時(shí)間：2023-05-31 09:42:17
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇概念設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
要做到這一點(diǎn)，我們計(jì)劃利用由達(dá)索系統(tǒng)公司提供的三維體驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)和功能，并構(gòu)建一個(gè)如同您現(xiàn)在使用的SolidWorks工具一樣簡(jiǎn)單直觀的全新使用體驗(yàn)。今天，我想與您一起分享這種新方法的第一個(gè)實(shí)例，我們稱其為SolidWorks概念設(shè)計(jì)。
SolidWorks概念設(shè)計(jì)是一種用于機(jī)械概念設(shè)計(jì)的工具，它是對(duì)您今天所使用產(chǎn)品的補(bǔ)充。它可以讓您數(shù)字化捕捉概念，快速建立三維概念模型，從內(nèi)部和外部的項(xiàng)目干系人獲得反饋，并在提交工程前構(gòu)建并輕松管理多個(gè)概念。
為什么要概念設(shè)計(jì)？
31%的項(xiàng)目時(shí)間都花在機(jī)械的概念設(shè)計(jì)上
3/4的工程師參與到了機(jī)械的概念設(shè)計(jì)
在一個(gè)典型的項(xiàng)目中平均有6個(gè)概念和4個(gè)設(shè)計(jì)迭代
在概念階段會(huì)有三個(gè)以上的內(nèi)部和外部的干系人參與其中
今天，SolidWorks是詳細(xì)設(shè)計(jì)的最佳解決方案，但是它卻限制了您對(duì)關(guān)鍵概念步驟的創(chuàng)造性。SolidWorks概念設(shè)計(jì)將填補(bǔ)這些空白，并允許您：
數(shù)字化捕捉概念
管理多個(gè)概念
溝通和協(xié)作
本能設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)出概念模型是SolidWorks概念設(shè)計(jì)加速縮短設(shè)計(jì)時(shí)間的真正開始。大多數(shù)系統(tǒng)都迫使你通過思考產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來捕捉概念。我們的單一建模環(huán)境易于使用和創(chuàng)新，并且擁有驚人的靈活性且易于修改。數(shù)字捕捉概念對(duì)于熟悉的工具和概念來講其使用快速簡(jiǎn)單，所以重點(diǎn)是想創(chuàng)意而不是軟件。
SolidWorks概念設(shè)計(jì)將歷史記錄，參數(shù)，和直接編輯的優(yōu)點(diǎn)整合到了一個(gè)簡(jiǎn)單的界面上。當(dāng)一個(gè)概念設(shè)計(jì)出來后，你可以對(duì)設(shè)計(jì)做任何必要的修改，但同時(shí)也要尊重您起初創(chuàng)建設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)意圖。單一建模環(huán)境可以讓你從布局草圖發(fā)展到到三維幾何，而無需考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)就可分離部件和裝配體。
當(dāng)你產(chǎn)生了一個(gè)創(chuàng)意并且對(duì)該設(shè)計(jì)未來的發(fā)展方向有了很好的判斷時(shí)，SolidWorks概念設(shè)計(jì)可以讓您制作出您設(shè)計(jì)的組織結(jié)構(gòu)。這消除了時(shí)間的浪費(fèi)，因?yàn)槟銦o需重新開始或者徹底返工您的設(shè)計(jì)，來做一個(gè)不明顯的修改。
在單一建模環(huán)境，當(dāng)我們把產(chǎn)品結(jié)構(gòu)制作成組裝體時(shí)，我們具備了熟悉的工具和通過使用來提高的智能，就像組件學(xué)習(xí)它們之前是如何被使用的一樣。您還可以自主地將最初的設(shè)計(jì)意圖應(yīng)用到新的設(shè)計(jì)當(dāng)中。Sol社會(huì)化創(chuàng)新
當(dāng)你覺得已經(jīng)獲得了足夠的概念時(shí)，讓干系人（包括組織內(nèi)部以及客戶和供應(yīng)商）參與，并取得他們關(guān)于最佳前進(jìn)道路的反饋是至關(guān)重要的。
SolidWorks概念設(shè)計(jì)將社會(huì)化創(chuàng)新功能加入到其基礎(chǔ)功能中。在任何時(shí)候，設(shè)計(jì)人員可以通過在自己的私人社區(qū)里貼出自己的理念，來讓干系人參與其中。可以告知干系人有一個(gè)需要檢驗(yàn)的概念，并可以通過使用簡(jiǎn)單熟悉的Web概念獲得反饋。在世界正一天天變得越來越社會(huì)化時(shí)，在SolidWorks，我們相信集體的智慧。SolidWorks概念設(shè)計(jì)真正將這些功能加入了概念設(shè)計(jì)中。這種形式的參與讓您可以更好地與您的客戶進(jìn)行交流并將自己與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手們區(qū)分開。干系人完成工作后，設(shè)計(jì)師會(huì)自動(dòng)收到通知，并可以利用這些反饋繼續(xù)開發(fā)這種概念。
連接
SolidWorks概念設(shè)計(jì)總是與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫和其他用戶相連。這使我們有能力保護(hù)您的數(shù)據(jù)，防止任何系統(tǒng)崩潰導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，并自動(dòng)保存每一個(gè)概念的迭代。
您可以同致力于您項(xiàng)目的用戶連接，也可以同范圍更廣的SolidWorks社群上的用戶連接。您可以參加與其他用戶實(shí)時(shí)聊天，得到關(guān)于問題或者設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的反饋。 用戶總是合作制作同一個(gè)設(shè)計(jì)，這樣既可以節(jié)省時(shí)間，也不會(huì)混淆哪個(gè)是最新版本。當(dāng)一個(gè)團(tuán)隊(duì)成員做了一個(gè)修改，其他的所有用戶都可以實(shí)時(shí)地更新到最新版本，所以概念在不斷向前發(fā)展。
通過連接，可以隨時(shí)隨地訪問你的概念模型。SolidWorks概念設(shè)計(jì)甚至允許用戶使用移動(dòng)應(yīng)用設(shè)備帶著設(shè)計(jì)四處走來進(jìn)行設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，甚至銷售和市場(chǎng)營(yíng)銷活動(dòng)。
我們對(duì)SolidWorks概念設(shè)計(jì)取得的進(jìn)展感到非常高興。 該產(chǎn)品對(duì)今天使用SolidWorks的公司來說將是一款很好的補(bǔ)充產(chǎn)品。我們相信該產(chǎn)品通過整合單一建模環(huán)境的靈活性，社會(huì)化創(chuàng)新，和在線連接的優(yōu)勢(shì)，可以提供一種全新的概念設(shè)計(jì)方法。
論文摘要:分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的認(rèn)知模型,探討設(shè)計(jì)中概念生成與交互的具體過程和作用。以設(shè)計(jì)理論研究和實(shí)踐運(yùn)用建立方法論基礎(chǔ),為設(shè)計(jì)師個(gè)體設(shè)計(jì)或團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的過程、組織和策略提供設(shè)計(jì)方法。
概念設(shè)計(jì)活動(dòng)是一個(gè)從設(shè)計(jì)任務(wù)的要求開始,到概念生成及其可視化的過程。不論是設(shè)計(jì)師的個(gè)體設(shè)計(jì),還是團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì),通過研究影響設(shè)計(jì)的行為和認(rèn)知因素就能揭示概念設(shè)計(jì)活動(dòng)的根本規(guī)律。或者說是設(shè)計(jì)問題中,研究從問題域到解域的具體解決過程、任務(wù)和步驟,對(duì)于設(shè)計(jì)研究和設(shè)計(jì)實(shí)踐都具有重要意義。
1概念生成中的認(rèn)知行為
概念生成是指設(shè)計(jì)師或設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能迅速產(chǎn)生多個(gè)有用概念,是一個(gè)思維的過程,也是一種認(rèn)知活動(dòng)。
傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模型將設(shè)計(jì)作為分階段、線性或循環(huán)的過程進(jìn)行形式化表達(dá)(符號(hào)化表達(dá))。設(shè)計(jì)過程按照分類學(xué)分解為若干子階段和子任務(wù)。盡管各種設(shè)計(jì)模型命名原則不同,設(shè)計(jì)子流程某些主要種類大體一致。設(shè)計(jì)過程主要被分為:問題/情境、綜合/生成、表達(dá)和評(píng)價(jià)。
MarvinMinsky在其有趣的書《思維的社會(huì)》中提出:無論是人類的思維還是人工智能的思維,都是由原本簡(jiǎn)單的元素相連而組成,當(dāng)這些元素組成一個(gè)整體時(shí),他們又變?yōu)闊o限復(fù)雜的。
設(shè)計(jì)活動(dòng)中,概念生成的思維活動(dòng)應(yīng)是一種創(chuàng)造性思維的活動(dòng)。創(chuàng)造性思維的實(shí)質(zhì),表現(xiàn)為“選擇”、“突破”、“重新建構(gòu)”這3者的關(guān)系與統(tǒng)一。創(chuàng)造性思維的關(guān)鍵點(diǎn)在善于進(jìn)行“重新建構(gòu)”,有效及時(shí)地抓住事物新的本質(zhì),構(gòu)筑建新的思維支架。創(chuàng)造性思維包括:靈感思維、發(fā)散思維、收斂思維、分合思維、逆向思維和聯(lián)想思維[1]。從方法論上講,強(qiáng)化創(chuàng)造動(dòng)因的團(tuán)隊(duì)激智方法,如頭腦風(fēng)暴法、德爾菲法、CBS法、KJ法等,都會(huì)結(jié)合運(yùn)用各種創(chuàng)造性思維方法。
研究具體的設(shè)計(jì)思維過程需要建立認(rèn)知活動(dòng)模型[2]。上世紀(jì)80年代,就提出研究設(shè)計(jì)思維(designthinking)。Schon,D(1983)建立的設(shè)計(jì)模型能夠從認(rèn)知方面來獲取“設(shè)計(jì)師腦中的進(jìn)程”,即把設(shè)計(jì)當(dāng)作一種“反射性活動(dòng)”,從設(shè)計(jì)問題到設(shè)計(jì)結(jié)果是一個(gè)接受(感知)—反射(解釋)—反應(yīng)(轉(zhuǎn)化)的反射活動(dòng)。Schon認(rèn)為,設(shè)計(jì)是“與視覺媒介的交互”,目的是“為進(jìn)一步設(shè)計(jì)提供信息”的過程,即設(shè)計(jì)思維的本質(zhì)是通過與視覺媒介(包括紙媒介、數(shù)字媒介等)的交互過程,獲得新的設(shè)計(jì)信息,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新。在這個(gè)研究中,設(shè)計(jì)情境(designScenario)被定義為2種屬性,也就是2種問題形式:創(chuàng)造性設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì);2種限制情景:無限制問題與限制問題。
2設(shè)計(jì)過程中的交互
設(shè)計(jì)研究表明設(shè)計(jì)師通常不是顯性地意識(shí)到他們按照某種設(shè)計(jì)交互順序做設(shè)計(jì)的。對(duì)于實(shí)踐,研究案例表明設(shè)計(jì)師應(yīng)該有意識(shí)地運(yùn)用交互,來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新。交互作為一種有效的設(shè)計(jì)方法,體現(xiàn)了設(shè)計(jì)思維的本質(zhì),是設(shè)計(jì)研究的重要課題。設(shè)計(jì)師在個(gè)體或團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)概念生成過程中的交互,是一種認(rèn)知活動(dòng)的交互,包括人機(jī)交互HCI(Human-ComputerInteraction),人人交互HHI(Human-Humaninteraction)。交互實(shí)質(zhì)上是“2個(gè)(或多個(gè))參與者之間交替聽、想、說的循環(huán)過程”或者說是“兩者之間(無論是生命體還是機(jī)器)連續(xù)的作用和反應(yīng)的過程”。對(duì)于設(shè)計(jì),交互取決于設(shè)計(jì)表達(dá)和生成,表達(dá)是交互的對(duì)象,生成是交互的結(jié)果。事實(shí)上,設(shè)計(jì)表達(dá)和生成能力強(qiáng)的設(shè)計(jì)師其交互能力和水平也高。
交互的信息是交互的實(shí)質(zhì),包括數(shù)據(jù)、圖像、語音、行為。交互過程中,交互媒介也可分為傳統(tǒng)的紙媒介(paper-based)和數(shù)字媒介(digitalmedia),見圖1。基于紙媒介的交互,其交互信息是隱性的,基于數(shù)字媒介的交互信息被顯性化了。后者較于前者,更加系統(tǒng)化、更加完整表述和更易被人接受和操作。
從設(shè)計(jì)認(rèn)知活動(dòng)分析,交互可分為:與自由形態(tài)的交互,例如和自己的手繪之間的交互;與數(shù)字形態(tài)的交互,如與建立的幾何描述模型的交互;與由形態(tài)語法或拓?fù)錂C(jī)制發(fā)展而來的特定機(jī)制生成的數(shù)字表達(dá)的交互;和與由設(shè)計(jì)生成工具所表達(dá)生成的數(shù)字環(huán)境的交互[5]。
人機(jī)交互過程實(shí)際上是一個(gè)輸入和輸出的過程,人通過人機(jī)界面向計(jì)算機(jī)輸入指令,計(jì)算機(jī)經(jīng)過處理后把輸出結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。人和計(jì)算機(jī)之間的輸入和輸出的形式是多種多樣的,因此交互的形式也是多樣化的。其中數(shù)據(jù)交互作為人通過輸入數(shù)據(jù)的方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流的一種方式,并且它是人機(jī)交互的重要內(nèi)容和形式。
人人的交互是一種交流的活動(dòng),可表現(xiàn)為對(duì)話、問答、演說或者會(huì)議等,也通過計(jì)算機(jī)來輔助人人交互,甚至通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的交互,人人交互不排斥人機(jī)交互。在數(shù)字環(huán)境下,可以設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)原型系統(tǒng)將多個(gè)參與人員和應(yīng)用程序集中起來,實(shí)現(xiàn)不同地點(diǎn)的用戶能同步或異步地交互。也可以通過傳統(tǒng)媒介,運(yùn)用團(tuán)隊(duì)激智方法在同一地點(diǎn)同步的交互。
3概念設(shè)計(jì)認(rèn)知模型
概念生成的過程是怎樣的?它和交互是怎樣的關(guān)系?它在設(shè)計(jì)師的認(rèn)知行為中扮演的角色?設(shè)計(jì)概念是怎樣被提升、組合、適應(yīng)、重用、拋棄和丟失的。設(shè)計(jì)研究者和認(rèn)知學(xué)家都發(fā)展了各種程序模型來研究設(shè)計(jì)中的創(chuàng)造。這些模型通常是從觀察設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)草案而分析發(fā)展來的。French(1985)提出了一個(gè)設(shè)計(jì)程序模型:分析問題,概念生成,圖式(schema)化,和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。這些模型,闡明了設(shè)計(jì)中的工作步驟或思維步驟[7]。
從研究設(shè)計(jì)活動(dòng)的流程和內(nèi)容,來分析可能的交互機(jī)制。IDEF0是以結(jié)構(gòu)化分析和設(shè)計(jì)技術(shù)(StructuredAnalysisandDe-signTechnique,SADT)為基礎(chǔ)建立了一種系統(tǒng)功能表達(dá)的工具。該模型幫助我們認(rèn)識(shí)概念生成程序的不同階段。在IDEF0中,由一個(gè)活動(dòng)所生成的內(nèi)容作為輸出,它可以被輸入、控制,或機(jī)制。這些活動(dòng)控制,見圖2。基于IDEF0(May-er,1992),建構(gòu)了一個(gè)概念設(shè)計(jì)的認(rèn)知模型(YanJinandPawatChusilp,2005)。
圖2的模型包含概念設(shè)計(jì)過程中4個(gè)關(guān)鍵的認(rèn)知活動(dòng)和一個(gè)交互機(jī)制:分析問題,包括理解現(xiàn)存問題和探索再設(shè)計(jì)中需要滿足和保留的需求和約束[4]。通過任務(wù)分析,設(shè)計(jì)目標(biāo)被提出,約束和需求被定義。作為問題分析,問題求解標(biāo)準(zhǔn)也從設(shè)計(jì)目標(biāo)中決定。問題分析的輸出是一個(gè)完整的問題情境描述。
想法(idea)生成,指生成新的初始概念。根據(jù)所給的問題需求和約束條件,設(shè)計(jì)師從他們記憶中提取相關(guān)的記憶信息和知識(shí)來創(chuàng)造初始的設(shè)計(jì)概念。基于Finke(1992,Creativecogni-tion-theory,research,andapplication),Oxman(2002,Thethinkingeye:visualre-cognitionindesignemergence)和前面的認(rèn)知交互模型,想法生成活動(dòng)不只是記憶提取,而且是“兩者之間(無論是生命體還是機(jī)器)連續(xù)的作用和反應(yīng)的過程”。組成概念,是初始設(shè)計(jì)想法到設(shè)計(jì)概念的發(fā)展和構(gòu)建過程。這個(gè)活動(dòng)中設(shè)計(jì)師聯(lián)結(jié)思維中先前生成或別人的想法或概念,這種想法的聯(lián)結(jié)會(huì)轉(zhuǎn)換為更加成熟的設(shè)計(jì)概念,組成可以看作是新的生成。
概念評(píng)估,是評(píng)價(jià)組成的概念是否滿足設(shè)計(jì)需求,約束條件和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。作為一個(gè)認(rèn)知的過程,評(píng)估意味著設(shè)計(jì)師確認(rèn)生成的概念是相關(guān)的、有用的、好的。相關(guān)的和有用的決定了概念是否滿足需求和約束條件,同時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)決定其好壞。
概念設(shè)計(jì)認(rèn)知模型中的交互機(jī)制,是為問題分析、想法生成、組成概念以及概念評(píng)估提供的一個(gè)支撐平臺(tái),通過傳統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境的紙媒介,或是數(shù)字設(shè)計(jì)環(huán)境的數(shù)字媒介,設(shè)計(jì)信息通過交互機(jī)制,被交換和操作后形成設(shè)計(jì)認(rèn)知互動(dòng)。
圖2中,交互機(jī)制中A可是點(diǎn)對(duì)點(diǎn),也可以是點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的一個(gè)交互過程。交互機(jī)制本身可是一個(gè)CAD系統(tǒng),或一種團(tuán)隊(duì)激智方法。如草圖風(fēng)暴法,其關(guān)鍵在想法或概念的相互激發(fā)。這個(gè)機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是將多樣的設(shè)計(jì)信息顯性化,提供給不同背景的設(shè)計(jì)師。
作為交互機(jī)制本身存在一個(gè)二律背反,交互的信息越多越利于生成更多、更完備的設(shè)計(jì)概念,設(shè)計(jì)創(chuàng)新度也高;但交互的信息越多,設(shè)計(jì)師的精力和時(shí)間成本越高,不利于概念生成的。所以一個(gè)好的交互機(jī)制應(yīng)該是有條理,分階段,信息管理合理的。例如:參加一次團(tuán)隊(duì)激智的成員不宜多,避免交互過于繁復(fù)。設(shè)計(jì)一個(gè)交互機(jī)制應(yīng)該是符合倫理,意圖明確,注重實(shí)效,并包含合適的認(rèn)知和情感刺激的[3]。
4案例分析
這里對(duì)一個(gè)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)案例進(jìn)行分析,這個(gè)案例為團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并且是多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)的過程。由一組研究生和相關(guān)專家組成的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來完成一個(gè)產(chǎn)品——奧運(yùn)火炬的概念設(shè)計(jì),生成其造型特征并用一個(gè)宣傳短片明晰和深化其概念,提供給后面進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。明確設(shè)計(jì)任務(wù)后,向團(tuán)隊(duì)成員說明設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)目標(biāo)。
向設(shè)計(jì)師說明要加強(qiáng)交互在概念生成中的運(yùn)用。見圖3,運(yùn)用草圖風(fēng)暴和書寫風(fēng)暴相結(jié)合作為交互機(jī)制,這種同步激智方法是一個(gè)循環(huán)的過程,規(guī)定約15min為一個(gè)循環(huán),團(tuán)隊(duì)成員為10人。生成大量想法后,開始將這些想法進(jìn)行組合,由相關(guān)專家評(píng)定,按照獲得的信息進(jìn)行進(jìn)一步概念生成、組合,幾個(gè)循環(huán)后進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì),生成故事板和火炬的造型特征。由于設(shè)計(jì)過程有明確的交互機(jī)制,設(shè)計(jì)概念生成更加有序、有效和快速。新晨
為了進(jìn)一步研究交互機(jī)制對(duì)概念生成的影響,還把這個(gè)設(shè)計(jì)流程引入到實(shí)際設(shè)計(jì)公司,觀察在更加廣泛和實(shí)際的設(shè)計(jì)情景中,交互機(jī)制的應(yīng)用。采用近距離的觀察來發(fā)現(xiàn)實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)境下認(rèn)知活動(dòng),并用自然語言法(NLP)對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行分析[6]。設(shè)計(jì)的對(duì)象為手機(jī),觀察者作為團(tuán)隊(duì)的成員之一,研究發(fā)現(xiàn),見圖4。
如圖4,設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)活動(dòng)都可以解釋為設(shè)計(jì)師的信息處理通過設(shè)計(jì)過程中交互機(jī)制里傳遞的信息,以設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)流程為標(biāo)準(zhǔn),將其進(jìn)行分類和進(jìn)行定性描述。可以看到設(shè)計(jì)信息應(yīng)是顯性的,促進(jìn)性的。公式化的信息更加高效并符合設(shè)計(jì)問題情景,但是會(huì)缺乏創(chuàng)新性。另外作為背離問題情景的信息,不應(yīng)全部否定,其中部分信息具有高創(chuàng)新性,可以修改后重用。
5結(jié)語
概念設(shè)計(jì)的認(rèn)知模型明確了設(shè)計(jì)概念生成過程和交互過程,以及相互的聯(lián)系,可以更好地分析設(shè)計(jì)的本質(zhì)過程,提高設(shè)計(jì)交互的效率和設(shè)計(jì)創(chuàng)新性。從分析設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中概念生成和交互的行為特點(diǎn),可以構(gòu)建更加完備的設(shè)計(jì)交互機(jī)制來促進(jìn)設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn):
[1]簡(jiǎn)召全.工業(yè)設(shè)計(jì)方法學(xué)[M].修訂版2版.北京:北京理工大學(xué)出版社,2000.
[2]趙江洪.人機(jī)工程學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2006.
摘要：工程設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)，創(chuàng)造性思維，創(chuàng)新
1工程領(lǐng)域中的概念設(shè)計(jì)
現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，尤其是微電子、信息、新材料及集成技術(shù)的進(jìn)展，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了革命性的變化，機(jī)電一體化、模塊化已成為工程產(chǎn)品的發(fā)展趨向；計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，深刻的影響著設(shè)計(jì)開發(fā)過程、制造過程、營(yíng)銷和售后服務(wù)過程，并改變著產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能；先進(jìn)工藝技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)為現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)提供了前所未有的工藝技術(shù)手段和社會(huì)化制造體系。這些變化都深刻地影響著工程設(shè)計(jì)的發(fā)展。
工程設(shè)計(jì)是人們運(yùn)用科技知識(shí)和方法，有目標(biāo)地創(chuàng)造工程產(chǎn)品構(gòu)思和計(jì)劃的過程，幾乎涉及到人類活動(dòng)的全部領(lǐng)域。工程設(shè)計(jì)的費(fèi)用往往只占最終產(chǎn)品成本的一小部分（8~15%），然而它對(duì)產(chǎn)品的先進(jìn)性和競(jìng)爭(zhēng)能力卻起著決定性的影響,并往往決定70~80%的制造成本和營(yíng)銷服務(wù)成本。所以說工程設(shè)計(jì)是現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)文明的最重要的支柱，是工業(yè)創(chuàng)新的核心環(huán)節(jié)，也是現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)力的龍頭。工程設(shè)計(jì)的水平和能力是一個(gè)國(guó)家和地區(qū)工業(yè)創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)能力的決定性因素之一。
工程設(shè)計(jì)的全過程就是不斷建立各種模型，并不斷進(jìn)行綜合和分析的過程，即反復(fù)地創(chuàng)造模型和評(píng)價(jià)模型的過程。工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容大致可分為兩類摘要：一類是數(shù)值計(jì)算型的工作，包括大量的計(jì)算、分析、繪圖、編寫說明書和填寫各種表格；另一類是符號(hào)推理性的工作，主要是方案設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)方法學(xué)中，前者稱之為細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，后者稱之為概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)主要包括功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩大部分。其功能主要體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期階段，把主設(shè)計(jì)師根據(jù)產(chǎn)品功能的需求而萌發(fā)出來的原始構(gòu)思和沖動(dòng)形成產(chǎn)品的主體框架，及它應(yīng)包括的各主要模塊和組件，以完成整體布局和外型初步設(shè)計(jì)。然后進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，確定整體設(shè)計(jì)方案。再由各責(zé)任設(shè)計(jì)師把總設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思想落實(shí)到具體設(shè)計(jì)中去，實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。可見概念設(shè)計(jì)是個(gè)創(chuàng)造性過程，它要求設(shè)計(jì)者能綜合運(yùn)用許多學(xué)科的專門知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并通過廣泛的調(diào)查探究而占有大量的信息資料，再經(jīng)過反復(fù)思索、推理和決策，才能創(chuàng)造出和眾不同的、滿足用戶要求的設(shè)計(jì)方案來。
在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中存在這樣一個(gè)誤區(qū)摘要：設(shè)計(jì)、構(gòu)思的原始沖動(dòng)是三維概念，最終設(shè)計(jì)實(shí)施之結(jié)果即產(chǎn)品也是三維形體。可是多年來以二維繪圖為基礎(chǔ)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造模式嚴(yán)重地束縛了工程技術(shù)人員的創(chuàng)造力和想象力，成為創(chuàng)新的桎枯。
三維建模技術(shù)的崛起以及虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)為概念設(shè)計(jì)和創(chuàng)新提供了一種極好的工作平臺(tái)，設(shè)計(jì)師們可以直接從三維概念和構(gòu)思入手，進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，形成產(chǎn)品的初步框架，然后進(jìn)一步通過工程分析、數(shù)字仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等高新技術(shù)手段來分析和評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案的可行性及未來產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性。這種設(shè)計(jì)方法尤其能充分發(fā)揮自頂向下的設(shè)計(jì)過程中,設(shè)計(jì)者的聰明和創(chuàng)新能力，不必拘泥于平面圖紙的限制和束縛，而把主要精力聚焦于創(chuàng)造性的勞動(dòng)——?jiǎng)?chuàng)新。
2概念設(shè)計(jì)和創(chuàng)造性思維和技術(shù)創(chuàng)新
2.1創(chuàng)造性思維及其特征
要設(shè)計(jì)就要有創(chuàng)新，而創(chuàng)新正是設(shè)計(jì)人員進(jìn)行創(chuàng)造性思維的結(jié)果。設(shè)計(jì)人員要打破習(xí)慣性思維，變換角度，開闊視野，才能使自己的創(chuàng)造力得到更充分的發(fā)揮。創(chuàng)造性思維是指有創(chuàng)建的思維，即通過思維，不僅能揭示事物的本質(zhì)，而且能在此基礎(chǔ)上提供新的、具有社會(huì)價(jià)值的產(chǎn)物。創(chuàng)造性思維有擴(kuò)散思維和集中思維、邏輯思維和形象思維、直覺思維和靈感思維等多種形式。在工程設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)中，要努力發(fā)掘創(chuàng)造性思維的能力，充分注重?cái)U(kuò)散思維和集中思維的辨證統(tǒng)一，準(zhǔn)確把握邏輯思維和形象思維的巧妙結(jié)合，善于捕捉直覺思維和靈感思維的“閃光和亮點(diǎn)”，這樣才有可能設(shè)計(jì)出新奇、獨(dú)特、有創(chuàng)意的產(chǎn)品。
創(chuàng)造性思維具有如下一些特征摘要：
（1）獨(dú)創(chuàng)性摘要：創(chuàng)造性思維所要解決的新問題是不能用常規(guī)、傳統(tǒng)的方式解決的新問題。它要求重新組織觀念，以便產(chǎn)生某種至少以前在思維者頭腦中不存在的、新奇的、獨(dú)特的思維。這就是它的獨(dú)創(chuàng)性。獨(dú)創(chuàng)性要求人們敢于對(duì)司空見慣或“完美無缺”的事物提出懷疑，敢于向傳統(tǒng)的陳規(guī)舊習(xí)挑戰(zhàn)，敢于否定自己思想上的“框框”,從新的角度分析新問題、熟悉新問題。
（2）連動(dòng)性摘要：創(chuàng)造性思維又是一種連動(dòng)思維，它引導(dǎo)人們由已知探索未知，開拓思路。連動(dòng)思維表現(xiàn)為縱向、橫向和逆向連動(dòng)。縱向連動(dòng)針對(duì)某現(xiàn)象或新問題進(jìn)行縱深思索，探詢其本質(zhì)而得到新的啟發(fā)。橫向連動(dòng)則通過某一現(xiàn)象聯(lián)想到特征和它相似或相關(guān)的事物，從而得到該現(xiàn)象的新應(yīng)用。逆向連動(dòng)則是針對(duì)現(xiàn)象、新問題或解法，分析其相反的方面，從順推到逆推，從另一角度探索新的途徑。
（3）多向性摘要：創(chuàng)造性思維要求向多個(gè)方向發(fā)展，尋求新的思路。可以從一點(diǎn)向多個(gè)方向擴(kuò)散；也可以從不同角度對(duì)同一個(gè)新問題進(jìn)行思索、解決。
（4）善于想象摘要：創(chuàng)造性思維要求思維者善于想象，善于結(jié)合以往的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)在頭腦里形成新的形象，善于把觀念的東西形象化。愛因斯坦有一句名言摘要：“想象力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出現(xiàn)有事實(shí)的圈子，才有可能創(chuàng)新。
（5）突變性摘要：直覺思維、靈感思維是在創(chuàng)造性思維中出現(xiàn)的一種突如其來的領(lǐng)悟或理解。它往往表現(xiàn)為思維邏輯的中斷，出現(xiàn)思想的飛躍，忽然閃現(xiàn)出一種新設(shè)想、新觀念，使對(duì)新問題的思索突破原有的框架，從而使新問題得以解決。
2.2概念設(shè)計(jì)呼喚技術(shù)創(chuàng)新
技術(shù)創(chuàng)新在概念設(shè)計(jì)中發(fā)揮著至關(guān)重要的功能。概念設(shè)計(jì)中技術(shù)創(chuàng)新的本質(zhì)就是要在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中發(fā)現(xiàn)某種新事物、提出某種新思想，在很多情況下是因?yàn)楝F(xiàn)有的產(chǎn)品不能滿足社會(huì)（用戶）的需求而激發(fā)出的新奇構(gòu)思和創(chuàng)見。技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)是知識(shí)的積累和靈感的迸發(fā)，是設(shè)計(jì)人員進(jìn)行創(chuàng)造性思維的結(jié)果。創(chuàng)新本身就意味著不拘一格，不局限也不依靠于某種特定的模式，以下諸多方面都是孕育技術(shù)創(chuàng)新的土壤摘要：
（1）多項(xiàng)現(xiàn)有技術(shù)的有機(jī)結(jié)合或綜合運(yùn)用往往會(huì)產(chǎn)生意想不到的效果；
（2）對(duì)已有知識(shí)的創(chuàng)造性總結(jié)和應(yīng)用經(jīng)常帶來重大的科技突破；
（3）突發(fā)奇想但經(jīng)過科學(xué)論證或?qū)嶒?yàn)證實(shí)所產(chǎn)生的新思路、新方法、新技術(shù)；
（4）新知識(shí)和現(xiàn)有知識(shí)的合理嫁接；
（5）產(chǎn)品功能上的兼收并蓄和去粗取精；
（6）學(xué)科間的交叉、交融和借鑒；
（7）新技術(shù)、新材料、新工藝的有機(jī)結(jié)合及應(yīng)用；
（8）科學(xué)探究中的新發(fā)現(xiàn)和新成果應(yīng)用于工程實(shí)踐……。
由此可以進(jìn)一總結(jié)出多種行之有效的創(chuàng)新技法摘要：
l智力激勵(lì)法摘要：又稱集智法、智暴法。即通過集會(huì)讓設(shè)計(jì)人員用口頭或書面交流的方法暢所欲言、互相啟發(fā)進(jìn)行集智或激智，引起創(chuàng)造性思維的連鎖反應(yīng)；
l提問追溯法摘要：根據(jù)探究對(duì)象系統(tǒng)地列出有關(guān)新問題，逐個(gè)核對(duì)討論，從中獲得解決新問題的辦法和創(chuàng)造性發(fā)明的設(shè)想，或是針對(duì)新開發(fā)產(chǎn)品的希望點(diǎn)（或缺點(diǎn)），逐點(diǎn)深入分析，尋找解決新問題的新途徑；
l聯(lián)想類推法摘要：通過相似、相近、對(duì)比幾種聯(lián)想的交叉使用以及在比較之中找出同中之異、異中之同，從而產(chǎn)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新的方案；
l反向探求法摘要：采用背離慣常的思索方法，通過逆向思維、轉(zhuǎn)換構(gòu)思，從功能反轉(zhuǎn)、結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)、因果反轉(zhuǎn)等方面尋求解決新問題的新途徑；
l系統(tǒng)搜索法摘要：從一個(gè)初始狀態(tài)開始，分析影響系統(tǒng)的各個(gè)參量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更換參數(shù)等方法獲取系統(tǒng)的多種解法并求得最優(yōu)解；
l組（綜）合創(chuàng)新法摘要：將現(xiàn)有的技術(shù)或產(chǎn)品通過功能原理、構(gòu)造方法的組合變化，或者通過已知的東西作媒介，將毫無關(guān)聯(lián)的不同知識(shí)要素結(jié)合起來，攝取各種產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)使之綜合在一起，形成具有創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)技術(shù)思想或新產(chǎn)品；
l知識(shí)鏈接法摘要：創(chuàng)新是一個(gè)動(dòng)態(tài)的和復(fù)雜的功能過程和知識(shí)流，它包括知識(shí)的產(chǎn)生、開發(fā)、轉(zhuǎn)移和應(yīng)用，這四個(gè)階段構(gòu)成一條“知識(shí)供給鏈”并按照下述原則進(jìn)行管理摘要：把技術(shù)創(chuàng)新過程作為一個(gè)集成化的系統(tǒng)，只有將所有涉及該過程的伙伴捆綁在一起，才能發(fā)揮最大功能，這些伙伴都應(yīng)明確什么知識(shí)內(nèi)容才能滿足用戶最大需求，知識(shí)轉(zhuǎn)移的特征和形式是什么，最終用戶是誰，他們何時(shí)需要使用這些知識(shí)？涉及創(chuàng)新的所有信息流和通信流對(duì)全體伙伴都是開放的，在每個(gè)知識(shí)供給者和知識(shí)使用者之間建立信息反饋，使信息交換更為有效，知識(shí)供給鏈中每一個(gè)伙伴能夠感受到整個(gè)系統(tǒng)和他們自己都從中獲得巨大利益，熟悉到自己是鏈中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。該方法適于更大范圍內(nèi)、更高層面上的技術(shù)創(chuàng)新。
3工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的概念設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐
基于上述分析，我們提出了若干種含有技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)范例摘要：
（1）采用先進(jìn)的控制、驅(qū)動(dòng)和定位系統(tǒng)，由局部小畫面組成整體大畫面的可變畫面巨型燈箱廣告機(jī)的設(shè)計(jì)；
（2）時(shí)速超過運(yùn)七飛機(jī)的高速鐵路機(jī)車車身外型設(shè)計(jì)，既要滿足空氣動(dòng)力學(xué)性能，又要有美觀的外型，三維CAD建模技術(shù)和NURBS曲線面理論的應(yīng)用；
（3）適應(yīng)于多彎道和小半徑城市軌道交通環(huán)境下的擺式列車車身及減振轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)；
（4）反求工程已廣泛應(yīng)用于一些具有復(fù)雜曲面的實(shí)物模型（如模具）的三維數(shù)據(jù)重構(gòu)，不妨借鑒用來對(duì)生物醫(yī)學(xué)圖象進(jìn)行數(shù)字圖象處理，為醫(yī)務(wù)人員的臨床診斷和治療提供更逼真的三維模型和實(shí)體模型；
（5）基于電動(dòng)機(jī)——發(fā)電機(jī)可逆原理的新型電動(dòng)自行車的設(shè)計(jì)，把（下坡時(shí)）車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能所轉(zhuǎn)化成的電能再回充給蓄電池，從而增加電動(dòng)自行車蓄電池一次充電使用的續(xù)行距離；
（6）加工中心自動(dòng)換刀功能的擴(kuò)展，用于東風(fēng)4（11）型內(nèi)燃機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)端面多軸孔加工的自動(dòng)換箱多軸箱設(shè)計(jì)；
（7）把列車檢修工人的豐富經(jīng)驗(yàn)升華為專家系統(tǒng)——基于加速度傳感器和單片機(jī)控制的智能式檢振錘的設(shè)計(jì)；
（8）虛擬軸機(jī)床（并聯(lián)機(jī)床）的概念設(shè)計(jì)。
這里以鐵路機(jī)車車身設(shè)計(jì)為例，對(duì)概念設(shè)計(jì)及創(chuàng)新的過程加以說明。
時(shí)速300公里以上的高速列車在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)已通過論證并計(jì)劃在下世紀(jì)初建設(shè)第一條（京滬）高速鐵路。
當(dāng)我們看到法國(guó)TGV（TraindelaGrandeVitesse）實(shí)驗(yàn)車速達(dá)到515.25公里／小時(shí)時(shí)，我們知道這已經(jīng)超過了我國(guó)“運(yùn)八”飛機(jī)的時(shí)速，設(shè)計(jì)師的頭腦中自然應(yīng)該產(chǎn)生這樣的概念摘要：時(shí)速300公里的鐵路機(jī)車車頭的外型也應(yīng)該像飛機(jī)那樣具有流線型和光順性，才會(huì)有較好的動(dòng)力學(xué)特性。“光順”一詞的幾何意義是所構(gòu)造的曲線、曲面應(yīng)具有C2連續(xù)，且無奇點(diǎn)。從通俗的概念來理解，即為“光滑順眼”之意。
由這些概念和構(gòu)思出發(fā)，我們可以由整體構(gòu)思和概念設(shè)計(jì)逐步進(jìn)入流線型機(jī)車車身的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。
鐵路工業(yè)和汽車工業(yè)對(duì)車身外型設(shè)計(jì)的先進(jìn)性和創(chuàng)新性的都有著一致和迫切的要求。歸納起來應(yīng)是以下幾個(gè)方面摘要：
l具有良好的空氣動(dòng)力學(xué)特性，以減少在高速運(yùn)行時(shí)的摩擦阻力。
l具有良好的結(jié)構(gòu)布局及足夠的強(qiáng)度和剛度。
l具有美學(xué)曲面的質(zhì)感和動(dòng)感，以美化生活和環(huán)境。
l盡可能短的設(shè)計(jì)和制造周期，以盡快地占領(lǐng)市場(chǎng)。
顯然滿足上述諸要求的車身外型曲面是相當(dāng)復(fù)雜的，非一般常規(guī)曲面（如柱面、球面、錐面、環(huán)面等）所能表達(dá)。再者，若按常規(guī)設(shè)計(jì)、制造方法和過程來完成如此高要求的設(shè)計(jì)外型，則上述第四項(xiàng)要求更是高不可攀。只有積極謀求技術(shù)進(jìn)步，大力推廣應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)才是解決車身外型改型頻繁、不斷創(chuàng)新且滿足上述各種要求的關(guān)鍵所在。
近十年來，CAD業(yè)界涌現(xiàn)出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列優(yōu)秀的CAD/CAM軟件，為我們提供了一個(gè)極好的開發(fā)工具和環(huán)境。它們的三維實(shí)體建模、參數(shù)建模及復(fù)合（Hybrid）建模技術(shù)，實(shí)體和曲面相結(jié)合的造型方法，以及自由形式特征建模（FreeFormFeatureModeling）技術(shù)為我們的設(shè)計(jì)工作提供了強(qiáng)有力的工具。
這里具體地介紹如何使用UG的FreeFormFeature等功能，來實(shí)現(xiàn)車身外型的概念設(shè)計(jì)到細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。
UG的FreeFormFeatureModeling模塊把實(shí)體建模和表面建模技術(shù)集成為一個(gè)功能十分強(qiáng)大的建模工具組，它支持復(fù)雜自由曲面的造型設(shè)計(jì)。它的復(fù)合建模技術(shù)，自由型面特征建模，可視化編輯，多組件裝配，二維視圖自動(dòng)生成，尤其是伴隨最新UGV14.0版本推出的全新概念設(shè)計(jì)WAVE（What-ifAlternativeValueEngineering）可使不同部門的工程師在設(shè)計(jì)的早期階段，站在系統(tǒng)工程的角度，同時(shí)針對(duì)多種可供選擇的方案進(jìn)行評(píng)估，通過將設(shè)計(jì)意圖組織到一個(gè)“控件結(jié)構(gòu)”中去，使工程師十分有效地控制設(shè)計(jì)變更，而且所發(fā)生的變更會(huì)自動(dòng)地傳遞到上級(jí)設(shè)計(jì)中去。
這里以創(chuàng)建流線型機(jī)車車身外型為例，具體步驟如下摘要：
（1）根據(jù)前節(jié)所述模線的來源，本例參考法國(guó)TGV和德國(guó)ACE機(jī)車外型模板，并加以個(gè)性化修改。所選定的23條模型基線見于圖1。
外形模型基線向等值半徑線云圖
以這一組模線為基礎(chǔ)，采用UG的FreeFormFeature/ThroughCurve來創(chuàng)建曲面；采用Info/Analysis/FaceCurvature功能來觀察和分析該曲面的光順性，圖2即為車身外型曲面及頂面法向半徑等值線云圖。
在構(gòu)造模線的原始數(shù)據(jù)中可能有“瑕點(diǎn)”，或者僅憑“感覺”進(jìn)行判定，創(chuàng)建的曲面不一定能完全滿足C2連續(xù)的條件和光順性的要求,可以通過光順處理予以滿足。圖3是對(duì)其中一條模線進(jìn)行光順處理的過程。值得重視的是摘要：獲得一組光順的模線是生成光順曲面的必要條件。
采用光順后的模線重新構(gòu)造車身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材質(zhì)，可進(jìn)行著色、光照、渲染，以得到更為逼真的三維造型圖。見圖4。
圖4機(jī)車車身三維造型圖5機(jī)車車身二維投影圖
（5）對(duì)機(jī)車車身裙部和頭部下端，可采用Feature/Curve/Mesh功能分片進(jìn)行創(chuàng)建。這里充分體現(xiàn)出UG軟件對(duì)角域曲面的三維造型能力。
關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；概念設(shè)計(jì)
在不斷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐中，人們積累了大量有益的經(jīng)驗(yàn)，并體現(xiàn)在設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)圖集等等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展，計(jì)算機(jī)及其結(jié)構(gòu)程序在結(jié)構(gòu)工程中得到大量地應(yīng)用，每個(gè)設(shè)計(jì)單位都在為徹底甩掉圖板而做努力。結(jié)果給部分結(jié)構(gòu)工程師造成一種錯(cuò)覺，覺得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，只需遵循規(guī)范、手冊(cè)、圖集，等待建筑師給出一個(gè)空間形成的方案（非結(jié)構(gòu)的），使用計(jì)算機(jī)，然后設(shè)法去完成它，自己只不過是一個(gè)東拼西湊的計(jì)算機(jī)畫圖匠而已。這不僅不能有效地運(yùn)用他們的知識(shí)、精力和時(shí)間，而且還會(huì)與建筑師的交流中產(chǎn)生分歧與矛盾。
我國(guó)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)估算，容許應(yīng)力法，破損階段計(jì)算，極限狀態(tài)計(jì)算，到目前普遍采用的概率極限狀態(tài)理論等階段。現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ68-84）則采用以概率理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以使建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)得以符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法更科學(xué)、更合理。但該法在運(yùn)算過程中還帶有一定程度的近似，只能視作近似概率法。并且光憑極限狀態(tài)設(shè)計(jì)也很難估計(jì)建筑物的真正承載力的。事實(shí)上，建筑物是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，各種構(gòu)件以相當(dāng)復(fù)雜的方式共同工作，且都并非是脫離總的結(jié)構(gòu)體系的單獨(dú)構(gòu)件。目前，人們?cè)诰唧w的空間結(jié)構(gòu)體系整體研究上還有一定的局限性，在設(shè)計(jì)過程中采用了許多假定與簡(jiǎn)化。作為結(jié)構(gòu)工程師不應(yīng)盲目的照搬照抄規(guī)范，應(yīng)該把它作為一種指南、參考，并在實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目中作出正確的選擇。這就要求結(jié)構(gòu)工程師對(duì)整體結(jié)構(gòu)體系與各基本分體系之間的力學(xué)關(guān)系有透徹的認(rèn)識(shí)，把概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到實(shí)際工作中去。
運(yùn)用概念性近似估算方法，可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段迅速、有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算，具有較好的的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí)，也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。
比如，有的設(shè)計(jì)人員用多、高層結(jié)構(gòu)三維空間分析程序來計(jì)算底層框架，還人為的布置一些抗震墻，即不能滿足樓層間的合理剛度比，也不能正確地反映底層框架在地震時(shí)受力狀態(tài)。問題在于結(jié)構(gòu)概念不明確，沒考慮這兩種結(jié)構(gòu)體系的差異。軟件的選擇和使用不當(dāng)，造成危害是不容忽視的。美國(guó)一些著名學(xué)者和專家曾警告工業(yè)界：“誤用計(jì)算機(jī)造成結(jié)構(gòu)破壞而引起災(zāi)難只是一個(gè)時(shí)間的問題。”然而避免這種情況，概念設(shè)計(jì)的思想不妨是個(gè)好方法。
運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想，也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路得到了拓寬，結(jié)構(gòu)工程師往往只注意到不超過最大配筋率，結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見。
以抗震設(shè)計(jì)為例，一般是根據(jù)初定的尺寸、砼等級(jí)算出結(jié)構(gòu)的剛度，再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用效應(yīng)越大，配筋越多，剛度越大，地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。其實(shí)，為什么不考慮降低作用效應(yīng)呢？目前在抗震設(shè)計(jì)中，隔震消能的研究就是一個(gè)很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)柔性隔震層；加設(shè)消能支撐（類似于阻尼器的裝置）；有的在建筑物頂部裝一個(gè)“反擺”，地震時(shí)它的位移方向與建筑物頂部的位移相反，從對(duì)建筑物的振動(dòng)加大阻尼作用，降低加速度，減少建筑物的位移，來降低地震作用效應(yīng)，合理設(shè)計(jì)可降低地震作用效應(yīng)達(dá)60%，并提高屋內(nèi)物品的安全性。這一研究在國(guó)內(nèi)外正廣泛地深入展開，在日本，研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中，取得良好的經(jīng)濟(jì)、適用效果。而我國(guó)由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和人們認(rèn)識(shí)的限制，在工程界還未被廣泛地應(yīng)用。
概念設(shè)計(jì)的思構(gòu)被越來越多的結(jié)構(gòu)工程師所運(yùn)用，并把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用發(fā)揮越來越大。近年來強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教育，比如，畢業(yè)設(shè)計(jì)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算、出圖。但由于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)過程的屏蔽，手算過程訓(xùn)練程度的削弱，造成學(xué)生產(chǎn)生一定依賴性，結(jié)果綜合運(yùn)用能力下降，整體結(jié)構(gòu)體系概念模糊。這些對(duì)于培養(yǎng)具有創(chuàng)造力、未來的工程師是相當(dāng)不利的。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。發(fā)展先進(jìn)計(jì)算理論，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，加快新型高強(qiáng)、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急，其中，打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的墨守成規(guī)，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力，是相當(dāng)必要的。因?yàn)樗麄兪墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動(dòng)者和執(zhí)行者，這則需要工程界和教育界進(jìn)行共同的努力，推廣概念設(shè)計(jì)思想是一種有效的辦法。
1、.教育科學(xué)研究設(shè)計(jì)的一般定義
為實(shí)現(xiàn)以較少的人力、物力和時(shí)間獲取客觀、明確、可靠的研究結(jié)論，依據(jù)確定的研究項(xiàng)目，對(duì)研究方式方法、研究操作程序和控制方案進(jìn)行周密、科學(xué)、完整地構(gòu)思、確定、規(guī)劃和表述。在這個(gè)定義中，前一部分是設(shè)計(jì)的目的，后一部分指研究設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容
2、教育科學(xué)研究設(shè)計(jì)的基本任務(wù)有兩項(xiàng)：
其一，選擇、確定收集和分析研究數(shù)據(jù)的方式方法，保證研究采用的方式方法是合理的、可靠的和經(jīng)濟(jì)的；其二，構(gòu)思、制定實(shí)現(xiàn)研究目的的操作程序和控制方案，保證研究是有效的、客觀的和明確的。研究設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是保證回答研究的問題和達(dá)到研究目的。
研究方式方法是合理的，指針對(duì)一定的假設(shè)或研究?jī)?nèi)容，采用的方式方法能夠滿足檢驗(yàn)、論證和解釋研究?jī)?nèi)容所需要的功能和潛在條件。
研究方式方法是可靠的，指研究所采用的方式方法式是可以信賴的，可以重復(fù)的，即使換了他人來做同樣的工作也能得到基本相同的結(jié)果。
研究方式方法是經(jīng)濟(jì)的，指對(duì)經(jīng)費(fèi)、人力、物力、時(shí)間的整體考慮和精打細(xì)算，既要力所能及，又要以較少的投入爭(zhēng)取最大的效益。
保證研究是有效的，首先指研究所使用的變量之間存在著真實(shí)的確定的關(guān)系，這種關(guān)系可能是因果關(guān)系，也可能是相關(guān)關(guān)系。例如，教學(xué)方法和學(xué)習(xí)成績(jī)、社會(huì)責(zé)任感和學(xué)習(xí)能力；其二是這種關(guān)系的想象和構(gòu)思是科學(xué)的，源于理論的支持、實(shí)踐的啟發(fā)以及靈感的萌動(dòng)，對(duì)關(guān)系中的變量進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮骰x，能夠有效控制和檢驗(yàn)。其三是對(duì)于這種關(guān)系的統(tǒng)計(jì)意義，采用的數(shù)學(xué)推論工具是否適宜和數(shù)據(jù)的質(zhì)量是否達(dá)到需要的標(biāo)準(zhǔn)，以及樣本容量是否合適；其四是研究結(jié)果的適用范圍，教育科學(xué)研究必須保證有一定的適用范圍，如果僅是對(duì)某一個(gè)人適用，對(duì)于教育科學(xué)研究來說其意義不大。
保證研究是客觀的，指研究的程序和控制必須要保證研究變量之間的影響能以真實(shí)關(guān)系發(fā)生變化，不能是虛構(gòu)的、或隨心所欲的，收集的數(shù)據(jù)是反映真實(shí)關(guān)系的、準(zhǔn)確的。例如，以教學(xué)方法與學(xué)習(xí)成績(jī)作為兩個(gè)研究變量，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)除了受教學(xué)方法的影響外，還可能會(huì)因?yàn)檎?qǐng)了專門家教進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)、受到某種社會(huì)或物質(zhì)鼓勵(lì)產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等多方面的影響，所以，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的操作程序和控制方案保證反映的是教學(xué)方法與學(xué)習(xí)成績(jī)的真實(shí)關(guān)系。
保證研究是明確的，指設(shè)計(jì)要使得研究所反映的關(guān)系能以比較突出和鮮明的形式表現(xiàn)出來，或者說，使得產(chǎn)生最大的反映關(guān)系量，同時(shí)，研究結(jié)果不能含糊不清或似是而非，而是以明白無誤的、有說服力的、可靠的數(shù)據(jù)或材料表述出來
3、研究設(shè)計(jì)功能
任何一項(xiàng)研究，人們總是想使有關(guān)的資源得到合理的分配和有效利用，并追求最大效益。研究設(shè)計(jì)如同一份工作藍(lán)圖，能夠提供研究者符合邏輯的推理流程，突出研究工作的重點(diǎn)，指引研究者明確、順利、經(jīng)濟(jì)地完成研究任務(wù)。 研究設(shè)計(jì)不僅是一項(xiàng)規(guī)劃，也是一種策略。事先嚴(yán)密的研究設(shè)計(jì)，有助于使研究具有一定的效度和信度。效度是指研究結(jié)果在回答課題提出的問題方面的正確程度，及研究結(jié)果反映事物間存在的因果關(guān)系或特征的真實(shí)程度。信度是指研究所得結(jié)果的可靠、精確與穩(wěn)定程度。效度與信度的高低是研究自身價(jià)值高低的反映。沒有效度、信度的研究是沒有實(shí)際價(jià)值的研究，沒有價(jià)值的研究是無意義的。任何具有高水平的研究工作依賴研究的客觀性、系統(tǒng)性和科學(xué)性，涉及理論構(gòu)思與科學(xué)方法、周密規(guī)劃與嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)施等諸多問題，不能是隨意性的，需要進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。 同時(shí)，研究設(shè)計(jì)本身是否科學(xué)、合理和完善，直接關(guān)系到研究的進(jìn)程、代價(jià)，研究結(jié)論的可靠性、科學(xué)性等，所以，在進(jìn)行教育科學(xué)研究之前，嚴(yán)密、審慎地做好研究設(shè)計(jì)工作是十分必要的。一個(gè)好的教育科學(xué)研究設(shè)計(jì)，對(duì)研究工作具有一定的保證作用，如同事物有了好的開頭和發(fā)現(xiàn)了一條順利達(dá)到目的的科學(xué)“捷徑”，能夠收到事半功倍的效果。
1機(jī)電系統(tǒng)以及概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵
1.1機(jī)電系統(tǒng)的內(nèi)涵機(jī)電系統(tǒng),也是機(jī)電一體化系統(tǒng),它一般是指幾厘米以下,甚至更加小尺寸的小型裝置,主要由傳感順、執(zhí)行器,以及微能源等組成,實(shí)際上是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的智能系統(tǒng),在電子和機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)的具體內(nèi)涵,其實(shí)有很多不同版本的理解,有的認(rèn)為,機(jī)電系統(tǒng)是一種將機(jī)械設(shè)備、電子裝置和各種軟件等有機(jī)結(jié)合而組成的應(yīng)用系統(tǒng);有的認(rèn)為,機(jī)電系統(tǒng)是一種主要由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)并控制的,以此來實(shí)現(xiàn)機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等多動(dòng)力學(xué)任務(wù),同時(shí),將機(jī)械和機(jī)電的各個(gè)部件相聯(lián)系的系統(tǒng);有的認(rèn)為,機(jī)電系統(tǒng)是一種將多種不同技術(shù),比如,機(jī)械電工、電子光學(xué)等組合而成的系統(tǒng)。而在我國(guó)普遍將機(jī)電系統(tǒng)定義為是機(jī)電一體化技術(shù)(包括精密機(jī)械技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù),以及系統(tǒng)總體技術(shù))與機(jī)電一體化產(chǎn)品的合稱。
1.2概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵眾所周知,產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作,就其具體的過程而言,雖然國(guó)際上有諸多論述,眾說紛紜,但是無論是哪一種說法,得出的總結(jié)就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)涉及到兩個(gè)重要的設(shè)計(jì)階段,也就是概念設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)。而概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵主要包括這樣幾個(gè)方面:首先,功能創(chuàng)新;其次,功能分析和功能結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì);再者,工作原理解的搜索和確定;最后,功能載體方案構(gòu)思和決策。因此,概念設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中占據(jù)著重要地位,發(fā)揮著不可替代的作用,如果概念設(shè)計(jì)做好了,產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體水平才能達(dá)到一定的高度。此外,機(jī)電系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)運(yùn)用到多個(gè)學(xué)科范疇的知識(shí),其體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的高度藝術(shù)性、創(chuàng)新性,以及綜合性。
2機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)
2.1創(chuàng)新性我國(guó)一直致力于建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家,培養(yǎng)創(chuàng)新型高新技術(shù)人才,對(duì)于“創(chuàng)新”一詞的高度重視是當(dāng)今社會(huì)的必然要求,而對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)技術(shù)而言,創(chuàng)新性更是機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)技術(shù)的精髓和靈魂,如果要適應(yīng)時(shí)展的要求,滿足用戶對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的日益增長(zhǎng)的要求,就要很好地體現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)技術(shù)的創(chuàng)新性特點(diǎn),只有不斷地對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì),才能夠打造出能夠讓機(jī)電產(chǎn)品的用戶感到滿意并且適用的新產(chǎn)品。因?yàn)闄C(jī)電系統(tǒng)本身就是一個(gè)相對(duì)比較繁雜的綜合性系統(tǒng),所以,機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)技術(shù)上所體現(xiàn)出來的創(chuàng)新可以是不同層面的,比如,機(jī)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的完善和更換等等。無論是哪個(gè)方面的創(chuàng)新,都直接對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的整體的創(chuàng)新有很大的影響。因此,機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)技術(shù)的創(chuàng)新性特點(diǎn)是不可忽視的。
2.2多樣性除了創(chuàng)新性的特點(diǎn)以外,機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的另一個(gè)比較重要的特點(diǎn)就是它所體現(xiàn)出來的多樣性。無論是機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的手段的多種多樣,還是機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案的豐富多樣,都在一定程度上反映了機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)在市場(chǎng)需求、工作原理,以及產(chǎn)品形態(tài)等多個(gè)方面的多樣化。不但布局不同會(huì)體現(xiàn)多樣化,而且設(shè)計(jì)思路不同也會(huì)加強(qiáng)多樣化的顯現(xiàn)。
3結(jié)語
總而言之,從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來看,機(jī)電系統(tǒng)的快速發(fā)展和更新?lián)Q代都離不開概念設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用。就目前的情形而言,機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)技術(shù)的使用早就已經(jīng)在世界范疇內(nèi)得到了大家的普遍認(rèn)可和推崇,作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié),概念設(shè)計(jì)是整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中最不可或缺的一個(gè)階段。在某種程度來說,概念設(shè)計(jì)階段在產(chǎn)品的生命周期里發(fā)揮著決定性的作用,產(chǎn)品特征多半通過概念設(shè)計(jì)階段的內(nèi)容來決定,同時(shí),概念設(shè)計(jì)也是市場(chǎng)及企業(yè)間的角逐競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵因素。上述內(nèi)容通過對(duì)機(jī)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用的研究背景的分析,在深入理解相關(guān)概念的基礎(chǔ)上,對(duì)其應(yīng)用特點(diǎn)等進(jìn)行探析對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展具有一定的參考價(jià)值，
作者：張?jiān)讫?單位：阜新礦業(yè)集團(tuán)物資有限公司
關(guān)鍵詞：建筑抗震，概念設(shè)計(jì)
一、 地震相關(guān)概念簡(jiǎn)介
1） 地震：地震又稱地動(dòng)、地振動(dòng)，是地殼快速釋放能量過程中造成振動(dòng)，期間會(huì)產(chǎn)生地震波的一種自然現(xiàn)象。全球每年發(fā)生地震約五百五十萬次。地震常常造成嚴(yán)重人員傷亡，能引起火災(zāi)、水災(zāi)、有毒氣體泄漏、細(xì)菌及放射性物質(zhì)擴(kuò)散，還可能造成海嘯、滑坡、崩塌、地裂縫等次生災(zāi)害。地震分為三大類：火山地震，誘發(fā)地震和構(gòu)造地震，目前世界上90%的地震是構(gòu)造地震。
2） 震級(jí)：是指地震的大小，是以地震儀測(cè)定的每次地震活動(dòng)釋放的能量多少來確定的。中國(guó)目前使用的震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際上通用的里氏分級(jí)表，共分9個(gè)等級(jí)，在實(shí)際測(cè)量中，震級(jí)則是根據(jù)地震儀對(duì)地震波所作的記錄計(jì)算出來的。地震愈大，震級(jí)的數(shù)字也愈大，震級(jí)每差一級(jí)，通過地震被釋放的能量約差32倍。由于其與震源的物理特性沒有直接的聯(lián)系，因此現(xiàn)在多用矩震級(jí)來表示。
3） 烈度：地震烈度是表示地面及房屋等建筑物遭受地震影響破壞的程度。同一地震發(fā)生后，不同地區(qū)受地震影響的破壞程度不同，地震烈度也不同。判斷烈度的大小，是根據(jù)人的感覺、家具及物品振動(dòng)情況、房屋及建筑物受破壞的程度，以及地面出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象等。
4） 地震基本烈度：地震基本烈度是指未來50年內(nèi)在一般場(chǎng)地條件下可能遭遇的超越概率為10%的地震烈度值。。
二、 建筑設(shè)防目的和要求
1） 設(shè)防目的：在一定經(jīng)濟(jì)條件下， 最大限度地限制和減輕建筑物的地震破壞。
2） 設(shè)防要求：“小震不倒，中震可修，大震不倒”---三水準(zhǔn)設(shè)防要求。
3） 三水準(zhǔn)設(shè)防具體要求：
a） 第一水準(zhǔn)：當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震（重現(xiàn)期約50年）影響時(shí)，一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用。結(jié)構(gòu)仍處于彈性狀態(tài)，可以用彈性反應(yīng)譜進(jìn)行地震作用計(jì)算，按承載力要求進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，并控制結(jié)構(gòu)彈性變形符合要求。
b） 第二水準(zhǔn)：當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震（重現(xiàn)期約475年）影響時(shí)，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生塑性變形，依靠塑性耗能能力，使結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定得以保存下來，此時(shí)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)按變形要求設(shè)計(jì)。
c） 第三水準(zhǔn)：當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的預(yù)估的罕遇地震（重現(xiàn)期約1600～2400年）影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性大變形狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)考慮防倒塌設(shè)計(jì)。
三、 建筑抗震的概念設(shè)計(jì)
1） 抗震概念設(shè)計(jì)是指一些在計(jì)算中或在規(guī)范中難以作出具體規(guī)定的問題，必須由工程師運(yùn)用“概念”進(jìn)行分析，作出判斷，以便采取相應(yīng)的措施。例如結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理的概念，力學(xué)概念以及由震害試驗(yàn)現(xiàn)象等總結(jié)提供的各種宏觀和具體的經(jīng)驗(yàn)等，這些概念及經(jīng)驗(yàn)要貫穿在方案確定及結(jié)構(gòu)布置過程中，也體現(xiàn)在計(jì)算簡(jiǎn)圖或計(jì)算結(jié)果的處理中。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，是以現(xiàn)有科學(xué)水平和經(jīng)濟(jì)條件為前提的。
2） 概念設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：
a） .選擇對(duì)建筑抗震有利的場(chǎng)地，宜避開對(duì)建筑抗震不利的地段，不應(yīng)在危險(xiǎn)地段建造 甲、乙、丙類建筑。對(duì)于不利地段，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)提出避開要求，當(dāng)無法避開時(shí)，應(yīng)采取有 效措施，這就考慮了地震因場(chǎng)地條件間接引起結(jié)構(gòu)破壞的原因，諸如地基土的不均勻沉陷、 地震引起的地表錯(cuò)動(dòng)與地裂。
b） .建筑的平立面布置應(yīng)符合概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的方案。不規(guī)則的 建筑，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行水平地震作用計(jì)算和內(nèi)力調(diào)整，并應(yīng)對(duì)薄弱部位采取有效的抗震 構(gòu)造措施。借鑒國(guó)際的通行做法，參考外國(guó)規(guī)范，使我們的設(shè)計(jì)更加完善合理。
c） .結(jié)構(gòu)材料選擇與結(jié)構(gòu)體系的確定應(yīng)符合抗震結(jié)構(gòu)的要求。采用哪一種結(jié)構(gòu)材料，什么樣的結(jié)構(gòu)體系，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件比較綜合確定。同時(shí)力求結(jié)構(gòu)的延性好、強(qiáng)度與重力比值 大、勻質(zhì)性好、正交各向同性，盡量降低房屋重心，充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度，并提出了結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性（周期和振型 ）相近的抗震概念。4.盡可能設(shè)置多道抗震防線。地震有一定的持續(xù)時(shí)間，而且可能多次往復(fù)作用，根據(jù) 地震后倒塌的建筑物的分析，我們知道地震的往復(fù)作用使結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，而最后倒塌則是結(jié)構(gòu)因破壞而喪失了承受重力荷載的能力。適當(dāng)處理構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，使其形成多道防線，是增加結(jié)構(gòu)抗震能力的重要措施。例如單一的框架結(jié)構(gòu)，框架就成為唯一的抗側(cè)力構(gòu)件，那么采用“強(qiáng)柱弱梁”型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可 以做到利用梁的變形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防線的位置。
d） 具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性。提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度，往往 是以提高工程造價(jià)及降低結(jié)構(gòu)延性指標(biāo)為代價(jià)的。要使建筑物在遭受強(qiáng)烈地震時(shí)，具有很強(qiáng) 的抗倒塌能力，最理想的是使結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件及構(gòu)件中的所有桿件都具有較高的延性，然 而實(shí)際工程中很難做到。有選擇地提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及關(guān)鍵桿作的延性是比較經(jīng)濟(jì)有 效的辦法。例如上剛下柔的框支墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)重點(diǎn)提高轉(zhuǎn)換層以下的各層的構(gòu)件延性。對(duì)于框架和框架筒體，應(yīng)優(yōu)先提高柱的延性。在工程設(shè)計(jì)中另一種提高結(jié)構(gòu)延性的辦法是結(jié)構(gòu)承載 力無明顯降低的前提下，控制構(gòu)件的破壞形態(tài)，減小受壓構(gòu)件的軸壓比（同時(shí)還應(yīng)注意適當(dāng)降低剪壓比），提高柱的延性。
e） 確保結(jié)構(gòu)的整體性。各構(gòu)件之間的連接必須可靠，符合下列要求 ：1 ）構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的承 載力不應(yīng)低于其連接構(gòu)件的承載力，當(dāng)構(gòu)件屈服、剛度退化時(shí)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)保持承載力和剛度不變。2 ）予埋件的錨固承載力不應(yīng)低于連接件的承載力。3 ）裝配式的連接應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體 性，各抗側(cè)力構(gòu)件必須有可靠的措施以確保空間協(xié)同工作。4）結(jié)構(gòu)應(yīng)具有連續(xù)性，注重施 工質(zhì)量，避免施工不當(dāng)使結(jié)構(gòu)的連續(xù)性遭到削弱甚至破壞。
四、 結(jié)語
建筑抗震概念設(shè)計(jì)是根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程，是一種基于震害經(jīng)驗(yàn)建立的抗震基本設(shè)計(jì)原則和思想。設(shè)計(jì)人員應(yīng)在工程中應(yīng)靈活運(yùn)用概念設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)可靠的建筑。
參考文獻(xiàn)
[1] 鄧文旭.建筑抗震概念設(shè)計(jì)初探.山西建筑，2007，33（24）..
由此可見，概念設(shè)計(jì)是一種非常理性、目的性很強(qiáng)的設(shè)計(jì)。它的主要作用就是讓游戲吸引玩家，并能得到投資者的投資。對(duì)于致力于游戲概念設(shè)計(jì)的人來說，個(gè)人美術(shù)風(fēng)格不是首要的，反而要花大量時(shí)間研究大眾的娛樂心理，了解大眾的游戲趣味，很難想象一個(gè)從不玩游戲的人會(huì)成為游戲概念設(shè)計(jì)師。
通過前面的文字描述，大家對(duì)概念設(shè)計(jì)的基本含義已經(jīng)有所了解。下面，我們進(jìn)一步研究游戲行業(yè)中的概念設(shè)計(jì)，具體有哪些類別。
1、角色概念設(shè)計(jì)
角色概念設(shè)計(jì)包括對(duì)象的額相貌、體型體格、服裝配飾等方面的設(shè)計(jì)，這些方面的設(shè)計(jì)，可以體現(xiàn)角色的性別、種族、性格，身份、職業(yè)、社會(huì)背景等。
在RPG（角色扮演游戲）、FTG（格斗類游戲）、ACT（動(dòng)作過關(guān)類游戲）、AVG（冒險(xiǎn)類游戲）等游戲中，角色在游戲中是主角，他們的概念設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)好壞，對(duì)一款游戲的成敗至關(guān)重要。好的角色概念設(shè)計(jì)，可以讓游戲的角色獲得永久的生命力。譬如生化危機(jī)系列中的“Leon”，街霸系列的“Ryu”等，他們不僅在游戲界赫赫有名，現(xiàn)實(shí)生活中以它們?yōu)樵偷挠耙曌髌芬矊映霾桓F，Cosplay盛行，儼然也是赫赫有名的大明星。
要成為優(yōu)秀的角色概念設(shè)計(jì)師，相應(yīng)地需要具備解剖、透視學(xué)、服裝、心理學(xué)、地理學(xué)、歷史學(xué)等方面的知識(shí)。在平時(shí)生活中注意觀察，特別留意人物性格與肢體語言、服裝等因素的關(guān)系，并大量畫速寫。注意廣泛閱讀關(guān)于人類心理學(xué)、歷史學(xué)、服飾學(xué)等方面的書籍，增強(qiáng)自己的觀察深度和認(rèn)知水準(zhǔn)。
2、工具概念設(shè)計(jì)
工具一詞的內(nèi)涵很廣，概念設(shè)計(jì)中的工具設(shè)計(jì)主要指的是角色所創(chuàng)造出供其使用的衍生物設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)就是很典型的工具概念設(shè)計(jì)。
對(duì)于一部游戲作品來說，工具概念設(shè)計(jì)可以鮮明地表現(xiàn)該游戲設(shè)定的世界觀和時(shí)間背景，科技人文水平。好的工具概念設(shè)計(jì)，可以給游戲玩家?guī)砜岷退母杏X，在視覺上和心理上形成強(qiáng)烈的沖擊力。譬如經(jīng)典的FPS（第一人稱視角射擊游戲）游戲――戰(zhàn)爭(zhēng)機(jī)器中典型的武器鏈鋸槍的設(shè)計(jì)，一方面展示了戰(zhàn)士的強(qiáng)悍，另一方面也表現(xiàn)出戰(zhàn)爭(zhēng)的殘酷。
要成為優(yōu)秀的工具概念設(shè)計(jì)師，相應(yīng)地需要具備透視學(xué)、工業(yè)造型、人體工程學(xué)、力學(xué)、物理學(xué)等方面的知識(shí)。 在學(xué)習(xí)過程中，注意經(jīng)常寫生各種工藝品、工具器械、各類機(jī)器的整體和局部構(gòu)造（臨摹照片也行），熟悉各種紋理圖案和制作工藝。積累的素材越多，工具概念設(shè)計(jì)的可信度就越高，也越能打動(dòng)觀眾。
3、場(chǎng)景概念設(shè)計(jì)
場(chǎng)景一詞的內(nèi)涵很廣，概念設(shè)計(jì)中的場(chǎng)景設(shè)計(jì)主要指的是角色所處的環(huán)境設(shè)計(jì)。這里的環(huán)境，既包括自然景觀，包括山川河流，大地星球等地理環(huán)境；也包括人文景觀，包括現(xiàn)代建筑，城市風(fēng)光，室內(nèi)環(huán)境等等。
在AVG（冒險(xiǎn)類游戲）、RPG（角色扮演游戲）、FPS（第一人稱視角射擊游戲）等游戲中，場(chǎng)景的概念設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)角色和游戲的進(jìn)程產(chǎn)生很大的影響。當(dāng)游戲玩家以游戲角色的視角穿行于游戲設(shè)定的世界中，一路上五光十色的風(fēng)景會(huì)極大程度上影響和左右玩家的情緒。最終幻想13中，華麗的場(chǎng)景設(shè)計(jì)與美輪美奐的主角，讓游戲玩家留念忘返，如癡如醉地沉浸在這個(gè)“繭”這個(gè)虛擬游戲世界的龐大敘事構(gòu)架中。
要成為優(yōu)秀的場(chǎng)景概念設(shè)計(jì)師，相應(yīng)地需要具備透視學(xué)、人體工程學(xué)、地理學(xué)、環(huán)境學(xué)等方面的知識(shí)。 在學(xué)習(xí)過程中，注意經(jīng)常觀察和寫生各種風(fēng)景、室內(nèi)外景觀。讀萬卷書，行萬里路，多見識(shí)各地風(fēng)土人情，積累的素材越多，越有可能設(shè)計(jì)出獨(dú)有魅力的場(chǎng)景概念設(shè)計(jì)，讓觀眾欲罷不能。
4、游戲體驗(yàn)的概念設(shè)計(jì)
游戲體驗(yàn)是指玩家在玩游戲過程中，游戲的畫面，音樂，劇情變化等方面給游戲玩家?guī)淼纳砗托睦砀惺堋ｋS著3D視像技術(shù)、人工智能技術(shù)、人機(jī)互動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，游戲體驗(yàn)也越來越逼真和豐富，未來發(fā)展的方向是直接作用影響于人的五感（視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺）。電影《Matrix》中描述的現(xiàn)實(shí)與虛擬世界互相混淆的場(chǎng)景，甚至在不久的將來，人們?cè)谟螒蛑芯涂梢哉鎸?shí)地體驗(yàn)到這一幕。
游戲體驗(yàn)概念設(shè)計(jì)，主要是研究針對(duì)于游戲玩家視覺、聽覺、觸覺（以后會(huì)包括觸覺和味覺）元素的運(yùn)用，把握游戲玩家的游戲感受和游戲體驗(yàn)受。游戲的玩法、操縱性、互動(dòng)元素等非造型因素的改變也會(huì)影響游戲視覺造型方面。作為一名游戲概念設(shè)計(jì)師，應(yīng)該緊密追隨游戲發(fā)展潮流，及時(shí)體驗(yàn)各種類型的游戲，將新的靈感不斷帶入到自己的概念設(shè)計(jì)中去。
景觀;建筑設(shè)計(jì)
景觀建筑設(shè)計(jì)作為一個(gè)單獨(dú)的概念,出現(xiàn)在西方等發(fā)達(dá)國(guó)家,有幾百年的歷史,最早的如英國(guó)在1863年就有了景觀建筑設(shè)計(jì)的理念,而在我國(guó),建筑建筑設(shè)計(jì)的興盛,只有在改革開放后的短短的一段歷史,而在現(xiàn)在將其提上議事日程并引起重視的,是源自遍地開花的廣場(chǎng)、市政道路、城市公園的建設(shè)以及開發(fā)商為了獲取更大的經(jīng)濟(jì)利益、迎合消費(fèi)者的口味、提高其樓盤品味而推崇的景觀建筑設(shè)計(jì)。
可是現(xiàn)在,人們對(duì)于景觀和景觀建筑設(shè)計(jì)有許多誤解,以為就是修一些寬闊的、有綠化的道路,或者在城市廣場(chǎng)上立個(gè)雕塑、設(shè)個(gè)噴泉、搞一片綠化等等。產(chǎn)生這些的原因就是這些人沒有真正理解景觀建筑設(shè)計(jì)的概念,忽視了它同時(shí)也是一門科學(xué)。首先,如果我們要認(rèn)識(shí)它,就需要科學(xué)的分析土地、認(rèn)識(shí)土地,然后在此基礎(chǔ)上對(duì)土地進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、保護(hù)和恢復(fù),如此,才能設(shè)計(jì)出真正意義上的景觀建筑。然而,我們現(xiàn)在來單獨(dú)定義"景觀"和“景觀建筑設(shè)計(jì)”是很困難的,因?yàn)樗c規(guī)劃,園林,生態(tài),地理等多種學(xué)科交叉,融合,在不同的學(xué)科中具有不同的意義,而我們常常接觸到的"景觀建筑設(shè)計(jì)"(又叫做景觀建筑學(xué)),是指在建筑設(shè)計(jì)或規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中,對(duì)周圍環(huán)境要素的整體考慮和設(shè)計(jì),這里的環(huán)境要素,包括自然要素和人工要素,設(shè)計(jì)的最終目的是使建筑(群)與自然環(huán)境產(chǎn)生呼應(yīng)關(guān)系,使其使用更方便,更舒適,并應(yīng)該提高其整體的藝術(shù)價(jià)值。這個(gè)概念更多的是從規(guī)劃及建筑設(shè)計(jì)角度出發(fā),關(guān)注人的使用,即與作為自然和社會(huì)混合物的人與周邊環(huán)境的關(guān)系。
具體的景觀建筑設(shè)計(jì),它是關(guān)于土地的分析、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理、保護(hù)和恢復(fù)的科學(xué)和藝術(shù)。因此,這里景觀建筑設(shè)計(jì)既是科學(xué)又是藝術(shù),是它們兩者的有效統(tǒng)一體。因此,作為一名景觀設(shè)計(jì)師,他的工作是以景觀設(shè)計(jì)為主體,他所要解決的是一切有關(guān)戶外空間設(shè)計(jì)中的問題,比如戶外空間中建筑與建筑、建筑與植物、建筑與人、人與植物等關(guān)系問題,它的最終目的是幫助我們同周圍的建筑物、社區(qū)、城市以及他們生活生命的地球和諧共處,并且在其過程中要考慮歷史和文化的繼承性。而這明顯的不同于建筑師設(shè)計(jì)時(shí)僅僅考慮建筑單體的設(shè)計(jì)。
我們?cè)诶斫饩坝^建筑設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該區(qū)分好它和園林規(guī)劃及設(shè)計(jì)概念的區(qū)別,如果我們將景觀設(shè)計(jì)同“園林規(guī)劃及設(shè)計(jì)”、或者“造園”混為一談,這種理解會(huì)過于狹隘,景觀不僅僅是大廣場(chǎng)上的花園或開發(fā)出來的風(fēng)景旅游區(qū)(當(dāng)然也包括產(chǎn)生的園林及園林建筑等),景觀是不同尺度的大的綜合體,包括的建筑、道路系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等,其實(shí)質(zhì)是土地的概念。確實(shí),"景觀建筑設(shè)計(jì)"最早是從設(shè)計(jì)漂亮的園林和花園衍生而來的,但這個(gè)專業(yè)發(fā)展至今,早已跳出傳統(tǒng)"園林設(shè)計(jì)"的小圈子,而逐步延伸到設(shè)計(jì)大眾的公園、綠地系統(tǒng)、城市,現(xiàn)在甚至已發(fā)展到區(qū)域景觀設(shè)計(jì)、沿高速公路沿江地帶的景觀設(shè)計(jì)、國(guó)土及地球景觀設(shè)計(jì)。因此景觀建筑設(shè)計(jì)
本質(zhì)上應(yīng)是在不同尺度的土地上,建立作為自然和社會(huì)混合物的人與周邊環(huán)境的關(guān)系,比較園林設(shè)計(jì),景觀建筑設(shè)計(jì)的外延和內(nèi)涵都要大的多,這也是這二者的主要區(qū)別。
前面提到了景觀建筑設(shè)計(jì)的一些主要內(nèi)容,但是為了我們更好的理解它,還是要進(jìn)行一些較為詳細(xì)的介紹。景觀建筑設(shè)計(jì)包括那些內(nèi)容,這根據(jù)我們研究它的出發(fā)點(diǎn)不同而有很大不同。大面積的河域治理,城鎮(zhèn)總體規(guī)劃大多是從地理,生態(tài)角度出發(fā);中等規(guī)模的主題公園設(shè)計(jì),街道景觀設(shè)計(jì)常常從規(guī)劃和園林的角度出發(fā);面積相對(duì)較小的城市廣場(chǎng),小區(qū)綠地,甚至住宅庭院等又是從詳細(xì)規(guī)劃與建筑角度出發(fā);但無疑這些項(xiàng)目都涉及景觀因素,而在規(guī)劃及設(shè)計(jì)過程中對(duì)景觀因素的考慮的景觀建筑設(shè)計(jì),通常分為硬景觀和軟景觀。據(jù)我理解硬景觀是指人工設(shè)施,通常包括鋪裝,雕塑,涼棚,座椅,燈光,果皮箱等等;軟景觀是指人工植被,河流等仿自然景觀,如噴泉,水池,抗壓草皮,修剪過的樹木等等。國(guó)外將景觀建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行了非常詳盡的分類,這也為將來這門學(xué)科的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。
最后,我們來討論一下評(píng)價(jià)景觀建筑設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。一般認(rèn)為,景觀評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)是多種多樣的。從規(guī)劃設(shè)計(jì)角度來看,評(píng)價(jià)景觀設(shè)計(jì)的好壞,不單單在于環(huán)境好看與否,更重要的的是其是否解決了功能,氛圍等問題,是否形成了適宜的場(chǎng)所感,使用上是否方便舒適,與周圍環(huán)境是否和諧,融洽等等。而從總的大局來看,要看設(shè)計(jì)解決作為自然和社會(huì)混合物的人與周邊環(huán)境的關(guān)系的效果。
[1]吳良鏞.世紀(jì)之交的凝思:建筑學(xué)的未來[M]北京:清華大學(xué)出版社,1999
關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)；概念設(shè)計(jì)；沉降
中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1、概念設(shè)計(jì)的一般性原則
1.1 基礎(chǔ)概念設(shè)計(jì)遵循原則
基礎(chǔ)的工程造價(jià)大概占了總工程造價(jià)的20%～30%,因此對(duì)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作必須要給予重視。在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),必須要遵循一定的概念設(shè)計(jì)原則,如基礎(chǔ)參數(shù)的設(shè)計(jì)要依據(jù)勘測(cè)所得的地質(zhì)資料來確定,基礎(chǔ)樣式的選擇要根據(jù)上部主體的結(jié)構(gòu)形式、荷載以及對(duì)周圍環(huán)境的影響來確定。從經(jīng)濟(jì)的角度來考慮的話,基礎(chǔ)應(yīng)放置在承載力較強(qiáng)的持力土層上,以發(fā)揮地基的潛力。若在地質(zhì)未知的場(chǎng)地上進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),則應(yīng)參照當(dāng)?shù)鼗蝾愃频刭|(zhì)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)來確定方案。
1.2 主體概念設(shè)計(jì)遵循原則
建筑主體結(jié)構(gòu)在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí),首先要滿足建筑的使用功能,其次要滿足結(jié)構(gòu)的安全性及經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性,作為一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員,首先要明確結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn),并在此基礎(chǔ)之上,對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化,使之受力明確、傳力簡(jiǎn)單,在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中要始終遵照“強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)剪弱彎,強(qiáng)壓弱拉”等理念,并使主體結(jié)構(gòu)符合建筑方案平面及豎向規(guī)則,最后再綜合考慮材料、環(huán)境及施工等條件,確定出主體結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案,在得到計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果之后,要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行分析,慎重校核,找出結(jié)構(gòu)薄弱部分,適當(dāng)采用合理的技術(shù)措施對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正,以保證結(jié)構(gòu)更安全、合理。
1.3結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)原則
結(jié)構(gòu)延性一般用延性系數(shù)表示,它表示的是結(jié)構(gòu)極限變形與屈服變形的比值,該比值越大,結(jié)構(gòu)的延性越好,如果組成整體結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件均具有較好的延性,那么整體結(jié)構(gòu)的延性也較好。
1.3.1在設(shè)計(jì)中為提高鋼筋混凝土梁的延性,采用的措施:①應(yīng)選取合適的鋼筋混凝土梁截面尺寸,以獲得適宜的鋼筋配筋率,避免梁受拉鋼筋過多或出現(xiàn)超筋,造成梁受壓區(qū)混凝土先被壓碎或剪切破壞。②梁的上部(跨中)和下部(支座處)配置適量的受壓鋼筋對(duì)梁的延性有益。③提高混凝土梁的強(qiáng)度等級(jí),采用中低級(jí)強(qiáng)度鋼筋對(duì)延性有利。④T形截面梁比矩形截面梁的延性好。⑤加密箍筋可以改善梁的延性。
1.3.2在設(shè)計(jì)中為提高鋼筋混凝土柱的延性,采用的措施:①控制鋼筋混凝土柱的軸壓比,當(dāng)其軸壓比小于0·4時(shí),即可認(rèn)為是延性柱了。②設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免短柱,當(dāng)柱凈高與截面長(zhǎng)邊尺寸之比大于4時(shí),即可認(rèn)為是長(zhǎng)柱。③柱的延性與受荷偏心大小有關(guān),大偏心受壓柱的延性優(yōu)于小偏心受壓柱和中心受壓柱。④加密柱的箍筋,采用復(fù)合箍筋對(duì)改善柱的延性有好處。⑤提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)和采用雙向縱向配筋,對(duì)改善柱的延性有好處。
1.3.3在設(shè)計(jì)中為提高鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)延性,采用的措施:①控制剪力墻的高寬比,使其大于2。②設(shè)計(jì)中盡量采用有邊緣構(gòu)件的剪力墻,且邊緣構(gòu)件的受力筋要有很好的錨固,在無邊緣構(gòu)件的剪力墻中應(yīng)設(shè)置暗梁,暗柱。③盡量采用聯(lián)肢墻,它可以大大提高剪力墻的延性。④當(dāng)剪力墻很寬時(shí),可人為地在剪力墻中有規(guī)劃地開些洞,然后再填砌,可大大改善剪力墻的抗震性能。
2.地基沉降變形碟形分布機(jī)理
據(jù)相關(guān)材料證實(shí),地基沉降變形多呈現(xiàn)碟形, 中間大, 邊緣小。即使樁基支承在風(fēng)化的巖基上, 地基沉降變形也呈現(xiàn)這一規(guī)律, 只是不那么顯著而已。地基沉降變形呈現(xiàn)碟形分布緣于地基巖土的性質(zhì)、分布, 地基中的應(yīng)力傳遞機(jī)制和分布等, 當(dāng)然也于荷載分布、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)。下面的討論是基于地基巖土和上部荷載分布均勻的前提下進(jìn)行的。
2.1 基礎(chǔ)剛度效應(yīng)
高層建筑基礎(chǔ)首先要有一個(gè)比較大的剛度。基礎(chǔ)剛度的大小由基礎(chǔ)型式和基礎(chǔ)底板的厚度來體現(xiàn), 比如采用整體剛度大的箱形基礎(chǔ), 筏板基礎(chǔ)厚度按建筑層數(shù)每層約 70mm 確定, 其目的就是均化地基沉降, 減輕建筑物因地基不均勻沉降引起的危害。基礎(chǔ)剛度越大, 地基不均勻沉降就越小, 但基礎(chǔ)造價(jià)越高。基礎(chǔ)剛度多大合適, 應(yīng)依據(jù)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方案比較確定。基礎(chǔ)底板厚度除應(yīng)考慮地基變形要求外, 還應(yīng)考慮抗沖切和抗彎要求。基礎(chǔ)底板設(shè)計(jì)計(jì)算即要進(jìn)行局部分析, 又要進(jìn)行整體分析。局部分析時(shí), 其最不利荷載狀態(tài)和作用荷載取值有待于進(jìn)一步研究。
2.2 上部結(jié)構(gòu)的剛度效應(yīng)
隨著上部結(jié)構(gòu)施工的進(jìn)展, 結(jié)構(gòu)層數(shù)越來越多, 上部結(jié)構(gòu)的整體剛度逐漸形成, 并越來越大, 樁間土反力增長(zhǎng)率, 樁頂反力增長(zhǎng)率, 角部、邊緣和中部樁頂反力比以及地基邊緣和中部沉降比也隨之變化。地基碟形沉降使基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的次應(yīng)力, 甚至導(dǎo)致基礎(chǔ)底板斷裂。如昆明某大廈, 樁筏基礎(chǔ), 梁板式筏形承臺(tái), 工程建至 12層時(shí), 基礎(chǔ)底板出現(xiàn)局部開裂、滲漏; 結(jié)構(gòu)封頂時(shí), 底板大面積開裂, 最終不得不對(duì)承臺(tái)實(shí)施加固, 于梁側(cè)加焊鋼板、填充混凝土形成平板厚筏承臺(tái)。
3.差異沉降控制的方式
3.1 加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的剛度
增加上部結(jié)構(gòu)的剛度可以使基礎(chǔ)最終沉降差減小。上部結(jié)構(gòu)的剛度越大, 這種作用就越明顯。但是由于上部結(jié)構(gòu)的有限性, 隨著層數(shù)的增加, 上部結(jié)構(gòu)的剛度矩陣各分量幾乎不再增加, 趨于常數(shù), 因此對(duì)于基礎(chǔ)底板不是絕對(duì)剛性的基礎(chǔ)而言, 由于群樁效應(yīng), 必然使得中心樁的沉降大于邊樁和角樁的沉降值, 也就是說存在差異沉降。再加上受使用功能的約束, 該方法是難以實(shí)現(xiàn)的。
3.2 加大基礎(chǔ)底板厚度和配筋量以增大樁基承臺(tái)的整體強(qiáng)度和剛度
增加基礎(chǔ)板厚度, 其“跨越作用”加強(qiáng), 使荷載向筏板邊緣轉(zhuǎn)移, 迫使基礎(chǔ)沉降趨于均勻。但是厚度增加后, 雖然可以減小差異沉降和上部結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力, 但基礎(chǔ)變得很敏感, 微小的不均勻沉降將導(dǎo)致巨大的內(nèi)力, 而且會(huì)使基礎(chǔ)的造價(jià)大幅度提高。因此, 增加樁基承臺(tái)板的厚度并不是一種很好地減小基礎(chǔ)差異沉降的方法。
3.3 調(diào)整地基的剛度, 使其剛度分布規(guī)律與基底壓力分布規(guī)律相吻合
調(diào)整復(fù)合地基剛度的方法主要是通過改變?nèi)靿|層的剛度、樁間土的模量、樁的設(shè)計(jì)參數(shù)、布樁方式等手段, 使復(fù)合地基的剛度分布與基底壓力的分布相吻合, 從而減小不均勻沉降。良好的地基處理方案應(yīng)該是通過調(diào)整地基在建筑物平面內(nèi)的剛度分布, 在保證結(jié)構(gòu)安全性和使用性的前提下, 充分發(fā)揮材料性能, 達(dá)到經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化。復(fù)合地基剛度在平面上的分布原則是地基剛度大的區(qū)域與基礎(chǔ)沉降大的區(qū)域相對(duì)應(yīng), 即在沉降大的地方布置長(zhǎng)而粗的樁, 在沉降小的地方布置短而細(xì)的樁。以上述原則為指導(dǎo), 人為調(diào)整地基剛度可以通過合理地增減復(fù)合地基的樁長(zhǎng)、樁徑和樁距來實(shí)現(xiàn), 共有 8 種基本組合情況, 即: 變樁長(zhǎng); 變樁長(zhǎng)變樁距; 變樁徑; 變樁距; 變樁徑變樁距;中心布樁; 變樁長(zhǎng)變樁徑; 變樁徑變樁距變樁長(zhǎng)。考慮到目前施工水平所限, 通過改變樁長(zhǎng)、樁距來調(diào)整地基剛度分布的方法, 應(yīng)是最佳的選擇。
4.小結(jié)
文獻(xiàn)[1]提出了變剛度調(diào)平概念設(shè)計(jì), 其基本思路是通過調(diào)整地基或基樁的剛度分布, 使反力同荷載分布相協(xié)調(diào), 沉降變形趨向均勻, 由此使基礎(chǔ)所受沖切力, 剪力和整體彎矩減至最小; 具體作法是根據(jù)結(jié)構(gòu)布局、荷載及地層條件, 實(shí)施局部增強(qiáng)變剛度調(diào)平、樁基變剛度調(diào)平、主裙連體變剛度調(diào)平, 并進(jìn)行地基—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)共同作用計(jì)算分析, 譬如: 對(duì)于框筒、框剪結(jié)構(gòu), 強(qiáng)化核心筒區(qū)的樁土剛度(調(diào)整樁長(zhǎng)、樁徑或樁距, 如圖 1 所示), 相對(duì)弱化剛度; 對(duì)于主裙連體建筑, 強(qiáng)化主體, 弱化裙房(采用天然地基、復(fù)合地基和疏短樁基); 對(duì)于箱、筏基礎(chǔ), 局部強(qiáng)化核心筒區(qū)(采用樁基或剛性樁復(fù)合地基)。而文獻(xiàn)[2]則根據(jù)樁頂反力分布的規(guī)律, 提出布樁的密度應(yīng)從筏板中部向邊緣部位和角部漸次加大。
圖 1樁體布置形式
同一個(gè)問題, 兩種完全迥異的觀點(diǎn)。筆者認(rèn)為應(yīng)從實(shí)際出發(fā), 具體問題具體分析, 在滿足地基承載力、穩(wěn)定性和變形的基本要求下, 盡量方便施工, 降低成本。更優(yōu)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案應(yīng)該是即滿足地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基本要求, 又經(jīng)濟(jì)合理、便于施工。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要避免過分強(qiáng)調(diào)某一方面, 而忽視另一個(gè)方面, 要全面考慮。
參考文獻(xiàn)：
1結(jié)構(gòu)約束
適航要求中的結(jié)構(gòu)約束主要包括民機(jī)某部分系統(tǒng)或子系統(tǒng)必須具有的物理結(jié)構(gòu)組成及對(duì)象的某些形狀、尺寸要求。此處將物理對(duì)象的材料類型和相應(yīng)的強(qiáng)度要求也納入了結(jié)構(gòu)約束的范疇。此類要求常見于CCAR-25部C分部(結(jié)構(gòu))，D分部(設(shè)計(jì)與構(gòu)造)等。對(duì)于結(jié)構(gòu)約束的表達(dá)采用以下形式：<OS,(ES,PS)>。(3)式中：OS代表物理結(jié)構(gòu)特征的主體，ES和PS代表兩種結(jié)構(gòu)約束類型，ES為結(jié)構(gòu)組成約束，如要求必須存在某種物理結(jié)構(gòu)；PS為某物理結(jié)構(gòu)的空間尺寸、形狀限制。例如CCAR25.777(e)中規(guī)定了襟翼和其他輔助升力裝置的操縱器件在駕駛艙的位置要求：“操縱臺(tái)上部，油門桿之后，對(duì)準(zhǔn)或右偏于操作臺(tái)中心線并在起落架操縱器件之后至少254mm”。該條款要求屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，條款中出現(xiàn)了數(shù)值型約束，表達(dá)方式為{操縱器件:起落架{*}@≥"254mm"}，相應(yīng)的概念圖索引如圖5所示。按照上述方式建立了包含CCAR25部B分部“飛行”、C分部“結(jié)構(gòu)”、D分部“設(shè)計(jì)與構(gòu)造”和E分部“動(dòng)力裝置”共290條適航條款的概念圖本體庫，基本覆蓋了民機(jī)設(shè)計(jì)中性能操穩(wěn)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和動(dòng)力燃油部分的適航要求（除A分部“總則”，F(xiàn)分部“機(jī)載設(shè)備相關(guān)”和G分部“使用限制和資料”外）。采用以上方式從適航條款中提取設(shè)計(jì)約束信息的完備程度，并依此建立的適航條款的概念圖索引很大程度上決定了后續(xù)能否根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)檢索到所有適用的條款要求，即條款檢索的完備性，對(duì)于民機(jī)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。因此，為盡量保證能夠從條款要求中完備地提取關(guān)鍵“概念(包括設(shè)計(jì)特征、指標(biāo)或參數(shù))”，需經(jīng)過以下過程：①通過適航條款的字面分析，包括研究條款條文、條款相關(guān)的修正案和咨詢公告等文件進(jìn)行初步提取；②參考已有同類機(jī)型（同級(jí)別）的型號(hào)取證數(shù)據(jù)，通過對(duì)比和構(gòu)型差異分析進(jìn)一步補(bǔ)充和完善；③在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步由各專業(yè)有豐富型號(hào)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師進(jìn)行評(píng)議、完善和確認(rèn)。即便如此，這種完備性仍是相對(duì)的，因?yàn)橐环矫妫S著航空技術(shù)的進(jìn)步和航空事故的教訓(xùn)，適航要求也會(huì)不斷修訂、發(fā)展和完善；另一方面，隨著民機(jī)制造商型號(hào)經(jīng)驗(yàn)的積累和技術(shù)能力水平的提升，對(duì)于適航條款的理解會(huì)逐步加深，這種信息提取的完備性也會(huì)不斷提高。
2適航要求的識(shí)別和檢索機(jī)制
適航要求識(shí)別與獲取的目的在于根據(jù)當(dāng)前設(shè)計(jì)任務(wù)檢索適用的適航條款要求，本質(zhì)上屬于一種依據(jù)索引的文本檢索[13]。與傳統(tǒng)的關(guān)鍵詞檢索相比，用于建立設(shè)計(jì)任務(wù)和適用條款要求之間映射的索引不是若干離散的關(guān)鍵詞，而是一種由概念圖表達(dá)的結(jié)構(gòu)化索引，構(gòu)成索引的“概念”之間具有內(nèi)部關(guān)聯(lián)性；另外，由于適航條款的概括性，建立條款索引的概念集中包含的很多概念術(shù)語超出了條款文本范圍。例如，CCAR25.581閃電防護(hù)條款的條文中并未明確提及飛機(jī)的燃油系統(tǒng)，但燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)必然需要考慮該條款要求。因此，“燃油系統(tǒng)”要包含在該條款索引的概念集中，而這種情況主要依靠設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來保證。針對(duì)適航條款的特點(diǎn)，本文提出一種基于匹配度的適航條款要求檢索方法，即某適航條款對(duì)于當(dāng)前設(shè)計(jì)任務(wù)的適用性可通過設(shè)計(jì)任務(wù)中包含的民機(jī)設(shè)計(jì)特征與條款約束的設(shè)計(jì)對(duì)象之間的匹配度來衡量。2.1匹配度對(duì)象（設(shè)計(jì)特征）之間的匹配過程包括兩個(gè)步驟：首先判斷當(dāng)前設(shè)計(jì)對(duì)象與條款約束的對(duì)象名稱是否一致；若對(duì)象名一致，則進(jìn)一步判斷對(duì)象屬性值之間的一致程度；否則，兩者完全不匹配。此處，設(shè)ai為當(dāng)前設(shè)計(jì)對(duì)象a的第i個(gè)屬性值，bi為條款約束的對(duì)象b與之相對(duì)應(yīng)的屬性值，則M(aibi)表示兩者屬性值之間的匹配度函數(shù)。若ai和bi為枚舉型取值，則匹配度計(jì)算公式如式（4）：2.2檢索算法根據(jù)上述介紹，基于匹配度的適航條款檢索算法如圖6所示，詳細(xì)的檢索步驟描述如下：步驟1輸入飛機(jī)的某設(shè)計(jì)特征（系統(tǒng)、子系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)組成）作為當(dāng)前設(shè)計(jì)特征Pc（當(dāng)前設(shè)計(jì)對(duì)象）。步驟2讀取Pc相關(guān)的特征約束C(Pc)，這里的C(Pc)主要來自于對(duì)于產(chǎn)品整體的屬性約束或繼承自父級(jí)特征的屬性約束。步驟3讀取Pc的關(guān)聯(lián)特征，生成關(guān)聯(lián)特征集；此處的關(guān)聯(lián)特征包括Pc的下一級(jí)結(jié)構(gòu)特征，以及與Pc在功能或結(jié)構(gòu)上存在關(guān)聯(lián)關(guān)系的其他設(shè)計(jì)特征；此處構(gòu)建關(guān)聯(lián)特征集的目的在于擴(kuò)大適用條款的檢索范圍。步驟4從適航條款數(shù)據(jù)庫中讀取第一條未被檢索過的條款作為當(dāng)前條款，如果成功，則進(jìn)一步讀取該條款約束的目標(biāo)對(duì)象Pc’及其特征約束；否則退出程序。步驟5比較Pc和Pc’，如果Pc=Pc’，則進(jìn)一步比較其屬性特征C(Pc)和C(Pc’)，并按式（6）計(jì)算其匹配度Mi。步驟6如果Pc≠Pc’，則該條款的目標(biāo)對(duì)象與當(dāng)前設(shè)計(jì)特征不匹配，但可能與Pc的某項(xiàng)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)特征相匹配。因此，進(jìn)一步讀取Pc’的關(guān)聯(lián)對(duì)象集Pr’，判斷Pr與Pr’是否相交，即按照式（7）計(jì)算Mj。步驟7若Mi>0，則當(dāng)前設(shè)計(jì)特征與條款約束的目標(biāo)對(duì)象一致，該條款為當(dāng)前設(shè)計(jì)特征的主要適用條款，從而將該條款錄入適用條款集；否則轉(zhuǎn)步驟8。步驟8若Mj>0，則當(dāng)前條款為當(dāng)前設(shè)計(jì)特征的相關(guān)條款，屬于次級(jí)適用條款，也將該條款錄入適用條款集；否則，當(dāng)前條款為完全不適用條款，轉(zhuǎn)步驟9。步驟9將當(dāng)前條款的狀態(tài)標(biāo)記為已檢索過的條款，轉(zhuǎn)步驟4。步驟10適航條款數(shù)據(jù)庫中的所有條款都被檢索過，退出程序。
3實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用
根據(jù)本文提出的方法進(jìn)行相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)。采用技術(shù)，利用VisualStudio2008軟件開發(fā)平臺(tái)和SQLServer2008數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)出一套民機(jī)適航要求的識(shí)別與確認(rèn)系統(tǒng)，用于輔助某民機(jī)制造商的適航工程師（型號(hào)各分系統(tǒng)適航審定計(jì)劃的負(fù)責(zé)人）根據(jù)某些設(shè)計(jì)任務(wù)中的民機(jī)設(shè)計(jì)特征檢索適航條款數(shù)據(jù)庫，形成型號(hào)各專業(yè)適航審定基礎(chǔ)中適用條款集合的初步方案。以民機(jī)起落架系統(tǒng)中的部分設(shè)計(jì)特征“主起落架及艙門”為例檢索其適用的適航條款要求。首先，定義當(dāng)前的設(shè)計(jì)任務(wù)，包括明確目標(biāo)設(shè)計(jì)特征，定義目標(biāo)設(shè)計(jì)特征所在型號(hào)的飛機(jī)級(jí)特征參數(shù)要求，并將主起落架系統(tǒng)的父級(jí)系統(tǒng)和子級(jí)系統(tǒng)作為關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)特征，形成當(dāng)前設(shè)計(jì)任務(wù)的概念術(shù)語集用于檢索，如圖7所示。依次根據(jù)目標(biāo)設(shè)計(jì)特征“主起落架及艙門”及其關(guān)聯(lián)特征（如父級(jí)設(shè)計(jì)特征起落架系統(tǒng)，子級(jí)設(shè)計(jì)特征收放系統(tǒng)、機(jī)輪系統(tǒng)等）檢索適航規(guī)章數(shù)據(jù)庫。此處以CCAR25.721條為例（如圖8），首先進(jìn)行當(dāng)前設(shè)計(jì)特征與條款約束的目標(biāo)對(duì)象名稱的比對(duì)；若一致，則進(jìn)一步進(jìn)行（飛機(jī)級(jí)）特征參數(shù)的匹配。
4結(jié)束語
本文以民機(jī)概念設(shè)計(jì)階段適航要求的識(shí)別和檢索為例，研究復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于相關(guān)行業(yè)要求和規(guī)范中蘊(yùn)含的產(chǎn)品設(shè)計(jì)約束的識(shí)別和捕獲方法。主要內(nèi)容包括：①適航要求的類型分析，從產(chǎn)品功能、行為和結(jié)構(gòu)的角度上區(qū)分了適航要求中的設(shè)計(jì)約束類型；②基于概念圖本體的條款約束表達(dá)，建立適航條款要求的結(jié)構(gòu)化索引；③基于匹配度的適航要求識(shí)別和檢索算法，形成了一套根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)自動(dòng)獲取適用適航條款要求的檢索機(jī)制；④根據(jù)方法進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，開發(fā)相應(yīng)的原型工具；⑤以主起落架系統(tǒng)的適用條款要求檢索為例驗(yàn)證了方法的有效性。在實(shí)際的民機(jī)型號(hào)研制工作中，適用條款集是型號(hào)適航審定基礎(chǔ)的重要組成部分。通過本方法形成的只是一個(gè)初步的方案，其最終擬定還需要經(jīng)過和各專業(yè)部的主管設(shè)計(jì)師、局方（適航審定）專家等經(jīng)過反復(fù)論證，并結(jié)合民機(jī)制造商當(dāng)前技術(shù)能力水平共同確定的過程（如制定某些條款的等效安全、豁免等）。因此，后續(xù)研究將在條款檢索的基礎(chǔ)上，圍繞如何通過CCAR-25部適航條款要求之間的關(guān)聯(lián)性分析擴(kuò)大適用條款集的檢索范圍，并通過國(guó)內(nèi)外同類機(jī)型數(shù)據(jù)對(duì)比以提高適用條款集的可參考性等方面做進(jìn)一步的工作。
作者：劉澤林 錢仲焱 陳泳 單位：中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司 上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院
1平面結(jié)構(gòu)布置
在均布荷載作用下構(gòu)件的彎矩與跨度成二次方的關(guān)系，因此樓板壓型鋼板布置凸肋時(shí)應(yīng)盡量沿板的短跨布置以提高樓板的平面外剛度，減小撓度。同理，次梁布置時(shí)宜按房屋的短向布置以取得較大的剛度［1］。該工程在主梁布置時(shí)采用X向與Y向均與柱剛接的方式，這樣既增加了主梁的豎向承載能力，又增加了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和冗余度，結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備得到增強(qiáng)，而且在罕遇地震時(shí)可以靠梁柱節(jié)點(diǎn)的塑形變形來消耗地震能量［2］。屋面結(jié)構(gòu)布置時(shí)，考慮到邊榀框架剛度較大，而中間榀作為大跨度框架剛度十分弱，中間與兩側(cè)變形差異較大對(duì)于結(jié)構(gòu)十分不利［3］；而屋面板為夾芯板，其平面內(nèi)與平面外剛度均較弱，不能有效地協(xié)調(diào)豎向構(gòu)件的變形，故設(shè)計(jì)時(shí)采用了設(shè)置水平支撐的方式，具體見屋面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示。由于水平縱向支撐平面內(nèi)剛度較大能夠有效協(xié)調(diào)豎向構(gòu)件的側(cè)移，且B、C軸柱頂傳來的風(fēng)荷載可以由橫向支撐傳到A、D軸邊榀框架，傳力簡(jiǎn)單明確，并且由于設(shè)置了橫向支撐及撐桿，減小了2至5軸屋面梁的平面外計(jì)算長(zhǎng)度，增強(qiáng)了梁的穩(wěn)定性，能夠使梁的截面較小從而取得較大的經(jīng)濟(jì)利益。其中，在軟件中建立計(jì)算模型時(shí)屋面支撐可按PKPM（STS）中的斜桿輸入。屋面支撐設(shè)計(jì)時(shí)橫桿可按壓桿設(shè)計(jì)，斜桿可按拉桿設(shè)計(jì)，橫向及縱向支撐從概念上可以看成桁架，布置簡(jiǎn)單，受力明確。
2立面結(jié)構(gòu)布置
立面布置時(shí)空間大、四周柱高度較高，一側(cè)沒有框架梁與之相連，詳情見中榀框架立面示意圖，如圖3所示。故其計(jì)算長(zhǎng)度較大，長(zhǎng)細(xì)比難以滿足規(guī)范要求的限值，長(zhǎng)細(xì)比λ＝l／i（l為柱計(jì)算長(zhǎng)度、i為柱截面回轉(zhuǎn)半徑）。因此，要減小長(zhǎng)細(xì)比需從減小柱計(jì)算長(zhǎng)度l及增大相應(yīng)方向的回轉(zhuǎn)半徑入手。由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017—2003附錄D［4］可知，柱上下兩端與之相連的框架梁剛度與柱剛度之比越大，柱計(jì)算長(zhǎng)度越小。該工程設(shè)計(jì)時(shí)就將柱下端的框架梁適當(dāng)?shù)丶哟罅耍⑶覍⒐ぷ中谓孛嬷娜踺S放在了沒有框架梁的一側(cè)，使i值明顯加大，通過以上兩種措施長(zhǎng)細(xì)比得到了有效的控制。需要指出的是：工作經(jīng)驗(yàn)較少的設(shè)計(jì)人員往往看到柱的長(zhǎng)細(xì)比不滿足設(shè)計(jì)要求就加大柱截面，調(diào)整完后再一計(jì)算發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)細(xì)比不僅沒變小而且還有可能變大。從上邊的分析可知，框架梁截面不變，柱截面加大，梁柱線剛度比的數(shù)值減小即梁對(duì)柱的約束減弱，從而柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)就越大；而柱截面增大并不能有效增大回轉(zhuǎn)半徑i，故單純?cè)龃笾慕孛嫱鸩坏浇档烷L(zhǎng)細(xì)比的效果，反而得不償失。而該工程橫向?yàn)?跨，縱向?yàn)?跨，因此宜將工字形框架柱的弱軸宜沿橫向（Y向）布置以增強(qiáng)橫向剛度。經(jīng)軟件PKPM（SATWE）計(jì)算后，得出前三階周期，如表1所示。由于結(jié)構(gòu)材料為鋼材，強(qiáng)度較高，故按強(qiáng)度控制需要的構(gòu)件截面較小，而截面小直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度較弱不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)位移的要求。若加大梁柱截面需要耗費(fèi)較多的材料，且結(jié)構(gòu)剛度提高得并不明顯，效果也不好。無支撐框架的變形主要為梁柱的彎曲變形，而支撐的變形主要是軸向變形。眾所周知，相同的荷載、相同的截面軸向變形遠(yuǎn)小于彎曲變形，根據(jù)這個(gè)常識(shí)，該工程在框架的周圈布置上支撐以增加結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，如圖4所示。根據(jù)多道防線的概念設(shè)計(jì)，需要指出的是框架－支撐體系中，支撐框架是第一道防線［4］，在強(qiáng)烈地震中支撐先屈服，內(nèi)力重分布使框架部分承擔(dān)的地震剪力必須增大，二者之和應(yīng)大于彈性計(jì)算的總剪力。故設(shè)計(jì)規(guī)范要求，框架部分按剛度分配計(jì)算得到的地震剪力應(yīng)乘以調(diào)整系數(shù)，應(yīng)不小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的25％；最終在結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的25％與框架部分計(jì)算最大層剪力的1．8倍這兩個(gè)數(shù)值之間，選取較小值。柱間支撐的布置有多種形式，常見的中心支撐有“X”形、“人”字形及“K”形等等。1）其中“X”形支撐可按拉桿進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，即在水平力的作用（地震作用或風(fēng)荷載作用）下，支撐交叉斜桿受力為一拉一壓，考慮支撐斜桿在壓力的作用下退出工作，只剩受拉力的桿件起作用，按桿件受壓計(jì)算截面承載力時(shí)，計(jì)算公式為N＝×f×A（f為材料強(qiáng)度，A為截面面積，N為承載力），應(yīng)該考慮構(gòu)件的受壓穩(wěn)定系（＜1）數(shù)以防止構(gòu)件的穩(wěn)定性不足而發(fā)生失穩(wěn)破壞，而按拉桿設(shè)計(jì)時(shí)可不必考慮受壓穩(wěn)定系數(shù)的影響。因此，按拉桿設(shè)計(jì)時(shí)所需截面小于按壓桿設(shè)計(jì)所需界面，故能夠取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，需要指出的是根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011—2010第8．4．1條第1款規(guī)定一、二、三級(jí)中心支撐不得采用拉桿設(shè)計(jì)，四級(jí)采用拉桿設(shè)計(jì)時(shí)，其長(zhǎng)細(xì)比不應(yīng)大于180。而由于該工程抗震等級(jí)為三級(jí)，故計(jì)算時(shí)不能采用拉桿設(shè)計(jì)。2）“人”字形支撐在相同的由梁柱構(gòu)成的框架區(qū)格內(nèi)，其斜桿構(gòu)件長(zhǎng)度一般小于“X”形支撐的斜桿構(gòu)件，故其經(jīng)濟(jì)性較好。但是根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011—2010第8．2．6條第2款規(guī)定：人字支撐和V形支撐的框架梁在支撐連接處應(yīng)保持連續(xù)，并按不計(jì)入支撐支點(diǎn)作用的梁驗(yàn)算重力荷載和支撐屈曲時(shí)不平衡力作用下的承載力；不平衡力應(yīng)按受拉支撐的最小屈服承載力和受壓支撐最大屈曲承載力的0．3倍計(jì)算［5］。必要時(shí)，人字支撐和V形支撐可沿豎向交替設(shè)置或采用拉鏈柱。按此規(guī)定計(jì)算后鋼材的用量可能并不能比“X”形支撐的框架鋼材整體用量少，故可根據(jù)具體的工程具體分析采用哪一種支撐形式。3）“K”形支撐由于其斜桿交匯點(diǎn)在柱中位置處，在罕遇地震作用下，在支撐交匯點(diǎn)處比較容易出現(xiàn)塑性鉸。而該塑性鉸出現(xiàn)在柱中，容易造成結(jié)構(gòu)的整體垮塌，有悖于“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)概念，因此從抗震角度來講不宜采用“K”形支撐。支撐的截面形式可采用單槽鋼、單角鋼、雙角鋼、雙槽鋼、H形鋼、鋼管等等。以上幾種截面除鋼管外均有弱軸，在相同的計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)，在壓力作用下構(gòu)件一般較弱軸失穩(wěn)，而強(qiáng)軸方向又得不到充分的利用，而圓鋼管沿任意直徑方向均對(duì)稱，截面能夠得到有效的利用，因此該工程支撐截面選用的是圓鋼管。除了上述的中心支撐，還有偏心支撐。偏心支撐顧名思義即支撐桿件的軸線與梁柱的軸線不是相交于一點(diǎn)，而是偏離了一段距離。這樣設(shè)計(jì)的好處是可以將框架梁的一段設(shè)計(jì)成耗能梁段從而吸收耗散地震能量。該工程未采用這種支撐，故不做詳細(xì)的討論。經(jīng)計(jì)算與分析表明：相鄰的兩跨柱間布置的兩道支撐剛度要大于相隔的兩跨柱間布置的兩道支撐剛度，即兩道緊貼的支撐剛度要大于分離的兩道支撐剛度。原因是兩道分離的支撐剛度之和僅為各自剛度的相加，而兩道緊貼的支撐由于其合并在一起，其力臂加高了一倍，故其剛度肯定要比各自剛度相加的數(shù)值要大，故設(shè)計(jì)時(shí)宜將支撐緊貼在一起布置以取得較大的抗側(cè)剛度。但是該工程由于工藝布置的要求，墻面上有許多洞口，所以不能按上述的原則布置支撐，而只能將支撐分離開布置。因此，在布置支撐時(shí)不應(yīng)只從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度來進(jìn)行設(shè)計(jì)，還要考慮設(shè)計(jì)工藝的要求，盡量做到經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。
3柱腳設(shè)計(jì)
鋼柱柱腳為柱與基礎(chǔ)的連接節(jié)點(diǎn)，鋼柱柱腳常用的形式有外露式柱腳、埋入式柱腳及外包式柱腳。由“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的抗震概念可知：柱腳的極限受彎承載力應(yīng)為柱的塑性受彎承載力的1．1倍（外露式柱腳）或1．2倍［5］（埋入式柱腳及外包式柱腳）。而當(dāng)柱截面較大時(shí)，柱的塑性受彎承載力也較大，因此外露式柱腳很難滿足此要求。埋入式柱腳是通過混凝土對(duì)鋼柱的承壓力傳遞彎矩［6］，一般用于柱下雙向條形基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)，這兩類基礎(chǔ)能夠?qū)︿撝鶄鬟f可靠的壓力。而該工程基礎(chǔ)為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，故采用外包式柱腳，外包式柱腳底部的彎矩全部由外包鋼筋混凝土承受［6］。鉸接柱腳由于其轉(zhuǎn)動(dòng)剛度較弱，在該工程設(shè)計(jì)時(shí)并未選用，故不作詳細(xì)討論。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)重視結(jié)構(gòu)的平、立面布置，保證結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，使整個(gè)結(jié)構(gòu)具有必要的承載力、剛度和延性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，而概念設(shè)計(jì)的靈魂是力學(xué)知識(shí)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用力學(xué)的思維不僅能取得較好技術(shù)指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)效益，往往還有事半功倍的效果。以上為筆者在實(shí)際工作中得出的一些設(shè)計(jì)方法和思路，限于自身水平，有不當(dāng)不周之處敬請(qǐng)業(yè)內(nèi)同行們不吝指教。
作者：王志偉 單位：唐山森迪科技有限公司
