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首先十分感謝花爺、八爺、川爺和豹爺的指點,不僅僅在畫畫的技法上,更在對人生觀價值觀的認識上給了我不少啟發。畫畫是一種習慣,一種表達方式,一種對人生的態度,同時也是一件令人十分開心的事。
我從小就十分喜歡涂涂畫畫,上課會在課本上涂鴉,平時也很喜歡玩游戲。一想到以后的職業能把游戲和繪畫結合起來就十分興奮,一輩子都能做自己喜歡的事才是人生啊!
我大學的專業是工業設計,工業產品讓我對物體的形體結構更加在意,而產品的快速表現技法則對我繪畫的表達能力有所幫助,先給大家看一下來花田之前的作品吧。
之前畫畫只是任憑自己的喜好想到什么就畫什么,完全沒有想過畫畫原來也可以通過理性地分析視覺中心、視覺引導、黃金分割來布置一張畫面。有的畫為什么看起來舒服而有的就是很難受,其實都是可以通過理性的分析來解釋的。當然,創作一幅畫時最初心里的那種感性的激情不能少,而當我們學會了如何去分析一張畫,把理性的畫面布局分析作為自己的被動技能,再和感性的創作激情結合起來時,畫出來的畫自然就會高一個等級。
(來源:文章屋網 )
【關鍵詞】結構設計;概念設計
1 概念設計
1.1 概念
概念是一種反映事物本質屬性的思維形式,它反映客觀事物的一般的、本質的特征,是人們在實踐基礎上經過感性認識上升到理性認識而形成的。所謂的概念設計一般指不經數值計算,尤其在一些難以做出精確理性分析或在規范中難以規定的問題中,依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想,從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。
1.2 強調概念設計
運用概念性近似估算方法,可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確,避免后期設計階段一些不必要的繁瑣運算,具有較好的的經濟可靠性能。同時,也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。
比如,有的設計人員用多、高層結構三維空間分析程序來計算底層框架,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受力狀態。問題在于結構概念不明確,沒考慮這兩種結構體系的差異。軟件的選擇和使用不當,造成危害是不容忽視的。
掌握好概念設計不僅可以保證正確的設計原則,還可以通過它來解決設計中出現的問題以至提高設計水平。當發現某個技術問題時,可以根據概念來分析其原因,這往往比直接檢查數據更快更有效,而且可以找到問題的癥結所在。這個方法最適合用于判斷電算結果,電算過程有上億個數據,要跟蹤數據是不可能的,只有用概念來判斷其合理性或找原因,又用概念去解決問題才是出路。概念設計運用得好,能使結構盡量滿足外部條件并以最合理的受力狀態去工作,從而帶來結構更安全可靠和良好的經濟效益。可以說,某些創新也是來自概念的,當你掌握某些體系、構件或構造的概念而又發現可以用更簡單更合理的另外一些體系、構件或構造來代替它時,其結果就是創新。
概念設計是設計工程師的思維活動,必然貫穿著設計工程師的知識水平和設計水平,這就保證了工程師在設計中的主導作用。概念設計的水平越高,設計成果的水平就越高。概念設計的水平來自深厚的基礎理論、對結構原理和力學性質的深刻理解及豐富的工程經驗(包括積累的和吸收的)等方面,要提高概念設計水平從而提高設計水平就要在這些方面下功夫。
強調概念設計的重要,主要還因為現行的結構設計理論與計算理論存在許多缺陷或不可計算性,比如對混凝土結構設計,內力計算是基于彈性理論的計算方法,而截面設計卻是基于塑性理論的極限狀態設計方法,這一矛盾使計算結果與結構的實際受力狀態差之甚遠,為了彌補這類計算理論的缺陷,或者實現對實際存在的大量無法計算的結構構件的設計,都需要優秀的概念設計與結構措施來滿足結構設計的目的。同時計算機結果的高精度特點,往往給結構設計人員帶來對結構工作性能的誤解,結構工程師只有加強結構概念的培養,才能比較客觀、真實地理解結構的工作性能。
2 結構設計
2.1 概念
所謂結構設計即設計工程師首先根據一般的工程結構概念和該類型工程的結構概念,結合該工程的具體外部條件,考慮一個結構設計方案,包括結構體系、結構布置、構造處理原則、采用的計算方法等,經過初步分析研究認為合理并可行后,以此作為原則進行具體的設計。
2.2 傳統的結構設計
我國結構計算理論經歷了經驗估算,容許應力法,破損階段計算,極限狀態計算,到目前普遍采用的概率極限狀態理論等階段。現行的《建筑結構設計統一標準》則采用以概率理論為基礎的結構極限狀態設計準則,以使建筑結構的設計得以符合技術先進、經濟合理、安全適用。概率極限狀態設計法更科學、更合理。但該法在運算過程中還帶有一定程度的近似,只能視作近似概率法。并且光憑極限狀態設計也很難估計建筑物的真正承載力的。事實上,建筑物是一個空間結構,各種構件以相當復雜的方式共同工作,且都并非是脫離總的結構體系的單獨構件。目前,人們在具體的空間結構體系整體研究上還有一定的局限性,在設計過程中采用了許多假定與簡化。
在不斷的結構設計研究與實踐中,人們積累了大量有益的經驗,并體現在設計規范、設計手冊、標準圖集等等。隨著計算機技術和計算方法的發展,計算機及其結構程序在結構工程中得到大量地應用,每個設計單位都在為徹底甩掉圖板而做努力。結果給部分結構工程師造成一種錯覺,覺得結構設計很簡單,只需遵循規范、手冊、圖集,等待建筑師給出一個空間形成的方案(非結構的),使用計算機,然后設法去完成它,自己只不過是一個東拼西湊的計算機畫圖匠而已。這不僅不能有效地運用他們的知識、精力和時間,而且還會與建筑師的交流中產生分歧與矛盾。
結構設計要求建筑物的結構合理、經濟、安全,要求建筑在受到一些外力破壞時能夠不造成人員傷亡,因為要受到國家標準的嚴格地限制,所以很難讓別人接受你的創新設計。
3 概念設計結合結構設計
隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高,對建筑結構設計也提出了更高的要求。發展先進計算理論,加強計算機的應用,加快新型高強、輕質、環保建材的研究與應用,使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟是當務之急。其中,打破建筑結構設計中的墨守成規,充分發揮結構工程師的創新能力,是相當必要的。因為他們是結構設計革命的推動者和執行者。這則需要工程界和教育界進行共同的努力。推廣概念設計思想是一種有效的辦法。
運用概念設計的思想,也使得結構設計的思路得到了拓寬。傳統的結構計算理論的研究和結構設計似乎只關注如何提高結構抗力,以至混凝土的等級越用越高,配筋量越來越大,造價越來越高。結構工程師往往只注意到不超過最大配筋率,結果肥梁、胖柱、深基礎處處可見。以抗震設計為例,一般是根據初定的尺寸、砼等級算出結構的剛度,再由結構剛度算出地震力,然后算配筋。但是大家知道,結構剛度越大,地震作用效應越大,配筋越多,剛度越大,地震力就越強。這樣為抵御地震而配的鋼筋,增加了結構的剛度,反而使地震作用效應增強。其實,為什么不考慮降低作用效應呢?目前在抗震設計中,隔震消能的研究就是一個很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎與主體之間設柔性隔震層;加設消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物頂部裝一個“反擺”,地震時它的位移方向與建筑物頂部的位移相反,從對建筑物的振動加大阻尼作用,降低加速度,減少建筑物的位移,來降低地震作用效應。合理設計可降低地震作用效應達60%,并提高屋內物品的安全性。這一研究在國內外正廣泛地深入展開。在日本,研究成果已經廣泛應用于實際工程中,取得良好的經濟、適用效果。而我國由于經濟、技術和人們認識的限制,在工程界還未被廣泛地應用。
4 總結
在概念設計日益重要的今天,要求結構工程師在建筑結構設計中,除應有深厚的基本理論基礎,還應把概念設計與結構設計相結合,并能不斷吸取他人先進的設計思想,提高結構設計水平,使設計成品具有更高的水準、更合理和更經濟的結構形式。
參考文獻:
[1]林同炎.S.D.思多臺斯伯利 .結構概念和體系.中國建筑工業出版社
摘要:工程設計,概念設計,創造性思維,創新
1工程領域中的概念設計
現代科技的迅猛發展,尤其是微電子、信息、新材料及集成技術的進展,使產品結構發生了革命性的變化,機電一體化、模塊化已成為工程產品的發展趨向;計算機技術的飛速發展和廣泛應用,深刻的影響著設計開發過程、制造過程、營銷和售后服務過程,并改變著產品的結構和功能;先進工藝技術和先進制造技術為現代工程設計提供了前所未有的工藝技術手段和社會化制造體系。這些變化都深刻地影響著工程設計的發展。
工程設計是人們運用科技知識和方法,有目標地創造工程產品構思和計劃的過程,幾乎涉及到人類活動的全部領域。工程設計的費用往往只占最終產品成本的一小部分(8~15%),然而它對產品的先進性和競爭能力卻起著決定性的影響,并往往決定70~80%的制造成本和營銷服務成本。所以說工程設計是現代社會工業文明的最重要的支柱,是工業創新的核心環節,也是現代社會生產力的龍頭。工程設計的水平和能力是一個國家和地區工業創新能力和競爭能力的決定性因素之一。
工程設計的全過程就是不斷建立各種模型,并不斷進行綜合和分析的過程,即反復地創造模型和評價模型的過程。工程設計的內容大致可分為兩類摘要:一類是數值計算型的工作,包括大量的計算、分析、繪圖、編寫說明書和填寫各種表格;另一類是符號推理性的工作,主要是方案設計工作。在設計方法學中,前者稱之為細節設計,后者稱之為概念設計。概念設計主要包括功能設計和結構設計兩大部分。其功能主要體現在產品設計的早期階段,把主設計師根據產品功能的需求而萌發出來的原始構思和沖動形成產品的主體框架,及它應包括的各主要模塊和組件,以完成整體布局和外型初步設計。然后進行評估和優化,確定整體設計方案。再由各責任設計師把總設計師的設計思想落實到具體設計中去,實現細節設計。可見概念設計是個創造性過程,它要求設計者能綜合運用許多學科的專門知識和豐富的實踐經驗,并通過廣泛的調查探究而占有大量的信息資料,再經過反復思索、推理和決策,才能創造出和眾不同的、滿足用戶要求的設計方案來。
在工程設計領域中存在這樣一個誤區摘要:設計、構思的原始沖動是三維概念,最終設計實施之結果即產品也是三維形體。可是多年來以二維繪圖為基礎的產品設計、制造模式嚴重地束縛了工程技術人員的創造力和想象力,成為創新的桎枯。
三維建模技術的崛起以及虛擬制造技術的出現為概念設計和創新提供了一種極好的工作平臺,設計師們可以直接從三維概念和構思入手,進行概念設計,形成產品的初步框架,然后進一步通過工程分析、數字仿真、虛擬現實等高新技術手段來分析和評價設計方案的可行性及未來產品的質量、可靠性。這種設計方法尤其能充分發揮自頂向下的設計過程中,設計者的聰明和創新能力,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造性的勞動——創新。
2概念設計和創造性思維和技術創新
2.1創造性思維及其特征
要設計就要有創新,而創新正是設計人員進行創造性思維的結果。設計人員要打破習慣性思維,變換角度,開闊視野,才能使自己的創造力得到更充分的發揮。創造性思維是指有創建的思維,即通過思維,不僅能揭示事物的本質,而且能在此基礎上提供新的、具有社會價值的產物。創造性思維有擴散思維和集中思維、邏輯思維和形象思維、直覺思維和靈感思維等多種形式。在工程設計的概念設計中,要努力發掘創造性思維的能力,充分注重擴散思維和集中思維的辨證統一,準確把握邏輯思維和形象思維的巧妙結合,善于捕捉直覺思維和靈感思維的“閃光和亮點”,這樣才有可能設計出新奇、獨特、有創意的產品。
創造性思維具有如下一些特征摘要:
(1)獨創性摘要:創造性思維所要解決的新問題是不能用常規、傳統的方式解決的新問題。它要求重新組織觀念,以便產生某種至少以前在思維者頭腦中不存在的、新奇的、獨特的思維。這就是它的獨創性。獨創性要求人們敢于對司空見慣或“完美無缺”的事物提出懷疑,敢于向傳統的陳規舊習挑戰,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)連動性摘要:創造性思維又是一種連動思維,它引導人們由已知探索未知,開拓思路。連動思維表現為縱向、橫向和逆向連動。縱向連動針對某現象或新問題進行縱深思索,探詢其本質而得到新的啟發。橫向連動則通過某一現象聯想到特征和它相似或相關的事物,從而得到該現象的新應用。逆向連動則是針對現象、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:創造性思維要求向多個方向發展,尋求新的思路。可以從一點向多個方向擴散;也可以從不同角度對同一個新問題進行思索、解決。
(4)善于想象摘要:創造性思維要求思維者善于想象,善于結合以往的知識和經驗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:“想象力比知識更重要,因為知識是有限的,而想象力概括著世界上的一切,推動著進步,并且是知識進化的源泉。”只有善于想象,才有可能跳出現有事實的圈子,才有可能創新。
(5)突變性摘要:直覺思維、靈感思維是在創造性思維中出現的一種突如其來的領悟或理解。它往往表現為思維邏輯的中斷,出現思想的飛躍,忽然閃現出一種新設想、新觀念,使對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概念設計呼喚技術創新
技術創新在概念設計中發揮著至關重要的功能。概念設計中技術創新的本質就是要在工程設計領域中發現某種新事物、提出某種新思想,在很多情況下是因為現有的產品不能滿足社會(用戶)的需求而激發出的新奇構思和創見。技術創新的基礎是知識的積累和靈感的迸發,是設計人員進行創造性思維的結果。創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創新的土壤摘要:
(1)多項現有技術的有機結合或綜合運用往往會產生意想不到的效果;
(2)對已有知識的創造性總結和應用經常帶來重大的科技突破;
(3)突發奇想但經過科學論證或實驗證實所產生的新思路、新方法、新技術;
(4)新知識和現有知識的合理嫁接;
(5)產品功能上的兼收并蓄和去粗取精;
(6)學科間的交叉、交融和借鑒;
(7)新技術、新材料、新工藝的有機結合及應用;
(8)科學探究中的新發現和新成果應用于工程實踐……。
由此可以進一總結出多種行之有效的創新技法摘要:
l智力激勵法摘要:又稱集智法、智暴法。即通過集會讓設計人員用口頭或書面交流的方法暢所欲言、互相啟發進行集智或激智,引起創造性思維的連鎖反應;
l提問追溯法摘要:根據探究對象系統地列出有關新問題,逐個核對討論,從中獲得解決新問題的辦法和創造性發明的設想,或是針對新開發產品的希望點(或缺點),逐點深入分析,尋找解決新問題的新途徑;
l聯想類推法摘要:通過相似、相近、對比幾種聯想的交叉使用以及在比較之中找出同中之異、異中之同,從而產生創造性思維和創新的方案;
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、轉換構思,從功能反轉、結構反轉、因果反轉等方面尋求解決新問題的新途徑;
l系統搜索法摘要:從一個初始狀態開始,分析影響系統的各個參量,逐步向前搜索,或采用孤立因素、更換參數等方法獲取系統的多種解法并求得最優解;
l組(綜)合創新法摘要:將現有的技術或產品通過功能原理、構造方法的組合變化,或者通過已知的東西作媒介,將毫無關聯的不同知識要素結合起來,攝取各種產品的優點使之綜合在一起,形成具有創新性的設計技術思想或新產品;
l知識鏈接法摘要:創新是一個動態的和復雜的功能過程和知識流,它包括知識的產生、開發、轉移和應用,這四個階段構成一條“知識供給鏈”并按照下述原則進行管理摘要:把技術創新過程作為一個集成化的系統,只有將所有涉及該過程的伙伴捆綁在一起,才能發揮最大功能,這些伙伴都應明確什么知識內容才能滿足用戶最大需求,知識轉移的特征和形式是什么,最終用戶是誰,他們何時需要使用這些知識?涉及創新的所有信息流和通信流對全體伙伴都是開放的,在每個知識供給者和知識使用者之間建立信息反饋,使信息交換更為有效,知識供給鏈中每一個伙伴能夠感受到整個系統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節。該方法適于更大范圍內、更高層面上的技術創新。
3工程設計領域中的概念設計技術創新實踐
基于上述分析,我們提出了若干種含有技術創新的產品概念設計范例摘要:
(1)采用先進的控制、驅動和定位系統,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的設計;
(2)時速超過運七飛機的高速鐵路機車車身外型設計,既要滿足空氣動力學性能,又要有美觀的外型,三維CAD建模技術和NURBS曲線面理論的應用;
(3)適應于多彎道和小半徑城市軌道交通環境下的擺式列車車身及減振轉向架的設計;
(4)反求工程已廣泛應用于一些具有復雜曲面的實物模型(如模具)的三維數據重構,不妨借鑒用來對生物醫學圖象進行數字圖象處理,為醫務人員的臨床診斷和治療提供更逼真的三維模型和實體模型;
(5)基于電動機——發電機可逆原理的新型電動自行車的設計,把(下坡時)車輪轉動的動能所轉化成的電能再回充給蓄電池,從而增加電動自行車蓄電池一次充電使用的續行距離;
(6)加工中心自動換刀功能的擴展,用于東風4(11)型內燃機車發動機端面多軸孔加工的自動換箱多軸箱設計;
(7)把列車檢修工人的豐富經驗升華為專家系統——基于加速度傳感器和單片機控制的智能式檢振錘的設計;
(8)虛擬軸機床(并聯機床)的概念設計。
這里以鐵路機車車身設計為例,對概念設計及創新的過程加以說明。
時速300公里以上的高速列車在歐美、日本等發達國家得到廣泛應用。我國已通過論證并計劃在下世紀初建設第一條(京滬)高速鐵路。
當我們看到法國TGV(TraindelaGrandeVitesse)實驗車速達到515.25公里/小時時,我們知道這已經超過了我國“運八”飛機的時速,設計師的頭腦中自然應該產生這樣的概念摘要:時速300公里的鐵路機車車頭的外型也應該像飛機那樣具有流線型和光順性,才會有較好的動力學特性。“光順”一詞的幾何意義是所構造的曲線、曲面應具有C2連續,且無奇點。從通俗的概念來理解,即為“光滑順眼”之意。
由這些概念和構思出發,我們可以由整體構思和概念設計逐步進入流線型機車車身的細節設計環節。
鐵路工業和汽車工業對車身外型設計的先進性和創新性的都有著一致和迫切的要求。歸納起來應是以下幾個方面摘要:
l具有良好的空氣動力學特性,以減少在高速運行時的摩擦阻力。
l具有良好的結構布局及足夠的強度和剛度。
l具有美學曲面的質感和動感,以美化生活和環境。
l盡可能短的設計和制造周期,以盡快地占領市場。
顯然滿足上述諸要求的車身外型曲面是相當復雜的,非一般常規曲面(如柱面、球面、錐面、環面等)所能表達。再者,若按常規設計、制造方法和過程來完成如此高要求的設計外型,則上述第四項要求更是高不可攀。只有積極謀求技術進步,大力推廣應用CAD/CAM技術才是解決車身外型改型頻繁、不斷創新且滿足上述各種要求的關鍵所在。
近十年來,CAD業界涌現出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列優秀的CAD/CAM軟件,為我們提供了一個極好的開發工具和環境。它們的三維實體建模、參數建模及復合(Hybrid)建模技術,實體和曲面相結合的造型方法,以及自由形式特征建模(FreeFormFeatureModeling)技術為我們的設計工作提供了強有力的工具。
這里具體地介紹如何使用UG的FreeFormFeature等功能,來實現車身外型的概念設計到細節設計。
UG的FreeFormFeatureModeling模塊把實體建模和表面建模技術集成為一個功能十分強大的建模工具組,它支持復雜自由曲面的造型設計。它的復合建模技術,自由型面特征建模,可視化編輯,多組件裝配,二維視圖自動生成,尤其是伴隨最新UGV14.0版本推出的全新概念設計WAVE(What-ifAlternativeValueEngineering)可使不同部門的工程師在設計的早期階段,站在系統工程的角度,同時針對多種可供選擇的方案進行評估,通過將設計意圖組織到一個“控件結構”中去,使工程師十分有效地控制設計變更,而且所發生的變更會自動地傳遞到上級設計中去。
這里以創建流線型機車車身外型為例,具體步驟如下摘要:
(1)根據前節所述模線的來源,本例參考法國TGV和德國ACE機車外型模板,并加以個性化修改。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,采用UG的FreeFormFeature/ThroughCurve來創建曲面;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。
在構造模線的原始數據中可能有“瑕點”,或者僅憑“感覺”進行判定,創建的曲面不一定能完全滿足C2連續的條件和光順性的要求,可以通過光順處理予以滿足。圖3是對其中一條模線進行光順處理的過程。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造車身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材質,可進行著色、光照、渲染,以得到更為逼真的三維造型圖。見圖4。
圖4機車車身三維造型圖5機車車身二維投影圖
(5)對機車車身裙部和頭部下端,可采用Feature/Curve/Mesh功能分片進行創建。這里充分體現出UG軟件對角域曲面的三維造型能力。
關鍵詞:折衷主義;概念性設計意識;靈活性批判
【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009-8097(2014)01-0020-05
教學問題的解決需要教學設計者保持靈活性,樂于根據復雜的情境需求,吸收不同教學理論、設計原則、過程模式等,乃至更廣闊的哲學視野。這種教學設計方式常被稱為折衷主義(eclecticism)。折衷主義在實踐中的優勢是單純強調某個理論的理論正統主義(orthodoxy)無法比擬的,因為折衷主義設計者并不拘泥于單個理論或模式的狹窄視角,而是在設計決策中自由地吸取不同觀點。多種視角使得教學設計更為豐富,而且可以避免設計理論體系的抉擇難題,從而有助于提高設計的靈活性。
本文并不是要質疑開放和靈活的教學設計取向,也不是要宣揚理論正統主義,而是質疑一種誤解,即折衷主義就是實現開放性和靈活性的最佳教學設計方式。實際上,折衷主義在實踐中有可能由于其在理論來源、方法的選擇和融合的方法論問題,在思維層次會限制不同理論、模式之間真正的兼容并包,反而最終影響了其教學設計應有的開放性和靈活性。
一、折衷主義教學設計的局限
折衷主義在教學設計界具有較大影響。折衷主義源于概念資源的工具觀,即強調利用不同理論的表面價值,認為可以將特定理論的基礎觀點與具體操作分割開來。折衷主義取向的設計者以實踐取向作為旗幟,根據語境、主題材料、學習者等具體情況選取不同理論觀點,并根據需要進行組合。只要概念資源能夠促進開放和靈活的教學設計,它們就被認定為有用的,而最佳的促進方式就是折衷地看待不同理論,并以設計者認為合適的方式付諸實踐。但設計者往往忽略了不同理論基礎假設的匹配問題,也缺乏思維層面的反思。對各種學派的兼容并蓄和把折衷主義作為借口不負責任地隨意選擇是有天壤之別的。
折衷主義教學設計的問題可以歸結為兩點:第一,如果基礎性理論假設之間無法匹配,那以其為基礎而建立的教學觀點和技巧也就無法匹配。武斷的組合會導致教學設計成果的內在矛盾,進而導致無法預料、自相矛盾的實踐效果;第二,不同理論有著不同的學習觀和學習結果的測量和評估標準,那在教學效果評估時就很難確定評估方式。這些都表明,折衷主義無法保證設計決策的一致性和有效性。作為彌補,有些設計者提出,設計決策中應選擇與自己的學習和教學觀相一致的或同源的設計技巧。本文認為,這種修補并沒有觸及折衷主義教學設計的核心矛盾,即方法論問題。本文將這種設計者在教學設計過程中所隱含的、無意識的,但又是直接影響教學設計決策的方法取向稱為設計者的“概念性設計意識”。
二、“概念性設計意識”的內涵及意義
對于教學和學習有效性的含義、目標、評估標準等,不同設計者有著不同理解,這將影響到教學設計者的設計決策。本文將這種理解看作設計者的概念性設計意識,涵蓋了設計者隱含的設計假設和方法論。一些研究者也討論了類似主題,如勞森(Lawson)的設計取向“引導原則”、納爾遜(Nelson)和施托爾特曼(Stolterman)的設計者“評判”、阿吉里斯(Argyris)和肖恩(Schon)的“使用中的理論”。本文提出的概念性設計意識與這些內容有共通之處,但強調設計者對理論問題的概念化,如對知識、頭腦認知、技術、設計等概念的理解。這就是概念性設計意識中“概念性”一詞的來源;設計意識中的“意識”是強調這些看法經常是不明確、未形式化和不規范化的。筆者認為,形式化的理論有助于為設計者提供思路,但這些思路需要以具體教學設計活動為框架,而設計者的教學設計過程中又極易受到非形式化的設計取向的影響。這種非形式化的設計取向正是概念性設計意識的核心,是對教學設計理論、策略等的方法論理解,對設計決策有著直接而具體的影響,設計者必須予以認真考慮。
以下例子能夠說明概念性設計意識的實際影響。比如,一個設計小組要設計一個大學外語學習環境。他們希望融入建構主義原則,也要參考行為主義的直接教學法。于是就采取折衷主義思路,根據個人理解將二者結合起來。雖然這種理論組合方式在教學設計中很常見,但為什么在這個情境中要對這些理論和原則進行如此組合?這涉及反思對設計決策的方法論取向。教學設計決策受到設計者設計理論取向、教學閱歷和精力等影響。比如,這個設計小組的有些成員認為大學生的外語學習是相對積極的過程,語言技能是學生自主建構的。他們的設計就會增加建構主義成分,而減少直接教學法的內容。反之亦然。這個過程有點類似于炒菜,要咸加鹽,要甜加糖。先不管不同理論是否可以像添加劑一樣信手拈來,亦不管添加劑是否安全,這種配比過程就取決于教學設計者如何理解教學和學習的概念。因此,概念性設計意識可以被看作一種設計的隱藏指導框架。之所以是隱藏的,是因為調查發現,設計者能夠意識到自己的折衷主義取向,但經常并不清楚用了哪些理論原則、為何和如何如此選擇和使用的。很多設計者認為,將不同觀點融入其教學設計之中,似乎是非常自然而有效的,但往往忽視了思維層次的考量和反思。在教學實施中,這種隨意配比所產生的效果往往與預期大相徑庭。
本文認為,折衷主義教學設計貌似有助于提高開放性和靈活性,但實際上有意或無意中忽略了概念性設計意識等方法論問題,往往采取一種想當然的視角,未充分反思其理論選擇的取向。基礎性的引導框架的缺乏必然會影響到教學設計成果及其實際教學效果。
近年來的很多教學設計研究都說明了概念性設計意識的隱藏性引導價值,說明了設計者的顯性知識和教學閱歷等方面都會對其教學設計會產生重要影響。因此,設計者在選擇和使用設計理論、方法時,需要有意識地關注、了解并分析個人理解和假設,從而區別于折衷主義那種無理論導向的情境性隨機選擇。
三、靈活性批判立場
如上所述,對概念性設計意識的無知或忽視導致了折衷主義教學設計者忽視了個人因素的影響,造成其教學設計的內在矛盾和危機。因此,真正開放和靈活的設計應該重點關注設計者的概念性設計意識,關注設計方法取向問題。本文提倡設計者對概念性設計意識采取靈活性批判的立場,對理論、方法來源進行持續闡釋、批判、分析和完善,盡量消除個人固有理論視角的潛在影響,盡量保持設計方法的開放性和靈活性。靈活性批判立場實際上就是概念性設計意識實現和完善的途徑,是設計者在設計實踐中需要保持的立場和出發角度。以此為基礎,教學設計者可以通過以下三種方式來發展個人的概念性設計意識。
1.顯性化
概念性設計意識存在極大的復雜性和隱含性,很難進行清晰地表述,但可以通過闡述和分析,使其顯性化。海德格爾指出,設備故障、假設錯誤、訓練不當或其他意外情況經常導致實踐活動的中斷。這種中斷也會體現為其他形式,如探究性討論、挑戰性問題、學習者反饋、批判性互動和數據評估等等。此時就會出現反思和評估。那些原本被忽視的隱性問題會凸顯出來。教學設計者可以有意識地對其進行分析和說明,從而將概念性設計意識顯性化,并在此基礎上對其進行批判性地分析和完善。比如,教學設計者可以通過寫教學反思日記的方式,將個人的教學設計過程、隱含假設等因素顯性化,將設計過程、實施過程和實施效果結合起來,明確自我概念性設計意識的具體體現及完善方式。實際上,這正是一種開放性的批判,是一種自我反思的意愿,有助于揭示個人設計實踐中經常被忽視或隱含的內容。
2.批判性考量
教學設計者需要對個人的概念性設計意識進行批判性考量,尤其是要關注并闡述那些由于設計實踐的中斷而浮現的問題,如隱含的教學假設和價值觀。邏輯、證據、方法和論點等的使用問題雖然也非常重要,但因為各有明確的理論來源,屬于稍次考慮的內容,因此,必須首先考慮的就是教學設計實踐的概念內涵,因為這是設計實踐和批判思維得以實現的基礎。
教學設計者需要對個人的概念性設計意識進行批判性考量,其中涉及諸多內容。其關鍵在于比較和評判不同的設計視野,其中最重要的就是批判對話和多種觀點的碰撞。如上所述,設計實踐經常會被打斷。這可能由于面對面的互動,比如設計小組成員、專業人士、課堂上師生之間和學生之間的對話,也可能是更遠距離的互動,如網絡空間。設計者如果能夠說明這些中斷所隱含的區別、內涵和意義時,尤其是能意識到并批判地反思自身對設計理論、方法的潛意識處理,就能有助于其解釋自身的概念性設計意識,比如教育教學隱含假設、對知識和學習本質的理解等等。
正如上文那個設計小組,如果有設計者認為知識是個人建構的,學習在很大程度上是個人探索的過程,這些假設會自然而然地成為其設計取向和設計決策的指導框架,其設計決策的全面性和客觀性就會受到很大影響。在教學設計的實踐過程中,這些潛在的矛盾和不足會不定期爆發,教學設計成果的效果也必將大打折扣。反之,反對建構主義學習和教學觀的設計者也將面臨類似困境。通過對自身概念性設計意識進行批判性考量,設計者可以更明確地認識到這些問題,改變其原有假設,融合其他假設,從而形成新的理解,這將提高其教學設計的適應性。而這將進一步引導設計者實踐視角和職業認同的轉型。
對概念性設計意識的批判性考量本身也是一種教育實踐。一位設計新手往往理論知識較為充分,但缺乏實踐經驗,認為教學設計就是將特定過程模式付諸實踐,以達到結構性要求(如一門課程的設計就是清晰展示內容、按照時間和預算完成、實現預定學習結果等等)。但實踐情境復雜多樣的變化會使原教學設計遇到新的困難,完全預設性的模式無法適用,其過程模式假設中存在的問題也就暴露無遺。此時,設計新手可以進行積極的自我反思,從而調整實踐,如擴大知識來源、突破固有模式局限。不管設計者的處理方式如何多樣,本文認為,重要的是通過批判性考量,積極改變概念性設計意識的處理意識和方式,也將是其設計專業發展的契機。
3.動態的發展
本文認為,概念性設計意識的處理是以設計者設計經歷為基礎的,需要堅持靈活性批判立場,使教學設計成為批判性考量、評估、修正的動態發展過程,從而避免理論正統主義的單一僵化和折衷主義的隨意妄為。
靈活性批判是一種實踐取向的探究,是對習慣性思維定勢的挑戰。要求教學設計者能夠有意識地克服設計上的封閉和自滿,避免程式化的設計過程和方式,尋求對行為內容和原因的更深刻理解。設計者需要持續發現并嘗試創新,進行設計決策,解決教學問題。從解釋學視角來看,這種實踐取向的探究可以看作一種情境性解讀,即對“前反思性理解(pre-renective understanding)”的解釋,積極獲取設計信息來源,實現更有效的設計實踐。靈活性批判符合實用主義和解讀性思維方式,作為自我概念性設計意識的處理方式,本身應是開放性的,其解釋性、辯護性和有效性將隨著設計實踐而不斷增加。
教學設計的美學就是一個很好的例子。對于很多設計者而言,美學與教學設計似乎風馬牛不相及,很難將二者有效融合,因此,相關研究成果也就寥寥無幾。但是,當設計者對美學有了更深入的理解,對設計中美學的意義更為熟悉時,他就會開始發現美學不僅僅是一種舒適的感官體驗,而是“強化的、浸入的和非常有意義的”,“充滿情感的預期、深入的參與、全程參與的意愿”。當其認識到教學設計的目的之一是實現強烈的學習體驗時,美學就會自然融入其設計中。設計者需要堅持靈活性批判,嘗試美學學習體驗的不同實現方式,發現各自價值,將其融入設計之中。持續的設計實踐和反思也會使設計者重新調整原有的美學理解。比如,根據不同美學原則在教學設計中的具體價值,他會形成對美學原則的個人評判和使用方式,建立以自己設計為取向的整合體。同時他也需要對自己的美學取向保持隨時的反思,警惕程式化和習慣化,不斷調整設計實踐。總之,靈活性批判需要設計者將自己的概念性設計意識看作一個動態的發展,才有可能實現對最佳設計實踐的持續追求。
四、未來研究方向
本文認為,為實現真正開放的、靈活的和自我反思的教學設計實踐,對概念性設計意識的未來研究可以從以下兩個方面入手:
首先,可以關注概念性設計意識在設計中的具體作用和最有效的處理方式。本文建議三個關注主題:(1)設計中的隱含假設和價值觀及其在不同設計階段的作用;(2)設計者從設計新手成長為設計專家時,其概念性設計意識所經歷的發展歷程,以及批判性反思在其中的作用;(3)設計實踐的中斷是如何引發設計者對概念性設計意識的關注的。
其次,也可以對現有設計理論、技巧等進行系統地批判分析。這不是要提出預設性的教學設計模式,而是要建構有助于設計者專業發展的資源體系,幫助設計者完善概念基礎、創新設計實踐。這反過來也會促進概念性設計意識這一概念的發展,從而進行設計理論和實踐互惠的良性循環。
其實,版式設計的關鍵更著重于設計思路,利用PPT已有功能是完全可以做出漂亮精致的版式的。
條形圖片的延伸魅力
一幅表現職場的圖片以原圖的比例插入到PPT中,效果如圖所示。如果強行給它拉大并鋪滿頁面,勢必出現變形或者圖片精度下降的問題。
仔細觀察此圖,注意到圖片有橫向延伸的動態趨勢,利用這一特點,我們用色塊把圖遮罩成為長條狀,就可以充分發揮并彰顯這種動態趨勢。在使用色塊時必須考慮的是:原圖的色調以藍色為主,配以黑、白色,整體商務感很濃,并傳達出一種空曠的憂慮感和恐慌。依據原圖所具有的配色特點和色彩感受,我們使用與之相關的白色、淺藍、藍色為遮罩色塊,強化原圖的風格和傳遞的感受。遮罩時注意,要把最具有橫向延伸動態趨勢的構圖部分保留下來,走廊、頂棚不可缺少,而大塊無明顯橫向延伸動態趨勢的地面部分則可以大方遮掉。
先制作一個長度橫跨頁面的長條狀矩形,復制兩個,讓三個矩形大小一致。把三個制作好的矩形分別放置于上方一個、下方并排兩個。注意,這個時候可能由于制作的矩形的寬度不合適,遮罩的效果不夠好,我們可以按住Ctrl鍵的同時選中三個矩形調整它們的寬度,再次調整遮罩位置,直到合適為止。
遮罩完成后,在上方色塊和圖片的結合處打上一個醒目的數字序號,表明演示的進度。下方緊靠圖片的位置填寫較大字號的標題,然后在下方的兩個色塊中分別填入較小字號的內容。
遮罩出的條形圖片雖然沒有占據整個頁面,可是由于圖片橫向延伸的趨勢及遮罩色塊與圖片的協調配合,使得圖片和色塊看起來已經完全融合成一個完整的圖片了,色塊中添加標題、內容看上去就非常自然。
圓弧切割圖片的動感活潑
一個豎向的圖片擺在頁面中只占一小部分,就這樣擺放那么它只是一個孤立的圖片。如果能對它配以合適顏色的色塊拼合圖片,再進行看上去像裁切一樣的遮罩,那么就可以讓它和頁面融為一體,不再孤單,圖片的顯示效果也將得到大幅提升。
首先,我們對這幅圖設計一下裁切或者遮罩的樣式,在頂部用橢圓遮罩,這時看起來就像是裁切一樣,在圖的左邊用矩形色塊與圖片拼合,使圖片與頁面左邊建立起關系。
拼合用色塊的顏色在本案例中依然要根據原圖配色來選用。本圖色彩較多,背景色也并非純色,而是有黃、橙、綠色彩的漸變和融合。而有利于我們拼合的一個特點是:本圖的背景雖然多色、漸變,但是卻沒有過多的層次。在這里,我們根據要表達的關于健康的內容,選用綠色的漸變填充。
怎么樣才像是裁切的效果呢?通常我們認為被裁掉的部分應該是空白的,那么直觀得到的顏色自然就是白色。所以,我們使用白色橢圓對圖片及拼合的色塊頂部遮罩,橢圓設置一定的旋轉角度。
現在,看上去太過工整,不是很自然。怎么才會顯得自然呢?犯錯就會顯得自然!比如裁歪了一點、有剪刀口痕跡。
制作兩個新月形圖形,填充綠色,然后拉長、旋轉、移動到白色橢圓遮罩圖片的邊緣位置,新月形拉伸出的弧度接近于橢圓的弧度,然后調整兩個新月形的位置,讓它們交錯重疊,露出空隙,這樣就顯得自然了許多。
最后,配上相應文字。左上端是標題,拼合的漸變色塊填入內容文字,在內容文字與圖片之間拉一條豎線。內容文字向右靠齊,靠在豎線旁,這樣的設置可以使文字的版式顯得正,而且有力度。
用色塊拼合圖片,用遮罩表達裁切,使得孤單的圖片完全融入頁面。看起來隨意的裁切效果使頁面顯得生動、活潑,新月形的點綴應用則體現了裁切的動感。
塊狀切割圖片的神秘酷炫
這是一幅時尚而又略帶神秘的圖片,適用于表達時尚的主題。但是,圖中作為主體的美女幾乎占滿圖片的全部縱向尺寸,加上多層次的光線、背景,使我們在使用該圖片時難度加大。本文前面所講述的兩個方法對此圖都比較乏力,因此我們必須認真分析此圖,找出對應方法。
本圖中,處于前景位置的美女毫無疑問是絕對的主角,她身后的元素僅處于陪襯地位。因此,我們可以把次要元素遮蔽,進一步突出主角,保留場景氣氛,減少干擾,配上適當的文字,表達我們的主題。
由于圖片主體色調基本偏暗,所以我們制作三個淺黑色的矩形,下部用一個長條狀矩形遮到鞋子的位置,上部用兩個塊狀矩形分別把越野車和購物亭的大部分遮住。留出美女的全部圖像和橫向的條狀圖片。這樣制作可以把不希望出現的元素遮蔽,同時還保持了原圖片的場景氛圍。此時,由于淺黑色塊所占面積更大,使得我們視覺上會認為該圖片被剪切成了“凸”字形,淺黑色的色塊可以看作是空白的,能夠起到承載文字的作用。
針對此圖被遮蔽后形成的樣子很像一個岔路口,我們在每條“路”都標上箭頭指示方向,并配上文字表明目的地。每個箭頭和文字的搭配其實也就是我們在這一頁里的小標題設置了。主標題則放置于色塊與圖片的交接處,字號較大一些,一小段解釋文字擺在長條矩形下方。這樣從形式上可以有效引導觀眾首先看到美女,然后很快發現主標題,逐個看小標題,最后看解釋文字。
用色塊遮罩表現出裁切的效果,可以有效遮蔽不需要的圖像元素,讓場景復雜的圖片能夠為我所用。同時,由于留下了不會干擾主題的場景部分,所以圖片本身的氛圍保持了下來,沒有被改變。
小圓圖的靈動
這是一個已經做好文字排版的頁面。在此頁面中,從上至下是各個小標題和相應的解釋文字,利用顏色明暗度的差別凸顯出小標題,而主題文字一反常態地擺在最下面。這樣設置的原因是:通過小標題的層層推導,最后得出我們所需要的主題,在情理上合乎思考、推導的過程,在版式上突破主題文字往往只能擺放在上端和中間部位的常態,造成比較新穎的效果。
從文字的內容來看,如果只是使用這樣的版式設計,文字的內涵就不能得到更好的彰顯。這種情況我們就可以使用圓形小圖來對應搭配文字,給每一個小標題增加活潑靈動的闡釋。
【關鍵字】:概念結構設計 抗震
中圖分類號: TU318 文獻標識碼: A 文章編號:
地震(earthquake),是一種普遍存在地殼快速釋放能量過程中造成振動,期間會產生地震波的一種自然現象。地震是地球內部構造運動的產物,地殼在內、外營力作用下,集聚的構造應力突然釋放,產生震動彈性波,從震源向四周傳播引起。由于地震作用的隨機性、復雜性,地震波波形各異,其對建筑物的作用各不相同,震對建筑物的作用與建筑物自身所固有的自振周期、場地土的動力特性有關,所產生的破壞程度也各不相同。中國是一個多地震國家,2008年5月12日發生在汶川的5.12大地震,近7萬人喪生,1.8萬人失蹤,1600萬間房屋倒塌,造成了極其慘重的人員傷亡和財產損失。通過對建筑地震震害實例進行分析,找到其原因,機理,并在設計中有效減少地震危害,意義重大。抗震設計概念設計方法是指一些在難以作出具體規定的問題,例如結構破壞機理的概念,力學概念以及由震害試驗現象等總結提供的各種宏觀和具體的經驗等,必須由工程師運用“概念”進行分析,作出判斷,以便采取相應的措施。未經抗震概念設計的結構不能稱其為抗震結構。建筑結構的抗震設計,是以現有科學水平和經濟條件為前提的。 GB50011 - 2010《建筑抗震設計規范》對抗震概念設計的要求更全面、更合實際的規定,增加了“不規則建筑結構的概念設計”,使得概念設計在工程中的應用更具體更明確地落到實處,切實提高了結構的抗震能力。 規范的修改說明“概念設計”愈來愈受到國內外工程界的普遍重視。
地震及結構所受地震作用機理,特性復雜,地震科學還有許多規律未被認識。抗震設計思路發展歷程隨著建筑結構抗震相關理論研究不斷發展,結構抗震設計思路也經歷了一系列的變化。結構抗震設計思路經歷了從彈性到非線性,從基于經驗到基于非線性理論,從單純保證結構承載能力的“抗”到允許結構屈服,并賦予結構一定的非彈性變形性能力的“耗”的一系列轉變。 在當前抗震理論下形成的現代抗震設計思路,其主要內容是合理選擇確定結構屈服水準的地震作用來進行結構的強度設計,從而確定了結構的屈服水準,制定有效的抗震措施使結構和抗震構造措施。現代抗震設計理念是基于對結構非彈性性能的研究上建立起來的,其核心在很大程度上取決于良好“的概念設計”。為了保證結構具有足夠的抗震可靠性,建筑抗震概念設計主要考慮了以下因素:場地條件;建筑物的平、立面布置及其外形尺寸規則性要求; 抗震結構體系要求-即抗震結構體系的選取、構件的布置以及結構質量的規則分布;非結構構件的布置,結構材料與施工質量等。
. 場地條件 正確地進行建筑場地選擇和場地抗震性能評價,對于建筑物的結構抗震設計有十分重要的意義。影響建筑物震害的場地因素主要是局部地形特征、地質構造、地基土性質、地下水埋深等幾方面,這些場地條件常常是造成震害顯著差異的重要因素。建筑抗震概念設計,選擇建筑場地時,應劃分對建筑抗震有利、不利和危險的地段,選擇建筑場地時,應根據工程需要,掌握地震活動情況、工程地質和地震地質的有關資料,對抗震有利、不利和危險地段做出綜合評價。對不利地段應提出避開要求避開對建筑抗震不利的地段,當無法避開時,采取有效措施。對危險地段,嚴禁建造甲、乙類的建筑,不應建造丙類的建筑。選擇對建筑抗震有利的場地,不應在危險地段建建筑。建筑基礎與土質、強風化巖質邊坡的邊緣應留有足夠的距離,其值應根據抗震設防烈度的高低確定,并采取措施避免地震時地基基礎破壞。這就考慮了地震因場地條件間接引起結構破壞的原因,諸如地基土的不均勻沉陷、 地震引起的地表錯動與地裂等等。特別是有液化現象的場地,一定要按規范避開,加固處理。
建筑物的平、立面布置及其外形尺寸規則性要求建筑的平立面布置應符合概念設計的要求,結構體型(平立面)簡單,結構抗側力構件的剛度和承載力在平面內規則、對稱,在豎向則上下連續且均勻,即在平面、豎向和抗側力體系上沒有明顯的和實質上的不連續(突變)。建筑設計不應采用嚴重不規則的設計方案。建筑及其抗側力結構的平面布置宜規則、對稱,應具有良好的整體性;建筑的立面和豎向剖面宜規則,結構的豎向剛度突交易造成抗震薄弱層(部位),薄弱層可用樓層的實際承載力與設計計算的彈性受力之比來判斷,該比值在總體上應保持一個相對均勻的變化,避免大的起伏,豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小,避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。不規則的建筑物的平、立面布置受力復雜,結構分析難度大,易造成較多的抗震薄弱部位,在抗震措施處理上難免顧此失彼而留下破壞隱患。而體型規則的結構受力簡單、明確,容易判斷其地震時的反應,便于采取抗震構造措施和進行細部處理。而體型復雜、特別或嚴重不規則的結構則受力復雜,結構分析難度大,易造成較多的抗震薄弱部位,在抗震措施處理上難免顧此失彼而留下破壞隱患。 如不能避免,也應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施,使我們的設計更加完善合理少出問題。麗江地震 512汶川地震中用嚴重不規則的方案建筑遭受嚴重破壞,就是前車之鑒。
抗震結構體系的選取、構件的布置以及結構質量的規則分布 抗震結構體系的選取受震級大小,震中遠近,場地好壞以及建筑材料,施工條件、經濟條件等諸多因素影響,是一個綜合的技術經濟問題,須進行周密考慮確定。規范對建筑結構體系主要要求是達到體系受力明確,傳力臺理,傳力線路不間斷,具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。.保證結構延性能力的抗震措施合理選擇了結構的屈服水準和延性要求后,就需要通過抗震結構體系的選取、構件的布置來保證結構確實具有所需的延性能力,從而保證結構在中震、大震下實現抗震設防目標。系統的構件的布置,質量的規則分布措施包括以下幾個方面內容:1.“強柱弱梁”:人為增大柱相對于梁的抗彎能力,使鋼筋混凝土框架在大震下,梁端塑性鉸出現較早,在達到最大非線性位移時塑性轉動較大;而柱端塑性鉸出現較晚,在達到最大非線性位移時塑性轉動較小,甚至根本不出現塑性鉸。水平地震作用下,梁的屈服先于柱的屈服,。從而保證框架具有一個較為穩定的塑性耗能機構和較大的塑性耗能能力。2.“強剪弱彎”:剪切破壞基本上沒有延性,一旦某部位發生剪切破壞,該部位就將徹底退出結構抗震能力,對于柱端的剪切破壞還可能導致結構的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節點的組合剪力值,使結構能在大震下的交替非彈性變形中其任何構件都不會先發生剪切破壞。
非結構構件的布置建筑非結構構件主要包括附屬結構構件如附屬機械電氣設備系統,裝飾物如幕墻,圍護墻和隔墻等。構件與其結構主體支座和連接等需符合地震時對使用功能的要求。
我國是一個多地震的國家,建筑抗震很重要.現在隨著計算機的發展,各種結構設計軟件大量涌現,但抗震結構設計概念非常重要,設計人員什么時候都不能丟掉概念而一味地相信計算機。不能丟掉概念而一味地相信計算機。概念設計決定建筑物的抗震性能,如果概念設計不適宜于抗震,那么不管多“精密”的計算也無濟于事。要在明確結構抗震概念設計的基礎上合理運用。目前我國在學習借鑒世界其他國家抗震研究成果的基礎上,逐漸形成了自己的大部分內容都符合現代抗震設計理念先進的抗震結構設計概念思路,但是也有許多要改進的地方,需要我們今后加以完善,通過遵循抗震概念設計的原則,使建筑物具有更可靠的抗震性能。
參考文獻
1.聶東方 趙新英,淺談建筑抗震概念設計,煤炭工程[J],2009年11期
本節課內容選自人教A版高中數學選修2―2第一章1.1.2節導數的概念。本節課內容為導數概念的形成及簡單導數的求解。本節內容是基于學生高一物理課程中學習了的瞬時速度,是對瞬時速度知識的一個拓展,也是對函數知識的一個深化,同時,導數作為微積分的核心概念之一,也為我們進一步學習函數的單調性、極值、曲線的切線作知識和方法的準備,因此本節課起著承上啟下的作用。
二、學習者分析
本節課的授課對象是高二的學生。從已有知識來看,學生在已經學習了高一物理課程中的瞬時速度和學習了一定的函數知識,有一定觀察分析、解決問題的能力,因此已經具備了學習本節課的知識基礎和學習能力。但本節課內容思維量大,對類比歸納、抽象概括、聯系與轉化的能力有較高的要求,學生學習起來有一定的困難。
三、教學重難點
重點:(1)導數概念的探索與形成;(2)導數概念求導數方法的掌握;
難點:(1)導數概念的理解。
四、教學目標
1.知識與技能:(1)引導學生探索導數概念的形成,加深導數的概念的理解;(2)簡單運用導數的概念解決求導數的問題。
2.過程與方法:(1)通過導數概念的形成,培養學生具體到抽象,特殊到一般的思維方法與能力;(2)經歷對概念的應用,領悟極限思想和函數思想,提高類比歸納、抽象概括、聯系與轉化的思維能力。
3.情感態度與價值觀:(1)通過對導數概念的探究學習,體會由具體到抽象、特殊到一般認識事物規律,培養抽象概括的思維能力;(2)從生活中的實際問題到數學的抽象過渡,體會數學來源于生活,增強學生學習數學的興趣。
五、教學過程
(1)課題導入。上節課中,我們學習了“平均變化率”的概念,我們提到這樣的一個例題:
情景1:高臺跳水運動中,運動員相對于水面的高度h與起跳后的時間t的關系為:h(t)=-4.9t2+6.5t+10。通過上一節的學習,我們可以求在某時間段的平均速度。那么同學們來算一算0≤t≤6549這段時間里的平均速度。
【師生活動】學生容易通過計算得到這段時間內的平均速度為0。
思考1:既然我們得到這段時間里的平均速度為0,那么運動員在這段時間里是靜止的?
【師生活動】學生顯然知道在這段時間內運動員不可能是靜止的,教師引導學生引入瞬間速度。
(2)探索新知,形成概念。問題1:所以,在這個時候,我們用平均速度來描述運動員的運動狀態顯然是有問題的,我們要用物理中的瞬時速度來描述,那我們是如何計算瞬時速度的呢?我們先來看看t=2附近的平均速度的情況。
【師生活動】學生難以直接求出瞬間速度的大小,教師通過建立一個t=2附近的平均速度
再通過幾何畫板的動畫演示,使學生更加直觀的觀察到平均速度的變換結果。
問題2:觀察這個表格,當時間間隔無限變小時,平均速度有怎樣的變化趨勢?
【師生活動】學生通過觀察不難發現當時間間隔的絕對值趨近于0時,即t無論是從小于2的一邊,還是從大于2的一邊趨近于2時,平均速度都趨近于一個確定的值-13.1。
【設計意圖】經歷表格數據的觀察,得出該時刻的瞬間速度的大小,培養了學生觀察分析,抽象概括的能力。
問題3:那么我們如何將t=2時瞬時速度用一個數學的表達式表示出來呢?
【師生活動】教師引導學生理解當“時間間隔無限小時,平均速度的極限就是瞬時速度”這句話,進一步引入表達式:
【設計意圖】經歷特殊時間下的瞬時速度的計算表達式的得出過程,力圖讓學生體驗抽象概括的數學思維與解題方法。
思考2:既然我們得到特殊時間點是瞬時速度的表達式,那么如何函數y=f(x)表示在某一時刻x0的瞬時變化率?
(2)根據定義求導數值:一差、二比、三極限
【設計意圖】體現了以學生為主體的課堂教學,讓學生自己總結本節課的收獲,有利于學生進一步鞏固所學知識。同時,教師也可以根據學生的掌握情況,進行及時的評價反思,為下一節課的教學做好準備。
七、布置作業
1、課本第10頁練習1,2,3;
關鍵詞:建筑結構 抗震 概念設計
Abstract: the structural seismic design of the concept design for seismic design of building is the macro control, this paper according to the characteristics of the earthquake, from the choice, the scale of the building elevation layout, the structural type and structure layout, multi-channel seismic line, stiffness, the matching of the bearing capacity and ductility, the structure parts processing in the analysis of the structural seismic design after provide some guidance.
Keywords: structural seismic design concept
中圖分類號:TU318 文獻標識碼:A文章編號:
一、引言
地震是一種隨機振動,有難以把握的不確定性和復雜性,要準確預測建筑物所遭遇地震的參數和特性,有很大的難度,在結構分析方面,由于未能充分考慮結構的材料時效,空間作用、阻尼變法、非彈性性質等多種因素,也存在著一定的不確定性,因此,工程抗震問題不能完全依賴“計算設計”解決,而立足于工程抗震基本理論及長期工程抗震經驗總結的工程抗震基本概念,往往是構造良好結構性能的決定性因素,即所謂的“概念設計”。
二、建筑結構概念設計的內容
1.場地的選擇
選擇一塊好的場地,能降低造價和有利用工程的穩固,場地的選擇首先要避開危險地段,建筑抗震的危險地段是指地震時可能發生滑坡、地陷、崩塌、地裂、泥石流等地段,以及震中烈度為8度以上的發震斷裂帶在地震時可能發生地表錯位的地段。選擇有利抗震的地段,一般是指位于開闊平坦地帶的堅硬場地或密實均勻中硬場地。在選擇高層建筑的場地時,應盡可能建在基巖或薄土層上,或建在具有較大“平均剪切波速”的堅硬場地上,以減少輸入建筑物的地震能量,從根本上減輕地震對建筑物的破壞作用。
2.建筑的平立面布置。
一棟房屋的動力性能取決于它的結構布置和建筑布局,結構布置符合抗震原則,建筑布局簡單合理,從而容易從根本上保證房屋具有良好的耐震性能,反之,建筑布局復雜,奇特,結構布置不夠合理,地震反應分析進行的多么精細,也較難達到減輕震害的預期目的。建筑物平面、立面布置宜對稱,均勻,規則,質量和剛度變化均勻。建筑物的高寬比應該符合結構體系和地震烈度區的要求,選擇合適的高寬比例,處理好地震時巨大的傾覆力矩在柱(墻)和基礎中所引起的壓力和拉力,有利于結構的抗震。建筑物的高度越高,一般對建筑物的抗震越不利,但是就技術經濟方面而言,每種結構體系都有適合自己的高度,為了使建筑物滿足自身的抗震要求,而且能收到更加良好的經濟效果。在建筑物的平立面上,防震縫應該設置合理,若設置不當,地震時容易引起相鄰建筑物的碰撞,加重地震破壞的程度,因此對于設防6度以上的房屋,所有沉降縫和伸縮縫都要符合抗震縫的要求。
3.結構選型與結構布置
不同的結構體系,其抗震性能,使用效果和經濟指標也不同,就常見的多層及中高層建筑而言,框架結構平面布置較靈活,較好的設計可獲得較好的抗震能力,但是框架結構的抗側移剛度較差,在地震區多用于10層左右剛度較均勻和體型較簡單的建筑物;砌體結構在地震區一般適宜于6層及6層以下的居住建筑;框架-剪力墻結構或者剪力墻結構多用于層數較多,體型復雜,剛度不均勻的建筑物。在結構選型時,還有注意考慮場地條件與建筑物剛度,基礎形式等。 結構布置的一般原則是確保結構平面布置的對稱,豎向布置的均勻。結構布置應該力求平面布置對稱,使構件在地震時側移量相等,水平地震力按構件剛度分配;豎向布置均勻,避免出現薄弱層,盡可能降低房屋的重心。
4.多道抗震防線
一個抗震結構體系,應由若干個延性較好的分體系組成,并由延性良好的結構構件連接起來協同工作。在框架-抗震墻、框架-支撐、筒體-框架、筒中筒等雙重抗側力體系中,框架、筒體、抗震墻、豎向支撐以及砌體填充墻等承載力構件,都可以充當第一道防線主力構件,率先抵御水平地震作用的沖擊。但是由于他們各自在結構中的受力條件不同,后果也不同,因此優先選擇少負擔重力荷載的豎向支撐或填充墻作為第一道抗震防線的抗側力構件。一般情況下,不宜采用軸壓比很大的框架柱兼作第一道防線的抗側力構件。利用贅余構件增多抗震防線,當建筑物受到強烈地震作用時,一方面利用結構中增設的贅余桿件的屈服和變形,來耗散輸入的地震能量;另一方面利用贅余構件的破壞和退出工作,使整個結構從一種穩定體系過度到另一種穩定體系,實現結構周期的變法,以避開地震動卓越周期長時間持續作用所引起的共振效應。
5.剛度、承載力和延性的匹配
對一棟建筑物來說,重力荷載、風荷載等靜力荷載,其值相對穩定,變法幅度不大,但是地震時建筑物所承受的作用力,卻與其動力特性密切相關。建筑物的抗側移剛度大,自振周期短,地震作用就大,提高結構的抗側移剛度,可以減小結構側移,但結構剛度大,要求結構具有與較大地震反應對應的較高水平抗力,但是提高抗側移剛度,常是以降低結構延性指標及提高工程造價為代價的,因此,在確定建筑結構體系時,需要在結構剛度、延性及承載力之間尋求一種較好的匹配關系。
6.非結構部件處理
所謂非結構部件,一般是指在結構分析中不考慮承受重力荷載以及風、地震等側向荷載的部件,如內隔墻、樓梯踏步板、框架填充墻、建筑墻板等。然而,在地震作用下,建筑中的這些部件會或多或少地參與工作,從而可能改變整個結構或某些構件的剛度、承載力和傳力路線,產生出乎預料的抗震效果,或者造成未曾估計到的局部震害,因此,有必要根據以往歷次地震中的宏觀震害經驗,妥善處理這些非結構部件,以減輕震害,提高建筑的抗震可靠度。
三、結語
本文主要介紹了工程結構抗震中“概念設計”的一些基本內容和要求,總結了以往工程結構的震害和設計經驗。選擇合適的場地,確立建筑的平立面設計簡單合理,選擇符合抗震要求的結構體系,設置多道抗震防線,需找結構剛度、承載力及延性之間的匹配,處理好非結構部件的抗震要求,確保了整個結構設計的安全。
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1.1健康指數法HQI計算步驟在大型連續性生產的化工裝置中,空氣中的化學物質主要來源為無組織散逸,根據散逸的化學物質濃度的數據計算出有毒有害物質的接觸濃度。在設計過程中根據化工標準模塊,估算有害物質的化學濃度,達到優化工藝的目的。
1.1.1無組織散逸排放估算在概念設計階段,工藝流程圖(PFD)還不是特別詳盡,不知道具體的工藝管道和設備圖紙,可以用基于工藝標準化模塊的方法來預測無組織排放的濃度和速率。美國環境保護機構收集了各種工藝流散逸的數據,諸如蒸汽、輕組分液體和重組分液體等。設備和管道各模塊無組織散逸的估算見表1。
1.1.2空氣體積流量估算工藝裝置區內空氣體積速率的估算是根據工藝裝置的尺寸和風速得到的。工藝區域面積的尺寸由預先估計的工藝模塊的面積決定。工藝裝置區內所有工藝模塊面積加起來得出工藝區地面面積的總和,用At表示。
1.2健康指數法HQI計算方程健康指數法的危害指數是指估計的化學品濃度與暴露接觸限值的比值,危害等級劃分:指數值小于1,可以接受,指數值大于1,不可以接受,而且指數越大危害等級越高。2)二氯丙醇精餾為了有利于環化反應需要對二氯丙醇進行精餾并提高其濃度,去除副反應產生的雙甘油及脂等高沸點有機物并分離反應生成的部分水分。為保證分離充分,精餾塔溫度設定在70~160℃之間,真空壓力。精餾后,水與二氯丙醇將送往冷凝器和傾析器進行液相分層。
1.3工藝模塊分析根據工藝描述和流程,C081/1-2,C581/1-2為RHT’s反應釜,C082,C582為共沸塔,C022,2健康指數(HQI)技術分析及應用本文將概念設計階段的甘油法生產環氧氯丙烷氯化單元的工藝流程作為研究對象,對無組織排放實施健康指數HQI技術推演,以達到保護環境和保護人體健康目的,也為以后研發新技術是否科學、合理提供一個強有力的指標。
2健康指數(HQI)技術分析及應用
2.1HQI技術分析
氯化單元工藝描述1)氯化反應有機酸催化劑加入甘油,含有催化劑的甘油、氯化氫分別由蒸汽加熱,達到一定溫度再混合均勻后加入反應釜,進行數小時的氯化反應。該一步法包括以下兩個反應步驟,第一步驟為甘油與氯化氫氣體在反應生成中間產物兩種單氯丙二醇異構體(3-氯-1,2-丙二醇和2-氯-1,3-丙二醇)。C522為閃蒸分離器,C181/C121,C681/C621為有機分離塔/二氯丙醇分離塔,C184為水洗塔,D081/D082/D083/D084為環氧氯丙烷反應釜,D075為中和反應釜,D182為水洗塔,D283/D285為汽提塔,E181為輕組分蒸餾塔,E182為最終產品蒸餾塔,E281為中間蒸餾塔,E283為緩沖蒸餾塔,E282為重組分蒸餾塔。氯化單元的吸收(1臺)、閃蒸(2臺)、蒸餾(6臺)、反應(2臺)工藝單元。氯化單元面積:Ai=1×82+2×72+6×129+2×95=1190m2。
2.2無組織排放量估算在確定工藝單元模塊的基礎上,根據美國環境保護機構EPA,1988,Protocolsforgeneratingunit-specificemissionestimatesforequipmentleaksofVOCandVHAP,publicationnumberEPA-450/3-88-070,NorthCarolina,參考其工藝單元模塊無組織排放估算數據,無組織排放平均散逸系數見表2,經計算單個工藝單元模塊無組織排放量(m)見表3。
2.3氯化單元無組織排放量計算根據工藝描述和流程,氯化單元工藝模塊的無組織散逸量計算如下。F1:總物料0.044HL,HCl(L,20%)占43.9%為0.0193,GLC(HL)占56.1%為0.0247;F2:總物料HCl0.11G,占100%;O2/3:總物料0.156HL,其中HCl占40.9%為0.0638,DCPol占59.1%為0.0922;O3/4:-2)共沸塔C082和C582(單位kg/h):F1:總物料0.036LL,HCl(L,20%)占89.52%為0.03222,GLC(HL)占7.48%為0.00269;F2:-;O2/3:總物料0.025V,其中HCl占87.8%為0.02195,DCPol占7.6%為0.0019,H2占4.6%為0.00115;O3/4:總物料為0.217LL,其中HCl占93%為0.20181,DCPol占7%為0.01519。3)閃蒸分離器C022和C522(單位kg/h):F1:總物料0.046HL,HCl(L,20%)占40.9%為0.0188,DCPol(HL)占59.1%為0.0272;F2:-;O2/3:總物料0.021V,其中HCl占92.9%為0.0195,DCPol占7.1%為0.0015;O3/4:總物料0.165HL,其中HC(L,20%)l占7.88%為0.013,DCPol占92.12%為0.152。4)有機分離塔/二氯丙醇分離塔C181/121和C681/C621(單位為kg/h):F1:總物料0.021HL,HCl(L,20%)占7.88%為0.0017,DCPol(HL)占92.12%為0.0193;F2:-;O2/3:總物料0.025G,其中HCl占61%為0.01525,DCPol占39%為0.00975;O3/4:總物料0.137HL,其中HC(L,20%)l占68.9%為0.0944,DCPol占31.1%為0.0426。5)水洗塔C184(單位為kg/h):F1:總物料0.024G,HCl(G)占100%為0.024;F2:HCl(L,20%)占68.9%為0.043,DGLC(HL)占31.1%為0.020;O2/3:總物料0.109G,其中HCl占100%為0.109;O3/4:總物料0.134HL,其中HClL,20%)占68.9%為0.0923,DGLC(HL)占31.1%為0.0417。
2.4甘油法無組織排放總量計算綜述根據上述計算,甘油法工藝路線氯化單元的排放的有害物質有二氯丙醇、氯化氫氣體、鹽酸等,排放總量詳見表4。2.5空氣體積流量估算工藝裝置區內空氣體積流量的估算是根據工藝裝置的尺寸和風速得到的。工藝區域面積的尺寸由公式1可得。2.6有害物濃度估算根據表4,表5,由公式5可得氯化單元裝置區下風向邊緣平均有害物濃度,用C表示。詳見表6。2.7健康指數估算[7-10]健康指數來源于危害指數,它是指化學品濃度與暴露接觸限值的比值,用HQIi表示。
3分析
3.1工藝模塊分析甘油法工藝單元由氯化單元、環化單元和精餾單元組成,由于篇幅原因本文只介紹了氯化單元情況,氯化單元有吸收、閃蒸、蒸餾、反應工藝模塊,總面積為1190m2。
3.2無組織排放總量計算及物料毒害性分析甘油法工藝路線氯化單元排放的有害物質有二氯丙醇、氯化氫氣體等,總排放速率:甘油13.72mg/s,雙甘油35.25mg/s,二氯丙醇178.74mg/s,氯化氫氣體42.5mg/s;從無組織排放總量計算和物料毒害性分析看,甘油法的氯化單元工藝流程較為合理,但還需適當改進。
3.3健康指數估算分析由計算可知,甘油法氯化單元工藝路線健康指數為0.0865,小于1,但可以適當改進,優化工藝。
4結論