前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的設計構成論文主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：設計構成論文范文

首先，構成藝術中的點指的是擁有一定大小和形狀、與畫面空間相比懸殊的點。點是力的中心，是人的視線和注意力的集中關注點。點具有擴張力，可以通過占據(jù)空間來充實空間畫面，連續(xù)的點可以形成虛線或者虛面，而且使之具有方向性。在空間中往往由多個景觀節(jié)點構成場地的軸線，并引導使用者出入空間，感受環(huán)境帶給人們的心理情緒。其次，構成藝術中的線指的是點移動后的軌跡，具有一定的形象和寬度。線條是構成景觀要素的一個重要條件，是藝術造型的一種重要手段，線條被廣泛的應用與建筑、繪畫、雕塑等方面。例如希臘式建筑多用直線，而羅馬式建筑多用弧線。最后，面是線移動的軌跡，具有亮度空間。構成藝術中的面能夠給人以延伸感、力度感，面可以限定空間，在為何中有封閉和開放的感覺。在景觀設計中，點、線、面三種平面元素會通過構成藝術法則組合成具體的形象，構成設計中的平面要素，有些平面要素是簡單的形體，而有些景觀要素則是一些形狀復雜或者簡單的圖形。通過平面要素在平面中的構成，可以為景觀平面設計提供清晰明確的構成法則，這是景觀設計中的基本法則，景觀設計也通過這些平面元素來完成景觀空間平面序列的組合與排列?？傮w來說，平面構成藝術能夠為景觀平面設計提供景觀元素的基本形狀和組合的規(guī)律，從而對景觀要素進行合理合序的組織，使之形成一個整體的過程。

2色彩構成藝術在景觀設計中的應用

色彩構成的含義是指色彩在視覺中的相互作用，是利用人類對色彩的知覺和心理效果，把復雜的色彩現(xiàn)象解析還原成色彩的基本要素，進而利用色彩在空間、量、與質上的可變換型，按照一定的規(guī)律去組合構成之間的相互關系，再創(chuàng)造出新的色彩效果的過程。在景觀設計的過程中，色彩構成藝術能夠極大的豐富景觀內的設計景象，憑借色彩在人類對景觀設計中的視覺優(yōu)勢，色彩構成藝術在景觀設計中占了重要的位置。色彩不僅對人的視覺產生作用，還能影響到人的具體心理變化。例如色彩中的冷黃色、黃綠色、青綠色等色調偏冷的顏色，會給人帶來清新、含蓄、幽深的心理暗示。在景觀設計中運用色彩構成藝術，可以使景觀的構成顯得更加的生動多彩、更加具有時代的鮮明氣息。色彩的應用對整個景觀的空間感、舒適度、環(huán)境氣氛、使用效率以及對人的心理和生理均有很大的影響。色彩的美感能提供給人精神、心理方面的享受，人們都按照自己的偏好與習慣去選擇樂于接受的色彩，在景觀設計中也是如此?？梢酝ㄟ^色彩來表現(xiàn)景觀設計中的氣氛，色彩的基調影響著環(huán)境的品質。

3立體構成在景觀設計中的應用

在景觀設計中，可以通過立體構成來描述環(huán)境與物體的關系，給人以全面綜合的感受。首先，立體構成元素可以給景觀設計帶來其獨有的象征性。這一點在諸多城市都有所體現(xiàn)，例如巴黎的埃菲爾鐵塔、倫敦的大本鐘，這些立體造型以其獨特的構造成為了這些城市的知名風景，也是城市對外宣傳的名片之一，其原因就是這些景觀作為一個構成元素同周圍建筑造型在立體構成上的鮮明對比，突出了這些景觀元素獨有的象征意義；其次，立體構成能夠幫助設計師對景觀設計中的整體掌控能力。在平面構成和色彩構成中，種種構成元素都有其角度的限制，而立體構成則是全方面的展現(xiàn)景觀設計中的種種元素，立體構成對于景觀設計中的整體化有很大的幫助，能夠突顯出景觀設計中整體的和諧統(tǒng)一美，也能顯示出單獨景觀元素的個性美；最后，立體構成能夠使景觀元素具有一定的節(jié)奏感，例如將類似的立體構成元素按照規(guī)律排列組合，可以形成景觀設計中的韻律美，例如城市中摩天大樓的設計，比肩接踵，重復而不雷同，能夠給景觀設計增加韻律美。

4結語

第2篇：設計構成論文范文

在空間設計中，實體和空間是創(chuàng)作形態(tài)的主線，是設計的基礎，優(yōu)秀的空間設計作品具有貫穿始終、獨特新穎的設計主題以及完美豐富的層次變化?？臻g與實體有機結合，設計才能夠更加扎實，因此在設計初期開拓思維，使創(chuàng)意更具有獨創(chuàng)性非常重要。

（一）通過形態(tài)分析，建立圖形關聯(lián)

形態(tài)意識是將圖形的內在結構傳達至大腦，形成具有關聯(lián)性圖形識別的外在感應系統(tǒng)，從而形成典型性的圖形案例。形態(tài)意識是圖形學的初步思維過程，即圖形（內在結構）——圖識（外在感應）——圖例（原理、哲理）是形態(tài)意識的思維過程。例如，中國傳統(tǒng)建筑當中的徽派建筑，其在總體布局上受地理位置影響，依山就勢，構思精巧，自然得體；在空間結構和利用上，造型豐富，講究韻律美，以馬頭墻、小青瓦最有特色；在建筑雕刻藝術的綜合運用上，融石雕、木雕、磚雕為一體，更顯富麗堂皇。我們通過欣賞徽派建筑結構特征（圖形）產生印象，建立圖識；進一步進行規(guī)律性語言的總結，形成圖例。在這一過程中，圖形、圖識、圖例之間的聯(lián)系是設計雛形到創(chuàng)意思維過程拓展的第一步，直接為設計提供可供參考的設計依據(jù)。因此充分運用形態(tài)意識，建立起圖形、圖識、圖例之間的聯(lián)系，是啟發(fā)創(chuàng)意思維的有效途徑。

（二）嘗試實體組合，創(chuàng)造空間立體

綜合的思維研究過程體系，第一步從形態(tài)思維中的圖形、圖識、圖例開始，初步確立整體思路后逐步進入到下一造型意識思維即實體意識。實體意識是形態(tài)意識的具象化表現(xiàn)，具有立體多面性、虛實性等多種空間思維表現(xiàn)。實體造型的組合、切割與創(chuàng)造對空間設計來說，具有不可或缺的作用，無論從空間環(huán)境中實體的大小、疏密、相互之間的聯(lián)系還是具體的功能性，都是從實體開始的。因此，充分運用實體意識建立立體形態(tài)組合與構造，是設計的中期階段，是創(chuàng)意思維過程的第二步，是將設計靈感運用到實際設計的主體實施階段。

（三）通過直覺意識，建立空間搭配與交互

綜合的思維研究體系的第三個階段是直覺意識，直覺意識是實體意識的進一步思維走向。直覺意識是以熟悉與當前情境有關的知識領域及其結構為依據(jù)，是對空間的場性、滲透性以及對功能與形態(tài)關系的整體把握能力，以及對材料構造與形態(tài)關系敏銳的捕捉能力，這是經驗與直覺的結晶，是個性與審美的傳達階段。

二、空間設計中形態(tài)構成要素的作用與體現(xiàn)

形態(tài)是事物在一定條件下的特定表現(xiàn)形式。在空間設計中設計師一直在尋找一種指導空間形態(tài)設計的學習手段和方法，而這種手段和方法正是形態(tài)構成的本質，即開發(fā)潛在的創(chuàng)造性思維造型能力及方法（形態(tài)分析法）。在空間設計中主要的形態(tài)構成要素可以分為兩大類：有形要素、無形要素。

（一）有形要素的作用與體現(xiàn)

有形要素是形態(tài)構成中的物質性因素，主要是指在構成學領域的主要造型要素，如平面構成中用于空間限定的主要因素點、線、面、體，點以位置為主，線以方向、長度、形狀為主，面以面積、形狀為主，體以形狀、量感為主。再如色彩構成中用于空間形態(tài)的主要因素，包括色彩、形狀、肌理等。形態(tài)構成中有形要素在整體造型設計中起基礎作用，如同人體的骨骼與血肉，支撐整個空間。清晰認識有形要素的造型規(guī)律與空間形態(tài)的關系，運用空間形式造型法則來推敲設計，是設計師在設計時合理運用的關鍵。

（二）無形要素的作用與體現(xiàn)

無形要素是形態(tài)構成中的關系性因素，主要指在構成學領域中的主要情感要素。從空間設計的意義來看，空間的視覺形態(tài)主要包括造型（形象）與情感（寓意），也就是形象與神態(tài)，即形態(tài)。形態(tài)構成中的無形要素在整體設計中起指導性作用，使整個空間散發(fā)出獨特魅力與生機。無形要素的培養(yǎng)是一個漫長的過程，需要設計師的經驗積累和對事物的敏銳洞察力。認真學習與研究無形要素的美學效果產生原因與人的情感要素，挖掘事物的深層寓意，是設計師在設計中提升設計層次的關鍵。

三、結語

第3篇：設計構成論文范文

一、平面構成的概念

平面構成元素為點、線、面，并且點、線、面具有不同特征以及表現(xiàn)形式。平面構成元素指一切平面空間和平面形態(tài)，在平面空間完成的造型藝術設計。在人們的日常生活中，到處都含有平面構成元素。在平面構成中，點是最基本的構成元素，也是最小單位。在一個平面中，只要有足夠小的單位都可以看作是點。在平面構成中，點可以通過畫面組合進行排列，給人不同的聯(lián)想和視覺感受。而線可以明確其具置和方向，具有一定的寬度和形態(tài)。在平面構成中，面具有位置、面積和形狀，可以在二維空間里通過構成的組織方式產生立體效果?？傊c、線、面三者在平面設計中可以相互轉化的。

二、平面構成元素在環(huán)藝設計中的表現(xiàn)

1、點在環(huán)藝設計中的表現(xiàn)

環(huán)境藝術設計中都可以體現(xiàn)出“點”的形態(tài)。根據(jù)點的構成原理可以運用不同大小、疏密的點進行排列，給人的視覺留下一種由點移動而產生線的感覺。比如：在上海地鐵吊頂設計中，在格柵形式的吊頂之間放行的發(fā)光正方體不規(guī)則的分布，可以將每個小格子看成“點”形態(tài)。在景觀設計中，將植物大小、數(shù)量進行組合的，構成了“點”的形態(tài)。再如在室內設計中，可以將沙發(fā)上的靠墊、茶幾上的茶杯都可以看作點的集合體。另外，還可以將大小一致的點以相對的方向，逐漸重合，產生微妙的動態(tài)視覺。充分將平面構成的點構成元素應用到環(huán)境藝術設計當中。

2、線在環(huán)藝設計中的表現(xiàn)

線在環(huán)境藝術設計中最為廣泛，線可以起到引導視線的作用。一般常見的有實線，是實體形態(tài)形成的，比如家具、門窗、主梁等。虛線是實體中的空間縣，就是實體之間的縫隙，比如墻角線、窗戶線等。比如上海公園的地面鋪裝的設計采用了亂世鑲嵌的方式，構成向心的環(huán)形線，具有一種韻律感。在室內設計中，線的應用就更加廣發(fā)了。有相對長度和方向的道路、長廊、圍墻、溪流等視為線。地板鋪設的線型都是采用線條來組合和表現(xiàn)的，與空間中的點、面形式作對比。而幾何曲線具有對稱和秩序的，規(guī)整的美，經常會被使用在以娛樂的悠閑景觀之中。

3、面在環(huán)藝設計中的應用

面在環(huán)境藝術設計中有兩個作用，一是作為體的表面表現(xiàn)體的形態(tài)，二是作為片狀形態(tài)獨立出現(xiàn)。屋面、墻面、地面都是限定空間的主要因素，但是其依附在建筑體的表面存在。室內環(huán)境中的湖面都是以片狀獨立存在的。面的形狀、大小、封閉方式直接影響到其限定空間的特性。在景觀園林設計、空間設計中都運用了平面，充分表達出其功能要求、材料使用、藝術風格以及裝飾造價等各種因素中的應用。在進行空間平面布局的時候起著關鍵性指導作用，從平面構成的角度分析空間的序列設計，因此發(fā)現(xiàn)其空間組織合理有序的內在規(guī)律性，同時也可以從宏觀角度上將平面進行合理規(guī)劃，充分體現(xiàn)出優(yōu)美的空間與豐富的空間功能。

三、平面構成元素的應用

平面構成元素的點線面法則在環(huán)境藝術設計過程中起著關鍵性指導作用。對于初步涉及環(huán)境藝術設計展業(yè)的學生來說，應該加強其對平面構成元素的重視。平面構成在平面設計中的應用非常廣泛，其海報的設計、書籍裝幀、版式設計等等應用的非常廣泛。在平面設計過程中，都是綜合引用平面構成的幾大形式法則，巧妙的對版式進行設計，理性而又巧妙的控制平衡、節(jié)奏以及對比等方面的結合與應用，從而形成更加完美、多樣化的作品。為了不斷適應環(huán)境藝術設計的變化與發(fā)展，充分發(fā)揮平面構成元素的應用，使平面構成在環(huán)境藝術當中體現(xiàn)的淋漓盡致。點線面是設計中最基本的因素，每種因素都具有其特征。在實際的應用過程中，其應該穿插上使用各種構成元素，相互結合，相輔相成。只有巧妙的排列與運用，才能譜寫出優(yōu)美的文章。在設計的過程中，設計師要遵守設計形式美的基本法則，將平面構成的基本原理巧妙的運用在室內的空間設計你中，使平面構成元素的點線面在環(huán)境藝術設計中得到和諧、統(tǒng)一的效果，從而才能使各個經過精心設計的平面能夠更好的融合在一個統(tǒng)一的室內空間中，使人從每個角度看上去都是一種視覺上的享受。

四、結語

第4篇：設計構成論文范文

課程考核是教學評價的重要手段，在整個教學活動中起著非常重要的作用：檢測學生對基本知識掌握程度；督促學生學習，引導學生重視知識的積累；及時發(fā)現(xiàn)教學中的問題，找出原因并及時進行教學理念和方式的改進，進一步提高課堂的教學質量。從目前看，部分高職院校的機械結構分析與設計課程都會在教學內容及教學方法等方面進行改革，但仍沿用傳統(tǒng)的課程考核方式?？己诵问絾我唬}目類型主要是客觀題（填空、選擇、判斷、計算題與簡答題），方式主要是筆試，實踐能力和創(chuàng)新能力考核涉及很少。成績評定一般平時成績占30％，期末成績占70％。平時以出勤和提問為主，期末考試僅憑一張試卷。這樣的考試有其局限性，主要表現(xiàn)為：第一，期末考試的時間和內容十分有限，無法全面概括學到的所有知識，進而也就無法對學生的學習情況進行一次全面的檢測，存在片面性。第二，由于平時成績在總成績中所占的比重過小，導致學生對平時成績不重視，主要表現(xiàn)為逃課和不認真上課。第三，期末考試成績在總成績中所占的比重過大，導致學生上課不認真，考前做突擊，這樣不僅無法提高教學質量，還容易助長學生僥幸和投機的心理，無法實現(xiàn)學校培養(yǎng)高素質學生的目標，偏離了課程考試本來目的。因此，學校應根據(jù)原有考試中存在的問題，結合實際情況進行改革，注重學生學習成效的考核，減少期末考試成績在總成績中所占的比重，并通過項目的完成增加學生實踐動手能力及職業(yè)素質養(yǎng)成等方面的考核，使學生轉變對考試的認識，盡量做到從應試教育到能力教育的轉變。

二、改革課程考核內容

機械結構分析與設計課程以職業(yè)能力培養(yǎng)和職業(yè)素養(yǎng)養(yǎng)成為總體目標，在培養(yǎng)學生較強工程意識及創(chuàng)新能力的同時，強化先修課程，培養(yǎng)學生從無限的知識系統(tǒng)中汲取和提煉所需知識的能力。通過本課程學習，使學生可以從整體上了解機械的傳動原理，認識機械系統(tǒng)的結構組成，能識別各個機械的零部件及其作用，并且會分析各種傳動機構的特點以及其適用場合。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力以及設計一般復雜程度的機械傳動結構的能力。通過小組協(xié)作完成項目任務等方式，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力?；跈C械結構分析與設計課程的教學目標，課程教學評價采用了終結性評價和過程性評價相結合的方式。終結性評價用于考查學生對基本知識的掌握情況，可以通過筆試、口試等方式進行考核。為著重考核學生綜合運用知識分析問題、解決問題的能力，進一步強化學生的語言表達能力，培養(yǎng)學生良好的心理素質，通過改革考試方式，逐步推動教學手段與方法的變革、教學內容的創(chuàng)新，不斷提高學校的教學水平和教學質量，除了筆試之外，增設了課程口試環(huán)節(jié)。過程性評價主要用于在項目實施的過程中，從學生參與項目教學的態(tài)度、在項目教學活動中所獲得的體驗、學習及工作方法與技能的掌握情況等方面來進行考查評價。考核權重設計為總評成績100分，平時成績占20％，項目成績占40％，期末考核成績占30％，口試成績占10％。改革后的考核方式突出課程教學過程性考核，由多種考核方式構成，時間與空間按需設定的多次考核綜合評定成績的課程考試模式。

三、具體實施

機械結構分析與設計課程開設的時間跨度為兩個學期。課程教學項目的設計以生產和生活中的典型機械的分析與設計為載體，內容包括3個教學項目：機械中的常用機構分析；機械系統(tǒng)結構分析及拆裝；機械傳動裝置及零部件設計?？己藦娜矫孢M行：一是理論知識點的考核。理論教學的內容采用課堂提問、階段性考核和綜合考核等多種方法，可以是閉卷、開卷、半開卷、面試、綜合型設計大作業(yè)等形式或多種形式相結合。二是實踐環(huán)節(jié)的考核。在每一次實驗中通過現(xiàn)場操作、分析報告、面試等形式來考查學生對實驗設備的應用能力、實際動手能力以及實驗結果的分析綜合能力。三是綜合能力訓練的考核。量化評分每一個設計階段學生的設計能力，全面跟蹤學生的學習態(tài)度，隨時掌握學生在每一個設計階段的實際表現(xiàn)，逐步提高學生對課程綜合能力訓練的重視度，保證課程綜合能力訓練的質量。

第5篇：設計構成論文范文

1決策設計因素。工程項目的形成離不開工程的決策設計，因此，決策設計十分重要，設計方案的準確性對該項目的造價有重要影響，針對其使用功能、后期的維持費用而言，設計方案的選擇也直接關系到項目的具體落實細節(jié)，關系到項目投資效益的實現(xiàn)和造價的多少。

2施工因素。對于處在施工階段的工程來說，工期長短、質量高低、技術是否先進等因素都是影響工程造價的重要問題，如果工程已經可以滿足預先使用功能，就并不應該以追求高規(guī)格高品質為理由大幅度上升造價，也不應該為了加快建設進度增加沒有預期的趕工費用。在施工過程中應按照工程建設的基本規(guī)律，在滿足工程質量良好及進度無誤差的情況下，應積極尋求工程最低造價，實現(xiàn)工程的質量、投資及進度的平衡局面。

3其他因素。導致工程造價的增加的其他無法避免的因素主要包括政府相關政策調整、物價上漲導致的材料價格上升還有各種不可預見的自然災害或社會事件的發(fā)生。

二、工程造價的控制方法

1造價的動態(tài)控制方法。項目建設的建設時間越長，在工程的施工過程中就越容易發(fā)生各種不確定因素導致的風險，因此，經常發(fā)生實際施工情況與目標狀態(tài)偏離的狀況，這就需要我們在工程的施工過程中不斷對施工過程進行同步跟蹤，及時地了解相關全面的施工信息，并隨時將工程的實際施工情況與預訂目標進行對比，如果離目標差距過大，就必須采取一定的措施，使項目能及時改正錯誤并朝預期的方向前進，使發(fā)生的誤差得到控制。但是任何的控制修改措施都不可能一直有效，即使解決了原有的問題，仍可能會出現(xiàn)不斷地新問題，這就需要對整個工程項目實時進行觀察。類似于這種對項目工程的不斷控制不斷觀察不斷改正是一個不斷循環(huán)的過程，它貫穿于整個建設項目的始終。對項目工程的控制不斷地循環(huán)、糾正，才能有效的控制實際工程造價。這種方法被稱為工程的動態(tài)控制法。采用動態(tài)控制法可以有效地控制工程造價，確保整個建筑工程的穩(wěn)定性。

2全壽命周期控制法。建設項目的項目一般由策劃階段、施工階段、設計階段、使用階段和維護階段構成。理論上所說的造價控制是對施工階段的造價進行控制，而實際上設計結束前的階段影響項目造價最大。在技術設計階段為33%~74%，在規(guī)劃設計階段，影響項目造價的可能性為76%~97%，在施工階段，通過技術措施節(jié)約造價的可能性只有4%~11%。因此建筑結構設計階段對工程造價影響最大。在對整體建設項目的造價控制中，除了注意決策、設計及施工階段的造價外，還要對工程完工后的維護費用進行預算和控制，也就是對項目全部周期費用的控制。由于決策不正確或者設計不合理，亦或者是施工質量的不合格都可能造成嚴重后果，例如建筑完工后產生的運行費用和維護費用大量增加，而且這種費用是隨著建筑的使用而不斷發(fā)生的。因此，在建筑工程的過程中不能為了節(jié)省初步投資而降低建筑的質量，縱使節(jié)省了初步投資，也會使項目竣工后經常出現(xiàn)各種各樣的問題，從而導致項目維修費的大幅增加。也就是說，我們不能盲目減少對建筑項目的最初投資，應該從整體壽命周期費用的理念出發(fā)來考慮建筑物的造價問題。

3系統(tǒng)控制法。工程造價、質量、進度是建筑工程的三大要素，這三大因素在一定程度上是對立的關系。具體而言，如果需要較高質量且功能齊全的建設項目，就必須按照良好的工程設備，使用優(yōu)良的建筑材料，同時在建設過程中要對各個項目嚴格進行管理，精耕細作，這就會導致工程造價的增加；從另一方面來看，如果一味地強調降低造價，就可能造成在工程中使用劣質材料的現(xiàn)象，同時會對建筑項目偷工減料，就很容易導致工程質量的下降。因此，要想良好地控制工程造價，絕對不能將造價、進度和質量三大因素分割開來，而應該對它們全面系統(tǒng)地進行控制。同時要注意協(xié)調進度控制和質量控制的順序，做到對三大因素的控制的有利配合和相互平衡。例如，當對建筑工程項目采取一些投資措施時，如果該措施會對影響進度、且對項目質量產生不利的影響，就必須考慮是否還有別的更佳的措施，堅決不能為了減小投資就降低工程項目的質量標準，更不能刪減工程項目的具體內容?？傊?，對工程造價的控制是建筑建設項目控制的重要內容，我們可以采取各種不同的有利措施，在確保建設項目造價得到有效控制的同時又不降低工程的總體質量。

第6篇：設計構成論文范文

風載對高層建筑有著十分重要的影響，隨著建筑高度的增高，結構對風載作用的敏感程度驟增．根據(jù)建筑物表面局部的體型系數(shù)和風壓峰值，可以求的建筑物頂端的最大加速度，在此基礎上，進一步計算風荷載對地基點的傾覆彎矩，從而評判風載對高層建筑的穩(wěn)定性影響，此外，還應評判在風振作用下人的舒適度．風載作用下結構的風振總響應為：式中W0為調整后的基本風壓值；βz為Z高度處風振系數(shù)；μs為風載體型系數(shù)；μz為風壓高度變化系數(shù)．

2工程概況

某大廈位于浙江省樂清市清遠路與雙雁路的交叉路口處．大廈總建筑面積16733m2．大廈平面呈L形，長邊45m，短邊20m，寬17m．大廈分主樓和附樓兩部分．地面以下主樓兩層，附樓一層．地面以上主樓18層，附樓5層，1-5層為移動電話公司用房，1-5層高4.5m，6-18層為住宅，層高均為3m，其中19層機房、20層屋頂水箱部分縮進，形成露臺．主樓設兩臺電梯和一座樓梯，樓梯可通至主樓屋頂．樓梯頂部設容積為50m3的水箱，電梯井筒頂部設機房．主樓高度58.5m．附樓1-5層為商場，主樓2-4層為辦公用房，附樓屋頂設屋頂花園和公共娛樂休閑場所．附樓設樓梯兩座，可通至附樓屋頂．地下1層設停車場，層高3.5m．地下2層設水池、發(fā)電機房、空調機房等，層高3.5m．總平面布置圖如圖3所示．

3結構設計

3.1基本設計資料

建筑物抗震設防重要性類別為丙類，建筑結構安全等級為二級，結構重要性系數(shù)γ0=1.0．根據(jù)《工程地質勘察報告》，地面以下15m為淤泥，屬軟弱土，地面至堅硬土頂面的距離約35m，即場地覆蓋層厚度為35m，建筑場地類別為Ⅲ類，屬不利地段．該地區(qū)地震基本烈度為7度，因此建筑物抗震設防烈度為7度．大廈框架結構抗震等級為三級，剪力墻抗震等級為二級．

3.2結構選型與布置

考慮到場地土為軟弱土，為增加結構剛度，減少延性，大廈主體采用框架-剪力墻結構，剪力墻設在主樓中心，樓梯及電梯井四周，以提高大樓重要部位強度及安全性．主、附樓之間，考慮到地下水位高，留縫較難處理，基礎采用厚板樁筏，主、附樓之間不設縫，先留出后澆帶(寬1000mm，包括地下室底板及邊墻)，待主樓施工完畢、沉降基本穩(wěn)定，兩者再連為整體．預留后澆帶時，鋼筋不斷，后澆帶的混凝土強度等級C35．后澆帶預留在主樓與附樓之間，靠附樓側2m處．大樓高寬比為3.69，小于5；大樓主體埋深7米，大于1/15H=4米；柱的截面尺寸，主要由軸壓比進行控制；梁的截面尺寸，主要由計算結果進行控制；地面以下淤泥較厚，承載能力低，因此采用樁筏基礎，施作鋼筋砼預制方樁．

3.3荷載標準值

恒載分為樓面均布恒載一級梁上線性分布恒載．樓板結構自重作為外部荷載手工輸入程序計算．梁、柱及砼墻體自重，可設定參數(shù)由程序計算．限于篇幅，恒載值未列出，可依據(jù)規(guī)范查詢．地震荷載本建筑抗震設防重要性類別為丙類，按7度抗震設防，Ⅲ類場地上的高層建筑，按《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(JGJ3-2002)[6]第3.3條規(guī)定，必須計算地震作用．考慮兩個方向的地震作用，且結構質量和剛度分布明顯不對稱，因而需計入雙向水平地震作用下的扭轉影響．風荷載根據(jù)《建筑結構荷載設計規(guī)范》(GB50009-2012)[7]的規(guī)定，基本風壓值W0=0.55kN/m2，基本風壓值得調整系數(shù)為1.1，調整后的基本風壓值W0=0.61kN/m2．建筑物所在地的地面粗糙度為B類，即中小城鎮(zhèn)．風載體型系數(shù)μs取1.4，風壓高度變化系數(shù)及風振系數(shù)由程序自動計算．結構整體座標與風力作用方向的夾角為49.97°，考慮兩個方向的風力作用．

3.4結構設計計算

結構計算，采用中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部編制的系列軟件．用PMCAD建立結構模型，運用多層及高層建筑結構三維分析與設計軟件TAT進行上部結構計算，運用基礎CAD軟件JCCAD進行基礎底板計算及樁基驗算，并運用該系列軟件繪制施工圖．考慮到地基土為軟弱土，對結構的嵌固作用不大，因此，取地下一層地面為結構嵌固端，其四周的混凝土墻，作為一種安全儲備，不參加結構計算；屋頂?shù)臋C房、水箱層，計算求得的水平地震作用應增大，但不下傳；地震作用采用振型分解反應譜法計算，振型個數(shù)12個．程序自動模擬施工過程，恒載逐層加載，活載一次加載．用TAT計算時，活載滿布且一次計算的結果，常比活載可能不利布置的實際情況小很多．因此，按恒、活載分開計算，考慮活載不利布置．活載的折減對基礎設計有利．如果活載不折減，可能導致因樁數(shù)過多，而造成基礎施工十分困難．梁面活載折減系數(shù)按規(guī)范要求，由計算機程序自動執(zhí)行．柱、墻活載折減系數(shù)取法按荷載規(guī)范要求執(zhí)行，可進行人機交互控制，修改各層活載折減系數(shù)．只對以柱、墻為支座的主梁調幅，調幅系數(shù)0.85，梁跨中正彎矩放大系數(shù)取1.2．高層建筑中，柱的截面尺寸往往較大，而梁的計算長度是從中到中的軸線距離，這樣在柱端的彎矩已算到了柱中心，而往往偏大．可以考慮適當折減梁端彎矩，修正后的梁端彎矩不小于原彎矩的2/3．由于連梁兩端剛度、剪力大，很可能會出現(xiàn)超筋情況．剪力墻的承載能力往往較高，連梁進入塑性狀態(tài)后，允許其卸載給剪力墻，連梁剛度折減系數(shù)取0.7，梁扭轉剛度折減系數(shù)取0.4．

4計算結果分析

4.1結構自振周期分析

結構前3個自振周期計算結果如表2所示，計算結果顯示，結構的前3個自振周期(T1-T3)在正常范圍內，沒有異常．計算結果顯示，結構x、y方向的前三個振型曲線連續(xù)、光滑，沒有出現(xiàn)突然的轉折點或不規(guī)則凹凸，表明結構豎向剛度變化較為均勻，設計指標符合要求．

4.2位移計算結果

通過對結構在水平載荷(地震荷載、風荷載)控制作用下的位移進行計算，得到各樓層x方向的節(jié)點最大水平位移結果如表3、表4所示，表中：Floor為層號；Node為x向累積位移最大節(jié)點號；DX為x向累積最大位移(mm)；node為x向層間位移最大節(jié)點號；dx為x向層間最大位移(mm)；dx/h為x向最大位移角；h為層間高(m).表3、表4的結構位移計算結果表明，在地震作用或風荷載的作用下，樓層的位移基本上是連續(xù)變化的，無明顯的突變和折點，位移曲線為反S形曲線，表明結構布置較為合理可行．此外，在風荷載作用下，樓層層間位移與層高之比d/h<1/900，結構頂點位移與總高度之比D/H<1/950，均滿足規(guī)范要求．

5結論

第7篇：設計構成論文范文

關鍵詞：高層建筑結構設計；教學內容；教學方法；教學手段

高層建筑結構設計課程的教學內容涉及混凝土結構、結構力學、結構抗震等知識的綜合應用，作為培養(yǎng)從事土木工程設計、施工、預算、招投標工作的高級工程技術人才的土木工程專業(yè)，一般將高層建筑結構設計課程設置為一門專業(yè)限選課。土木工程專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)方向主要有結構設計、工程施工技術管理、預算和招投標等崗位，這些工作崗位都與高層建筑結構設計具有密切聯(lián)系。土木工程結構設計崗位的主要工作內容已由多層建筑設計轉變?yōu)楦邔咏ㄖO計；從事土木工程施工管理工作，必須掌握高層建筑結構的識圖與讀圖等知識，清楚高層建筑中哪些是主要受力構件，哪些是構造構件，在施工過程中遇到一些簡單的高層事故應如何處理，等等，這些都有賴于該課程的學習；土木工程預算和招投標管理工作中大量的分析計算都要靠計算機來完成，要求工作人員要在看懂圖紙（很多是高層建筑圖紙）的基礎上建立分析模型，做到不多算、不漏算，這也有賴于該課程的學習。工程專業(yè)開設該課程的意義由此可見。但是，由于種種因素的影響，目前該課程教學中還存在不少現(xiàn)實問題。鑒于此，本文擬從教學內容、教學模式、教學方法、教學過程等方面探討高層建筑結構課程的教學改革問題，希望能為該課程教學質量的提高提供參考。

一、課程教學內容規(guī)劃

隨著我國經濟的發(fā)展，土建行業(yè)對人才的要求特別是對學生工程素質的要求越來越高，企業(yè)歡迎的是具有完備知識結構又具備較強工程能力的人才。高層建筑結構設計課程涉及很多計算，教學內容十分豐富，但該課程的學時往往十分有限，因此，合理選擇教學內容就顯得尤為重要。該課程教學內容的選擇應以應用型人才能力培養(yǎng)為目標，理論與實踐并重，并注意兼顧不同學習基礎的學生。土木工程專業(yè)一般將該課程安排在大學四年級第一學期，主要內容包括緒論、高層建筑結構的體系與布置、高層建筑結構的荷載和地震作用、高層建筑結構的計算分析和設計要求、框架結構設計、剪力墻結構設計、框架―剪力墻結構設計、高層建筑地下室和基礎設計等，與先修課程混凝土結構、混凝土結構與砌體結構、基礎工程、工程結構抗震等有緊密聯(lián)系，也存在一定的內容重復現(xiàn)象。為了保持教學內容的系統(tǒng)性，教師處理與已開設課程重復的內容時，應做到“重復的內容講差別，相似的內容講典型，突出重點”[1]。例如：荷載計算部分的一些內容與混凝土結構課程的相關內容相似，按照相似的內容講典型的原則，對該部分內容，教師應重點講解高層建筑結構的風荷載計算（考慮風震系數(shù)），而活荷載計算可不考慮不利布置；框架結構設計部分的一些內容，與混凝土結構與砌體結構等課程的相關內容存在重復現(xiàn)象，按照重復的內容講差別的原則，對該部分內容，教師應重點講解在框架結構設計中如何調整位移比、周期比、軸壓比、相鄰層剛度比、層間位移角、層間受剪承載力比等高規(guī)參數(shù)；高層建筑結構基礎設計部分的一些內容，與基礎設計和基礎工程課程存在內容重復現(xiàn)象，按照重復的內容講差別的原則，教師可重點講解高層建筑“筏板基礎”“樁基+筏板”設計中的常見錯誤及其原因。

二、課程教學模式

在開設高層建筑結構設計課程時，學生已具備一定的專業(yè)技能，但綜合能力還有待提高。采用多元化教學模式是近年來該課程教學的主要特點之一。根據(jù)高層建筑結構設計課程實踐性和操作性強的特點，教師應以促進學生提高實踐技能、掌握關鍵知識為主線，整合課程各個單元的教學內容開展任務驅動教學和項目導向教學，將“教、學、做”有機結合，著力體現(xiàn)應用性、實踐性和開放性的課程理念。將“教、學、做”一體化的教學模式有機融入教學過程，有利于處理“懂”與“會”的關系，學生可以先懂后會，也可以先會后懂或邊懂邊會。此外，教師還可以把課堂搬進實驗室、建筑設計院、工程施工現(xiàn)場等場所，廣泛開展直觀教學，實現(xiàn)課堂教學與實習實訓的一體化，從而有效提升學生的綜合能力。

三、課程教學方法與教學手段

高層建筑結構設計課程的教學環(huán)節(jié)分為課堂教學、PKPM軟件應用、工程設計實踐和考核[2]。以下從四個方面探討該課程的教學改革。

(一)課堂教學

課堂教學應以講解高層建筑結構設計的基本設計理論、抗震規(guī)范、高層混凝土結構技術規(guī)程等內容為主；要有明確的教學目標、有效的教學策略和具體的學習評價指標；要注重學生興趣的培養(yǎng)和潛能的發(fā)掘與提升，廣泛開展探究性學習和協(xié)作學習；要注意培養(yǎng)學生終身學習的觀念，力促學生自主發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。在高層建筑結構設計課程教學中，還應做到課堂講授、自學、討論相結合，課內學習與課外學習相結合，理論學習與實踐環(huán)節(jié)相結合[3]。第一，課堂講授與自學相結合。教師在課堂教學中應重點講授基本概念、基本原理和難點，并向學生指定課外自學的內容和思考題，以培養(yǎng)學生的自學能力，化解教學內容多而課時有限的矛盾。第二，開展課堂討論，啟發(fā)學生開展積極的思維活動[4]。大學生思想獨立性強，思維靈活，喜歡獨立思考問題。因此，在全班或小組內圍繞一個問題開展討論，讓學生各抒己見，相互啟發(fā)，有利于發(fā)揮學生學習的積極性和主動性，充分提高教學效果。如在高層結構選型內容的教學中，可讓學生以某“高層設計采用哪種結構體系較合理”為題在班級范圍內開展討論，讓學生在愉快的氛圍下通過主動思考掌握高層結構體系的有關知識。就課堂討論的方式來講，教師可先提出問題，讓學生在小組討論的基礎上，選出代表到黑板前陳述意見，這樣既可活躍課堂氣氛，提高教學效果，也可提高學生的表達能力。第三，課內學習與課外學習相結合。在每次課結束前，教師都應向學生明確課后的復習內容、預習內容及思考題。對于較抽象的教學內容，教師應組織學生開展課堂討論或課外學習小組（宜以宿舍為單位）討論。教師還可結合單元教學內容，組織開展以高層結構設計基本理論知識和常規(guī)應用為基礎的小型競賽活動，如PKPM建模大賽等，以鍛煉提高學生的知識運用能力。第四，理論教學與實踐教學相結合。筆者的調查表明，很多學生在學習過程中都感覺到“高層建筑混凝土結構技術規(guī)程”難以理解，難以聯(lián)系具體工程實例；結構設計只是停留在單個構件上，不明確結構整體設計的思路。因此，教師在教學中應結合具體教學內容引入工程實例，通過對工程實例的詳細講解，使學生加深對理論知識的理解，提高應用能力。比如，對高層建筑常用的三種結構，即框架結構、剪力墻結構、框架―剪力墻結構，教師可借助實際工程項目，依次詳細講解抗側力構件的布置、主要高規(guī)參數(shù)的控制、平面的布置、施工圖的繪制，通過實例講解使學生理清結構設計的整體思路，加深對規(guī)范條文的理解。需要說明的是，教師教學中選用的案例可以來自企業(yè)生產實踐，也可來自教師指導學生完成的工程設計實踐項目。教師指導學生進行工程設計實踐（包括結構選擇、結構建模、施工圖繪制等），是提高高層建筑結構設計課程教學質量的有效手段。

(二)PKPM軟件應用教學

PKPM軟件應用教學的重點是理解和掌握高層建筑結構設計的基本過程，主要有以下三個教學步驟：(1)結構布置的講解與練習。在此步驟中，要通過講解和練習，使學生掌握運用PKPM軟件建模的技巧，理解“抗規(guī)”關于結構平面和豎向布置的基本要求。結構平面布置要求平面形狀簡單、規(guī)則、對稱、質心和剛心重合[5]30−31；結構豎向布置的要求主要是抗側力構件沿豎向不突變等。(2)PKPM基本計算參數(shù)輸入練習。在此步驟中，應要求學生按照相關要求，結合工程結構的實際情況輸入PKPM相關參數(shù)，并理解基本風壓、基本雪壓、設計地震分組、抗震設防烈度、連梁剛度折減系數(shù)等參數(shù)的含義。(3)PKPM計算結果的分析判斷和參數(shù)調整。在此步驟中，應指導學生通過對計算結果的分析，判斷結構的周期比、位移比、剪重比、相鄰層剛度比、軸壓比、整體穩(wěn)定是否滿足要求，并對不滿足要求的參數(shù)進行調整。

(三)工程設計實踐教學

開展高層建筑結構設計課程實踐教學，有利于學生強化工程概念和感性認識，激發(fā)學習主動性，提高創(chuàng)新能力。在工程設計實踐教學中，教師可以組織學生分組參觀調查當?shù)匾呀ǜ邔咏ㄖ?，了解其構型、結構體系、存在的施工問題等；可以讓學生以小組為單位完成高層建筑的建模，如15層以下教學樓、辦公樓、賓館等框架結構的建模，20層以下住宅樓等剪力墻結構的建模，20層以下寫字樓、公寓等框架―剪力墻結構的建模。

(四)課程考核

高層建筑結構設計課程的常規(guī)考核方法是筆試成績與平時成績相結合，但筆試成績一般占總成績的80%，這容易導致學生只重視理論而忽視實踐，不利于學生應用能力的提高。該課程的考核應著重考核學生綜合運用知識的能力，可采用筆試、上機操作、實踐環(huán)節(jié)相結合的考核方式。其中，筆試成績占總成績的50%，試卷的制作可參考國家“注冊結構工程師專業(yè)資格”考試；上機操作成績占總成績的20%，可以給定房屋建筑平面圖和立面圖，讓學生在規(guī)定時間內運用PKPM軟件完成滿足結構設計規(guī)范要求的結構建模；實踐環(huán)節(jié)成績占總成績的30%，內容包括考察報告的撰寫情況、在分組建模實踐教學中的表現(xiàn)等。

四、教學過程的組織

如前所述，在每次課結束前，教師都應向學生明確課后的復習內容、預習內容及思考題，其中預習的內容可以是參觀現(xiàn)有高層建筑結構，調查了解其結構形式、結構設計、施工中存在的問題等，并形成文字。導入新課時，教師可用5分鐘左右的時間了解學生的預習情況，并通過總結引出新課題。在講授新課的過程中，教師應突出重點，把握難點，可按照理論講授―例題解析―學生練習―歸納總結的步驟組織教學。如在講解高層建筑的結構體系時，可先分述每種結構體系的概念，再舉例分析典型的結構體系布置，然后讓學生畫出附近教學樓等高層建筑的結構，最后歸納總結常見建筑結構體系的選擇。課堂討論教學環(huán)節(jié)一般可采取學生自由發(fā)言與教師總結相結合的方式，而在安排有小組前期調研的情況下，應緊緊圍繞小組代表的匯報發(fā)言開展現(xiàn)場提問。另外，教師在課堂教學中還應引導學生主動到建筑設計院、工作室參觀實踐，以實現(xiàn)學以致用，不斷提高學生的實踐應用能力。例如，為了提高應用型技術人才培養(yǎng)質量，黃淮學院在其大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)園設置了建筑設計院校內實踐基地，為土木工程、建筑工程等專業(yè)學生的工程實踐提供了良好的平臺，教師引導學生到這里結合教學內容參觀實踐，無疑能夠有效地促進學生實現(xiàn)所學理論知識的內化和實踐應用能力的提升。

作者:邵蓮芬 單位:黃淮學院

參考文獻：

[1]牛海成，徐海賓．面向可持續(xù)發(fā)展的高層建筑結構設計課程教學改革探討[J]．高等建筑教育，2013(22)：72―75．

[2]劉圓圓．淺談《高層建筑設計》課程改革方案[J]．城市建設理論研究：電子版，2014(36)：8119―8120．

[3]孟麗巖，王濤，陳勇，等．高層建筑結構設計課程教學方法的改革與實踐[J]．黑龍江教育（理論與實踐），2015(3)：77―78．

第8篇：設計構成論文范文

[關鍵詞]工程結構；抗震設防；標準；問題 文章編號：2095-4085（2015）11-0039-02

我國先后經歷過比較嚴重的唐山大地震、汶川地震，地震災害所帶來的損失十分嚴重。要想解決和減少地震所帶來的傷害就需要對各種建筑設施進行防震設計和施工建設，從而間接減少帶來的地震危害。

1抗震設防標準

1.1國外抗震設防標準

不同國家由于自身的經濟條件、地震危害程度、社會因素、政治因素等方面存在差異，使得在設防標準上也存在很大的差異性。本文主要介紹美國、日本以及歐盟在抗震方面設立的抗震設計標準，希望為我國抗震設計提供一定的經驗借鑒。

（1）美國抗震規(guī)范。美國抗震規(guī)范由于當時經濟、政治體制的影響抗震規(guī)定也具有多種模板，主要包括抗震技術指南、地方規(guī)范、專業(yè)結構規(guī)范以及國家規(guī)范等幾種類別。美國聯(lián)邦緊急事務管理局規(guī)定“保證結構在合理超越概率和地震的作用下絕對安全并且不存在損傷”，并且規(guī)定了設防目標以及兩級抗震設防水準。

（2）日本建筑法則。日本建筑法則對抗震設防設立了兩個等級，第一個標準是在中等強度地震作用下，建筑結構要保證不遭受任何程度的破壞，確保建筑、生命、財產的安全；第二個標準是指在強震作用下，建筑物不會發(fā)生倒塌或者出現(xiàn)危及人身安全的事故。

（3）歐盟規(guī)范。歐盟制定了兩級防震設防要求：不倒塌和限制破壞要求。地震作用期限為50年，保證建筑在50年的多次地震作用下，結構不會存在局部破壞或倒塌。

1.2我國抗震設防標準

我國抗震設防標準沒有做出明確規(guī)定，只是指出在震級8級以下不用設防，9級及以上的話可以采取降低建筑高度和改善建筑平面來減少地震帶來的傷害。80年代以后提出了富有時代特色的“小震不壞；中震可修；大震不倒”的設防目標，但是設防標準仍舊存在很多的缺點和問題，主要包括：

（1）設防標準設置過于死板，僅僅通過地震危險性進行等級劃分，并沒有實際考察設防標準對震區(qū)建筑物震害、人員傷亡以及經濟損失等方面的具體影響，不能夠保證未來發(fā)生地震建筑結構的安全性。

（2）對于發(fā)生的大震還是小震，全國上下都借助統(tǒng)一標準進行區(qū)分，沒有考慮不同城市經濟、社會、建筑水平、人口密集程度等方面的所存在的差異性，容易導致抗震救災物質的浪費，而對于一些人口密集的震區(qū)還有可能存在安全隱患。

（3）當前的設防標準考慮的問題都過于片面，只是考慮建筑結構在地震時不要出現(xiàn)損壞或者是倒塌，并且確保人身安全，但是沒有考慮要保證整座城市能夠在震后繼續(xù)穩(wěn)定的運行。

1.3工程結構抗震設防標準

工程設防的傳統(tǒng)思想其實就是利用最低的造價建設滿足實用和安全性能的工程，通過不斷的探索，人們轉變了對工程建筑安全的定義，引入了針對建筑結構安全性的概念。將建筑結構強度R0外部荷載力的變化產生的效應進行比值計算得出R值，如果結構的比值大于1則表明結構安全局，如果小于1則表示結構存在安全隱患。我國的抗震設防標準原則可以用以下公式表示：

E=收益-可能存在-定的損失=最大

其中的收益指的是建筑結構在建設完成之后所獲取的全部直接以及間接的精神成果；生產投資則可能是利用貨幣衡量，再加上建筑結構破壞所產生的各方面影響，通過人數(shù)傷亡數(shù)據(jù)以及對人們日常生活動作的影響，很難由其公式得出。費用一般是一種概念性總稱，它主要包括有裝修費、施工費用以及材料費等，可以發(fā)現(xiàn)在建筑結構設計施工時，工程造價和修復費用本身就是看似毫無關聯(lián)的，所以要想對在減少工程造價的同時又不會引起維修費用的提升，可以通過優(yōu)化初始造價和修復費用之間的配比，找出兩者之間的一個平衡點。

2工程結構抗震設防標準問題

區(qū)地震發(fā)生的特點對工程結構進行防震設防處理十分必要。

（1）抗震設防的原則。設防原則有以下幾大類別：杜絕和減少人員的傷亡；盡量減少財產的損失；采取相關措施減少人員傷亡；容許工程結構在發(fā)生地震時出現(xiàn)小程度的損壞；工程設施在地震發(fā)生時確保安全性，并且保證不會向外界排放有毒物質和不會導致發(fā)生嚴重程度的次生災害。

（2）抗震設防的目標。工程結構在抗震設防時具有非常明確的目標：小震不壞；中震可修；大震不倒。我國也在1989年的相關設防規(guī)范文件中采用了這種思想。不過在設防目標上仍舊存在幾個方面的問題。首先對大、小震的不倒還是不壞缺乏明確定義，其次只是單純考慮設防目標并沒有考慮工程結構的經濟指標，最后沒有根據(jù)地區(qū)的不同，規(guī)定設防目標。

（3）抗震設防的環(huán)境。一般來講設防環(huán)境并不是一種主觀量，它是取決于人們對地震危險性的評估結果和地震的評估方法，更多的是來自于一種客觀評估。設防環(huán)境是確定設防標準以及設防目標的重要依據(jù)，它的準確性評估對于工程結構設防具有非常重要的意義。

（4）抗震設防的參數(shù)借鑒。在進行工程設防時，需要借助一定的物理參數(shù)進行，國內外使用最多的參數(shù)有地震動參數(shù)以及烈度參數(shù)兩種。不過這幾年來越來越多的國家傾向于使用地震動參數(shù)，因為隨著科技的不斷進步，烈度參數(shù)所暴露出的弊端也越來越多，不能夠滿足人們的設防需要。

（5）抗震設防的等級。同一類建筑在同一個地區(qū)由于受到當?shù)夭煌?、經濟、文化等方面的影響，再加上震后的影響程度，在考慮設防等級的時候就會存在很大差異。重要性的工程結構一般需要較高的設防等級，相對來講一些普通的工程結構就不需要設立很高的設防等級。

第9篇：設計構成論文范文

論文關鍵詞：遠程教學網絡應用；高可靠性；擴展性；三層體系結構

一個成功的大型網絡服務系統(tǒng)在設計中必須考慮到以下幾項關鍵要求:高可靠性(HighAvailability)，低延遲(LowLatency)，擴展性(Scalability)和安全性(Security).本文基于上述要求，參考了目前多種先進的相關技術，提出了一個遠程網絡教學系統(tǒng)的體系結構規(guī)劃和設計方案.

1系統(tǒng)功能，設計宗旨和總體結構

本系統(tǒng)主要提供遠程教學所需的學生在線注冊、記錄管理、遠程教學課件、課堂討論、作業(yè)提交、教師答疑以及在線測試等主要功能，所有這些功能都通過互聯(lián)網絡來完成.系統(tǒng)處理能力的設計目標是要能夠支持多達10000注冊學生和每天不少于百萬級的訪問量.

本系統(tǒng)的一個設計宗旨是不采用高端或專用計算機，而是使用通用計算機硬件系統(tǒng).這主要是依據(jù)所謂橫向拓展(Scale-out)的思想，而不是縱向拓展(Scale-up).也就是說系統(tǒng)在整體上要能夠使用分布式并行處理技術，把系統(tǒng)負荷合理分配到多臺對等的服務器上.這樣更有利于系統(tǒng)的擴展性，甚至可以構建出有成千上萬個服務器結點的集群(Clustering)來提供超強的數(shù)據(jù)處理能力.這也是所謂云計算技術(CloudComputing)的核心思想之一。

本系統(tǒng)的主要操作系統(tǒng)平臺選擇開放的Linux系統(tǒng).依據(jù)系統(tǒng)的性能目標和擴展性的要求，本系統(tǒng)總體結構采用了如圖1所示的三層結構(Three-tierArchitecture)的設計.

這樣的分層結構有效的劃分了系統(tǒng)功能，每個層次的功能都相對獨立，這樣既有利于對各個層實施有針對性的優(yōu)化策略，也簡化了整體維護的復雜度，是目前復雜網絡應用經常采用的設計，二.本文的重點是要對這個遠程教學系統(tǒng)在體系結構層次進行分析和討論，而不涉及各層軟件系統(tǒng)的具體實現(xiàn).下面對各層所要解決的問題，設計的策略和技術展開進一步討論.

2網頁層的設計

網頁層的任務是受理師生從網頁瀏覽器所提交的請求，并最終發(fā)給用戶所需的內容.網頁服務器(WebServer)是其核心，本系統(tǒng)選用了目前全世界使用最廣泛的Apache服務器，同時又采用了服務器(Proxy)和緩存(Caching)的技術.

網頁層向用戶所提供的內容大致可以分為靜態(tài)(Static)內容，與動態(tài)(Dynamic)內容，近幾年涌現(xiàn)的多個內容分布網絡(ContentDistributionNetworks)主要就是針對靜態(tài)內容的.本系統(tǒng)的靜態(tài)內容相對總體內容比例較大.針對這些特點，本設計在網頁服務器前加上經過作者軟件強化后的反向服務器(ReverseProxy)，它具備以下功能:

1)緩存(Caching)內容.由于靜態(tài)內容很少需要更新，所以使用緩存技術可以把它們存儲于中.用戶對靜態(tài)內容的請求大都由直接處理后返回給用戶，這樣就大大減少了網頁服務器的負荷，有效地滿足了用戶低延遲的要求.這里決定緩存效率的是其替換算法(ReplacementAlgorithm)，作者對LRU算法加以改進，考慮了文件大小和取用頻率的因素，更適合教學系統(tǒng)的特點.另外，使用支持ESI(EdgeSideIncludes)語言的反向，緩存也可以有效分擔部分動態(tài)內容對網頁服務器帶來的負荷，明顯提高系統(tǒng)對動態(tài)內容的處理速度.本設計還進一步參考了其它動態(tài)內容的提速技術，對動態(tài)網頁碎片(PageFragments)在網頁服務器內也進行了緩存.

為了進一步證明本設計的效果，作者設計了一個針對靜態(tài)內容的實驗，使用HPLoadRunner軟件來模擬500學生用戶同時連續(xù)訪問隨機的靜態(tài)網頁.實驗結果如圖2所示，其中點畫線為未使用反向，實線為使用反向.它顯示在使用改良過的反向后，網頁反應時間由平均約36ms降到了只有約6ms，系統(tǒng)功能的提升是很顯著的.

2)負載平衡(LoadBalancing).反向根據(jù)每個網頁服務器當前的負載，把用戶請求分配到負載相對輕的服務器上.這不僅提高了系統(tǒng)的處理能力和縮短了反應時間，而且還可以有效提高系統(tǒng)可靠性，避免單點失敗.另外，本系統(tǒng)平衡負載功能在處理用戶會話(Session)時，采用了粘連式的(Sticky)平衡負載策略，從而減少了系統(tǒng)復雜度和由此帶來的額外開銷.

3)安全保護.反向是系統(tǒng)第一個安全保護環(huán)節(jié)，但不是唯一的.它加人了人侵攻擊(Intrusionattack)和協(xié)議攻擊(ProtocolAttack)的檢測和防護.除此以外，使用還可以有效的”隱藏”網頁服務器集群，增加了針對特定網頁服務器版本進行攻擊的難度.

對于現(xiàn)有的很多網絡應用而言，網頁層是其運行的瓶頸，而上述的反向加網頁服務器集群的設計則解決了這個問題.

3應用層的設計

考慮到本教學系統(tǒng)的相對復雜度以及擴展新功能的需求，使用應用層是很必要的.應用層的主要任務是實現(xiàn)商務邏輯，它根據(jù)網頁層傳遞的用戶指令并在需要時從數(shù)據(jù)庫層查詢數(shù)據(jù)，從而完成整個系統(tǒng)的核心控制功能.本系統(tǒng)的應用層采用了無狀態(tài)(Stateless)的設計原則，這簡化了應用服務器集群擴展的步驟.

為了更加高效地利用應用服務集群，應用層和網頁層的接口也加人了負載平衡的機制.本系統(tǒng)的應用服務器集群采用的是基于企業(yè)服務總線(EnterpriseServiceBus)的結構，集群的成員共享服務總線上的指令隊列來達到負載平衡的效果.這樣的設計也避免了單點失敗.

應用層的另外一個關鍵環(huán)節(jié)是和數(shù)據(jù)層的接口.由于網頁層和應用服務集群都做了優(yōu)化，消除了瓶頸，而且無狀態(tài)的設計對數(shù)據(jù)庫的要求相對于有狀態(tài)的設計要高，數(shù)據(jù)庫層很可能因此而成為整個系統(tǒng)的瓶頸.為此，在應用層和數(shù)據(jù)層的接口中，要使用分布式的緩存(Distributedcache)來優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的存取.這個數(shù)據(jù)庫緩存具備數(shù)據(jù)復制功能，能夠保證所有的應用服務器的數(shù)據(jù)同步.有了這樣數(shù)據(jù)庫緩存的應用層就提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的整體存取速度，有效的降低了數(shù)據(jù)庫層的負擔.

應用層還要提供比網頁層更進一步的系統(tǒng)安全功能.它主要是針對那些非人侵性的攻擊，也就是那些單個請求都看似合法卻是數(shù)量龐大能耗盡系統(tǒng)資源的攻擊，一個典型的例子就是分布式拒絕服務(DistributedDenial—of—service)攻擊.本系統(tǒng)采用的策略是對用戶會話進行以統(tǒng)計分析為基礎的實時行為評估，對于那些可疑的用戶會話加以系統(tǒng)資源分配限制，可疑度越高分配給它的資源就越少，對于被確認的攻擊者則完全拒絕其訪問.這個策略可以有效地保護系統(tǒng)，又可以避免錯誤地拒絕用戶的合法訪問.

4數(shù)據(jù)庫層設計

數(shù)據(jù)庫在本系統(tǒng)中是至關重要的.本設計主要采用數(shù)據(jù)冗余(DataRedundancy)的策略，也就是利用數(shù)據(jù)庫服務器的集群技術和數(shù)據(jù)自動復制功能來實現(xiàn)高可靠性:集群中的數(shù)據(jù)庫節(jié)點相互復制數(shù)據(jù)以達到數(shù)據(jù)的同步，這樣由于每個數(shù)據(jù)都有多個備份，集群中任何單個數(shù)據(jù)庫的失敗都不會造成數(shù)據(jù)的丟失.其次，它應有快速的處理功能和易擴展J勝，本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)劃分(DataPartition)策略來實現(xiàn)這個要求.