土木工程畢業設計的問題剖析

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學生對工程設計總體整合能力差，進度前松后緊，主次不分，過多糾纏細節

畢業設計是對本科四年所學的專業知識的全面綜合應用，涉及多門課程的綜合問題，雖然學生已做過單門的課程設計，掌握了相關知識的綜合能力。但在畢業設計過程中，整體思路不清晰，分不清什么內容是重點，必須仔細分析不能含糊；也分不清什么是次要步驟可以大致計算。對于一般的框架結構形式，畢業設計常常分為以下幾個步驟（見圖1），各步驟環環相扣，牽一發而動全身。

（一）讀懂建筑圖是結構設計的基礎學生一般都是根據教師提供的建筑圖和相關資料進行結構設計，因此讀懂建筑圖，充分了解建筑師的設計意圖，理解項目的功能和布局是結構設計的基礎。很多學生第一次看見建筑施工圖，容易被建筑圖中的一些次要信息（比如凸窗、裝飾線條和小洞口）吸引或干擾而忽略與結構有關的信息。對于結構專業，軸網尺寸、建筑布局功能、層高、墻體材料選用（容重）、內外墻厚度、衛生間樓板是否下沉、有無建筑凈高限制等等這些信息關系到下一步的結構分析，必須逐一核實。

（二）結構布置是重點結構布置的基本原則一般是：框架柱的柱位與建筑師協商，基本在建筑圖中已標明；框架柱最好能有雙向的框架梁拉結；隔墻下一般應設梁；客廳、臥房盡量不設梁；外立面梁截面高度盡量等于層高減去窗戶高度，可免去設置窗過梁；為減小柱截面對室內使用空間的影響，可使用異形柱或扁柱。

（三）樓板和次梁的計算是畢業設計的次要內容對于樓板和次梁的計算，學生并不是首次遇到，他們在為期二周的鋼筋混凝土樓蓋課程設計中已得到訓練。但因為畢業設計的初期就做這部分工作，學生很認真并過于謹慎局促，每塊板、每一條小次梁都逐一計算，并常常糾結于一些細枝末節的小問題。比如板跨是否應按書本要求取板的計算跨度？計算跨度是取板的凈跨還是直接取中線到中線距離？樓板計算是否按塑性設計？尤其是住宅結構，房間布局較為零散，次梁較多，相同尺寸和相同邊界條件的板很少，學生耗費大量的時間，計算每塊板的內力和配筋，重復工作量很多。快速有效的方法是將尺寸相近、邊界條件相同的板塊歸并分為幾檔，每檔取尺寸最大的某板塊計算內力和配筋，其他剩余的板配筋參照該板配筋，這樣既節省大量時間又提高了效率。在這個環節中，學生應掌握實際工程中板的邊界支承條件的確定原則：一般相鄰板面標高不大于3厘米、板面鋼筋能拉通的板邊為固定邊；相鄰板面標高大于等于5厘米、板面鋼筋不能拉通的板邊為簡支邊板。

（四）水平荷載作用下的內力計算是重點框架水平荷載作用下的內力計算是畢業設計的重點，并通過結構最大層間水平側移值來判斷結構剛度是否滿足規范要求。水平荷載包括風荷載和地震作用。需要強調的是要求先計算整棟建筑物的風荷載，然后按側移剛度D值分配到各榀框架。學生常常出現錯誤是取該榀框架左右相鄰軸線距離的一半之和作為風荷載的受風面積，并按此計算該榀框架的風荷載值。

（五）荷載效應組合是畢業設計的難點荷載效應組合是畢業設計的難點，主要是組合工況多。對于60m以下的框架結構，一般風荷載效應與地震作用效應不同時組合，其組合工況主要有七種。由于框架柱的彎矩、軸力和剪力沿柱高是變化的，因此取柱的上下端作為控制截面。框架梁除取兩端為控制截面外，還應在跨度中部取最大正彎矩的截面為控制截面。根據框架抗震設計強柱弱梁的指導思想，豎向荷載作用下的梁端彎矩要進行調幅，調幅系數一般取0．85。這個環節經常學生容易出錯，要特別提醒調幅一定是在與水平荷載效應組合之前，而且調幅的對象是豎向荷載作用下的梁端彎矩，不能是水平荷載，柱端彎矩不能調幅。另外，在進行上述七種組合時，框架梁僅需組合梁端彎矩，梁跨內的最大彎矩是沒有辦法組合的，因為每一種工況下的最大彎矩點的位置不盡相同。有的學生往往會取梁跨的中點彎矩進行組合計算，該計算結果沒有任何意義，浪費時間。正確的做法是豎向荷載作用下梁端彎矩調幅后與水平荷載下的梁端彎矩組合，形成組合后的梁端彎矩，再取梁的隔離體，按靜定單跨梁來計算梁的最大彎矩所在的位置及相應的最大彎矩。這部分的計算工作量很大，建議學生采用EXCEL表格的形式完成，每位學生根據自己的理解和需求自行設計組合內力表格并不斷調整完善。

計算機軟件分析中的幾個關鍵點

畢業設計要求采用工程設計軟件復核手算結果，雖然學生在《結構CAD》這門課中了解一些有關主流軟件的基本知識，但并未真正計算一個完整的實際結構。學生在建模計算時，會碰到很多問題，并常常糾纏一些無關緊要小問題，導致程序既容易出錯，又浪費時間拖延進度。指導教師要重點講解程序執行規范條文必須滿足的相關條件、各類輸入參數的合理取值、軟件正確運行的操作步驟、計算結果的解讀和判斷，要指導學生從全局出發，抓大放小，掌控關鍵節點。

（一）計算模型的建立和必要的簡化平面圖形輸入時模型的簡化處理是否合理非常關鍵。比如當梁中線與柱中線不對齊時，學生常常困惑是按偏心輸入還是忽略偏心？這時有兩種選擇：如果不采用程序自動生成的施工圖，建議忽略偏心，按中線對齊輸入，構件配筋時考慮偏心適當調整配筋，如此才能簡單快捷安全；如果需要程序自動生成的施工圖，可考慮偏心按實際輸入。荷載的輸入和折減也是學生們最為關心的問題，比如墻體荷載中門窗洞口荷載是否扣除？是統一用一個折減系數還是每個門窗洞口逐個扣除計算？衛生間樓板是否下沉？下沉后回填荷載的取值大小等等。樓板自重除程序自動計算外，尚應考慮裝修荷載1．0～1．5kN／m2，高級裝修取上限，普通裝修取下限。上述問題看似很小，卻是設計中必然要遇到的，而書本上很少提及，常常制約了學生的進度，教師應結合各具體工程實際情況給于明確的指導。

（二）電算結果的合理性判斷和調整電算結果是否合理不僅僅是查看結果有無超筋、出錯等紅色標識，還應重點核實以下六個比值或參數：框架柱軸壓比、周期比、位移比、剪重比、有效質量系數和層間受剪承載力比。柱軸壓比是為了保證柱的塑形變形能力和保證框架的抗倒塌能力，希望框架柱最終破壞為大偏心受壓破壞。周期比主要是控制結構的扭轉效應，限制結構的抗扭剛度不能太弱，即結構扭轉為主的第一周期與平動為主的第一周期之比不應大于0．9（A級高度高層建筑）。位移比是衡量結構平面布置是否規則的指標，結構平面布置應減少扭轉的影響。剪重比是控制各樓層最小水平地震剪力，以確保結構的安全。因為地震影響系數在長周期段下降較快，對于基本周期大于3．5秒的結構，由此計算所得的水平地震作用下的結構效應可能太小，而實際地震動態作用對結構的破壞具有更大的影響，有效質量系數是判別結構振型數是否選取足夠的指標。當程序輸出的有效質量系數超過0．9時就意味著振型數的數量足夠，由此得到的地震作用合適。層間受剪承載力比［2］是為了防止樓層抗側力結構承載能力突變導致的薄弱層破壞的控制指標。該指標與構件配筋有關，一般較容易滿足。上述指標真正反映了結構概念設計的重要意義，是畢業設計的精髓所在，教師應重點指導。

施工圖的繪制

施工圖的繪制是畢業設計的最后環節，也是學生最薄弱的環節。之前所做的全部工作最終都體現在圖紙上。圖紙質量是學生畢業設計成績判定的重要依據。而學生往往在前面的計算分析中花費大量時間，以致留個繪圖的時間很短，圖紙質量不盡如人意。主要存在兩個問題。

（一）將軟件后處理自動生成的施工圖不做任何修改直接打印上交存在一個很普遍的現象就是一些學生往往圖省事，直接將軟件后處理自動生成的施工圖不做任何調整和修改直接打印上交，造成圖紙與畢業設計要求相差甚遠。比如框架梁配筋，軟件是根據程序計算的配筋量按用料最省的原則選配鋼筋，如此導致鋼筋直徑偏小，鋼筋數量較多。常常是梁寬為200mm的截面配置了4～5條直徑很小的鋼筋，完全沒有考慮施工的不便和工程設計的習慣做法，令人啼笑皆非。

（二）圖紙繪制要參考學校所在地區建筑設計院約定俗成的繪圖習慣我國幅員遼闊，南北地區、東西部地區由于歷史、文化和氣候的差異，造成各個地區的繪圖習慣存在較大差別，每個地區均有適合本地區施工的、約定俗成的繪圖習慣。因此除了要求學生按制圖規范繪制施工圖外，還應參考學校所在地區各大建筑設計院約定俗成的繪圖習慣。有的學生喜歡在網上下載一些來歷不明的施工圖，并以此為參照繪制施工圖，結果造成圖紙表達不清晰、錯漏甚至怪異。由于我校地處經濟較為發達的珠江三角洲地區，大部分學生留在該地區的建筑設計院、房地產公司和施工單位工作。學生掌握符合本地區習慣的制圖方法加強了與將來實際工作的密切聯系，有利于學生盡快適應結構工程師的角色。

結語

畢業設計是進行工程教育和工程訓練的一個重要過程，畢業設計的質量、效果關系到畢業生綜合素質的培養以及對將來工作的適應程度，意義重大［3］。選題全面、科學指導、抓大放小、強調重點、注重與工程相結合是提高畢業設計質量的有效途徑。

作者：陳蘭單位：華南理工大學土木與交通學院