提高建筑結構設計水平的若干問題

近二十年來，我國建筑行業也和其他行業一樣，突飛猛進，取得了輝煌的成就，形勢喜人。在這個時期內，我國建造了無數的建筑物，而且規模越來越大，復雜性也越來越高，這是有目共睹的。經過長期的使用，也證明了它們的質量是好的，成績應該肯定。但我們不能滿足于現狀而停滯不前，為了今后的建設有更好的質量和更高的水平，我們還要不斷努力，精益求精。建筑包含多方面的內容，其水平和質量的提高，各方面都有許多工作要做，而設計是“龍頭”，這里僅就設計中結構設計水平的提高方面，談談個人的意見。建筑結構設計水平的提高也包含多方面，涉及面較廣，不擬一一探討，僅就個人工作中的體會，提出下列幾點與各位共勉。

1 提高工程師的水平并發揮工程師的主導作用

設計工作是由工程師去完成的，也就是說，在設計工作中，工程師是主導者。工程師應該運用個人才智，控制整個設計，讓設計出來的成品體現你的智慧和水平。當然，要是設計工程師自身的水平不高，縱使你控制了整個設計，那設計成果也只能體現你所具有的水平而已。因此，提高工程師的設計水平是首要的。提高設計水平，可以通過不斷的努力，包括刻苦學習基礎理論、鉆研有關技術、認真積累和吸收經驗、學習先進、推新創新、開展科學研究等途徑來實現。總之，并無捷徑，唯一靠的是刻苦努力。除此以外，一些工作方法也能起到幫助提高設計水平的作用。如在設計開始前，充分收集有關資料并進行分析研究，從中發現和掌握其精華，把它運用在你的設計中；在設計過程中，積極運用思考去發現問題和解決問題，尤其對一些疑點，決不不求甚解，輕易放過，而是必求其解，弄個水落石出，這樣不但可以保證設計的質量，還能從中悟出一些道理和培養敏銳的分析能力，對提高設計水平也有好處；在設計完成后，要很好地總結，發現優缺點，缺點不再犯，優點繼續發揚和提高，等等。其次是發揮工程師的主導作用問題。顯而易見，要是你放棄了設計工程師的主導作用，不運用你具有的知識去控制你的設計，那么縱使你的設計水平很高，設計成果的水平也不可能高。這里有兩種情況，其一是責任心不強，懶得花功夫，這屬于態度問題，要從思想方面去解決，這里就不談了。其二是不自覺地失去了控制能力，這一點在普遍使用電腦進行設計的情況下往往容易出現。原因是有些人過于甚至于盲目相信電腦，對電腦的計算結果或者成圖不作檢查分析和判斷，有時還被電腦的結果牽著走。其實電腦程序有一定的適用條件，而且它是根據計算簡圖和所輸入的數據去工作的，適用條件不符、計算簡圖不能反映實際結構或者輸入數據不正確，其結果就不準確甚至可能是錯誤的，盲目使用就等于失去控制，失去工程師的主導作用。要提高設計水平，就要求設計工程師既有高的設計水平，還得要能起到控制設計的作用，兩者必須兼備，缺一不可。

2 強調概念設計

概念是一種反映事物本質屬性的思維形式，它反映客觀事物的一般的、本質的特征，是人們在實踐基礎上經過感性認識上升到理性認識而形成的。概念設計就是以工程概念為依據，用符合工程客觀規律和本質的方法，對所設計的對象作宏觀的控制，具體地說就是制定方案，包括總體系和所有分體系的布局和處理原則。上面提過，設計工作是由工程師控制的。所謂控制，就是在設計的各個階段對設計的各部分，設計工程師首先根據一般的工程結構概念和該類型工程的結構概念，結合該工程的具體外部條件，考慮一個結構設計方案，包括結構體系、結構布置、構造處理原則、采用的計算方法等，經過初步分析研究認為合理并可行后，以此作為原則進行具體的設計。由于這個原則來自有關概念，也就是說它是符合客觀規律的，這樣就保證了正確的設計方向，不犯原則上的錯誤。當然，在具體細節中還要作這樣或那樣的調整才能完成設計，但這些調整不會影響大局。掌握好概念設計不僅可以保證正確的設計原則，還可以通過它來解決設計中出現的問題以至提高設計水平。當發現某個技術問題時，可以根據概念來分析其原因，這往往比直接檢查數據更快更有效，而且可以找到問題的癥結所在。這個方法最適合用于判斷電算結果，電算過程有上億個數據，要跟蹤數據是不可能的，只有用概念來判斷其合理性或找原因，又用概念去解決問題才是出路。概念設計運用得好，能使結構盡量滿足外部條件并以最合理的受力狀態去工作，從而帶來結構更安全可靠和良好的經濟效益?？梢哉f，某些創新也是來自概念的，當你掌握某些體系、構件或構造的概念而又發現可以用更簡單更合理的另外一些體系、構件或構造來代替它時，其結果就是創新。概念設計是設計工程師的思維活動，必然貫穿著設計工程師的知識水平和設計水平，這就保證了工程師在設計中的主導作用。概念設計的水平越高，設計成果的水平就越高。概念設計的水平來自深厚的基礎理論、對結構原理和力學性質的深刻理解及豐富的工程經驗（包括積累的和吸收的）等方面，要提高概念設計水平從而提高設計水平就要在這些方面下功夫。

3 推新創新

開展科研提高結構設計水平，從另一角度看，意味著要使設計成品比現階段的具有更高的水準、更合理和更經濟的結構形式。這就得用推新和創新來解決，結構技術的不斷發展就是靠推陳出新，作為結構設計工程師，有責任承擔起這個任務。要是安于現狀，不求進取，甘于出“行貨”，那么水平是提不高的。推新看來似乎比較容易，問題是往往得不到足夠的重視。建設部陸續公布推廣的新材料、新技術、新結構等是通過試驗研究、鑒定，再經實踐且證實有效和合乎經濟效益的，得到推廣將會提高建筑結構的水平。作為設計工程師應該在適合的條件下予以大力推廣應用。當然，在推廣應用的過程中會遇到這樣或那樣的困難或阻力，設計工程師不應因難而退，而應耐心做工作，努力克服困難和阻力，當推新的積極支持者。不要把創新看得很神秘，也不要對它要求過高。大的改革往往是由小的改進開始或積累而成的，而小的改進也未嘗不是提高。創新最好結合實際工作進行，在設計過程中，只要本著勇于創新的精神，在各個環節上多動腦筋，注意是否還有可改進的地方；是否有可以用更好的結構形式的地方；在理論或者計算方法上是否還有可深化或簡化以致更新的地方，這樣往往就會發現改進或改革的對象，在此基礎上開展工作并深入下去，就有可能得出成果。這種做法來自生產，有了可行的結果又直接用于生產，就容易見效。此外，創新工作宜聯合有關部門如設計、科研、施工、以至業主等合作進行，以便能在研究過程中同時解決各方面的技術問題，使成果更全面和易于推廣應用。創新工作必須有科學的態度，不應主觀認定，更不能盲目實施。有了新的設想和方案，就要開展科學研究，從理論上探討它的可行性和先進性，通過試驗來證實它的正確性。對于較重大的改革還要通過實踐的考驗。

4 做好抗震設計

我國是一個多地震國家，保證建筑物的抗震性能以減少地震發生時的人員傷亡和財產損失是一個重要問題。因此，提高建筑結構的抗震設計水平是提高建筑結構設計水平的一個重要組成部分。關于抗震設計，我國目前建筑結構的抗震設防原則是“小震（超越概率"#$）不壞、中震（超越概率%&$）可修、大震（超越概率’$）不倒”。根據這些原則，我國頒布了《建筑抗震設計規范》，其他設計規范也據此列出了有關抗震設計的原則、計算方法、構造處理等內容，為我國的建筑抗震設計提供了依據。遵循這些進行抗震設計，建筑物的抗震性能應該是符合我國的建筑抗震標準的?？墒牵壳暗那闆r則不太理想。主要是有些設計人員對抗震設計方法的本質還認識不透，抗震設計不是從原則入手，而僅著重于具體計算，造成了建筑物表面上是經過抗震計算而且滿足規范要求，但實際上并不具有真正的抗震性能的情況，這種情況屢見不鮮。地震的隨機性很大，建筑物遇到地震時所產生的地震作用難以準確判定。目前規范所提供的抗震計算方法是理論的方法，而有關參數則是在有限統計資料的基礎上通過概率分析得出的，據之作出的計算結果僅能是理論上的和近似的，不能認為它真實反映建筑物在地震時所受到的作用和它的真正工作能力。而另一方面，也是更重要的一面，通過過去比較大量的震害調查研究，已從宏觀上總結出各種形式的結構和構造，哪些是對抗震有利的，哪些是不利的，從而制定了一些抗震設計的原則，這些原則在有關規范中都有列出，它反映了客觀規律，遵循這些原則就能使建筑物在原則上具有比較可靠的抗震性能。也就是說，掌握抗震原則比抗震計算更為重要。綜上所述，抗震原則和抗震計算的相對關系是定性與近似定量的關系，前者是概念設計問題，而后者是具體計算。概念設計決定建筑物的本質（抗震性能），若是本質上就不適宜于抗震，那么不管多“精密”的計算也無補于事。提高抗震設計水平首先要做好概念設計，當然在此基礎上也要認真計算以作出適當的定量。

5 完善和補充計算機程序的功能

目前結構分析工作基本上都在計算機上進行，絕大多數圖紙也采用計算機輔助設計來完成，因此計算機程序的內容和功能直接影響結構設計水平。目前我國已經具有好幾個較通用、水平相當高、功能比較強、得到廣泛應用的建筑結構分析程序，其中有些還帶有成圖功能，此外還有很多專項結構的計算程序，這些程序為結構設計工作提供了有力的工具，在解決結構分析難度和速度、保證以至提高結構設計水平上起了很大的作用。隨著建筑事業的發展，特別是目前，建筑物規模越來越大，形式越來越多也越復雜，建筑結構設計的內容多了，難度也增大了。另一方面隨著我國建筑結構技術水平的提高，對建筑結構設計的要求，包括廣度和深度也提高了。在這樣的情況下，現有的結構設計程序已顯得有些難以滿足需要。例如有些力學模型不能適應比較復雜的結構和構件形式；對某些構件的承載力設計處理不理想或尚未解決；還未具有足夠的計算功能以應付某些復雜結構所需要進行的各種計算（縱使有也比較粗糙）；計算機成圖功能不夠齊全或成圖質量不高等?？墒沁@些結構又非得用計算機計算不可，有時為了解決生產問題，只有硬把結構作這樣或那樣（甚至是不合理）的簡化以滿足計算程序的能力，導致計算結果不準確甚至錯誤；一些必要而且重要的計算也只好省略或者只能進行一些粗糙的計算，這些做法都足以影響以至降低結構設計的水平。因此，要提高結構設計水平，其中一個重要方面就是要完善和補充計算機程序的功能，提高其水平。工欲善其事，必先利其器，道理是顯然的。關于完善和補充計算機程序功能，最好是通過結構設計人員和計算機程序專業人員合作去完成。前者根據實際工作需要制定內容和要求，后者用合理的力學模型和足夠精度的數學方法編成程序，各盡所長，這將會使編出的程序既滿足設計需要又省時和準確。順便要提醒的是，作為結構設計人員，縱使不參與程序的編制，也應該對計算機程序有深入的了解，掌握其適用范圍、編制依據、力學模型和計算方法、構造處理原則等，這是必需的知識也是提高概念設計能力的一個重要部分，不能忽視。

6 爭取有關工種和專業的支持

設計工作需要由多工種多專業合作共同完成，因此結構設計工作不是孤立的。在設計方面，就需要與建筑設計或工藝設計、設備設計及建筑經濟等工種緊密配合；在設計以外，它又跟很多專業，如結構材料、施工技術、分析理論和計算工具、檢測手段等密切相關，因此，要提高結構設計水平，除做好自身工作以外，不管是正常的設計工作或者科學研究，都要取得這些工種與專業的支持。這方面的工作面很廣，內容很多，不擬一一列舉。這里僅提出我認為進行這項工作時需要注意的一些問題。不要把結構設計工作自閉起來，應該認識到它的成果或者提高是與其他工種和專業的支持分不開的。碰到涉及這些工種和專業有關的技術問題，要與他們進行協調，其中絕不能以我為主，但也不能放棄結構原則，要多想辦法，提出各種方案，努力做到既解決結構問題，又能為別的工種提供方便。提高結構分析水平直接依靠力學和數學問題的解決，除非結構工程師本身也專長于這方面，否則就要向這方面的專家請教學習，爭取他們的幫助?；蛘咛岢稣n題，共同或者讓他們去研究，計算機程序的補充和提高，很有必要采取這種做法。創新必然與新材料的應用，新工藝的跟進，科學試驗的配合等方面存在著密切的關系，主動爭取這些專業的支持是非常必要的。

本文關鍵字： 查看更多