游戏开发者特约：关卡设计：概念，理论和实践
来源：IIEEG2010-11-25 15:03:56
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[本文节选自Rudolf Kremers的新书《关卡设计：概念，理论和实践》，该书最近由AK Peters出版。本文选自书中第七章的一部分，着重阐述了视频游戏关卡设计中对玩家的愿望满足和逃避现实的期望的实现。]
如果有个带着胡萝卜的人用棍子打你，那么最令人感到满足的是把棍子从入侵者的手上打走然后让他给你所有的胡萝卜。
在前一章节中我们讨论了奖励系统和结构的各种可行方式，重要的是，生活又让人们有怎样的期望。
在本章中我们将检验其中的一些内容，但是这些检验是放在关卡设计理论中的。我们还将推论出或构建一些特定的游戏原理。
在此之前，我要阐述基础要点，无论如何，从一开始就清楚明了的是，作为关卡内容的设计者，因而承担着玩家的游戏体验，我们完全有权利以出乎意料的方式设置玩家对奖励的期待，但最终让奖励超出他们的期望值。
尽管在我们的职责中很明确，但是这一点通常被遗忘，或者更糟的是，被忽略掉。然而我们并未违背关卡设计的其他重要原理，我们有这个能力，让玩家在最后从宇宙入侵者手中打走棍子，带着所有的胡萝卜跑掉，并为之雀跃。
逃避主义和愿望满足
关卡设计师们很幸运，他们所依赖的媒介的用户已经心甘情愿地并能够让自己置身于逃避主义和愿望满足的感觉中。
对玩家来说，完全能够接纳游戏所调动的对这些感觉的渴求；设计师们甚至时常（错误地）期待玩家会专门追求这样的感觉。这让我们很幸运，因为这给了我们用户群体，这一群体由那些希望同我们一起遨游的人组成，与此同时，从全方位赋予我们某些技巧，让我们能够加以利用并将玩家带往目的地。
我们可以带他们到根本不存在于这个世界的某个地方，用令人叹为观止的新视野和声音为他们带来愉悦。幻想！
或者，我们可以让他们在现实世界概念的基础上置身于我们所诠释的令人愉快的活动中。模拟！
这两种方式有很多交叉点，本书其它章节也有所涉及。它们还有重要的不同之处有待考察。（还有第三个备选方案，随后说明。）
幻想！
关卡是虚拟的构建。它会有自己的规则，逻辑，物理系统，生态和其他内部系统，但是所有这些都存在于虚拟环境中。这种虚拟性的缺点在于需要有人设计并植入所有的元素。而对于关卡设计师来说，好处就在于，这一需求或想要让它独树一帜的想法，在这种许可范围内，给予了设计师大量的自由度和力量。对于非现实环境下的游戏关卡，关卡设计师们得以去想象。
新规则
在幻想的虚拟结构中，我们自由畅想，创造各种在现实世界不会存在的事物和环境，在用户的授意下。我们不仅仅是自发的去发明这些新规则，同时还被积极的鼓励去这样做。
正如我们在第二章所提到的，“教授技术”，在我们的职责中，这部分内容是教会玩家可玩的活动规则。在幻想的环境中这尤为重要，因为现实生活中可没有这么些规则。
举例来说，我们必需要告诉玩家召唤火元素才是对付一群冰狼的最有效的方式。
只有那些喜欢这种内容的玩家才能体会到真正的乐趣，这样的玩家数以百万，他们同样喜欢去了解这个让自己置身其中的世界。站在逃避现实的角度上，全新的幻想世界正吸引着他们。
回到之前托尔金（《指环王三部曲》作者）的案例中，我们会看到这部幻想作品之所以如此杰出部分原因是因为它的奇思妙想。这本书创造了一个非常奇妙的世界，部分原因要归功于它至始至终都展现了一个全新的世界和极其详尽的，深思熟虑的规则。这个规则几乎在这个世界的每个角落都得到应用，包括它的历史，它的生态和它的魔法体系。让这些内容呈现在读者面前是这本书取得成功的绝大部分原因。
关卡设计师必须要做同样的事情，他们需要为游戏世界创造新规则并以这种方式灌输给玩家，即创造强烈的奇幻的感觉，同时告诉玩家怎样玩游戏。
新环境
伴随着新规则而来的是新环境；再一次的，设计师同时承担了大量的工作和广泛的自由度。大量的工作是因为这是虚拟构建，必须有人去建造它。这并不表示关卡设计师们要独自创造所有的场景，虽然有时候这可行或必要。在大多数案例中，这项工作必须同美术部门一起完成。
但是关卡设计师们的确需要设计所有的游戏空间，和它们的使用方式。这给了设计师们很大的自由度，因为他们才是新的游戏场景的创建者，从很大程度上来说，是一整个崭新的游戏世界。正因为如此，关卡设计师成为了大规模实现的专家；它确实让设计师具备了创造世界的实力。
至此还不错。实际上，这同大多数关卡设计的形式没什么区别。
不同于更现实的设计，幻想世界中以逃避主义和愿望满足为主题，关卡设计的这一特点正存在于其本质目标中。关卡存在的主要目的在于展现具有足够吸引力的可玩环境和虚拟场景，玩家希望置身其中并花时间体验其中的内容。
这意味着，包含令人愉悦的场景却不植入过多的可玩性（但满足逃避主义）是合乎情理的，或者更进一步，表明探索这些区域是可玩性的一部分，在这一级别上适合于作为目标。
大多数人在游戏开发的过程中犯的很大一个错误是，设定所有游戏空间必须加入挑战和遭遇战。将可玩空间设定为通过探索或其他方式愉快地实现逃避主义，玩家只是享受这个世界，实际上这才是重要的。关于为什么有这么多游戏以幻想，科幻，超现实主义，或怪异的设定为特点，有一些原因。由于很多原因，这种风格尤其适合于这类设计。
为玩家提供大量的游戏关卡来达成这些目标是一种重要的方式，能够为愿望满足和逃避主义添加深入和有趣的元素。关卡设计师们应该不断对他们所创造的游戏关卡的基本要素提出质疑。以怪异风格为例，可以涵盖这些问题：
l我能让场景既怪异又美丽吗？
l我怎样设置新型的危险怪物？
l我还能用这个物品做什么？
l是谁创建的这个结构？
l如何到达浮动城堡？
这只是一些随机的例子，但是每个问题都显示了有趣的游戏关卡就在那个角落里。回答这些问题进而为玩家提供他/她所期望的内容，同时达成了对强烈的奖励机制的有效应用。
模拟！
模拟是达成逃避主义和愿望满足目标的另外一种完全不同的方式，在我们讨论关卡设计理论和模拟之前，我们应该先弄清楚它的字面意思。
模拟和模仿
通常来说，当我们说到模拟的时候，我们谈论是建造真实世界的模型或创造某种状况来学习新的内容。
这可能出于科学的目的；比如，当某一物种被过度捕猎或濒临危险时，模拟并研究猎食动物的活动周期可以用来对此发出警报。
也可能是出于财务目的；对特定的经济系统的模拟可以预测引起通货膨胀的原因。模拟随处可见，在通常情况下，模拟要精确以便从其产生的数据中得到正确的推论：
在解决了底层动态模型的对等式时，模拟即产生结果。这个模型是为模仿真实系统的实时演变而设计的。
大多数游戏并不是这样。（例外情况稍后说明。）游戏内容都是有关乐趣的。当我们玩游戏的时候，我们由于各式各样的娱乐目的而玩：找到乐趣，刺激大脑，深层次的艺术体验等等。
模拟游戏没什么不同，其存在就是为了提供愉快的体验，在大多数情况下，让玩家置身于自己的现实生活通常不能让他们感到愉快。游戏能让玩家当上足球经理，火车管理员或者主题公园经营者。
这些游戏是基于愿望满足的奖励系统的很好的案例。如果我们更深入的观察就会发现这些游戏绝不是模拟，而是假想和模仿。游戏只是在一定程度上模仿真实世界的活动，复制其中有趣的元素为玩家带来快乐。
这种模仿，不同于实际的模拟，一点也不精确，却带着精确的面具。如果他们尝试精确的模拟真实的状况，那么游戏很快就会变得枯燥无味。
只有在需要支持有趣的游戏可玩性时才需要注意精确度。真实的赛车游戏模拟（SIM）要让大多数玩家得到快乐实在太难了。如果玩家不能赢，就算玩奖金丰厚的SIM游戏又有什么意义呢？游戏会精确并真实，但是没有多少乐趣，尤其是它在第一个障碍中就失败了，而且并未达成足玩家奖励体系中的愿望满足。
不可思议的是，尽管模拟这个词的使用只是假想的，我仍然建议我们在游戏中坚持使用它。只是因为使用不同的词汇太让人迷惑，作为描绘游戏种类的词汇，它的使用范围太广泛了以至于没法去变更。尽管如此，从本质上来说，关卡设计师要知道模拟游戏其实是：快乐的模仿。
这不是在语义上吹毛求疵，但是这种根本上的深层次的区别会引起大量的争论和冲突。几乎每一位关卡设计师，在日常工作中，都要同坚持放弃通过快乐的模仿，而只是基于准确的模拟而开发游戏可玩性的人争论不休。
有很多次模拟和模仿紧密结合，也许是要植入某个运动团队，或是设定汽车参数的时候。但甚至在这些情况下，需要明确的是，这种植入仍然要服务于对真实世界活动的快乐的模仿。
这对于这些游戏的关卡设计有着深远的影响。关卡设计师更像一个魔术师而不是现实生活法则和物理运用的代言人。实时SIM赛车游戏的跑道只是要感觉上对；一直到将它们变得有趣，工作才圆满完成。野生摄影游戏的地形缺乏精确度并不算什么，只要它有所期望的效果并且不破坏黏着度。就像魔术师的烟雾和镜子。
“严肃游戏”
只有少数例外超出了这个规则，主要在所谓的严肃游戏和教育游戏中。值得注意的是，尽管他们也能像其他视频游戏一样展示角色，但从根本上来说是不同的。对于“严肃游戏”的组成没有正式的定义，直接来说，他们是专注于对某些现实世界的应用或教育进行教学活动。
这可以是个商业目的，比如驾校的驾驶游戏，或者是生物课上让学生们辨认植物的科教类游戏。
正如在第二章中所提到的，游戏非常适合作为教学手段，因为我们从小就通过游戏学习各种技能。这一原理和商业视频游戏不断演进的技术水平已经引领了认识到这一定律的严肃和教育游戏的产生。
举个例子，严肃游戏的起源中进行了很多解释：
严肃游戏的起源焦点在于通过游戏面向大众提升管理和领导力。其中部分目标就是帮助建立电子游戏行业同涉及运用游戏的项目的链接，如教育，培训，卫生和公共政策。
由于这些游戏定位在现实世界的应用，人们通常希望通过这样做能产生确实的结果，或者试验出某种功能的失败。这一结果必须时刻保持真实或准确，否则，在现实世界的应用就会崩溃。
由于这个原因，玩家必须信任游戏来制作值得信任并且不是模仿或假想的教学素材。一款教授如何在现实生活中开飞机的游戏必须承担现实生活中所要履行的责任。
奇幻模拟
在少数情况下，游戏形式出现了尝试通过“逼真的”在奇异的场景中模拟一项活动，或者甚至是任何场
景中奇异的活动来创建有趣的可玩性。
这实在是个怪胎，在开始并不容易量化，但存在一些清晰的案例。以《Startopia》为例，游戏希望玩
家成功的管理宇宙航母殖民地，平衡飞船上所有种族的综合需求。另外一个例子可以从著名的《Tamagotchi》系列中找到，希望玩家以现实的方式照顾怪物。
这些游戏仍然保有奖励体系基于逃避现实和愿望满足的关键要素，但是由设计师决定哪里要想象，哪
里要模拟。尽管如此，问题来了：游戏怎样才能兼备幻想和现实？
放在角色中
问题的答案在“关卡应放在角色中”的推测中。就像一位演员，角色在游戏并不能认知到它本身所处虚
构的之外的世界。如果这发生了，玩家通过日益增加的滑翔板控制课程来完美的学习参加火星循环赛（Martian Circular Race）的精妙技术就不那么奇怪了。
关卡设计师们需要注意的是，尽管有模仿和假想的空间，但在任何时候关卡都不能在游戏规则中作弊。
在它变得太形而上学之前，我现在要停止这个话题，但是我还是要提醒任何开发这种（将假的游戏规则看
作是真的）游戏的关卡设计师。
关于愿望满足的更深入讨论
在我们至此讨论的大多数案例中，愿望满足一直是同给予玩家参与活动的自由关联在一起的，这些活
动玩家可能不会在现实生活中参与。可以通过让玩家通过某种职业而闪闪发光，比如方程式赛车手或星际
战舰的船长。活动本身就满足了愿望。
这一规律更进一步，有时候却要从玩家未曾期待的方向着手。面对着一辆快速行驶的车，引导出玩家
想要驾驶的愿望；或者在地平线上看到一座城堡，引导出玩家想要到达它脚下的愿望。许许多多这类游戏
场景实际上掌握在关卡设计师的手中。针对愿望满足，我们有很多强有力的技巧通过关卡设计给玩家以娱乐。
在这一关联中，愿望满足意味着加入创造渴望并最终给予玩家满足它的方式的可玩的游戏场景。
避免无趣的设计
一条关于愿望满足的批判是，它迎合过于简单的愿望，那些愿望“太简单了”，贫乏的娱乐无挑战可言或不足以让玩家沉浸其中。这种危险当然存在，但如果说电梯音乐也算是满足了听到音乐的愿望的话，就不再有什么愿望满足了。
如果运用得当，愿望满足能够成为强大的技巧，通过它带来游戏性，加深黏着度，挑动玩家渴望得到的神经。它取决于关卡设计师要如何运用这些规则，以及是否避免了无趣的设计。没有困难或者捷径的字眼，另外，是否会形成无趣的关卡也可能完全取决于游戏类型或目标玩家群体。
混凝土结构设计基本原理复习重点(总结很好) 第 1 章绪论 1.钢筋与混凝土为什么能共同工作： （1）钢筋与混凝土间有着良好的粘结力，使两者能可靠地结合成一个整体，在荷载作用下能够很好地共同变形，完成其结构功能。 （2）钢筋与混凝土的温度线膨胀系数也较为接近，因此，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。 （3）包围在钢筋外面的混凝土，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证了钢筋与混凝土的共同作用。 1、混凝土的主要优点：1)材料利用合理2 )可模性好3)耐久性和耐火性较好4)现浇混凝土结构的整体性好5)刚度大、阻尼大6)易于就地取材 2、混凝土的主要缺点：1)自重大2)抗裂性差3 )承载力有限4)施工复杂、施工周期较长5 )修复、加固、补强较困难 建筑结构的功能包括安全性、适用性和耐久性三个方面 作用的分类：按时间的变异，分为永久作用、可变作用、偶然作用 结构的极限状态：承载力极限状态和正常使用极限状态 结构的目标可靠度指标与结构的安全等级和破坏形式有关。 荷载的标准值小于荷载设计值；材料强度的标准值大于材料强度的设计值 第2章钢筋与混凝土材料物理力学性能 一、混凝土 立方体抗压强度（f cu,k）：用150mm×150mm×150mm的立方体试件作为标准试件，在温度为（20±3）℃，相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法加压到破坏，所测得的具有95%保证率的抗压强度。（f cu,k为确定混凝土强度等级的依据） 1.强度轴心抗压强度（f c）：由150mm×150mm×300mm的棱柱体标准试件经标准养护后用标准试验方法测得的。（f ck=0.67 f cu,k） 轴心抗拉强度（f t）：相当于f cu,k的1/8～1/17, f cu,k越大，这个比值越低。 复合应力下的强度：三向受压时，可以使轴心抗压强度与轴心受压变形能力都得到提高。 双向受力时，（双向受压：一向抗压强度随另一向压应力的增加而增加；双向受拉：混凝土的抗拉强度与单向受拉的基本一样； 一向受拉一向受压：混凝土的抗拉强度随另一向压应力的增加而降低，混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增加而降低） 受力变形：（弹性模量：通过曲线上的原点O引切线，此切线的斜率即为弹性模量。反映材料抵2.变形抗弹性变形的能力） 体积变形（温度和干湿变化引起的）：收缩和徐变等。 混凝土单轴向受压应力-应变曲线数学模型 1、美国E.Hognestad建议的模型 2、德国Rusch建议的模型 混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量 弹性模量 变形模量 切线模量 3、（1）徐变：混凝土的应力不变，应变随时间而增长的现象。 混凝土产生徐变的原因： 1、填充在结晶体间尚未水化的凝胶体具有粘性流动性质 2、混凝土内部的微裂缝在载荷长期作用下不断发展和增加的结果 线性徐变：当应力较小时，徐变变形与应力成正比；非线性徐变：当混凝土应力较大时，徐变变形与应力不成正比，徐变比应力增长更快。影响因素：应力越大，徐变越大；初始加载时混凝土的龄期愈小，徐变愈大；混凝土组成成分水灰比大、水泥用量大，徐变大；骨料愈坚硬、弹性模量高，徐变小；温度愈高、湿度愈低，徐变愈大；尺寸大小，尺寸大的构件，徐变减小。养护和使用条件 对结构的影响：受弯构件的长期挠度为短期挠度的两倍或更多；长细比较大的偏心受压构件，侧向挠度增大，承载力下降；由于徐变产生预应力损失。（不利）截面应力重分布或结构内力重分布，使构件截面应力分布或结构内力分布趋于均匀。（有利） （2）收缩：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象，在水中体积膨胀。 影响因素：1、水泥的品种：水泥强度等级越高，则混凝土的收缩量越大； 2、水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大； 3、骨料的性质：骨料的弹性模量大，则收缩小； 4、养护条件：在结硬过程中，周围的温、湿度越大，收缩越小； 5、混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小； 6、使用环境：使用环境的温度、湿度大时，收缩小； 7、构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。 对结构的影响：会使构件产生表面的或内部的收缩裂缝，会导致预应力混凝土的预应力损失等。 措施：加强养护，减少水灰比，减少水泥用量，采用弹性模量大的骨料，加强振捣等。 混凝土的疲劳是荷载重复作用下产生的。（200万次及其以上） 二、钢筋 光圆钢筋：HPB235 表面形状 带肋钢筋：HRB335、HRB400、RRB400 有明显屈服点的钢筋：四个阶段（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、破坏阶段），屈服强度力学性能是主要的强度指标。 （软钢）
（）成人高等教育本科课程考试试卷 （A）卷 一、单项选择题 1．配螺旋箍筋的钢筋混凝土柱，其其核心混凝土抗压强度高于单轴混凝土抗压强度是因为【】 A. 螺旋箍筋参与混凝土受压 B. 螺旋箍筋使混凝土密实 C. 螺旋箍筋横向约束了混凝土 D. 螺旋箍筋使纵向钢筋参与受压更强 2．钢筋混凝土轴心受拉构件极限承载力Nu有哪项提供【】 A. 混凝土 B. 纵筋 C. 混凝土和纵筋 D. 混凝土、纵筋和箍筋 3．混凝土在空气中结硬时其体积【】 A. 膨胀 B. 收缩 C. 不变 D. 先膨胀后收缩 4．两根适筋梁，其受拉钢筋的配筋率不同，其余条件相同，正截面抗弯承载力Mu【】 A. 配筋率大的，Mu大 B. 配筋率小的，Mu大 C. 两者Mu相等
D. 两者Mu接近 5．钢筋混凝土结构中要求钢筋有足够的保护层厚度是因为【】 A. 粘结力方面得考虑 B. 耐久性方面得考虑 C. 抗火方面得考虑 D. 以上3者 6．其他条件相同时，钢筋的保护层厚度与平均裂缝间距、裂缝宽度（指构件表面处）的关系是【】 A. 保护层愈厚，平均裂缝间距愈大，裂缝宽度也愈大 B. 保护层愈厚，平均裂缝间距愈小，裂缝宽度也愈小 C. 保护层愈厚，平均裂缝间距愈小，但裂缝宽度愈大 D. 保护层厚度对平均裂缝间距没有影响，但保护层愈厚，裂缝宽度愈大 7．钢筋混凝土梁截面抗弯刚度随荷载的增加以及持续时间增加而【】 A. 逐渐增加 B. 逐渐减少 C. 保持不变 D. 先增加后减少 8．减小预应力钢筋与孔壁之间的摩擦引起的损失σs2的措施是【】 A. 加强端部锚固 B. 超张拉 C. 采用高强钢丝 D. 升温养护混凝土 9．预应力混凝土在结构使用中【】 A. 不允许开裂 B. 根据粘结情况而定 B.C. 有时允许开裂，有时不允许开裂 D. 允许开裂 10．混凝土结构设计中钢筋强度按下列哪项取值【】 A. 比例极限 B. 强度极限 C. 弹性极限 D. 屈服强度或条件屈服强度
第一章 1.钢筋混凝土梁比素混凝土梁，有哪些改善？ （1）钢筋混凝土梁充分利用了钢筋和混凝土各自的材料特点，使二者结合，共同工作。（2）提高构件的承载能力 （3）改善构件的受力性能 2.钢筋和混凝土共同工作机理？ （1）钢筋和混凝土之间有着良好的粘结力，在荷载作用下能很好的共同变形。 （2）钢筋和混凝土的线膨胀系数接近，当温度改变时，两者变形接近，不会产生较大的相对变形而破坏二者之间的粘结。 （3）混凝土作为保护层，保护钢筋不发生锈蚀。 3.钢筋混凝土结构的优点？ （1）钢筋被混凝土包裹不致锈蚀，有较好的耐久性。 （2）充分发挥了混凝土和钢筋两种材料的特点，形成的构件有较大的承载力和刚度。（3）可模性好，可以根据需要浇筑成各种结构形状和尺寸的结构。 （4）所用原材料大部分为砂石，便于就地取材。 （5）现浇钢筋混凝土结构整体性较好，设计合理时有良好的抗震、抗爆和抗振动性能。（6）耐火性较好，钢筋混凝土结构与钢结构相比具有较好的耐火性。 4.钢筋混凝土结构的缺点？ （1）自重大，使得结构很大一部分承载力消耗在承受自重上。 （2）抗裂性能较差，往往是带缝工作。 （3）施工受气候条件影响较大。 （4）检测、加固、拆除比较困难。 5.混凝土强度的3个指标（基本代表值）？
（1）混凝土立方体抗压强度fcu：边长为150mm的立方体标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95％以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方式测得的抗压强度值。（立方体抗压强度标准值fcuk，具有95%的强度保证率，是混凝 土强度等级分级的根据。） （2）混凝土轴心抗压强度fc（棱柱体抗压强度）：以150mm×150mm×300mm的 标准试件，按照与立方体试件相同条件和试验方法，所得棱柱体抗压强度值称为混凝土轴心抗压强度。 （3）混凝土轴心抗拉强度ft：通过劈裂试验测定混凝土劈裂抗拉强度fts，再乘换算系数 0.9，得到混凝土轴心抗拉强度。 6.徐变：在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，亦即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象被称为徐变。 7.减小徐变的手段？ 降低水灰比，减少水泥用量；增大集料的体积比；适当提高混凝土养生的温度和湿度，使得水泥水化更充分。 8.徐变的好处与坏处？ 好处：（1）有利于结构构件产生应力重分布，减少应力集中现象（2）减小大体积混凝土的温度应力 坏处：（1）引起预应力损伤（2）在长期高应力作用下会导致破坏 9.混凝土的收缩：在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象。10：热轧钢筋的强度限值为什么取屈服强度？ 热轧钢筋受拉达到屈服点后，有比较大的流幅，构件会出现很大的变形和过宽的裂缝而不能正常使用，因此以屈服强度作为钢筋强度的限值。 对于硬钢，没有明显的流幅，一般取残余应变为0.2%时对应的应力作为其强度限值，称为条件屈服强度。 11.光圆钢筋与混凝土粘结机理？ （1）钢筋与混凝土中水泥胶体的胶结力 （2）钢筋与混凝土接触面上的摩擦力
试验优化设计与分析(教材) 成果总结 成果完成人：任露泉，丛茜，杨印生，李建桥，佟金成果完成单位：吉林大学 推荐等级建议：二等奖
1.立项背景 在现代社会实现过程和目标的最优化，已成为解决科学研究、工程设计、生产管理以及其他方面实际问题的一项重要原则。试验优化技术因其具有设计灵活、计算简便、试验次数少、优化成果多、可靠性高、适用面广等特点，已成为现代设计方法中一个先进的设计方法，成为发达国家企业界人士、工程技术人员、研究人员和管理人员的必备技术，它对于创造利润和提高生产率起着巨大的作用。因此在我国为了赶超世界先进水平，促进科研、生产和管理事业的发展，编著相关教材，大力推广与应用试验优化技术，不仅具有普遍的实际意义，也具有一定的迫切性。 20世纪80年代初，鉴于国民经济建设实践和科学技术研究中对试验优化技术的广泛需求，为推动教学改革、提高教学质量，任露泉教授对试验优化理论与技术进行了深入系统研究，为本科生开设了“试验设计”课程，为研究生开设了“试验优化技术”课程，并于1987年由机械工业出版社出版了教材《试验优化技术》，产生了很高的学术与技术影响。 2001年任露泉教授在《试验优化技术》一书的基础上编著了《试验优化设计与分析》教材，由吉林科技出版社出版发行。该教材是对1987年出版的《试验优化技术》的修改、补充和发展。作者根据对试验优化的教学和科研应用的多年实践与体会，为适应读者学习与使用的实际需要，调整修改了原书中的部分内容和一些方法的设计程式；补充了一些试验优化设计的新方法、新技术；增添了试验优化的一些最新应用实例；并增加了试验优化分析一篇。 本教材2001年获吉林省长白山优秀图书一等奖，2002年被遴选为教育部全国研究生教学用书，再次出版发行，2004年获吉林省教学成果一等奖。 2.教材内容 本教材万字，共分三篇二十一章。第一篇试验设计，除正交设计、干扰控制设计与数据处理等常用技术外,还介绍SN比设计、均匀设计、广义设计、调优运算及稳健设计等正交试验设计技术的拓广应用和现代发展的最新方法；第二篇回归设计，除各种回归的正交设计、旋转设计、饱和设计、多项式设计、还介绍多次变换设计、交互作用搜索设计、混料设计以及D-最优设计等回归设计技术的进一步完善与最新应用技术；在第三篇试验优化技术分析中,介绍了试验数据处理过程中经常遇到的难题及其解决办法，数据分析的最新研究成果及其应用实例。例如：有偏估计、PPR分析、探索性数据分析等；此外还介绍了试验优化的常用统计软件。 3.教材特点
荷载与结构设计原理总复习题 一、判断题 1.严格地讲，狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与间接作用等价。（N） 2.狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与作用等价。（Y） 3.广义的荷载包括直接作用和间接作用。（Y） 4.按照间接作用的定义，温度变化、基础不均匀沉降、风压力、地震等均是间接作用。（N） 5.由于地震、温度变化、基础不均匀沉降、焊接等引起的结构内力变形等效应的因素称为间接作用。（Y） 6.土压力、风压力、水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷载。（N） 7.由于雪荷载是房屋屋面的主要荷载之一，所以基本雪压是针对屋面上积雪荷载定义的。（N）8.雪重度是一个常量，不随时间和空间的变化而变化。（N） 9.雪重度并非一个常量，它随时间和空间的变化而变化。（N） 10.虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的 关系，但是两者不一定同时出现。（Y） 11.汽车重力标准是车列荷载和车道荷载，车列荷 载是一集中力加一均布荷载的汽车重力形式。 （N） 12.烈度是指某一地区遭受一次地震影响的强弱程度，与震级和震源深度有关，一次地震有多个烈度。（Y） 13．考虑到荷载不可能同时达到最大，所以在实际工程设计时，当出现两个或两个以上荷载时，应采用荷载组合值。（N） 14.当楼面活荷载的影响面积超过一定数值需要 对均布活荷载的取值进行折减。（Y） 15.土的侧压力是指挡土墙后的填土因自重或外 荷载作用对墙背产生的土压力。（Y） 16.波浪荷载一般根据结构型式不同，分别采用不同的计算方法。（Y） 17.先张法是有粘结的预加力方法，后张法是无粘结的预加力方法。（Y） 18.在同一大气环境中，各类地貌梯度风速不同，地貌越粗糙，梯度风速越小。（N）19.结构构件抗力R是多个随机变量的函数，且近似服从正态分布。（N） 20.温度作用和变形作用在静定结构中不产生内力，而在超静定结构中产生内力。（Y） 21.结构可靠指标越大，结构失效概率越小，结构越可靠。（Y） 22.朗肯土压力理论中假设挡土墙的墙背竖直、光滑、填土面水平无超载。（Y） 23.在朗肯土压力理论的假设中，墙背与填土之间既无摩擦力也无剪力存在。（Y） 24.在朗肯土压力理论的假设中，墙背与填土之间虽然无摩擦力，但仍有剪力存在。（N） 25.土的自重应力为土自身有效重力在土体中引起的应力。（Y） 26.不但风的作用会引起结构物的共振，水的作用也会引起结构物的共振。（Y） 27.平均风速越大，脉动风的幅值越大，频率越高。（N） 28.风压是指风以一定的速度向前运动受到阻塞时对阻塞物产生的压力。（Y） 29.地震作用中的体波可以分为横波和纵波，两者均可在液体和固体中传播。（N） 30.如果波浪发生破碎的位置距离直墙在半个波 长以内，这种破碎波就称为近区破碎波。（Y）31.远区破碎波与近区破碎波的分界线为波浪破 碎时发生在一个波长的范围内。（N） 32.在实际工程设计时，当出现可变荷载，应采用 其荷载组合值。（N） 33.对于静定结构，结构体系的可靠度总大于或等 于构件的可靠度。（N） 34.对于超静定结构，当结构的失效形态不唯一 时，结构体系的可靠度总小于或等于结构每一失效形态对应的可靠度。（Y） 35.结构设计的目标是确保结构的承载能力足以 抵抗内力，而变形控制在结构能正常使用的范围内。（Y） 36.对实际工程问题来说，由于抗力常用多个影响 大小相近的随机变量相乘而得，则其概率分布一般来说是正态的。（N） 37.结构可靠度是指结构可靠性的概率度量，是结 构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。
第一章 钢筋混凝土结构基本概念及材料的物理力学性能 1.混凝土立方体抗压强度cu f ：（基本强度指标）以边长150mm 立方体试件，按标准方法制作养护28d ，标准试验方法（不涂润滑剂，全截面受压，加载速度0.15~0.25MPa/s ）测得的抗压强度作为混凝土立方体抗压强度 cu f 。 影响立方体强度主要因素为试件尺寸和试验方法。尺寸效应关系： cu f （150）=0.95cu f （100） cu f （150）=1.05cu f （200） 2.混凝土弹性模量和变形模量。 ①原点弹性模量：在混凝土受压应力—应变曲线图的原点作切线，该切线曲率即为原点弹性模量。表示为：E '=σ/ε=tan α0 ②变形模量：连接混凝土应力应变—曲线的原点及曲线上某一点K 作割线，K 点混凝土应力为σc （=0.5c f ），该割线（OK ）的斜率即为变形模量，也称割线模量或弹塑性模量。 E c '''=tan α1=σc /εc 混凝土受拉弹性模量与受压弹性模量相等。 ③切线模量：混凝土应力应变—上某应力σc 处作一切线，该切线斜率即为相应于应力σc 时的切线模量''c E =d σ/d ε 3 . 徐变变形：在应力长期不变的作用下，混凝土的应变随时间增长的现象称为徐变。 影响徐变的因素：a. 内在因素，包括混凝土组成、龄期，龄期越早，徐变越大；b. 环境条件，指养护和使用时的温度、湿度，温度越高，湿度越低，徐变越大；c. 应力条件，压应力σ﹤0.5 c f ，徐变与应力呈线性关系；当压应力σ介于（0.5～0.8）c f 之间，徐变增长比应力快；当压应力σ﹥0.8 c f 时，混凝土的非线性徐变不收敛。 徐变对结构的影响：a.使结构变形增加；b.静定结构会使截面中产生应力重分布；c.超静定结构引起赘余力；d.在预应力混凝土结构中产生预 应力损失。 4.收缩变形：在混凝土中凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象称为收缩。 混凝土收缩原因：a.硬化初期，化学性收缩，本身的体积收缩；b.后期，物理收缩，失水干燥。 影响混凝土收缩的主要因素：a.混凝土组成和配比；b.构件的养护条件、使用环境的温度和湿度，以及凡是影响混凝土中水分保持的因素；c.构件的体表比，比值越小收缩越大。 混凝土收缩对结构的影响：a.构件未受荷前可能产生裂缝；b.预应力构件中引起预应力损失；c.超静定结构产生次内力。 5.钢筋的基本概念 1.钢筋按化学成分分类，可分为碳素钢和普通低合金钢。 2钢筋按加工方法分类，可分为a.热轧钢筋；b.热处理钢筋；c.冷加工钢筋（冷拉钢筋、冷轧钢筋、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋。） 6.钢筋的力学性能 物理力学指标：（1）两个强度指标：屈服强度，结构设计计算中强度取值主要依据；极限抗拉强度，材料实际破坏强度，衡量钢筋屈服后的抗拉能力，不能作为计算依据。（2）两个塑性指标：伸长率和冷弯性能：钢材在冷加工过程和使用时不开裂、弯断或脆断的性能。 7.钢筋和混凝土共同工作的的原因：（1）混凝土和钢筋之间有着良好的黏结力；（2）二者具有相近的温度线膨胀系数；（3）在保护层足够的前提下，呈碱性的混凝土可以保护钢筋不易锈蚀，保证了钢筋与混凝土的共同作用。 第二章 结构按极限状态法设计计算的原则 1.结构概率设计的方法按发展进程划分为三个水准：a.水准Ⅰ，半概率设计法，只对影响结构可靠度的某些参数，用数理统计分析，并与经验结合，对结构的可靠度不能做出定量的估计；b.水准Ⅱ，近似概率设计法，用概率论和数理统计理论，对结构、构件、或截面设计的可靠概率做出近似估计，忽略了变量随时间的关系，非线性极限状态方程线性化；c.水准Ⅲ，全概略设计法，我国《公桥规》采用水准Ⅱ。 2.结构的可靠性：指结构在规定时间（设计基准期）、规定的条件下，完成预定功能的能力。 可靠性组成：安全性、适用性、耐久性。 可靠度：对结构的可靠性进行概率描述称为结构可靠度。 3.结构的极限状态：当整个结构或构件的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为该功能的极限状态。 极限状态分为承载能力极限状态、正常使用极限状态和破坏—安全状态。 承载能力极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形，具体表现：a.整个构件或结构的一部分作为刚体失去平衡；b.结构构件或连接处因超过材料强度而破坏；c.结构转变成机动体系；d.结构或构件丧失稳定；e.变形过大，不能继续承载和使用。 正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，具体表现：a.由于外观变形影响正常使用；b.由于耐久性能的局部损坏影响正常使用；c.由于震动影响正常使用；d.由于其他特定状态影响正常使用。 破坏—安全状态是指偶然事件造成局部损坏后，其余部分不至于发生连续倒塌的状态。（破坏—安全极限状态归到承载能力极限状态中） 4.作用：使结构产生内力、变形、应力、应变的所有原因。 作用分为：永久作用、可变作用和偶然作用。 永久作用：在结构使用期内，其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用 可变作用：在结构试用期内，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比较不可忽略的作用。
结构设计原理案例计算步骤 一、单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 计算公式： ——水平力平衡 （）——所有力对受拉钢筋合力作用点取矩（） （）——所有力对受压区砼合力作用点取矩（）使用条件： 注：/，&& 计算方法： ㈠截面设计yy 1、已知弯矩组合设计值，钢筋、混凝土强度等级及截面尺寸b、h，计算。 ①由已知查表得：、、、； ②假设； ③根据假设计算； ④计算（力矩平衡公式：）； ⑤判断适用条件：（若，则为超筋梁，应修改截面尺寸或提 高砼等级或改为双筋截面）； ⑥计算钢筋面积（力平衡公式：）； ⑦选择钢筋，并布置钢筋（若 ，则按一排布置）； 侧外 ⑧根据以上计算确定（若与假定值接近，则计算，否则以的确定值作 为假定值从③开始重新计算）； ⑨以的确定值计算； ⑩验证配筋率是否满足要求（，）。 2、已知弯矩组合设计值，材料规格，设计截面尺寸、和钢筋截面面积。 ①有已知条件查表得：、、、； ②假设，先确定； ③假设配筋率（矩形梁，板）； ④计算（，若，则取）； ⑤计算（令，代入）； ⑥计算（，&&取其整、模数化）； ⑦确定（依构造要求，调整）； ⑧之后按“1”的计算步骤计算。 ㈡承载力复核 已知截面尺寸b、，钢筋截面面积，材料规格，弯矩组合设计值，
所要求的是截面所能承受的最大弯矩，并判断是否安全。 ①由已知查表得：、、、； ②确定； ③计算； ④计算（应用力平衡公式：，若，则需调整。令， 计算出，再代回校核）； ⑤适用条件判断（，，）； ⑥计算最大弯矩（若，则按式计算最大弯矩） ⑦判断结构安全性（若，则结构安全，但若破坏则破坏受压区，所以应以受压区控制设计；若,则说明结构不安全，需进行调整——修改尺寸或提高砼等级或改为双筋截面）。 二、双筋矩形截面梁承载力计算 计算公式： ， ，（）+（） 适用条件： （1） （2） 注：对适用条件的讨论 ①当&&时，则应增大截面尺寸或提高砼等级或增加的用量（即 将当作未知数重新计算一个较大的）；当时，算得的即为安全要 求的最小值，且可以有效地发挥砼的抗压强度，比较经济； ②当&&时，表明受压区钢筋之布置靠近中性轴，梁破坏时应变较 小，抗压钢筋达不到其设计值，处理方法： a.《公桥规》规定：假定受压区混凝土压应力的合力作用点与受压区钢筋合力作用 点重合，并对其取矩，即 令2，并 （） 计算出； b.再按不考虑受压区钢筋的存在（即令），按单筋截面梁计算出。 将a、b中计算出的进行比较，若是截面设计计算则取其较小值，若是承载能力复核则取其较大值。 计算方法： ㈠截面设计 1.已知截面尺寸b、h，钢筋、混凝土的强度等级，桥梁结构重要性系数，弯矩组合 设计值，计算和。 步骤： ①根据已知查表得：、、、、； ②假设、（一般按双排布置取假设值）； ③计算；
结构设计原理 交卷时间：2016-11-05 15:53:42一、单选题 1. (2分)钢筋屈服状态指 得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案B 解析 考查要点： 试题解答： 2. (2分)地震荷载属于（）
得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案D 解析 考查要点： 试题解答： 3. (2分)下列对结构的分类不属于按受力特征分类的是：（） 得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案A 解析 考查要点： 试题解答： 4. (2分) 直径300mm的轴心受压柱，由C25混凝土（f cd=11.5Mpa），HPB300（f sd=270Mpa）钢筋制作，要它能够承担1400kN的压力，最好选直径25mm的钢筋（）根。
得分： 2 知识点：结构设计原理考试题 答案C 解析 考查要点： 试题解答： 5. (2分)梁内抵抗弯矩的钢筋主要是（） 得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案A 解析 考查要点： 试题解答： 6. (2分)事先人为引入内部应力的混凝土叫（）。
得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案C 解析 考查要点： 试题解答： 7. (2分)下列描述是适筋梁的是（） 得分： 2 知识点：结构设计原理考试题 答案C 解析 考查要点： 试题解答： 8. (2分)拉伸长度保持不变，钢筋中的应力随时间而减小的现象叫（）。
得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案D 解析 考查要点： 试题解答： 9. (2分)针对地震荷载的计算属于（） 得分： 2 知识点：结构设计原理考试题 答案D 解析 考查要点： 试题解答： 10.
《工程结构荷载与可靠度设计原理》复习题 第一章荷载类型 1.荷载：由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力称为荷载。 2.作用：能使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等）的各种因素总称为作用。 3.荷载与作用的区别与联系. 区别：荷载不一定能产生效应，但作用一定能产生效应。 联系：荷载属于作用的范畴。 第二章重力 1.土是由土颗粒、水和气体组成的三项非连续介质。 2.雪压：单位面积地面上积雪的自重。 3.基本雪压：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。 第三章侧压力 1.根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力。 三种土压力的受力特点： （1）静止土压力：挡土墙在土压力作用下，不产生任何方向的位移或转动而保持原有的位置，墙后土体处于弹性平衡状态。 （2）主动土压力：挡土墙在土压力的作用下，背离墙背方向移动或转动时，墙后土压力逐渐减小，当达到某一位移量值时，墙后土体开始下滑，作用在挡土墙上的土压力达到最小值，滑动楔体内应力处于主动极限平衡状态。 （3）被动土压力：挡土墙在外力作用下向墙背方向移动或转动时，墙体挤压土体，墙后土压力逐渐增大，当达到某一位移时，墙后土体开始上隆，作用在档土墙上的土压力达到最大值，滑动楔体内应力处于被动极限平衡状态。 2.水对结构物的力学作用表现在对结构物表面产生静水压力和动水压力。静水压力可能导致结构物的滑动或倾覆；动水压力，会对结构物产生切应力和正应力，同时还可能引起结构物的振动，甚至使结构物产生自激振动或共振。 3.（1）冻胀力：在封闭体系中，由于土体初始含水量冻结，体积膨胀产生向四面扩张的内应力，这个力称为冻胀力。（2）冻土：具有负温度或零温度，其中含有冰，且胶结着松散固体颗粒的土，称为冻土。 （3）冻胀原理：水分由下部土体向冻结锋面迁移，使在冻结面上形成了冰夹层和冰透镜体，导致冻层膨胀，底层隆起。（4）影响冻土的因素：含水量、地下水位、比表面积和温差。 第四章风荷载 1.基本风压：按规定的地貌、高度、时距等量测的风速所确定的风压称为基本风压。通常应符合以下五个规定：标准高度的规定（10m）、地貌的规定(空旷平坦)、公称风速的时距（10分钟）、最大风速的样本时间（1年）和基本风速重现期（30-50年）。 2.风效应可以分为顺风向结构风效应和横风向结构风效应两种。 3.速度为的风流经任意截面物体，都将产生三个力：物体单位长度上的顺风向力p D、横风向力P L以及扭力矩P M。 第五章地震作用 1.地震按其产生的原因，可分为火山地震、陷落地震和构造地震。 2.（1）震源：即发震点，是指岩层断裂处。 （2）震中：震源正上方的地面地点。 （3）震源深度：震中至震源的距离。 （4）震中距：地面某处到震中的距离。 （5）震级：衡量一次地震规模大小的数量等级。 （6）地震能：一次地震所释放的能量。 （7）烈度：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。 （8）地震波：传播地震能量的波 3.地震波分为在地球内部传播的体波和在地面附近传播的面波。 第七章荷载的统计分析 1.平稳二项随机过程荷载模型的假定为：
名词解释: 1.组织是一个有明确目标的集合体，该集合体有一定的结构和协调的活动系统，并且与环 境之间相互影响、相互作用。 2.组织环境是存在于组织的边界之外并对组织的总体或局部产生影响的所有要素。 3.环境依赖性，又称资源依赖性，是指组织既要依赖环境，又力争通过控制环境中的资源而减少这种依赖性。 4.组织规模即组织的大小。所谓组织规模是指一个组织所拥有的人员数量以及这些人员之间的相互作用的关系。 5.战略(strategy)就是设计用来开发核心竞争力、获取竞争优势的一系列综合的、协调的约定和行动。 6.组织结构，是指组织的基本框架。是组织为了完成组织目标，在管理中进行分工协作，在职务范围、责任、权力方面所形成的结构体系。 7.决策是人们为实现一定的目标而制定的行动方案，进行方案选择，并准备方案实施的活动，是一个提出问题，分析问题，解决问题的过程。 8. 沟通是人与人之间、人与群体之间思想与感情的传递和反馈的过程，以求思想达成一致和感情的通畅。 9.危机管理是企业、政府部门或其他组织为应对各种危机情境所进行的规划决策、动态调整、化解处理及员工培训等活动过程，其目的在于消除或降低危机所带来的威胁和损失。 10. 组织文化是指组织全体成员共同接受的价值观、行为准则、团队意识、思维方式、工作作风、心理预期和团体归属感等群体意识的总称。 11.组织流程(Organization Process)是指为完成某一目标(或任务)而进行的一系列逻辑相关活动的有序的集合。 12.组织变革（Organizational Change）是指运用行为科学和相关管理方法，对组织的权利结构、组织规模、沟通渠道、角色设定、组织与其他组织之间的关系，以及对组织成员的观念、态度和行为，成员之间的合作精神等进行有目的的、系统的调整和革新，以适应组织所处的内外环境、技术特征和组织任务等方面的变化，提高组织效能。 13.组织学习是组织通过知识和信息的综合处理来改变组织及其成员认知的综合学习过程，是使组织能力得到循环提升、最终实现组织愿景的过程。 14.跨国公司是指由两个或两个以上国家的经济实体所组成，并从事生产、销售和其他经营活动的国际性大型企业。（1974年） 15.跨文化沟通(Communicating Across Cultures)是指跨文化组织中拥有不同文化背景的人们之间的信息、知识和情感的互相传递、交流和理解过程。 16.网络组织是一种由活性节点（节点具有决策能力）及节点之间的立体连接方式与信息沟通方式构成的具有网络的整体系统。
立方体抗压强度fcu>轴心抗压强度fc>轴心抗拉强度ft ；fcu 和试验方法、实验尺寸有关。试验尺寸越小，强度值越大。（1）双向受压时，一向混凝土强度随另一向压应力增加而增加；（2）双向受拉时，双向抗拉强度接近单向抗拉强度（3）一侧受拉一侧受压，强度均低于单向受力强度。 影响砌体抗压强度主要因素：块材的强度、尺寸和形状，砂浆的物理力学性能，砌筑质量 分为荷载作用下的变形和体积变形（收缩）。徐变：在荷载长期作用下，混凝土变形随时间增加而增加，应力不变的情况下，应变随时间增加。 （1）混凝土强度越高，应力应变曲线下降越剧烈，延性越差。（2）应变速率小，峰值应力fc 降低，峰值应变增大，下降段曲线显著减缓（3）测试技术和实验条件 后者与前者相比，后者没有明显的流服或屈服点。同时其强度很高，但延伸率大为减少， 塑性性能降低。 软钢：有物理屈服点。以屈服点处的强度值作为计算承载力时的强度极限。 硬钢：无物理屈服点。设计上取相应残余应变为0.2%的应力作为假定屈服强度 结构功能：（1）结构应能承受在正常施工和正常使用期间出现的各种荷载、外加变形、约束变形的作用（2）结构在正常使用条件下具有良好的工作性能（3）结构在正常使用和正常维护条件下，具有足够的耐久性（4）在偶然荷载作用下或偶然事件发生时、发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌。 功能函数：Z=R-S ≥０结构处于可靠、极限状态。 (1)适筋梁破坏；钢筋先屈服后混凝土被压碎，属延性破坏。 (2)超筋梁破坏；混凝土先被压碎，钢筋不屈服，属脆性破坏。 (3)少筋梁破坏；混凝土一开裂，钢筋马上屈服而破坏，属脆性破坏 （１）平截面假设：混凝土平均应变沿截面高度按直线分布。（２）不考虑混凝土的抗拉强度。拉力全部由钢筋承担。（３）纵向钢筋应力应变方程：s s =s y E f σε≤（纵向钢筋的极限拉应变取0.01） （４）混凝土受压应力应变曲线方程按规定取用 优点：提高了截面承受弯矩的能力；提高截面的延性。 缺点：钢筋用量增多，不经济 若超过４００，则混凝土破坏时钢筋未达到屈服强度，适用高强度钢筋不经济。 梁：纵向受拉钢筋（主钢筋）、弯起钢筋或斜拉钢筋、箍筋、架立钢筋和水平纵向钢筋。梁内
优化设计的概念和原理 优化设计的概念和原则 概念 1前言 对于任何设计者来说，其目的都是为了制定最优的设计方案，使所设计的产品或工程设施具有最佳的性能和最低的材料消耗和制造成本，以获得最佳的经济效益和社会效益。因此，在实际设计中，科技人员往往会先提出几种不同的方案，并通过比较分析来选择最佳方案。然而，在现实中，由于资金限制，选定的候选方案的数量往往非常有限。因此，迫切需要一种科学有效的数学方法，于是“优化设计”理论应运而生。 优化设计是在计算机广泛应用的基础上发展起来的新技术。这是一种现代设计方法，它根据优化原理和方法将各种因素结合起来，在计算机上以人机合作或“自动探索”的方式进行半自动或自动设计，以选择现有工程条件下的最佳设计方案。其设计原则是优化设计:设计手段是电子计算机和计算程序；设计方法是采用最优化数学方法。本文将简要介绍优化设计中常用的概念，如设计变量、目标函数、约束条件等。 2设计变量 设计变量是独立参数，必须在设计过程的最终选择中确定它们是选择过程中的变量，但是一旦确定了变量，设计对象就完全确定了。优化设计是研究如何合理优化这些设计变量值的现代设计方法。
机械设计中常用的独立参数包括结构的整体构型尺寸、部件的几何尺寸和材料的机械物理性能等。在这些参数中，根据设计要求可以预先给出的不是设计变量，而是设计常数。最简单的设计变量是元件尺寸，例如杆元件的长度、横截面积、弯曲元件的惯性矩、板元件的厚度等。 3目标函数 目标函数是设计中要达到的目标在优化设计中，所追求的设计目标(最优指标)可以用设计变量的函数来表示。这个过程被称为建立目标函数。一般目标函数表示为 f(x)=f(xl，xZ，？，x) 此功能代表设计的最重要特征，如设计组件的性能、质量或体积以及成本。最常见的情况是使用质量作为一个函数，因为质量的大小是最容易量化的价值度量。尽管费用具有更大的实际重要性，但通常需要有足够的数据来构成费用的目标函数。目标函数是设计变量的标量函数。优化设计的过程就是优化设计变量，使目标函数达到最优值或找到目标函数的最小值(或最大值)的过程。在实际工程设计过程中，经常会遇到多目标函数的某些目标之间存在矛盾，这就要求设计者正确处理各目标函数之间的关系目前，对这类多目标函数优化问题的研究还没有单目标函数的研究成熟。有时一个目标函数可以用来表示几个期望目标的加权和，多目标问题可以转化为单目标问题来求解。4约束 设计变量是优化设计中的基本参数。目标函数取决于设计变量。在
1.组织部门化的原则 因事设职和因人设职相结合的原则，分工与协作相结合的原则，精简高效的部门设计原则 2.持股关系结合形式 单点辐射型，逐层射线持股型，环形相互持股型 3.佩罗划分技术部门类型的两个指标 任务的多样性和工作活动的可分解性 4.福特针对汽车行业提出3s 标准化，简单化，专业化 5.组织进行组织设计的原则 任务目标原则，精干高校原则，分工协作原则，指挥统一原则，有效幅度原则，责权利结合原则，集分权原则，稳定与适应原则，执行与监督分段原则 6.改进组织横向协作和信息流动的结构性方式 设置联络员，任务小组，设立专职协调部门，建立职能部，建立事业部，设立矩阵结构，信息系统 7. 在进行组织设计时，要考虑组织设计的两个要素 的结构要素和情景要素（权变要素） 8.关键职能设计 （1）企业战略决定企业关键职能 （2）在实际工作中，企业常把以下四种职能作为关键职能，从而形成不同类型的组织结构 ①以质量管理为关键职能的组织结构—实行以优质取胜的经营战略（大多数电视机厂） 质量管理机构的地位比其他职能部门要高一个层次，是直属于厂长的决策性机构 ②以技术开发管理为关键职能的组织结构—高技术产品的企业 主要取决于企业是否能开发技术更加先进的换代产品和具有潜在需求的新产品，采取以新技术和新产品取胜的战略 ③以市场营销为关键职能的组织结构—日用消费品以及小五金之类简单工具的生产，市场供过于求 ④以生产管理为关键职能的组织结构—油田，煤矿，发电厂等能源企业 战略重点：搞好生产，大力提高产量，短缺品，供不应求 （3）没有突出以某种基本职能为中心，而是一种并列的结构的原因： ①企业的发展战略还没有明确，或者各项基本职能的重要性相似，不存在特别重要的关键职能 ②组织设计存在缺陷，没有把关键职能放在组织结构的中心地位 9.学习型组织结构的特点 结构扁平化，组织无边界化，组织多元化
《结构设计原理》复习题 一、填空 1．按加工方式不同，钢筋分为（）、（）、（）、（）四种。2．（）与（）通常称为圬工结构。 3．梁内钢筋主要有（）、（）、（）、（）等。 4．随着柱的长细比不同，其破坏型式有（）、（）两种。 5．根据张拉预应力筋与浇筑混凝土构件之间的先后顺序，预应力混凝土分为（）、（）两类。 6．钢筋与混凝土之间的粘结力主要有以下三项组成（）、（）、（）。7．按照配筋多少的不同，梁可分为（）、（）、（）三种。 8．钢筋混凝土受弯构件主要有（）和（）两种形式。 9．梁内钢筋主要有（）、（）、（）、（）等。 10．（）、（）、（）称为结构的可靠性。 11．钢筋的冷加工方法有（）、（）、（）三种。 12．结构的极限状态，根据结构的功能要求分为（）、（）两类。 13．T形截面梁的计算，按（）的不同分为两种类型。 14．在预应力混凝土中，对预应力有如下的要求（）、（）、（）。15．钢筋混凝土梁一般有（）、（）、（）三种不同的剪切破坏形式。16．预应力钢筋可分为（）、（）、（）三种。 二、判断题：（正确的打√,错误的打×。） 1．混凝土在长期荷载作用下，其变形随时间延长而增大的现象称为徐变。（）2．抗裂性计算的基础是第Ⅱ阶段。（）3．超筋梁的破坏属于脆性破坏，而少筋梁的破坏属于塑性破坏。（）4．增大粘结力、采用合理的构造和高质量的施工、采用预应力技术可以减小裂缝宽度。（）5．当剪跨比在[1, 3]时，截面发生斜压破坏。. （）6．预应力损失是可以避免的。（）7．整个结构或结构的一部分，超过某一特定状态时，就不能满足结构功能的要求，这种特殊状态称为结构的极限状态。（）8．箍筋的作用主要是与纵筋组成钢筋骨架，防止纵筋受力后压屈向外凸出。（） 9．采用预应力技术可杜绝裂缝的发生或有效减少裂缝开展宽度。（）10．为了保证正截面的抗弯刚度，纵筋的始弯点必须位于按正截面的抗弯计算该纵筋的强度全部被发挥的截面以内，并使抵抗弯矩位于设计弯矩图的里面。（）11．偏心距增大系数与偏心距及构件的长细比有关。（）12．钢筋混凝土梁的刚度是沿梁长变化的，无裂缝区段刚度小，有裂缝区段刚度大。（）13．钢筋按其应力应变曲线分为有明显流幅的钢筋和没有明显流幅的钢筋。（）14．因为钢筋的受拉性能好，所以我们只在受拉区配置一定数量的钢筋而在受压区不配置钢筋。（）15．当轴向力的偏心较小时，全截面受压，称为小偏心受压。（） 越大越好。（）16．有效预应力 pe
《机械优化设计》讲义 刘长毅 第一讲 第一课时：机械优化设计概论 课程的研究对象：根据最优化原理和方法，利用计算机为计算工具，寻求最优设计参数的一种现代设计方法。 目标：本课程目标体系可以分为三大块：理论基础、算法的分析、理解和掌握，算法的设计、实现（编程）能力的培养。将主要是对算法的学习为主，并兼顾培养一定的解决实际问题能力、上机编程调试能力。 首先，几个概念：优化（或最优化原理、方法）、优化设计、机械（工程）优化设计。 现代的优化方法，研究某些数学上定义的问题的，利用计算机为计算工具的最优解。 优化理论本身是一种应用性很强的学科，而工程优化设计（特别是机械优化设计）由于采用计算机作为工具解决工程中的优化问题，可以归入计算机辅助设计(CAD)的研究范畴。 再，优化方法的发展：源头是数学的极值问题，但不是简单的极值问题，计算机算法和运算的引入是关键。 从理论与实践的关系方面，符合实践-理论-实践的过程。优化原理和方法的理论基础归根结底还是来源于实际生产生活当中，特别是工程、管理领域对最优方案的寻找，一旦发展为一种相对独立系统、成熟的理论基础，反过来可以指导工程、管理领域最优方案的寻找（理论本身也在实践应用中不断进步、完善）。 解决优化设计问题的一般步骤： 相关知识：数学方面：微积分、线性代数；计算机方面：编程语言、计算方法；专业领域方面：机械原理、力学等知识 内容：数学基础、一维到多维、无约束到有约束 1.1数学模型
三个基本概念：设计变量、目标函数、约束条件 设计变量： 相对于设计常量（如材料的机械性能） 在设计域中变量是否连续：连续变量、离散变量（齿轮的齿数，）。 设计问题的维数，表征了设计的自由度。每个设计问题的方案（设计点）为设计空间中的一个对应的点。 设计空间：二维（设计平面）、三维（设计空间）、更高维（超设计空间）。 目标函数： 设计变量的函数。 单目标、多目标函数。 等值面的概念：设计目标为常量时形成的曲面（等值线、等值面、超等值面）。几何意义：等值线（等值线的公共中心既是无约束极小点）、等值面。 约束条件： 等式约束（约数个数小于设计问题的维数） 不等式约束 满足约束条件的设计点的集合构成可行域D ：可行点、非可行点、边界设计点 几何意义（二维）：对于设计空间不满足不等式约束的部分，用阴影表示。 数学模型的一般形式： 寻找一个满足约束条件的设计点，使得目标函数值最小。 标准形式：n p v X h m u X g t s R X X f v u n <===≥∈,,2,1,0)(,,2,1,0)(..),(min 1.2 优化问题的几何描述 第二章 数学基础和数值迭代法 2.1 函数的方向导数和梯度 一、 函数的方向导数 ∑=??=??++??+??=??N i i i N n x X f x X f x X f x X f S X f 10 02201100cos )(cos ) (cos )(cos )()(θθθθ 二、函数的梯度