳和简化后得到的。加速度反应谱是确定的地面运动通过一组阻尼比相同自振周期不同的单自由度体系所引起的各体系最大加速度反应与相应体系自振周期间的关系曲线。
1.1.2基于承载力结构抗震设计方法的研究现状
基于承载力的抗震设计法作为产生较早的方法，从50年代中期开始广泛应用，经过多年的研究发展较之其他抗震设计方法相对成熟。目前加速度反应谱的短周期段的精度已基本满足工程使用要求，研究主要关注反应谱的不合理性。随着高层、超高层等长周期结构的发展，对反应谱长周期的研究也逐渐开展。考虑到现有的科技水平及设计习惯，弹性加速度反应谱仍是现阶段结构抗震设计计算的最基本依据，研究工作主要集中在结合场地影响、强震观测改进及结构时程分析对加速度反应谱的长周期段进行修正，以求使地震作用计算更加合理准确。另外对设计地震力―延性联合控制准则的核心内容R−μ关系相关问题也展开了更广泛的研究：如把R−μ关系与周期t联系起来，全面考虑震级、震中距和场地条件以及滞回性能的分析结果，提出针对不同延性水准和各类结构模型且与周期相关的R−μ−t关系。考虑结构中存在的材料超强和整体超强效应，在某种程度上提高了结构的屈服水准或相当于减小了R值，寻找其对R−μ规律的定量影响程度。
1.2基于能量的结构抗震设计
1.2.1基于能量的抗震设计方法概述
基于能量的抗震设计理论是从能量的角度考虑地震地面运动对于结构的作用，概念明确，能够较好的反映地震动强度、频谱、持时对结构破坏的综合影响，从输入能量和耗散能量的角度捕捉到结构在强烈地震作用下的非弹性变形历程。由于能量分析的复杂性，基于能量的结构抗震设计方法还处在理论研究阶段，能实际运用到工程设计中的能量设计法至今还未完整的建立起来。能量概念和破坏模型一直是抗震研究中的两个论题，特别是目前基于性能的抗震设计思路的提出，又对抗震结构的耗能能力及性能的研究提出了新的要求。基于能量抗震设计方法能够考虑结构滞回变形对结构破坏影响的这一特点对于实现基于性能的抗震设计理念很有意义，因此基于能量的抗震设计方法的研究对实现基于性能的抗震设计理念的进一步发展非常重要，成为了改进传统抗震设计方法的重要发展方向。
1.3基于损伤的结构抗震设计
1.3.1基于损伤的结构抗震设计的方法概述
近年来地震害经验和各国学者的研究表明：由于地震是一种往复运动，并且地震动持时一般较短，因此地震作用下的损伤不仅与最大变形有关，还与结构的低周疲劳效应所造成的累积损伤有关。用能够反映结构的变形和累积损伤效应的损伤性能参数可以更好地描述结构的非弹性性能，通过选取适当的地震损伤模型、按照结构在未来地震作用下的损伤允许值来进行抗震设计更为经济合理，由此产生了基于损伤性能的抗震设计思想。
由于损伤指数的计算以结构累积滞回耗能的计算为基础，而累积滞回耗能计算正是结构能量分析中的重点，所以也可以将基于损伤的设计方法视为能量法结合了性能设计思想的延伸应用方法。基于损伤的抗震设计就是反映结构损伤程度的损伤指数作为设计指标，选取适当的地震损伤模型计算出结构的损伤指数，验算其是否满足预定的损伤性能目标。
1.3.2基于损伤的结构抗震设计的特点与研究趋势
采用基于地震损伤理论的损伤指数能够定量的描述结构在地震作用下的倒塌破坏情况，而且损伤指数物理意义明确。结构损伤的“三水准”性能目标反映了抗震设防水准和结构功能失效与倒塌限值，区别了不同重要性结构的性能目标，同时提高了结构抗震的功能要求。而且在基于损伤的抗震设计中用到等效位移延性系数，可以不需了解结构在动力荷载作用的时程反应而考虑结构往复弹塑性变形和累积耗能的影响。并从设计开始阶段就引入损伤指标，使损伤指标在设计过程中真正起到控制作用，体现了其方法上的先进性。由于结构的损伤机理较为复杂，许多问题还没有得到很好的解决，如结构的非弹性变形和积累滞回耗能指标确定和计算，损伤指数计算的进一步简化、准确化，结构损伤模型与结构的强度、刚度、延性等设计参数的关系分析，结构损伤谱的确定等。因此，尽管基于损伤的抗震设计方法在理论上有其合理之处，但直接采用损伤指标作为设计指标并不易为广大工程设计人员采用。
1.4基于位移的结构抗震设计
1.4.1基于位移的结构抗震设计概述
根据设计思路的不同，基于位移的结构抗震设计大致可分为三种方法：按延性系数设计方法、能力谱法、直接基于位移的设计方法。他们之间的差别在于：直接位移法和控制延性方法是依据位移目标进行结构设计的方法，而能力谱法则更多的是一种位移验算方法。
1.4.2基于位移的结构抗震设计有待进一步解决的问题
①按延性要求设计的方法、能力谱法和直接基于位移的方法都是用静力方法去解决在地震作用下的结构设计问题，没有考虑诸如地震持续时间、结构往复弹塑性变形和累积耗能等因素的影响。
②更深入地研究表征结构性能状态的破损指标与结构位移的关系，有可能为确定结构的目标位移提供更完善和简便的方法。
③对能够应用于实际工程抗震设计的位移反应谱尤其是弹塑性位移反应谱的研究还有大量工作要做。
④基于位移的抗震设计中采用的静力弹塑性分析方法存在着如何选取合适的水平力分布模式和位移分布模式等问题。
1.5基于性能的结构抗震设计
1.5.1基于性能的抗震设计概念
美国SeaoC组织对基于性能抗震设计的描述是“性能设计应该是选择一定的设计标准，恰当的结构形式、合理的规划和结构比例，保证建筑物的结构与非结构的细部构造设计，控制建造质量和长期维护水平，使得建筑物在遭受一定水平地震作用下，结构的破坏不超过一个特定的极限状态”。atC组织对基于性能抗震设计的描述为“基于性能抗震设计是指结构的设计标准由一系列可以取得的结构性能目标来表示，主要针对混凝土结构并且采用基于能力的设计原理”。Fema对基于性能抗震设计的描述为“基于不同强度地震作用，得出不同的性能目标。
1.5.2基于结构性能抗震设计的研究现状和应用前景
基于结构性能的抗震设计理论尚不成熟，要广泛应用于设计还存在一定的困难，尚需对以下问题展开研究：
①在地震危险性方面，要实现由烈度向地震动参数区划的过渡，按重现期或超越概率重新定义地震危险性水平。
②在结构性能方面，以结构性能为基础提出抗震设防水准，定义不同结构的性能目标。对于结构“不坏”、“可修”、“不倒”等模糊的定义，采用量化数据或具体化的定性数据来描述，例如对结构和非结构构件破坏的数量和程度等。
③研究和建立结构功能失效标准和结构破坏标准，将目前的以分项系数表述的极限状态表达式过渡到以可靠度指标来描述。
基于结构性能的抗震设计理论是以结构抗震性能分析为基础的结构设计，是设计理念上的一次变革，涉及结构抗震设计的各个方面，对工程结构的设计和发展具有重大意义。利用该理论进行结构抗震设计，可充分发挥工程师的主动性，满足人们对结构性能的不同要求。从各国抗震设计规范修订动向来看，可以说基于性能的结构设计是21世纪抗震设计规范的趋势。
二、比较结构抗震的设计方法
2.1抗震抗震性能水平
结构抗震性能水准表示结构在特定的某一地震设计水准下预期破坏的最大程度，结构和非结构构件破坏以及因它们破坏引起的后果，主要用结构易损性、结构功能性和人员安全性来表达。对于不同等级的抗震性能，都应根据结构类型、结构体系、竖向和横向承载构件、结构变形、设备与装修、修复使用等方面加以定义，应该表达为量化指标，以便工程设计和评估。我国规范中的提法“不坏”、“可修”、“不倒”其实就是对结构在地震作用下的性能水平的描述，具体叙述为“小震”对应一般不受损坏或不需修理可继续使用水平；“中震”对应可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；“大震”对应不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。这一提法已经包含了一定的性能设计思想，只是对性能水平的描述比较模糊，水平之间的界定不明确，在实际设计中很难实现对结构性能的有效控制。
2.2结构的抗震性能目标
结构的抗震性能目标是指建筑物在各设计地震水准下期望达到的相应性态水准集合，应依据建筑物的重要性分类，结合社会、经济因素和业主意愿综合确定。三级性能目标与按重要性划分的三类建筑一一对应，取每级地震作用水准下的最低性能要求组合作为该类结构的规定最低性能水准目标。并且设计师也可以根据实际情况和业主要求提高目标性能水平进行结构设计，在一个或多个设计地震作用水准上选择更高的性能目标，虽然在一定程度上会提高建筑造价，却能减免以后可能会产生的损失。这种性能目标的制定方式充分体现了基于性能抗震设计的自主性和灵活性。
2.3两种方法的设计过程
建筑结构基于性能要求的抗震设计多了以下几个步骤：性能目标的确定、抗震措施与计算分析方法的选择及目标评价等。性能目标的确定因素中多了业主决策和非结构构件分级性能水准。选择抗震设计（分析）方法也是基于承载力力的抗震设计过程中所没有的，通过不同的抗震性能水准量化数值对应了不同的结构反应参数和抗震设计准则，因此可以选择基于不同的结构反应参数的抗震分析方法。并且在设计完成后，基于承载力的抗震设计只对结构进行层间位移验算是否满足限值，而性能设计则需要对结构的地震反应性能水平进行全方位的检验和评估。
2.4抗震措施比较
现行规范规定的构件截面的抗震构造措施，主要是根据结构类型和重要性、房屋高度、地震烈度、场地类别等因素确定，是对结构抗震性能水准的宏观定性控制，而不是对具体的结构性能和震害损失的定量描述。设计人员只需要按照规范采取对应的抗震构造措施，而在采取了这些措施以后结构在地震时的性能状态具体如何，设计人员并不能准确把握。这种做法的经济性和合理性都不足。基于性能的抗震设计是把结构在一定强度地震作用下的变形需求与抗震措施对应了起来，通过对构件截面进行变形能力设计，使结构具备与预期性能水平相符的变形和耗能能力，从而达到目标性能水平。这样使得结构的性能目标要求与抗震措施联系起来，是一种具体对应的定量的抗震措施。由于通过设计人员主动选择抗震措施来保证结构达到预期的抗震性能，因此对结构在未来地震时的整个反应过程比较清楚。这样制定抗震措施成为性能设计的重要组成部分，需要在设计的一开始确定性能目标时就考虑进去。
三、展望
抗震设计方法理论是一个非常庞大和复杂的课题，涉及面非常广泛，本文对这一理论的研究由于时间和能力的有限还不够深入和细致。在未来的研究中，还有许多方面需要进一步的探讨：
①在对不同抗震设计方法里设计地震作用水准的确定和划分的进行比较时还应该对其所采用的地震危险性分析方法和地震动参数分区划分情况等方面进行分析和比较。
结构设计研究篇10
关键词：柔性工装；模块化设计；快速换装；数据管理
中图分类号：tU973+.3文献标识码：a
1概述
我们提到的柔性工装结构设计从实用角度看包含三方面内容：一是工装元件能够灵活重组，元件、组件、合件能够重复分解和有机拼装，实际应用中实现预定的功能，重组后实现特定结构的柔性化；二是柔性工装的结构设计，这里引进模块化设计理念，需要预先建立数据库包括标准建库、模块元件库、单元模块库，利用设计软件根据实际用途灵活快速组装设计，完成柔性工装的图纸预设计，可以在产品本工序未加工前实现工装按计划组装；三是工装在设备之间的换装，要实现柔性快速换装，这就要求在设备上增加快换接口，达到同一工装能够快速在不同设备之间换装，不同工装在同一设备上实现快换，以达到换装的柔性化，这就需要进一步研究被加工零件与工装之间快速定位夹紧与换装。
2柔性工装的结构设计研究
2.1柔性工装结构设计的概念
我们提到的柔性工装结构是由标准件、基础件、合件、功能组件、单元模块等按照特定功能拼装而成，能够满足工艺要求，并能快速拆分重组的工装结构。要求元件具有很好的互换性和较高的精度及耐磨性，可以根据机床工作台的尺寸和不同零件的加工要求，选用所需要的元件、功能组件组装成各种工装结构，组装灵活方便，适应范围广。
2.2 柔性工装结构设计方法
近年来，高科技的普及和专业软件的开发，虚拟装配的应用，为柔性工装结构设计、数据管理提供优越的条件。为此我们研究柔性工装结构设计。从2005年开始我们应用在UG平台上开发的组合工装结构设计kbe系统（西安易博开发）。它以UG系统为平台并与UG实现无缝集成。既可由用户选择系统提供的标准件、组件来进行虚拟装配，也可用系统提供的知识库（kbe）功能进行智能化选择标准件和组件进行虚拟装配（采用保定向阳厂生产的槽系中系列组合夹具元件）。
3 柔性工装的模块化结构设计研究与探索
近年来，我们研究模块化设计，把组合工装结构设计思路用于专用工装结构设计，以提高设计速度和准确性，为以后的工装专业化设计、制造打好基础。因此，我们同样需要建立模块库，作为模块化设计的基础。
如何建立模块库，建成一个什么样子，什么样的要素可以作为模块，需要我们认真研究。
研究表明，在工装典型结构中，能够实现特定功能，并且应用过程中拓扑结构相对固定的组合或单元体称为模块。我们需要筛选不同种类工装结构，找出常用的典型结构，进一步拆分单元体，按照模块定义找出能够称为模块的部分，经专家论证后作为模块结构。将这些模块归类、参数化建模，并制定模块分类和命名原则，按照工装专业建库，将参数化模块模型分类入库，添加属性和预览图。
工装模块化程度提高，亦给工装制造带来方便，如果工装制造部门预先准备部分模块元件，工装制造时，如果直接能够应用的省去制造时间，能够实现快速反应，节省成本。
4 工装与设备的柔性快速换装
研究柔性工装的结构设计方法，我们采用了基于UG平台的kbe设计工具及基于UG的工装模块化设计系统，组合工装结构制造采用标准件、元件、组件实现结构拼装；模块化工装制造，是在模块元件、单元模块实现高度系列化、标准化、通用化的前提下，已经储备足够数量的库存情况下采用标准件、模块元件、单元模块进行拼装；工装的结构设计与制造实现快捷方便，我们进一步需要研究工装实际应用过程中与设备的快速换装问题。
对于工装与设备的柔性快速换装，我们需要在设备平台上设置快换接口，经研究试验，2005年到2008年间我们引进瑞典的system3R“零点定位系统”。
换装的思路是，将基准平台安装在设备工作台面上，拉直其中两定位孔，将其固定在设备工作台上作为设备附加工作台，找正基准孔位置并存储其位置坐标值，找正基准平台顶面高度坐标并存储，利用基准平台上开设的100±0.005mm的矩阵孔，使基准平台上任何一定位孔坐标已知；在工装底座上对应位置仅需加工对应两孔，每次将工装安装在基准平台对应位置上，通过计算就能很快知道工装按安装的具置，不用打表找正，方便快捷，重复定位精度高。
对于组合夹具基础板要求定制两个或多个定位孔，以满足工装快速换装。
5柔性工装实际应用
结合本集团公司生产特点，我们将研究的柔性工装结构设计与制造应用与新机研制，并结合当前技术领域推行的工艺工装一体化进程，推广组合工装结构设计与拼装，推广工装结构模块化设计与制造，已经逐步扩展到各生产线。
下面是几组柔性工装结构实际应用的实例。该工装是采用组合夹具元件拼装的用于测量直线度，采用双向顶尖定位，球型销支撑结构。该工装用于车床加工内径和端面，采用外径和底面定位，压板压紧结构。
结语
在换装方面，我们尚需继续研究被加工零件与工装之间快速定位夹紧与换装。能够解决目前存在的问题，早日实现工程化应用。
工装结构模块化设计的不断探索将为工装设计与制造带来新的理念与方向。科技要创新，思路要拓宽，我们要为今天的制造业发展走出新的路子。
参考文献
[1]机械工程手册/机械工程手册编辑委员会编.机械工程手册第1卷，基础理论（一）[m].北京：机械工业出版社，1982.