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工业设计与结构设计范文1
关键词：钢结构；工业；结构设计；施工
中图分类号：TU391文献标识码： A
引言
随着工业生产技术的不断进步，钢材的种类也日益繁多，尤其是高性能钢材的产品逐渐占据市场的主体，其应用必将更加广泛。更为重要的是，计算机技术的发展为钢结构设计软件甚至计算理论带来的更大的益处。目前钢结构计算软件越来越多，各种技术理论的应用也越来越全面，钢结构在有限元及空间作用的研究及应用会越来越普及。
目前钢结构或者应用大量钢材的混合结构的应用实例很多，更多的为人熟知的是其在高层、超高层及大型公共建筑中的应用。这些项目一般在社会上的影响力非常大，经常为一个城市甚至一个国家的地标性建筑。能够在这样的项目中得到大量应用，充分证明了钢材及钢结构体系在结构设计中所占有的重要位置。
一、钢结构在工业设计中的重要性
我们知道农业是我国国民经济的基础，因为它提供人民的基本生存保障。但在整个国民经济中光靠农业是远远不够的，其它产业部门，如工业、交通、商业等都必须大力发展，尤其是工业，它是国民经济的主导产业。一个国家工业发展水平就代表了其经济发展水平，世界上的发达国家都是工业化国家。作为发展中国家，与发达国家相比，我国的工业还存在许多问题。比如总体水平低，现代化程度差，科学技术上明显滞后，工业生产效率也较低。因此，工业经济的转型势在必行。
配合着工业方面的转型，钢结构在工业领域的应用也将进入到一个新的阶段。在这个阶段中面临着一定的考验，但更多的是机遇。对于工业来讲，钢结构的应用范围相当广泛，历史也相当悠久，其体系也较为成熟和固定。工业中体量大小差异很大的建、构筑物很多，需要满足的功能要求也多种多样，各方面的限制因素等都导致结构样式要比较灵活，因此钢结构的应用必将占据很大的部分。辅助材料的性能发展，如防火材料、防腐蚀材料及保温材料等，也使钢结构能满足越来越高的使用上的要求。随着时间的不断推移，工业与钢结构之间形成了一种相互促进、互利互惠的关系。这种关系也决定了两者紧密的联系。
二、钢单层钢筋混凝土柱工业厂房的典型案例分析
（一）、工业厂房屋盖系统结构严重破坏
采用钢筋混凝土屋架及屋面板的工业厂房在地震中容易发生严重破坏，强烈的地震作用使得这种整体性差、重量大的屋盖结构系统大批坠落，个别厂房结构解体破坏。
强烈的地震作用使得钢单层钢筋混凝土柱工业厂房柱的顶面与屋架连接处的连接焊缝及螺栓被剪断，或预埋件被拔出，从而使得柱顶与屋架的连接失效，在地震中屋架产生纵向或横向位移错动，最终丧失钢筋混凝土柱的支撑，屋面板与屋架一起坠落。由于屋架与屋面板的焊接不良，或连接件严重锈蚀，在强烈的地震作用下，屋架与屋面板的连接松动脱空，使屋面板在地震晃动中滑脱下坠。
（二）、柱子及支撑的震害
柱子严重破坏导致屋盖坍塌。厂房属多跨单层厂房，边柱为矩形截面，地震后基本完好；中柱为双肢大空腹薄壁柱，每个肢是槽型钢筋混凝土截面，柱子的整体工作能力显然太差，下柱局部破坏严重，上柱的破坏更为严重，有的甚至在全高范围内被压碎，只剩下零零星星的几根钢筋，最终导致屋盖的全面坍塌。钢单层钢筋混凝土柱与吊车梁顶面连接处发生剪切裂缝。由于汶川地震前的工业厂房设计中均未考虑到抗震设计，所以在汶川地震中工业厂房柱子与吊车梁顶面连接处发生了严重的剪切裂缝如图1。
图1
三、工程概况
贵州省瓮安县创业园一期工程有三连体和两连体两种形式，均由钢结构厂房和连体组成。其中钢结构厂房为3层，连体为5层。三连体建筑面积为24669m2，两连体建筑面积为15490m2。厂房采用新型装配整体式空间钢网格盒式结构，单跨跨度为14.4m，共两跨3层，平面尺寸为28.8m×72m，墙架柱间距为2m，建筑总高为15.6m。
四、厂房结构设计
（一）、结构设计方案
本工程钢结构厂房与连体用缝断开，分开建模计算。钢结构厂房采用SATWE程序进行分析计算。厂房楼面活载取6kN/m2，屋面活载取2.0kN/m2，恒载按实际考虑。
钢材选用Q345钢，楼面及屋面混凝土板采用C30混凝土，钢筋采用HRB400。墙架与楼盖单元布置如图2所示，楼盖、纵墙、山墙单元布置分别如图3～5所示，图中圆圈表示各单元的连接节点，虚线表示相邻单元的分界线，各字母为单元编号。单元之间均采用腹板高强螺栓连接、翼缘焊接的刚接形式，按照等强连接的原则确定螺栓的数量和大小。墙架柱及层间梁按实际截面输入模型，由于现有计算软件无法真实输入钢空腹夹层板的模型，笔者采用折算过的等刚度的工字形截面来等效模拟上、下T形截面。等效原则按两者高度相同、抗弯刚度相同进行换算，折算结果如表1所示。在采取钢空腹夹层板楼盖的实际工程中，这种折算方法已通过现场试验证实是可行的(实际截面的现场试验结果与折算成实腹梁的计算结果相吻合)。
图2 墙架与楼盖单元连接轴测
图3 楼盖单元布置
图4 纵墙单元布置
图5 山墙布置
表1 按等效刚度原则折算成实腹梁截面(标准层)
（二）、中柱与楼盖相交处节点设计
由于采用钢空腹夹层板楼盖结构，中柱与楼盖节点计算模型类似于无梁楼盖，经计算对比，采用“米”字形节点作为“柱帽”，经整体、节点分析此节点均能满足设计要求，其应力比及截面尺寸见图6。
（三）、剪力键的设计校核
钢空腹夹层板楼盖剪力键采用方钢管，按下式计算:
ΔN≤fvAs
式中:ΔN为剪力键两侧上(下)肋轴力设计值差值中的较大值；fv为钢材抗剪强度设计值；As为钢材受剪截面面积。
图6 米字形节点应力比及截面尺寸
（四）、结构分析及计算结果
采用SATWE软件进行结构分析。设计参数:建筑安全等级为二级，结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度为6度，设计基本加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，结构高度为15.6m，基本风压为0.3kN/m2。结构体系为多层钢结构厂房，属于平面规则结构。结构分析结果见表2，3。由表可知:结构第1，2阶振型均为平动；最大层间位移角和位移比远小于《建筑抗震设计规范》(GB50011―2010)限值，结构整体稳定性和抗侧刚度均较好。
表2周期及振动形态
表3最大层间位移角和位移比
五、施工过程
墙架及楼盖均以层为单位以独立单元形式在工厂进行加工，然后运到现场用高强螺栓进行拼接。墙架单元最大尺寸为7100mm×4066mm，质量为981kg，楼盖单元最大尺寸为11250mm×4000mm，质量为784kg。所有单元质量均小于1t，运输和安装均较方便。
空间钢网格盒式结构安装工艺:先安装墙架网格，再安装双层空腹网格楼盖，形成第1层网格盒式结构；再逐次安装第2层和第3层。在钢网格安装期间，外墙DQ板制作加工亦可同步进行。外墙采用厚90镶嵌型DQ板条，双面镶嵌，形成双层DQ墙板。根据墙架的特点，安装步骤为:1)钢丝网细石混凝土现场浇制，即门窗洞口的细石混凝凝土浇制工序；2)所有H型钢墙架柱的高强螺栓连接节点的钢丝网细石混凝土现场浇制；3)上述工序完成后进行DQ墙板的安装；4)根据建筑要求进行墙体内外侧装饰。
结论
相对普通钢框架结构，该结构由于构件尺寸小且数量较多，对钢构件的加工和安装提出了一定的要求。采用装配整体式钢网格盒式结构，所有构件在工厂加工，现场只进行高强螺栓的拼接。在加快施工进度的同时，能够更好地保证工程质量，同时减少现场焊接，减少发生火灾的隐患，提高了施工文明程度。
参考文献
[1] GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社，2003．
工业设计与结构设计范文2
关键词：工业机器人；结构库；关节；模块化
中图分类号：TP391 文献标识码：A
0.引言
随着电子技术、通信技术、机械制造技术的快速发展和改进，有力地促进了机器人的应用。机器人能够模拟人体操作，在工作空间中实现生产活动。工业机器人是一种特殊的机器人，其是现代工业革命和发展的重要组成部分，具有很强的灵活性、适应性，能够在复杂的、恶劣的、常人不能的环境中进行工作，目前已经在多个国家被列为高新技术发展计划。工业机器人按照不同的原则可以实现不同的分类，非常复杂，工业机器人应用领域多，功能强大，已经在多种场合取代了人力劳动，具有重要的作用。工业机器人设计过程中，传统的机器人开发模式是根据机器人的工作环境和实际需求，设计机器人的连杆和关节，设置机器人运动参数。如果机器人工作空间发生改变，就需要进行再设计工作，传统机器人开发模式不具备可移植性、可重用性，开发周期长，工作量复杂且大，改进工业机器人设计模式已经成为人们研究的重点。
1.工业机器人结构型分析
自20世纪第一台机器人诞生以来，机器人显示了非常强大的生命力，已经广泛地应用于工业生产领域，可以大大地提高工业产品生产质量和产量，并且能够降低人力劳动强度，成为智能制造时代最为热门的研究项目。机器人的手臂部分决定其工作空间和形式，因此工业机器人的分类也多依赖于手臂部分的结构坐标形式，主要包括5种类别：
（1）直角坐标式。该类型的机器人3个移动关节按照X、Y和Z互相垂直的模式确定模板执行器的空间位置，其具有结构刚度高、控制无耦合、构型位置精度高等优势，但是密封叉，工作范围小并且占地面积大。
（2）圆柱坐标式。该类型的机器人可以基于一个转动关节和两个移动关节确定末端执行器的空间位置，其操作精确度较高，工作范围大，操作空间易于计算，但容易与工作空间中的其他物体产生碰撞，移动关节不易于密封防尘。
（3）球（极）坐标式。该类型的机器人可以基于一个移动关节和两个转动关节确定末端执行器所处的空间位置，其占地面积小，精度一般，工作空间大，但是存在避障性和平衡性等问题，不易于操作稳定和可靠。
（4）SCARA。该类型的机器人基于一个移动关节和两个转动关节确定其操作空间位置，机器人的垂直运动通过移动关节完成，水平运动通过两个并联的转动关节完成，其体积较小，工作空间非常大，运动速度快，已经在自动装配、搬运等工业生产中获取较多的应用。
（5）关节式。该类机器人使用的关节全部为转动关节，这些关节与人的手臂类似，分别是一个大臂和一个小臂，同时增加了垂直回转关节，可以模拟人体腰、肩、肘的运动功能，因此关节式机器人工作空间大，占地面积小，避障性好，灵活性强，已经是应用最为广泛的工业机器人，但是其计算控制较为复杂，存在严重的平衡问题，位置精度较低。
2.工业机器人结构库建立
工业机器人设计可以采用结构模块原则，在满足工业生产使用功能的前提下，需要最大程度地减少机器人制造使用的关节数量，降低结构的复杂度，同时模块之间的接口也需要尽可能的简单和一致，便于连接、拆卸机器人模块。模块划分还需要充分考虑管理便捷性，提高工业机器人组合灵活性。工业机器人的运动性能取决于连接杆参数，结构模块划分非常有利于连杆参数自适应配置，因此工业机器人机构库建设过程中，基于工业生产功能分解机器人单元模块，可以将工业机器人划分为多个模块，因此工业机器人机构库主要由基座、末端执行器和关节构成，工业机器人可以使用连杆依次连接，基座是机器人的支撑，关节可以为机器人提供运动功能，末端执行器可以为工业机器人工作提供抓取和细微操作支撑，然后可以使用连杆将这些功能单元连接起来，具体的工业机器人接口卡包括6个类别，分别是基座库、连杆库、关节库、末端库、手腕库、连接库，如图1所示。
工业机器人结构库中的组件根据需求设计了不同的尺寸，比如连杆库中包含3种连杆，连杆1可以连接垂直轴线的组件，连杆2可以连接平行轴线的组件，连杆3可以连接共线轴线的组件，这些组件可以根据不同的应用环境和需求进行选择，提高了机器人研制的灵活性，满足多样性需求。工业机器人结构库的关键组成子库是关节模块库、手腕模块库和连接模块库。
关节子库只有一个自由度，其组件分别是移动关节、回转关节和旋转关节。回转关节连接的轴线是共线型，回转关节1可以应用于机器人腰部，回转关节2可以实现其他转动动作；旋转关节1可以连接的组件轴线是共面垂直型，旋转关节2连接的组件轴线是异面垂直型，适用于旋转动作难以实现的连杆模块。关节子库设计的目的是灵活调整机器人尺寸，保持接口尺寸一致，按比例协调机器人模型。
手腕子库可以划分为3类自由度组件，分别是三自由度手腕、二自由度手腕和单自由度手腕。三自由度手腕可以实现工作空间任意方向移动，应用得最为广泛，常见的类型包括RBR型和BBR型，R表示旋转关节，B表示俯仰关节；两自由度手腕包括RB型、BR型、BB型；单自由度手腕包括R型和B型，手腕使用R型时旋转角度非常大，可以满足较多的应用需求。
连接子库是一种方形结构组件，其包括6个平面，没有自由度。连接子库的组件设计目的是为了能够将任意两个连杆组件连接起来，这样就可以形成一个长度加大的连杆，其可以在按比例缩放、调整机器人尺寸时得到广泛使用；连接模块也可以应用与机器人转向，这样就可以增加其他组件的灵活性、自适应性。连接子库的设计可以增加机器人的多样化需求，能够更好地满足不同工业生产环境的需求，进一步提高机器人的应用普适性。
结语
随着电子电路技术、自动化控制技术、通信传输技术的快速发展，工业机器人将会在钢铁制造、汽车生产、电气产品生产、国防科工等多个军民应用领域得到广泛普及和使用。工业机器人的制造和设计模式也将会得到迅速地提升，以便能够适应现代工业机器人的大规模需求。论文提出了一种可重用性强、灵活性高的机器人生产结构库，可以采用模块化设计原则提高机器人设计、制造的效率，缩短研制周期，增强机器人自适应性，具有重要的作用和意义。
参考文献
[1]冯鹏，安鹏天，孟祥振.黄骅港矿石机械化采制样系统中工业机器人的应用[J].港工技术，2015，52（3）：77-79.
[2]周衍超，罗浩彬.机器视觉技术在工业机器人的应用研究[J].装备制造技术，2015（6）：193-195.
工业设计与结构设计范文3
关键词：工业；自动化系统；结构设计；分析
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
随着我国市场经济的快速发展，市场竞争越来越激烈，因此我国很多流程工业领域的很多企业单位也根据其业务结构特点，进行了相应的调整。流程工业领域的相关企业单位开始从纯生产型企业单位逐渐向生产经营型企业单位转变。特别是近些年计算机技术的快速发展，提高了企业单位的生产经营效率,减少了新技术和产品的开发周期，因此产品的设计、生产直到投入市场的时间周期成为了各个生产单位和企业提升竞争力的关键。因此在流程工业领域的企业单位构建自动化综合管理体系，对于流程工业领域的企业单位提高竞争力是十分重要的。
1 流程工业的特点以及管理方面的需求
流程工业对于自动化综合管理的需求和应用特点主要表现为以下几点：
1.1 具有一定的基础自动化水平；
1.2 生产方式具有连续性的特点；
1.3 参数复杂以及测量结果滞后的特点；
1.4 优化手段、设备管理、生产环境、目标的需求；
1.5 提高工程设计效率的需求；
1.6 优化供需链需求。
2 综合自动化系统的架构设计方案
根据流程工业领域相关企业单位的生产特点,本文采用三层架构模式，两套平台系统的结构体系以及高效集成的工作方式完成企业单位进行综合自动化体系的构建。
2.1 三层架构模式。
2.1.1 ERP 层：主要功能是为 REP 平台实现相关应用以及构建数据信息管理平台的基本构架，根据ERP 管理的基本管理方式和理念、基本管理应用实现方法、具体功能以及相关技术应用,是建立和完善科学合理的工作流程的基本条件。以企业单位的财务项目的指控和管理为管理重点、实现一体化生产经营综合管理平台；
2.1.2生产任务执行管理层：主要是负责对一体式综合管理平台的相关应用进行控制，应用现在先进的计算机网络应用技术,实现实时数据和信息的一体化管理，包括网络通信应用管理、系统关系数据库数据检测功能以及系统关系数据库主要应用管理，并且对这些主要功能应用进行有效的集成,构架一体化综合数据管理平台的功能应用以及信息集成框架,建立数据信息管理和纠错功能应用、企业单位物料控制和平衡管理、企业能量平衡管理、优化企业单位工作计划任务、工作任务调度体系管理、工作任务仿真模拟、产品质量跟踪检测、实时信息数据管理等多个应用模块。并且为 ERP 层提供可靠、真实并具有唯一性企业生产经营和成本数据支持；
2.1.3.过程管理控制层：该层主要是基于 DCS（分布式控制系统）技术而建立的系统平台,该平台集成了很通用性、实用性、扩展性较强的软件，并且结合计算机网络通信技术，实现了平台实时数据库基本应用和管理、实时数据处理等功能，集成了自动化罐区管理功能，过程优化功能、班级或生产组成本控制管理功能等,为实现有效的综合自动化系统体系打下基础。
2.2 两套平台系统。
根据流程工业领域的相关企业单位的业务特点，本文采用两套平台系统解决相关企业的庞大数据信息处理需求。在数据管理层中，本文采用的实时数据库是我国浙江中控公司开发的。
2.2.1实时数据库(ESP-iSYS)。实时数据库系统（ESP-iSYS）是构建协同式自动化综合管理体系的基础。ESP-iSYS 实时数据库系统可以实现高效的实时数据采集功能、数据信息存储功能以及 Web 方式数据信息浏览功能和实时数据信息检测功能，并且保证数据的统一性、真实性以及完整性。并且支持多种结构的数据交互功能，包括 API 接口、OPC 接口、DDE 接口、ODBC 接口以及 OLEDB 接口等，具有很强的通用性和扩展性。ESP-iSYSS 实时数据库系统集成了COM/DCOM 技术与应用、系统信息检测与容错、任务管理控制与调度、高效数据压缩功能、位号映射控制与管理等先进数据信息管理技术。
2.2.2综合集成软件平台(ESP-PlantJet)。
ESP-PlantJet 是浙江中控软件技术有限公司针对流程工业企业研制开发的综合集成软件平台,系统结构采用分层、分布式的组件结构设计,能支持大用户量及计算量应用。整个系统自下而上可划分为工厂数据模型、支撑环境、业务处理和人机接口等四个层次。ESP-PlantJet 系统采用 B/S 结构来实施,并辅之以工作站上的常用工具软件,这样,就更能充分地利用己有的信息,从而为解决方案带来了附加价值。
2.3 高效集成。
本文综合自动化整体解决方案的高效集成体现在以下几个方面。
2.3.1实时数据库与下层 DCS 之间的高效集成：ESP-iSYS 可以通过 DDE、OPC及自定义的接口与 DCS、PLC、FCS 等开放式控制系统或者智能仪表连接,并进行数据采集和管理。ESP-iSYS 支持包括横河、ABB、Fisher Rosemount、Foxboro、Honeywell、浙大中控、西门子、OMRON 等几乎所有的主流型 DCS、PLC 和 FCS 等。
2.3.2全系列的先进控制软件：以 APC-Adcon 为代表的先进控制软件,涉及到多变量预测控制、预测函数控制、软测量、模型辨识、物料平衡、数据校正等等方面,这些软件既能够很方便与ESP-iSYS 进行集成应用,也能够根据客户和现场的情况单独使用。
2.3.3 ESP-iSYS 与 ESP-PlantJet 之间的高效连接：由于这两个平台均是自主开发、具有自主知识产权的软件系统,充分发挥了平台的高效联结机制,保证两个平台之间能够正确、及时地进行数据的双向传输。
3 结束语
我国流程工业领域的企业，例如石油领域企业、化工领域企业或冶金领域企业等，所采用的传统管理方法为利用计算机（包括数据信息收集、设定值数据管理和控制）、电气化管理控制、各种仪表管理控制(主要包括各种温度控制仪表、压力控制仪表、液位控制仪表等相关仪表或 DCS 控制)，并根据工作特点进行划分，不同的专业、工种管理和发展相对独立。虽然目前流程工业领域的企业在管理方面做出了调整，但是在大多数企业中，机电仪还是做为一个部门进行管理和发展，但是机电仪部门是由多种专业领域组成的，所以在管理时，还是需要根据不同的专业进行针对性的管理。因此，可以在机电仪部门中进行实施综合管理，建立一体化的机、电、仪综合业务管理，通常还被叫做电仪一体化管理体系，建立完善电仪一体化管理体系，是实现流程工业领域企业单位自动化综合管理体系的基础。
本文通过对目前国内工业自动化的发展经验进行总结和论述，主要分析了工业自动化技术在流程工业中的综合应用和发展。本文从流程工业中相关企业自动化技术的应用入手，分析了流程工业的相关企业对于自动化技术的需求，设计了综合自动化系统的体系结构。并对目前综合工业自动化技术在流程工业领域的应用经验进行总结，希望对流程工业相关企业的综合自动化应用和管理提供一定的借鉴和帮助。
参考文献：
工业设计与结构设计范文4
近年，随着我国经济建设的迅速发展，多层轻型钢结构厂房以其自重轻、用钢量少、抗震性能好、施工速度快等特点获得了广泛应用，具备相当的竞争力。本文结合某多层轻钢结构厂房，论述了其设计方法及结构特点，并进行了经济指标的比较，为今后类似工程的推广与应用提供一些有益的经验。
一、多层轻钢结构厂房的特点
1.1采用轻型围护结构
带彩色涂层的压型钢板和夹芯金属板，以其自重轻，保温隔热效果好，安装速度快，外表美观的优点，已经取代传统多层厂房的砌体围护墙体，成为多层轻钢厂房不可缺少的围护材料。轻型围护结构有利于大幅度减轻结构自重和降低对基础的要求。
1.2层高与柱网尺寸大
相对多层民用建筑，多层轻钢厂房根据工艺要求，层高比较大，一般为4－8m，如一个4层厂房的高度可相当于8层民用建筑；多层轻钢厂房内部空间大，柱距多为6－12m，有时达到18m。
1.3活荷载大
由于原料堆放以及生产工艺的要求，多层轻钢厂房的活荷载多为2.5－20kN/m2,远大于多层民用建筑的活荷载。
1.4较多的县桂与集中荷载
多层厂房的悬挂荷载主要包括安装荷载。工艺流水线,吊车等荷载，而集中荷载主要包括设备自重，有时还会有设备振动荷载。
1.5结构错层布置
多层民用建筑的结构多为对称布置，而对于多层轻钢厂房，为了满足工艺要求，常常会出现结构错层现象，这使得楼板不再完整，质量沿高度分布的均匀性被破坏，在地震作用下，可能发生扭转。并且由于“短柱效应”，使得水平剪力成为某些柱段的控制因素。
1.6施工周期短
与传统的钢筋混凝土厂房相比，多层轻钢厂房的设计，生产，施工趋于一体化，加之现场少焊接，少湿作业，这些都有利于缩短周期，加快资金流通。
二、多层轻钢厂房的结构布置
2.1结构体系
多层厂房宜采用由工形或箱形桩和工形梁组成的空间框架体系，构件多为钢板焊接。这种体系侧向刚度较小，需设置侧向支撑，或结合电梯井的布置，可采用框架一抗剪桁架结构，框架一抗剪钢板剪力墙，框架一钢混剪力墙体系，确保对结构水平位移的控制。
2.2柱网布置
厂房结构设计中首先要解决的问题是如何配合工艺要求进行柱网的平面布置，过去我国习惯上将柱距模数定为3m(常用3m ，6m， 12m等)，而对于多层轻型钢结构厂房而言，钢架的间距宜为6m,亦可采用4.5m,7.5m,9m,12m。刚架的跨度可根据工程需要灵活设定。
2.3支撑体系
多层厂房轻钢结构侧向刚度较弱，为了抵抗水平风荷载和地震作用，减小层间侧移，应在设置柱间支撑的开间，同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。
2.4节点构造
多层钢结构厂房柱多采用焊接工形或箱形载面。由于工形载面腹板比较薄，故在弱轴方向与梁的连接多采用铰接，而强轴方向采用刚接形式。同时多层房屋钢结构的板件宽厚比大，应尽量避免工地现场焊缝连接。图1给出了常用的多层轻钢房屋梁柱连接节点示意图。
2.5围护结构
为了减轻多层厂房的自重，围护结构多采用轻质材料。外墙体常采用非自承重式轻型墙体，底层墙体常采用空心粘土砖砌体。
内隔墙可采用空心砌块、加气混凝土块等轻质填充墙或轻钢龙骨石膏板。
层盖结构多采用檩条体系，或轻钢网架或轻型桁架加铺轻质保温层和压型彩钢板。
2.6楼面构造
多层钢结构厂房的楼板必须有够的承载力、刚度和整体性，当前主要采用以下两种形式：
(1)压型钢板组合楼盖：这种楼盖的具体做法是在钢梁上铺设压型钢板，再浇注100－15mm的钢筋混凝土板，压型钢板与钢梁之间用栓钉连接。设计时如考虑钢梁和楼板的组合作用，则次梁设计的用钢量将比不考虑组合作用时节省25－35％，且能有效降低梁高，提高楼层将空，这种设计方法将有效降低多层厂房的总用钢量。
(2)预制板叠合层组合楼盖：这种楼盖的具体做法是钢梁上铺设预应力钢筋混凝土薄板，再浇注100－150mm的钢筋混凝土板。这种做法由于省去压型钢板而使总造价大为降低，是一种有广泛应用前景的楼面结构。
2.7基础形式
多层轻钢厂房的基础多采用柱下独立基础，条形基础，十字型基础，如场地土条件较差可采用片筏形基础或桩基础。基础梁多采用现浇或预制混凝土梁，也可采用钢基础梁，但通常将埋置在地面以下的柱脚和钢梁外包混凝土，以解决防腐问题。
三、多层轻钢厂房的计算与设计要求
3.1计算方法
虽然目前有一些于手算的简化公式，但实际中一般采用通用有限元结构分析程序或钢结构设计专用程序。
对于设计地震烈度为6度以上的地区，必须考虑水平地震作用。结构布置均匀的多层轻钢厂房可采用底部剪力法计算。
3.2设计的基本
对于多层轻钢厂房，框架梁柱不仅应满足承载力要求。还要同时满足刚架柱构件稳定性与钢框架的整体稳定性要求。
此外对主刚架整体横向刚度的检验也是必不可少的，具体要求如下：
A．在风荷载作用下的顶点水平位移与总高度之比不宜大于1/500
B．层间相对位移与层高比不宜大于1/400
C．在常遇地震作用下，层间侧移不超过楼层高度1/250。
D．顶层的层间移可取1/50，但是为了与下层刚架柱保持一致，应取1/200。
四、典型工程实例
4.1工程背景
某工程是炼油配套装置的多层轻钢结构厂房。总建筑面积达10782.0m2，平面呈矩形，总长为84.0m,宽27.9。其中主体部分为4层，局部6层。本工程结构平面布置如图2所示，剖面结构布置图见图3。首层层高6.9m,二－四层层高分别为6.0m、5.1m、5.1m；夹层层高3.0m。建筑物总高22.1m，柱距纵向为6.0m横向为6.9m、7.5m、13.5m。
主承重结构体系为三跨工形载面钢框架结构体系；层面采用薄壁型钢C型檩条和双层保温层面板；柱与基础均刚性连接，柱下独立基础，楼面采用压型钢板组合楼盖。墙面采用外挂夹芯板的形式；内墙均为轻钢龙骨石膏板轻质隔墙。
4.2设计分析计算
4.2.1计算荷载
工程所在地基本风压为0.55kn/m2;设计地震烈度为7度近震，IV类场地。主要荷载按表1取值。
表1主要荷载取值（Kn/m2）
4.2.2计算工况
《建筑钢结构设计手册》规定，多层轻钢结构(无吊车情况下)需考虑以下几种荷载组合工况：
11.2×恒载效应标准值＋1.4×活荷载 效应标准值
21.2×恒载效应标准值＋1.3×(风荷载＋活荷载)效应标准值
31.2×生力恒载效应标准值＋1.3水平地震作用效应标准值＋1.4×风荷载效应标准值
41.2×恒载效应标准值＋1.4×活荷载效应标准值(第一、三跨布置)标准值
4.2.3计算方法
结构分析计算利用有限元析软件SATWE和STS完成框架杆件强度、刚度、自振周期的计算。由于纵向对称，可简化为平面结构模型。将框架附属结构简化为荷载处理。其中框架柱与基础为刚性连接.
4.3结果分析
4.3.1结构振型与自振周期
结构水平方向的主要振型无明显突变，说明结构沿高度方向质量和刚度分布合理。X方向的6个基本自振周期见表2
表2结构的X方向的自振周期（s）
4.3.2主要构件自尺寸
本结构框架梁柱采用焊接工字形截面，框架柱间采用双角钢和双槽钢支撑，根据计算分析结果，对梁、柱截面规格尺寸进行了优化和归并，主要梁柱截面及其工程用量见表3所示
表3 梁柱截面形式(Q345钢材)
4.4计算结果
4.4.1构件的强度、刚度与稳定性
计算分析表明，各种梁、柱设计应力均控制在规范允许设计限值的90％，结构构件的强度、刚度和稳定性好。
4.4.2结构水平移
结构分析过程中分别计算了结构在水平风荷载和地震作用下产生的侧向位移，主检结果如下：
A.水平风荷载作用
X方向最大层间位移d/h=1/464
X方向最大顶点位移D/H=1/572
B.水平地震荷载作用
X方向最大层间位移d/h=1/710
X 方向最大顶点位移D/H=1/954
以上结果均满足侧向位移的要求。
五、结论
工业设计与结构设计范文5
关键词：技工院校 一体化课程 学生工作页
技工院校一体化课程教学改革在行业企业调研、职业与工作任务分析、召开实践专家访谈会、一体化课程转化的基础上，各校均编制了各专业一体化课程规范，设计了学习任务设计方案和学生工作页。学生工作页作为一体化课程实施的主要载体，是引导学生从接受学习任务开始到完成学习任务的一个主体性材料，对如何准确定位学生工作页的功能各技工院校目前没有统一的标准和要求。
在学生工作页开发中，如何保证学生工作页开发的适用性、合理性、科学性，成为各技工院校教师探讨的主要问题。山西交通技师学院作为国家人力资源和社会保障部确定的一体化课程教学改革试点院校，在学生工作页开发中为学生工作页赋予了四项功能，一是学生学习任务单，能明确告知学生本次课堂的学习任务；二是学生学习引导材料，能引导学生自主学习，完成学习任务；三是学生学习过程记录材料，能启发学生把工作任务的过程记录下来；四是学生评价材料，能按照评价标准和评分表评价学生完成学习任务的情况。因此，学生工作页基本框架主要包括学生学习任务单和学习内容两部分，学习内容中体现引导、记录和评价功能。
一、学习任务单设计
学习任务单包括学习任务名称、学习目标、学习时限、学习情境描述、学习活动等。
学习任务是由具有教学价值的代表性工作任务转化而来，其内涵在一体化课程标准、学习任务设计方案（其内容包括学习任务描述表、学习内容鱼骨图、一体化教学活动策划表）中详细描述，这里不再赘述。
学习目标设计主要指在完成该学习任务后，学习者能够胜任什么工作或任务，哪些能力得到了提升。学习目标的格式按照《一体化课程规范开发技术规程（试行）》格式：获取哪些资源，学习并应用哪些方法和技术，按照什么工作标准或工作规范，完成什么工作，形成什么工作成果。教师在设计学习目标时应根据完成该学习任务过程的工作六步骤，提炼学生完成每一工作步骤的综合职业能力提升点，确保若干学习任务的目标之和大于或等于相对应的课程目标。
学习时限是指完成该学习任务所需要的教学课时。
学习情境描述要依据企业实际生产或经营过程的环节和特性设计，体现企业实际工作过程的完整性和真实性，同时还要依据考虑教学的可操作性。因此，学习情境描述可以理解为企业工作任务的教学化处理，其设计思路为：提供一项真实的企业代表性工作任务，并针对学习者的兴趣、特点等，结合学校的教学条件设计教学情景，明确任务要求，让学生知道学习任务该做什么、由谁做、什么时间、什么地点做以及工作标准等。学习情境描述要做到既可以激发学生的学习兴趣，又要符合实际工作规律和要求。
学习活动是指完成该学习任务的工作流程。学习活动可按照工作过程六步骤划分，即：获取信息、制订计划、做出决策、实施计划、检查控制、评价反馈；也可按照完成学习任务的各环节划分，各环节之间既可以是并列的、也可以是递进的。建议在低年级课程中按照“完成学习任务各环节”划分学习活动，高年级课程中按照“工作过程六步骤”划分学习活动。
二、学习内容设计
一体化课程教学改革的思想是：学习的内容是工作，在工作中实现学习。因此，学习内容设计应从学生的工作和生活经验出发，引导学生产生问题和疑问，学生借助于工作页的引导问题自主学习新知识和技能，制定工作方案，并完成学习任务。
学习内容要按照学习活动设计，按照学习活动指导学生学习与工作。在每个学习活动中分别设计学习目标、建议课时、学习地点、学习准备、学习过程、学习评价等内容。
学习目标是指完成该学习活动后，学生应能达到的目标，是学习任务总目标的细化和分解。建议课时是指完成该学习活动的教学时数。学习地点是指完成该学习活动的学习和工作场所。学习准备是指学生学习前应该准备好的硬件，包括设备、工具、量具、材料和资料等。学习过程设计即为引导问题的设计，引导问题的设计是整个学生工作页开发的核心。笔者认为，引导问题的设计注重五个要素。
一是引导问题应针对学生的特质和兴趣设计，能激发大多数学生的学习兴趣，从而培养学生“自主学习”的能力。
二是引导问题设计应接近企业工作实际，其表现形式应与企业代表性工作任务的实施顺序匹配，体现企业完整的工作过程。因此，结合职业学校的教学实际，引导问题设计的前半部分重点设计学习任务所蕴含的原理、概念、方法、标准等知识，引导问题设计的后半部分重点设计引领学生完成学习任务的实操过程，体现学生工作页的引导和记录功能。
三是引导问题设计除关注学生专业能力外，还需关注学生方法能力和社会能力。既要鼓励学生独立思考，更要引导学生小组间团结协作；既要设计学生完成工作任务的完整性，更要加强学生的主动安全意识等。
四是引导问题的设计应由易到难、由简到繁，符合学生的认知规律。
五是引导问题的呈现方式应丰富多彩、通俗易懂，注重适用性和实用性。引导问题既可以是选择题、填空题、判断题、绘图题、连线题、问答题、也可以是完整收集信息的表格、完成任务的记录工作单，甚至可以用漫画形式来阐明深刻道理，力求文字生动，图文并茂。在对学生完成学习任务的途径与方法进行指导时可以设置小词典、小提示、学习拓展，让学生感知整个学习过程是通过自己的探索完成的，体现成就感。
学习评价设计。从企业调研中不难发现，现代企业并不十分在意毕业生的专业、学历层次等“硬指标”，相反对毕业生解决问题、独立工作、团队协作、人际交往、语言表达、行为礼仪等“软实力”特别关注。因此，在一体化课程中每个学习任务的考核评价中，应体现“三结合”：评价要素体现专业能力与方法能力、社会能力相结合；评价方式体现学生自评、小组评价与教师评价相结合；评价结果体现过程评价与终结评价相结合，详见学习任务评价表。
表 学习任务评价表
评价项目 评价依据 评价方式 权
重 得分
小计
学生
自评 小组评价 教师
评价
10% 40% 50%
方法能力 获取信息能力 信息搜索、资料查询情况；信息分析、归纳情况 0.05
解决问题能力 分析问题发生的原因；提出解决问题的意见和方案 0.1
独立工作能力 独立完成工作的效率和质量情况 0.1
社会能力 团队协作能力 与他人合作，积极参加各种群体活动，积极献计献策情况 0.05
人际交往能力 与师长、同学相处情况 0.05
语言表达能力 运用正确的词汇确切表达语言内容和技巧情况 0.05
规范行为能力 遵守校规校纪和行为礼仪情况 0.1
专业能力 1.技能操作情况；
2.工作页完成情况；
3.知识考核 0.5
总计
学生工作页的设计，在很大程度上就像是一个导演对脚本的设计，设计质量的好坏直接关系到是否能帮助学生“自主学习”，能否帮助学生学会工作。因此，全国技工院校的教师须共同努力，为中等职业院校学生综合职业能力的提高贡献自己的力量。
参考文献：
[1]李木杰.技工院校一体化课程体系构建与实施[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2012.
工业设计与结构设计范文6
【关键词】现代工业泵结构与设计 教学方法 探索与实践
【基金项目】江苏省品牌专业建设工程资助（PPZY2015A029）。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）09-0202-02
现代工业泵结构与设计是流体机械及工程的专业选修课， 该课程针对本专业以泵类产品为研究对象的特点，加强基本理论知识，力求反映国内外先进科学技术和生产实践经验。它建立在机械原理，流体机械原理，以及叶片泵水力设计等课程知识的基础上，通过开设该本课程，使本专业学生掌握现代工业泵的结构特点和工作原理，为学生毕业后从事本专业的工作打下基础。
课程的教学目标主要包括三个方面：一是掌握工业上常用泵的结构形式；二是掌握自吸泵的自吸原理；三是掌握液固两相流泵的设计方法。工业用泵的类型非常多，要在有限的学时内讲解更多的泵型，要求任课教师对各类泵的结构非常熟悉。另外，要达到预期的教学目标，还要在课堂讲解、课程大作业上以及实践教学等方面做出一些教改尝试。经过几年的教改尝试，获得了一定的教学效果。
一、教改前课程教学存在的问题
相比传统的教学方式，本课程采用多媒体教学为主，辅以板书，该方式使得学生能够接受大量的信息，有助于全面了解各类泵型。通过学生的反馈获得的本课程存在的主要问题：1.大部分学生认为该专业课程非常实用，有助于他们今后的就业，但是由于涉及的泵型太多，学生无法深入了解；2.该课程主要涉及结构设计，部分学生认为课程枯燥，抽象，难懂，学生在课堂上是被动式的接受，而非处于对知识本身的兴趣和探求；3.部分学生没有在学习中把工业泵的结构与功能结合起来，经常发现有一些学生知道有该结构， 却不知道该结构的具体功能和设计原理。例如离心泵上常见的平衡孔，大部分学生不清楚平衡孔设置的数量以及开设位置与轴向力平衡之间的关系。因此，有必要对该课程进行改革，进而提高学生对所学课程的兴趣以及相关知识的理解程度，实现本课程设置的目标。
二、教改措施
传统的本科授课方法以教师讲解为主，学生被动接受，学生主动思考和参与的程度不够，导致上课过程中多数学生无法跟上老师思路，或者睡觉，或者做其他的事情，教学效果比较差。作为流体机械及工程的选修课，面对的是毕业班的学生，部分学生对于这门课更是为了拿到毕业学分，而不是以增长专业知识。为改变这种被动的教学方法的弊端，本门课程在如下几方面做了尝试：
1.课堂教学与实践教学相结合
工业泵结构复杂，学生们总觉得很抽象，对此，我们通过改善课堂教学手段、加强校内实践环节让学生掌握一些常见工业泵的结构。实践教学中设置了双吸泵拆装实践、离心泵性能测试、泵的自吸性能实验、机械密封作用原理等，结合实践教学后，学生的的学习热情显著提高，结合实物和实验，更易于学生掌握本课程的专业知识。通过上述实践环节，加深了对学生对课堂理论知识的理解，学习针对性更强了，图1为双吸泵拆装现场。
2.结合CFD的课堂教学
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是建立在经典流体力学与数值计算方法基础上的一门新兴学科[1]。它通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到对物理问题研究的目的。目前各种CFD通用性软件包陆续出现，成为商品化软件，性能日趋完善，应用范围不断扩大。本课程中涉及的第三章是自吸泵的自吸原理以及设计方法，第五章小流量高扬程泵中的迷宫螺旋泵等都结合了CFD来讲解，图2是通过CFD计算获得的旋流自吸泵含气率分布[2]，图3是迷宫螺旋泵定子内的静压分布[3]。将CFD引入到这两个章节的教学中，有利于学生掌握泵相关的结构参数对泵的性能及内部流动的影响规律。
3.项目教学法的引入
在本课程第四章液固两相流泵结构与设计的教学过程中引入项目教学法，即明确项目后由师生共同实施的教学活动。主要包括以下几个阶段：第一阶段教师提出设计任务，阐明设计的难点和重点，讲解常见两相流泵结构及存在的问题，学生参与讨论，确定设计任务的具体参数，主要包括固液两相流泵的设计流量、扬程、转速以及输送颗粒物的浓度和粒经；第二阶段以教师课堂讲解为主，讲解固液离心泵两相流基本方程式，分析颗粒在叶轮内的运动规律，最后引入固液两相流泵的水力设计方法；第三阶段以学生为主，教师将学生分组，分别下达不同的设计参数，结合学生调研和前面两个阶段的教师讲解，学生完成泵的水力设计，撰写设计说明书和绘制叶轮水力图。在这个阶段，学生会遇到很多困难，此时教师需积极与学生沟通探讨，将解决方案制定出来。通过这次实践后教师课让学生充分了解液固两相流泵的水力结构参数对其性能的影响。图4为学生完成的液固两相流泵叶轮水力图。
4.多样性的课程考核
本课程要求学生掌握现代工业泵结构及其设计方法，因此试卷考试无法全面检查学生掌握本课程的程度。结合本课程的特点，采用课程考试、项目大作业以及PPT讲解等三方面综合考察学生对本课程的掌握程度，其中课程考试主要考察学生对基本概念的理解，项目大作业考察学生应用理论知识解决实际问题的能力，根据项目大作业制作的PPT，可以锻炼学生陈述与分析总结能力。这一考核改革的好处就是针对该门课程自身的特点，全面考核学生对大纲要求内容的掌握程度。
三、总结
近年来，针对现代工业泵结构与设计这门课程的特点，通过在实际教学中不断地进行尝试和探索：课堂教学与实践教学相结合、结合CFD的课堂教学以及项目教学法的引入等多个方面对该课程的教改做了尝试。当然，目前针对该门课程所进行的工作也只是初步的、尝试性的，教学质量的大幅度提高不是一蹴而就的，而是需要进行长期深入地努力才能实现。
参考文献：
[1]刘栋. 泵内流场数值模拟教学方法的探索与实践. 课程教育研究. 2015.2：206.
[2]王春林，吴志旺，司艳雷，等.旋流自吸泵汽液两相流数值模拟.排灌机械. 2009，27（3）：163-167.
[3]王春林，张浩，彭娜，等. 三角形迷宫螺旋泵内部流场数值计算及试验，排灌机械. 2009，27（2）：74-77.
