支架设计论文范文第1篇

【关键词】支架；自主学习；艺术设计应用软件

[中图分类号]G64 [文献标识码]A

设计产业发展迅猛，产业的转型升级对人才提出新要求，需要更新知识能力强、学习能力高、有一定合作精神的创新型人才。因此高校自主创新人才培养目标，由技能培养向能力培养转变，培养技能实操类课程中学生解决真实问题的技术思维和技术整合能力。但是设计学专业学生自主学习能力薄弱，缺乏问题探究精神和创新精神，离教学国际化、信息化、学科交叉化的背景下复合型创新人才标准还有距离。

艺术设计应用软件是设计方案可视化表达的重要工具之一，主要包括辅助设计软件和多媒体编辑软件两大类。软件种类多且实操性强，软件知识更新快且技术细节多，对软件操作扩展应用能力和知识迁移学习能力的要求较高。但设计软件实验教学普遍采用教师集体面授示范，学生上机同步练习的教学模式和案例、任务或项目驱动的教学方法。实验过程中，教师提供一对多或一对一的面授指导，学生的主观能动性、自主学习能力和资源整合能力难以提升。因此，设计学专业学生在学习过程中总体表现为：1.自主学习能力弱，知识探索的能动性不足，认知提升较大程度依赖老师；2.软件技术和设计知识的融合能力弱，设计思维与设计表达无法同步呈现。

以维果茨基为理论基础的支架教学模式通过教师引导学习并构建学习支架，帮助学生顺利穿越“最近发展区”，能使学生获得独立解决各类学习任务的自主学习能力，实现学生全方位的主动发展。此次教改以支架教学模式为理论基础，按照支架模式流程，结合设计专业学生特点和艺术设计应用软件特性，以三维设计软件SketchUp为例，构建艺术设计应用软件的支架教学模型，旨在提升学生自主学习能力和软件技术与设计知识的融合能力。

一、支架教学模式的理论基础与框架

（一）理论基础

欧共体“远距离教育与训练项目”文件把支架教学模式定义为“支架式教学应当为学习者建构对知识的理解提供一种概念框架”，该框架是为发展学习者对问题的逐步理解所需要，具体指通过“支架”（教师或同伴的帮助）把管理学习的任务逐渐由教师转移给学生自己，最后撤去支架，实现自主学习的目的。支架教学模式是建立在以下理论基础之上：

1.建构主义学习理论

建构主义是受Piaget的认知发展心理学（Cognitive Devel2opmental Psychology）和Vygotsky的社会互动理论（Social Inter2actionism）的启发而发展起来的新兴的教育心理学流派。建构主义认为，知识不是通过教师传授所得，而是学生基于原有的知识经验在社会文化互动中通过意义建构的方式获得。因此，建构主义指导下的学习是在一定的情境即社会文化背景中，借助教师和同伴的帮助，在人际间协作交流互动中实现对知识的建构，其中情境、交流、协作和意义建构是建构主义学习理论的四大要素，情境、交流、协作是学习的条件和过程，意义建构是整个学习过程的终极目标。

2.“最近发展区”理论

“最近发展区”理论是由前苏联心理学家维果茨基于20世纪30年代初提出的认知发展理论，该理论是研究儿童发展与教育发展的关系问题。维果茨基的研究表明，教育对儿童发展能起到主导和促进作用，儿童发展存在两种水平：一种是已经达到的实际发展水平；另一种是可能达到的潜在发展水平，该水平表现为自己无法独立完成任务，却能通过模仿成人的帮助完成任务。这两种水平间的距离即为“最近发展区”，建立在“最近发展区”范围内的教学才是走在发展前面的教学。

3.自主学习理论

自主W习理论是源于人本主义，随着认知主义、建构主义的兴起而发展起来的教学理论。对自主学习概念的理解大致有三种：第一种观点认为自主学习是一种学习模式或学习方式，以国内学者余文森、程晓堂为代表；第二种观点认为自主学习是一种主动的、建构性的学习，学生自己确定学习目标，监视、调控由目标和情境特征引导和约束的认知、动机和行为，以美国著名教育心理学家齐默曼教授为代表；第三种观点认为自主学习可以从纵向和横向两个维度来定义，以华东师范大学庞维国博士为代表。传统自主学习理论的三个基本特征表现为学习的自立性、自为性和自律性。信息环境下的自主学习理论在延续传统理论特征的基础上，增添了信息环境的新特点，与合作学习、终身学习相结合，在“自”性基础上体现了“共”性，表现出共学性、共创性和共和性。

（二）理论框架

支架教学模式源于苏联心理学家维果茨基的“最近发展区”理论，是一种建构主义教学模式和自主学习模式。该模式为学习者建构对知识的理解提供一种概念框架，该框架是为发展学习者对问题的逐步理解所需要的，具体指通过支架把管理学习的任务逐渐由教师转移给学生自己，最后撤去支架，实现自主学习的目的。

支架教学模式由五个流程构成：搭建支架、创设情境、独立探索、协作学习、效果评价（图1）。支架搭建是关键，情境是学习背景，教师通过支架和情境给予学生帮助；小组协作是学习方式，学生在协作和独立探索中建立自己对意义的建构，并提升问题解决的能力；通过过程评价和结果评价，教师给予学生反馈，并促进改进提升。

二、艺术设计应用软件支架教学模型构建与教学设计

（一）支架教学模型构建

我们按照支架教学模式实施流程，结合设计专业学生特点和艺术设计应用软件特性，构建艺术设计应用软件的支架教学模型的过程。我们将模型的整个过程分为支架搭建前期、支架搭建中期、支架搭建后期三个阶段，整个过程是教师逐渐把管理学习的任务转移给学生的过程（图2）。支架搭建的前期和中期部分，教师为主导，具体工作包括：学生的“最近发展区”分析、教学目标设定、教学任务分解、软件支架搭建和项目情境创设；支架搭建后期部分，学生为主体，在独立探索和小组协作中建构意义，教师通过过程评价和结果评价给予反馈，形成一个评价和探究循环的过程，提升自主创新和探究能力。

（二）基于支架教学模型的教学设计

本文以环境设计软件SketchUp为例，阐述支架教学模式在设计软件应用课程中的的应用。SketchUp是一款专注设计过程的三维实景效果模拟软件，由于其绘图过程简化易操作，自主学习难度低，自主学习资源丰富，因此选择它作为设计应用软件自主学习对象。

1.支架搭建前期

本次授课对象为环艺系大二学生，已完成制图与透视原理、环境设计基础、二维软件等设计基础核心课程的学习，结合学生的实际发展水平和潜在发展水平，在新旧知识间搭设关联。根据SketchUp设计数字化表达流程，在二维平行投影工程图和三维中心投影效果图之间搭设关联，在设计知识和技术表现之间搭设关联。

教师在SketchUp操作流程的多个环节设置“最近发展区”，分区分阶段灵活推进，保证学生对知识获取的循序渐进和由易到难，符合“最近发展区”设置的灵活性和成长性。随着学生能力的提高，“最近发展区”会随之变化并迁移，具体内容见表1。

2.支架搭建中期

（1）软件支架搭建

支架搭建前期工作完成后，进入软件支架搭建和项目情境创设环节，在设计方案确定后进入数字化表达阶段，按照该阶段的三维实景模拟制作流程，为设计学专业学生学SketchUp搭建知识概念框架。根据“最近发展区”分析，教师将支架细分为五个版块：建模支架、布光支架、材质支架、渲染支架和后期支架，每个支架版块由技术知识、关联知识和层级任务构成。

比如建模支架版块由建模技术知识、建模关联知识和建模层级任务构成。建模技术知识包括建模原理、建模流程、建模工具和建模资源；建模关联知识包括与平立面图样的关联、与风格形态元素知识的关联；建模层级任务包括验证性任务、应用性任务、创新性任务和设计性任务支架，见表2。

（2）项目情境创设

课堂上创设真实项目设计情境和问题情境，选取某复式住宅，以体现空间使用者的职业属性为设计主题进行空间设计与表达，提出问题：“如何设计出符合空间使用者职业属性的住宅空间？”

项目情境内容具体包括：以小组为合作单元，从职业旅行者、宇航员、航海厨师、丛林探险家、摇滚乐手五种职业中选取一种职业人为使用对象，分析其职业特征和使用需求，提取典型设计元素，在空间的形态、界面、光照、色彩、家具陈设等方面突显空间的职业特征，整合软件技术表现设计创意成果。在特定情境下设定并完成层级任务，循序渐进实现学生的整体水平提升。

3.支架搭建后期

支架搭建和情境创设工作完成后，进入支架搭建后期阶段的学生独立探索和异质小组协作环节。独立探索是个人建构知识的过程，小组协作总结规律，增加知识建构的社会交互性。

首先，学生在教师的引导下，了解自主学习的重要性及方法，形成自主学习的动力，并明确学习目标和学习内容之后再开展独立探索，学生利用教师搭建的支架，以设定的各项层级任务、问题为驱动力，进行软件工具的熟悉、综合运用以及创新设计。

其次，学生带着教师设定的问题和任务进行小组协作环节。教师先以测试成绩为依据，将学生进行异质组合，3人一组，按不同能力层级进行配比。之后，学生进入到各自小组中，以教师设定的问题为讨论依据，在问题解决过程中顺利完成协作任务，并将协作成果进行课堂汇报，教师给予阶段性评价，评价内容包括自主学习效果、小组合作表现和最终成果呈现，学生根据反馈意见进行反思和总结，制定下一步自主学习计划。

三、教学验证

本次授课对象为大二学生，完成了主要设计基础课程的学习；班级人数为22人，每3-4人一组，共7个小组，保证教师能兼顾到各个小组的协作过程并给予个性化指导；学校具备基本的硬件和软件设施，可以保证软件应用课程自主学习过程的实施和开展。

本次教学改革在15-16学年第二学期《设计软件应用》课程中实施，授课对象为14环境设计2班学生、20人，持续6周，共96学时。在授课过程中，第1-2周进行实际发展水平测试和主题空间设计方案细化，并给予每位同学以反馈建议和提升方案，第3-6周运用支架教学法进行SketchUp的自主学习。

授课结果表明，学生反馈良好，学习成果显著，能够熟练操作软件技术，并深入细化掌握O计知识；学生在完成课程作业之余，能积极参加设计竞赛，极好地验证了支架教学法的有效性，基本达到促进自主学习的目标。

小 结

综上所述，通过基于“最近发展区”分析的艺术设计应用软件学习支架，学生能独立高效地完成SketchUp的整个学习过程，并取得了较好的学习效果，自主学习能力得到提升。本课题下一个阶段的研究目标将集中在支架搭建后期阶段的独立探索和小组协作环节，研究如何满足学生的个性化差异性需求和小组协作中的管理和分工问题以及针对性的评价标准等方面。

参考文献：

[1]丁革建.软件教学的模式研究[J].中国电化教育，2001（3）.

[2]王颖.维果茨基最近发展区理论及其应用研究[J].山东社会科学，2013（12）.

[3]王文静.维果茨基“最近发展区”理论对我国教学改革的启示[J].心理学探新，2000（2）.

[4]孔得伟.基于支架式教学的网络课程设计研究[D].东北师范大学，2006.

[5]李红美.基于支架式教学的教育技术公共课的教学设计――以知识点“学习教育技术的意义”为例[J].现代教育技术，2009（11）.

[6]何克抗.建构主义的教学模式、教学方法与教学设计[J].北京师范大学学报（社会科学版），1997（5）.

[7]张洪洋.计算机应用软件教学的实践与探索――基于网络视频资源的小组合作教学模式[J].现代教育技术，2008（11）.

[8]黄纯国.计算机应用软件教学的“双层情境”观[J].现代教育技术，2008（8）.

支架设计论文范文第2篇

【关键词】学习支架;支架式教学;教育技术公共课;教学设计

【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2009)11―0040―04

教育技术公共课是教育部规定的师范院校学生的一门必修课程,在培养师范生了解和掌握现代教育技术基础知识、基本理论与基本方法,特别是教师教育观念的转变和掌握现代化教学手段、培养学生运用信息技术学习的能力,获取信息、加工信息、评价信息以及把信息运用于教学的能力,进一步完善学生信息策略、增强信息意识、加强信息伦理道德规范等方面都起着非常重要的作用。但教育技术课程内容较多,包括的知识面比较广,几乎涵盖了教育技术学专业的大部分课程的内容,而课程教学时数相对有限,所以每次课堂教学中教师讲解信息量很大;同时,现代教育技术公共课是面向全校的各专业的学生开设的,学生人数比较多,采用大班授课给课堂教学带来了许多不便;另外,部分学生不清楚或不知道学习教育技术公共课的真正目的,不了解教育技术公共课的内容对以后的学习和工作有何帮助,对所学知识不能完全理解和接受。因此教育技术公共课的教学效果并不尽如人意,仍存在着不少问题。本文试图从教学的角度出发,将支架式教学引入到教育技术公共课的教学中,确立学生在学习过程中的主体地位,培养学生的自学能力,提高学生的教学设计能力,以期改进教育技术公共课的教学效果。

一 支架式教学简介

1 什么是“支架”

支架(Scaffold)原意是建筑行业中使用的“脚手架”,脚手架就是工人们在建造、修葺、或装饰建筑物时所使用的能够为他们和建筑材料提供支持的暂时性的平台或柱子等,是一种临时性的支撑架构[1]。根据这个建筑隐喻,伍德(Wood,Bruner&Ross,1976)最先借用了这个术语来描述同行、成人或有成就的人在另外一个人的学习过程中所施予的有效支持[2]。普利斯里(Pressly,Hogan,Wharton-MeDonald,Mistretta,Ettenberger,1996)等人为“支架”所下的定义是根据学生的需要为他们提供帮助,并在他们能力增长时撤去帮助[3]。

2 对“学习支架”的理解

前苏联著名心理学家维果斯基(Lev Semenovich Vygotsky,1896-1934)的“最近发展区”理论,为教师如何以助学者的身份参与学习提供了指导,也对“学习支架”提出了意义明晰的需求说明。维果斯基将学生的实际发展水平与潜在发展水平相交叠的区域称为“最近发展区”。这个发展区存在于学生已知与未知、能够胜任和不能胜任之间(Vygotsky,1978),是学生需要“支架”帮助才能够完成任务的区域。

学习支架的作用就在于帮助学生顺利穿越“最近发展区”以获得更进一步的发展。通过支架(教师或有能力的同伴或某些有用的资料)的帮助,管理学习的任务逐渐由教师转移给学生自己(学习过程被内化)。当教师发现学生能够有能力顺利穿越最近发展区时,撤去支架。

学习支架的形式多样,分别适用于不同性质的教学任务。从其表现形式看,学习支架可以为范例、问题、建议、向导、图表等。除了这些可设计的学习支架外,学习支架还有更为随机的表现形式如解释、对话、合作等。[4]

3 支架式教学的涵义

根据欧共体“远距离教育与训练项目”的有关文件,支架式教学被定义为:“支架式教学应当为学习者建构对知识的理解提供一种概念框架。这种框架中的概念是为发展学习者对问题的进一步理解所需要的,为此,事先要把复杂的学习任务加以分解,以便于把学习者的理解逐步引向深入”。 [5] 如图1所示。

支架式教学是人们根据建构主义学习理论开发出的比较成熟的教学模式之一。支架式教学的进行,是利用学习支架为学生的学习提供必要的、有用的帮助。

4 支架式教学实施的基本环节[6]

按照学习支架理论,支架应按照学生智力的“最邻近发展区”来建立,而且是通过“学习支架”不断地把学生的智力从一个水平提升到另一个新的更高水平。支架式教学的基本环节主要包括以下几个方面:

(1) 搭脚手架――围绕当前学习主题,按“最邻近发展区”的要求建立概念框架。

(2) 进入情境――将学生引入一定的问题情境(概念框架中的某个层次)。

(3) 独立探索――让学生独立探索。探索内容包括:确定与给定概念有关的各种属性,并将各种属性按其重要性大小顺序排列。探索开始时要先由教师启发引导(例如演示或介绍理解类似概念的过程),然后让学生自己去分析;探索过程中教师要适时提示,帮助学生沿概念框架逐步攀升。起初的引导、帮助可以多一些,以后逐渐减少,越来越多地放手让学生自己探索;最后争取做到无需教师引导,学生自己能在概念框架中继续攀升。

(4) 协作学习――进行小组协商、讨论。讨论的结果有可能会使原来确定的、与当前所学概念有关的属性增加或减少,各种属性的排列次序也可能会有所调整,并使原来多种意见相互矛盾、且态度纷呈的复杂局面逐渐变得明朗、一致起来。在共享集体思维成果的基础上达到对当前所学概念比较全面、正确的理解,即最终完成对所学知识的意义建构。

(5) 效果评价――对学习效果的评价包括学生个人的自我评价和学习小组对个人的学习评价,评价内容包括:自主学习能力,对小组协作学习所做出的贡献,是否完成对所学知识的意义建构。

其中在评价形式上包括过程性评价和总结性评价。但是具体采用什么评价方式,对哪些内容进行评价都要根据实际需要而定,而不是机械采用。

从以上几个方面看出,学习支架的建立存在于每一个环节中,而且以上几个环节没有绝对的先后关系,而是相互交错,互相促进,相辅相成。[7]

二 基于支架式教学的教育技术公共课的教学设计

1 课堂教学的支架式教学模式

从理论上来说,支架式教学是典型的以学为主的教学模式,然而现代教育技术公共课内容多课时少,应用支架式教学存在一些困难。从课堂教学来看,教师向学生发送的信息和学生向教师发送的信息不均衡,尽管如此,本文试图结合教育技术公共课部分知识点,将支架式教学灵活应用于课堂教学的某个或几个环节中,探讨如何有效发挥支架在课堂教学中的作用。在教学中学生进行探索可以在课后进行,学生独立探索所应用的资源也大部分来源于课后,所以一般是教师提前提出问题,课后搜索资料,讨论再回到课上进行(也包括在课后)。当然值得一提的是这并不是课堂教学的全部。课堂教学的支架式教学模式如图2所示。[8]

图2中,从教师指向学生的粗黑剪头代表教师给予学生的学习支架,从学生到教师的细黑线剪头代表学生的反馈意见,学生之间的细黑线剪头代表学生之间给予的学习支架,学生的学习支架还可以从图书馆、网络自己寻找。

2 课堂教学的支架式教学案例

课程内容:学习教育技术的意义(某一部分内容的教学设计过程)

学习教育技术课程,首先需要解决的问题就是学习教育技术课程的意义,这个问题的有效解决对于学生学好本门课起着非常重要的引导作用。兴趣是第一位的老师,只有学生对本门课感兴趣了,了解了学习教育技术的意义,才有学习的动力。但是按照学校目前的课程设置,学生在学习本课程之前对于教育技术的知识了解甚少,只是在大学一年级学习了计算机文化基础课程,所以只是在不同程度上了解或者掌握了部分计算机方面的基础知识,这只是为技术方面的学习奠定了一定的基础。在理论层面上,由于学生通常在大学三年级才涉及到教学设计类课程,所以在教学设计方面的知识也几乎为零。在这样的情况下,想立即让学生了解学习本门课程的重要性是比较困难的,如果直接向学生讲授其意义,也难以保证教学效果。基于以上考虑及分析,笔者认为对于这部分教学内容在设计上以问题为出发点,更易于切入主题,且应从学生的切身条件出发予以引导,学生会更容易理解学习教育技术课程的意义。

(1) 创设情景,建立支架

中心问题的提出:假设我们将要或已经走上工作岗位,作为一个新时代的教师,应具备什么样的素质?

(2) 引导学生思考。

支架一:过去教师如何教学?此问题对于每位学生讲都有话说,因为学生在小学甚至是中学阶段所经历过的,知道自己的老师当时是怎样教学的。

支架二:社会发展了,作为一名教师又应该如何跟上时代的步伐?学生思考,然后将自己的想法说出,得出应该怎样跟上时代的步伐等等,教师逐步引导到2004年12月教育部颁布的《中小学教师教育技术能力标准(试行)》。

支架三:继续引导学生讨论,《中小学教师教育技术能力标准(试行)》中应具有怎样的教育技术能力?为什么?教育技术能力的涵义是什么?

教师给与引导:教育技术的能力是指对有合适技术支持的教学过程与教学资源进行设计、开发、利用、管理与评价的能力,也就是在有合适技术支持的教学环境下进行教学设计并有效地组织与实施教学活动的能力。[9]

2004年12月15日国家教育部颁布的《中小学教师教育技术能力标准(试行)》中从四个层次对教师教育技术能力提出要求:意识与态度、知识与技能、应用与创新和社会责任。意识与态度:即能从教学角度认识到教育技术的重要性及其价值所在,一方面需要形成一种将教育技术应用与教学设计、教学资源、教学活动、教学评价等方面的意识与态度,另外一方面要能够形成一种不断学习技术与方法、促进专业发展和个人发展的意识与态度;知识与技能:即理解掌握应用教育技术所必须的教育理论与观念、信息技术知识与技能、教学设计方法、资源选择与开发的技术与方法、教学应用的模式与结构、教学评价的技术与方法、教学科研的方法等教育技术基本知识与技能;应用与创新:即能够开展教学环境的设计与管理、教学活动的设计与管理、教学资源的设计、开发与管理、教学评价活动的设计与实施、教学科研活动等,以及能应用技术与同事、家长、学生、管理人员、技术人员就教学、科研、管理等各个方面开展的合作与交流;社会责任:即能从社会责任角度促进学生在利用技术、资源方面能够全面、公平、健康、安全、规范地成长。[10]

教师提问:对比一下,看看我们都做到了吗?做到了哪些?

学生通过对比讨论,发现自己离要求还有较大距离,得出没有较强的教育技术能力很难适应将来工作岗位的结论。

教师提出问题:我们如何才能达到此目标,如何培养我们的教育技术能力?

学生讨论集中意见。学生认为可以通过学习技术,学会备课,并将学到的教育技术运用于教学。

教师:这只是教育技术能力中的一部分,可以通过教育技术公共课来培养学生的教育技术能力,通过公共课能学到什么,能达到什么目标,以引起学生强烈的兴趣,并告诉学生如何学习教育技术课程。

(3) 独立探索。教师建议学生课后搜集相关资料或进行实地调查,调查一些中小学教师,得出一个教师从业后的需求,加深理解。并推荐通过网络,图书馆等可利用的资源。

(4) 协作学习。整个探索过程可分为独立探索和合作进行,通过有目的地调查,探索,协商、讨论,得出较为一致的意见,从而达到对当前所学知识的比较全面、正确的理解,即最终完成对所学知识的意义建构。

(5) 效果评价。对学习效果的评价。在课堂教学中,教师能够看到课上的学生活动,对于课堂进行的效果及学生的讨论情况可以做一下简单的点评。

当教师觉得学生对教育技术有了进一步的理解后就可以进入教育技术公共课的系统教学了。前面虽然用了较多的时间去讨论,但这样会使学生真正了解学习此课程的作用,并引起学习的兴趣。

通过支架式教学在教育技术公共课教学中的应用实践,学习支架在教学中起到了重要的作用,但在学习支架的设计和使用上应该注意以下一些方面:第一,学习支架应用应视不同的学习内容而定。对于理论性比较强的内容,可以采用问题、建议、图表等学习支架进行教学,同时采用理论与实践相结合的方法,以促进学生对理论透彻理解;对于媒体的制作和使用部分的内容采用范例式支架。第二,学习支架应用应根据学生的不同而灵活多变。学习支架的形式多样,在教学设计时根据教学内容的要求,依据学生的特点选用适合学生的形式尝试应用于教学中,这样才能提升教学效果。第三,教育技术公共课教学应结合学生的专业特点。只有将教育技术公共课教学紧密结合学生的专业,从学生实际需求出发,教学时才能贴近学生,增加教学的关联性,学生才觉得学习的目的性更加明确,激发学生学习本课程的兴趣,为日后学生的专业学习与专业教学提供有利的帮助。[11]总之,学习支架的应用应考虑各个方面的因素,根据具体情况的不同而设计出恰当的形式。本文只是对支架式教学在教育技术公共课教学中的应用进行了一些尝试,难免会有不当之处,随着研究的进一步深入,会逐渐得到发展和改善。

参考文献

[1] 朱琳琳.关于支架式教学基本问题探讨[J].教育导刊, 2004,(10):4-10.

[2][3] 闫寒冰.信息化教学的学习支架研究[J].中国电化教育, 2003,(11):18-21.

[5][6] 何克抗等.教学系统设计[M].北京:高等教育出版社, 2006:91-92.

[4][7][8][11] 吕爱杰.学习支架在教学中的应用研究[D].保存地点:南京师范大学,2007.

支架设计论文范文第3篇

一般阀门都是由执行机构来驱动的，那么将阀门和执行机构连接起来的支架显得尤为重要。在设计支架时，不仅要考虑连接问题，更重要的是支架的强度设计。

2.支架的强度设计

2.1设计理论依据

冯米斯应力即第四强度理论应力，通常用来描述联合作用的复杂应力状态，它是一种等效应力，融合了弯曲应力、拉伸应力和综合剪切应力等应力，其中综合剪切应力与直接剪切应力和扭转剪切应力相关。

2.2设计公式

支架的设计应该考虑到气缸与阀门所有可能的安装方向。本文以Z方向为重力加速度方向为例，分析支架的受力情况。如图1所示，气缸对支架产生了悬臂载荷，同时还施加了驱动阀门的操作扭矩。为了简化计算，支架的重量算入在气缸的重量里并且作用在气缸的重心。

图1建立的坐标系下，支架所受的力及力矩计算公式如下：

Z轴受力 （4）

b点对X-X 轴的弯矩 （6）

b点对Y-Y 轴的弯矩 （9）

Z-Z轴的扭矩 （11）

式中Wt--- 气缸与支架的总重量，gx=0，gy=0

典型的支架结构如图2所示，实际的支架形状可能与之存在差别，但是这不会影响到计算公式及结果的准确性。

a-a 截面T形面积 （13）

T形截面的形心 （15）

图1.支架载荷分布图图2.典型支架结构

X轴惯性矩 （16）

Y轴惯性矩 （17）

以上截面积和惯性矩都是针对一个T形截面来计算的，所以支架的截面积和惯性矩应加倍。

支架的弯矩计算是把支架的两个T形截面看作是固定端悬臂梁。由于gx=0，gy=0，则直接剪切应力τx=0，τy=0，所以综合剪切应力τT等于扭转剪切应力τt 。

弯曲应力 （19）

拉伸应力 （20）

扭转剪切应力 （23）

冯米斯应力 （25）

允许的拉伸应力 （26）

式中 ---材料屈服强度极限

安全系数 margin of safety= >1.3 （27）

一般来说，当安全系数大于1.3时，我们认为支架的设计满足强度要求。

3.结语

在进行阀门与气缸连接支架的设计时，应充分理解所使用公式的适用条件和要求，按照实际情况进行计算校核。一般我们推荐使用阀杆所能承受的扭矩或气缸输出的最大扭矩两者之中较小的扭矩作为支架的设计扭矩。但如果认为使用该扭矩过于保守，则可使用阀门的最大操作扭矩作为设计扭矩。设计时应根据实际需求来制定安全系数，平衡好支架强度与成本之间的关系。

参考文献：

支架设计论文范文第4篇

[关键词]高层建筑施工，转换层，支撑架

中图分类号：TU974 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0218-01

高层建筑转换层施工应从环境、材料、设计、人工等多方面的因素加以防调并进行有效的事前控制和事中控制，而一些工程施工往往忽略这些防调和控制工作、酿成了工程事故、如对转换层支撑架未进行准确的设计和验算、只是凭以往的工程经验搭设、而支撑架又不能有效承担施工荷载、而导致局部垮塌.显然，上述工程事故反映转换层作为高层建筑结构的特殊部位，其施工极具专业性且有较高的技术难度。

早在1929年，Mate就提出了柔性底层大空间的概念。二十世纪五六十年代，前苏联和东欧一些国家采用这种结构，也是首次通过设置转换层而取得底层大空间的尝试。D.R.Green在1972年对框支剪力墙结构在竖向荷载作用下的性能进行了有机玻璃模型试验，提出了将框支剪力墙结构作为拱的计算方法。L.Gemy对上部为双肢剪力墙、下部为框架的结构进行了光弹性试验。实测表明，其应力与有限元计算结果基本一致。弹性计算分析时，对体型不规则结构考虑双向地震作用。许多体型特殊的结构，除进行弹性计算外，补充进行了弹塑性分析计算，以找出结构的薄弱部位采取构造措施进行加强。如CCTV主楼、广州合景大厦、北京当代万国城、北京电视中心等。

1 高层建筑转换层支撑体系形式

高层建筑转换层施工荷载巨大，转换层支撑架的稳固可靠是转换层施工成功的关键。特别是用碗扣式脚手架系列构件可以组成不同组架密度，不同组架高度，能承受不同荷载的支撑架，现已广泛用十现浇混凝土结构工程施工。在高层现浇混凝土结构施工中，配备快速拆模系统，使模板和支撑架周转速度比常规快1倍左右，材料占用量减少近一半，经济效益显著。横杆层高可根据荷载等要求选择0.6m.、1.2m、或1.8m。使用不同长度横杆组成不同立杆密度的支撑架，其水平框架尺寸可有等几种型式。使用同样长度的横杆也可组成不同立杆密度的支撑架，当用长横杆搭设高密度支撑架（即小立杆间距）时，采用两组或多组组架交叉叠合布置，横杆错层连接；当用短横杆搭设低密度（即大立杆间距）支撑架时，采用两组或多组组架分别设置，增大其中间间距的办法实现。对于楼板等荷载较小的模板支撑，一般不需把所有立杆都连成一整体，高宽（以窄边计）比小于3：1即可，但至少应有两跨（即二根立杆）连成整体。对转换层重载支撑架或高度较高（大于10m）的支撑架，则需把所有立杆连成整体，并根据具体情况适当加设斜撑、横托撑或扩大底部架。

2 基于极限状态设计的转换层支撑架立柱整体稳定计算

在工程施工中，工程技术人员一般都按照极限状态设计计算方法进行脚手架的设计计算，其优点是：可与国家的现行结构标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、《钢结构设计规范》统一，可直接引用结构规范有关参数，以便简化计算。支撑架立柱稳定计算问题，实际上是一个节点为半刚性的空间框架稳定计算问题，为便于应用，对这一问题必须寻求既简便又符合上述支撑架的实际破坏特点的实用计算方法，为此，作如下简化：

a.把支撑架的整体稳定计算简化为对立柱稳定的计算。具体方法是将立柱步距乘以大于1.0的系数作为立柱稳定的计算长度，称这个系数为立柱计算长度系数，根据支撑架的整体稳定试验结果确定。该处理方法一方面反映了支撑架整体失稳的实质，另一方面又可区别不同步距、排距、连墙件竖向间距给出不同的值，以反映主要因素对支撑架整体稳定承载力的影响。

b.忽略作用于支撑架的竖向荷载偏心作用。一般情况下，施工荷载的合力总是偏离支撑架的形心轴作用线；除立柱外，其余的竖向荷载（纵向、横向水平杆施工荷载）通过纵向或横向水平杆与立柱连接的扣件传给立柱时，扣件传力也是偏心的，计算立柱稳定时对上述的施工荷载偏心作用和扣件的偏心传力均予以忽略。

c.由于高层建筑转换层支撑架是支撑于建筑内部，四周处于封闭状态，因此，可不考虑风荷载作用产生的弯曲应力。

-支撑架结构自重产生的轴力标准值，，Hd-支撑架的搭设高度；gk-个柱距范围内的每米高支撑架结构自重产生的轴力标准值，-几个可变荷载产生的轴心压力标准值总和，对于高层建筑转换层重载支撑架来说，主要就是转换层施工荷载，1.4-永久荷载与可变荷载的荷载分项系数，fc-计算立柱段的稳定承载力设计值，一轴心压杆的稳定系数，根据所计算立柱段的长细比由《冷弯薄壁型钢规范》可查得，h一所计算立柱段的支撑架步距，i一立柱截面的回转半径，一计算长度系数。

3 转换层结构施工技术实例

对半刚性的转换层支撑架的分析计算是很复杂的、特别是空间转换层支撑架结构，由于三维的约束作用，计算分析更是繁杂。在施工中也很少触及。我们对“广场”转换层支撑用SAP程序进行了支撑架的分析。

1）SAP计算软件对广场转换层支撑架结构分析

转换层支撑架为三维空间结构，用SAP程序进行分析时，纵向取三跨，并考虑按照实际搭设情况，用了斜撑。用空间析架建模、考虑到碗扣式脚手架节点抗剪性能强、连接可靠、各节点都近似为刚接、而把支座近似为铰接。支撑架的顶托传递施工荷载，因此，考虑在析架顶层节点作用集中荷载。经过SAP分析、其立杆的侧向最大挠度不超过1mm、其挠度能满足小于1/1000L的要求。

SAP分析的最大支反力与荷载效应组合设计法计算得的支座反力相差不超过6%、造成结果的微弱差异主要是荷载效应组合设计法把支撑架剪刀撑看作构造措施、及对杆件的计算长度系数的取值与实际有一定差异。而SAP计算模型则让剪刀撑参与受力、使角点支反力的分配增大、同时、计算模型中的节点刚接假定对此差异的形成也有一定的影响；同时，广场转换层下层楼板在设计时考虑到防止过大变形、楼板厚度设计为250mm，为满足施工技术设计的方便性，SAP计算模型假定楼板无变形对计算结果有一定影响.

4 结论

本文对高层建筑转换层支撑架半刚性连接的长度系数作较为符合实际的修正、运用实验手段、得出支撑架值经验数据、以便支撑架的稳定计算可符合实际，运用SAP有限元分析，进一步分析了支座反力和顶层节点挠度，可以为结构设计提供较为准确的数据参考。高层建筑转换层施工技术迅猛发展为我们提供了研究本课题的巨大空间、随着科学技术的进步，相信对高层建筑转换层施工技术的研究会更加深入。

参考文献

支架设计论文范文第5篇

【Abstract】:Build a model of DOE for balustrade bracket optimization using popular data analysis software suck like Minitab. Verify the optimized design by standard test specified by GB code.This design optimization focuses on the parameters which affect the static strength of balustrade. The tool used for this DOE is called as “screening”, which often be used to sort out key facts. The application of DOE in the optimizing of escalator’s balustrade is a good practice for mechanical design.

【关键词】：设计优化 筛选型试验 护栏支架

中图分类号：S611文献标识码： A

扶梯一般是安装在地铁，商场，机场等人流量比较大的地方，是现代城市不可或缺的重型机械设备。它的安全使用涉及到乘客的人身安全，它也被定义为特种设备。而扶梯护栏是保障乘客安全的第一道屏障，为了防止乘客有坠落或挤刮伤害的危险，所有扶梯都设有规定高度的护栏。

2011年，中国及欧盟等国家和组织新颁布了针对自动电扶梯的新的行业标准。在中国国家标准GB16899-2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装规范》的第5章第五节中，针对扶梯护栏有明确的要求，即扶梯护栏在平均一米的范围内需要能承载600N的侧向力和730N的垂直力，即表达了对护栏强度的严格要求。而护栏的强度取决于其支架。当然，为了满足标准要求，可以使用高密度排布，高强度材料，高厚度的支架。 但这将极大增加制造成本，同时，也对扶梯其他结构造成影响，导致扶梯出现内部结构干涉，桁架负荷过大等现象。在某R型扶梯的设计中，作者就面临了这种问题。设计要求要既符合标准又要满足成本和结构需要。综合考虑之后，认为解决的办法之一就是利用试验设计(DOE)找出支架零件参数和排布参数的优化组合.

DOE（Design of Experiment）试验设计，是一种安排实验和分析实验数据的数理统计方法；试验设计主要对试验进行合理安排，以较小的试验规模(试验次数)、较短的试验周期和较低的试验成本，获得理想的试验结果以及得出科学的结论。

另外，Pro-Engineer是国际上机械行业通用的一种三维设计软件，以参数化设计概念著称。 在本次研究中，利用软件Pro-Engineering的计算模块Mechanica，对支架受力情况进行理论分析。

图一R型扶梯护栏受力分析及支架形状

在Mechanica分析模块中，可以改变参数构成，再重新生成分析结论，这为以后的参数分析提供了依据。根据理论分析结果，选取一些较为显著的影响因素，在DOE中，这些因素被叫做自变量。通过力学分析结果，定义出如下影响护栏力学性能的自变量：护栏支架厚度 B，护栏支架排布距离 D，护栏支架玻璃槽深度 H。

根据DOE在Minitab中的操作步骤，接下来需要定义DOE中的因变量，这种因变量需要是可量化的变量，方便以后的统计分析。扶梯 护栏在被施加了标准指定的力之后的会产生瞬时变形量，这种变形量可以使用数字式的百分表在护栏的顶端外侧获得，是可以量化的。由经验得知，该变形量最好不要超过6mm，这样就能保证玻璃护栏不至于出现破损或碎裂。所以，本次DOE的因变量就应该是护栏顶端的瞬时变形量。

根据以上对于试验设计自变量和因变量的分析，并结合由以上分析得出的因变量以及原有的设计图纸，列出了它们可能的水平，并制作了因子及其水平的表格：

表格一 自变量分析

在此表中，因子的水平除了需要根据力学分析得出的可能的取值圆整之外，还需要根据扶梯整体的结构来通盘考虑，因为存在结构上让位的需要。在得出这些可能的水平之后，要以概率论、数理统计、线性代数等为理论基础，科学地设计试验方案，正确合理地分析试验结果，以较少的试验工作量和较低的成本获取足够、可靠的有用信息。我们可以运用Minitab等计算软件来对这些数据进行处理，而不需要手动组合排配。得出如下试验运行配置。

表格二 试验排配表

按照试验排配表进行标准化测试，得出测试结论。通过Minitab的图表分析功能，可以看出各个因子的显著性程度，选择DOE下的Analyze Factorial Deisgn来分析各个因子的显著程度，得到效果图，分析因素影响效果图可知，支架厚度和支架排布距离的影响程度最为突出，同时，选取这两个因子，利用Regression功能模块，得出自变量对于响应“护栏变形”的回归方程回归方程：

图二 因子显著度分析图及回归方程

在以上“会话”中，得出的结论是：所有的P均小于0.05，这就表明了所拟合的回归方程拟合良好，另外，其残值系数数值为93.4，表明拟合良好。

在进行了回归方程验证后，接下来就是对数据进行优化了，即找到在本次试验设计中对应于目标响应的因子的最优组合，由经验得知，对于钢化玻璃类型的护栏，若能使其支架变形量在6mm以下，就能保证国家标准对于该护栏的静载强度要求。同时，考虑到制造成本等因素，选定变形量为3~6mm为目标变形量。在Minitab中，选择DOE-Factorial-Response Optimizer, 在setup中输入Lower 3,Target 4,Upper 6, 一路选择OK，即得到以下关于响应“护栏变形量”的优化图的输出。

图三 参数优化结果

由此优化图可以看出，根据回归模型和成本，制造难易程度等因素综合考虑，支架厚度3mm和支架间距580mm是最合适的优化设计。

在完成了本次试验设计后，按照优化结果对设计图纸进行改进。在制作出来新的护栏支架后按照580mm的间隔进行优化排配。同时，按照国标规定的测试方法，对样品进行了3次静载试验，验证了其刚度确实满足静载变形小于6mm的要求。

通过选择试验设计，本案例成功找到了解决设计和成本同时优化的方法，并通过试验对优化结果进行检验。在这过程中，论述了如何确立问题，分析问题，如何找到可能的影响因子和优化方案，如何对优化方案进行验证。在应用试验加试验设计方法时，结合了Minitab和Pro-Engineer等计算机辅助软件，使得在自动扶梯产品的研发设计过程中，显著提高设计效率，缩短研发周期，更加快速灵活地满足客户的各种不同需求。

参考文献

[1] 金华.戴金海.陈琪锋.基于回归正交试验设计的弹翼结构优化设计[J]. 计算机仿真2007 第10期. 42-44页

[2]包国勇.王琛.正交试验设计在机械设计中的应用实例分析[J]. 金华职业技术学院学报2005年01. 19-21页