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行業(yè)現(xiàn)狀與工程實(shí)例

隨著建筑設(shè)計(jì)行業(yè)設(shè)計(jì)周期遭到不斷的壓縮，對(duì)所謂高效率的設(shè)計(jì)更是無(wú)止境的追求。迫使一些參加工作時(shí)間不長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員便要獨(dú)立完成一個(gè)項(xiàng)目從方案到施工圖的設(shè)計(jì)。而在計(jì)算機(jī)硬件、軟件高度發(fā)達(dá)的今天，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算程序化程度也愈發(fā)提高。不少的計(jì)算軟件往往號(hào)稱能給出一個(gè)精確的計(jì)算結(jié)果，并且與規(guī)范條文一一對(duì)應(yīng)，可操作性強(qiáng)，這使得對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不合理的時(shí)間要求也似乎變成了可能。而對(duì)于工作時(shí)間不長(zhǎng)的設(shè)計(jì)人員，工程經(jīng)驗(yàn)是極度缺乏的，甚至對(duì)規(guī)范學(xué)習(xí)也未曾深入了解，概念設(shè)計(jì)這一原則和思想自然也未建立起來(lái)，這就使得他們更多的只能依賴于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序和對(duì)規(guī)范條文的生搬硬套。但這樣的設(shè)計(jì)其可能導(dǎo)致的后果也是難以預(yù)料的。下面將以一個(gè)簡(jiǎn)單的工程實(shí)例來(lái)加以說(shuō)明。某工程位于廣東省佛山市，13層實(shí)驗(yàn)辦公樓，建筑物總高度為62．3m，其中首層高7．2m，二層高5．6m，其余樓層高4．5m，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑方案由國(guó)外建筑事務(wù)所負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。因?yàn)槭芙ㄖ褂霉δ懿贾靡约傲⒚嫘Ч南拗疲娞菥袅χ荒芗衅糜谝粋?cè)。而由于結(jié)構(gòu)剛度的需要，電梯井這部分的剪力墻不能減少，由此所帶來(lái)的最直接問(wèn)題就是結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過(guò)大該如何解決，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員想到的解決辦法理所當(dāng)然的就是在建筑平面的另一側(cè)增設(shè)剪力墻。而且，基本的結(jié)構(gòu)概念告訴我們，剪力墻越靠近建筑平面的外側(cè)其效果自然也會(huì)越明顯。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員正是憑著這一思路，在方案設(shè)計(jì)階段先后提出了以下兩個(gè)結(jié)構(gòu)平面布置方案(見圖1，圖2)。

其中，方案一是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在剛拿到建筑平面方案后，聽取了建筑師簡(jiǎn)單的介紹和要求，然后經(jīng)過(guò)試算后提出的結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)。若僅看計(jì)算程序的輸出結(jié)果，包括結(jié)構(gòu)的周期、周期比、位移角、位移比、層剛度比、剪重比、有效質(zhì)量系數(shù)等等所有規(guī)范條文所提及的設(shè)計(jì)參數(shù)均能滿足要求。但是，只要我們稍加思考便能發(fā)現(xiàn)方案一有一個(gè)極大缺陷，而且是安全隱患。那就是左側(cè)的剪力墻集中的設(shè)置在①軸樓梯平臺(tái)端部，只有兩片小墻肢設(shè)在②軸，而整個(gè)樓梯間只有兩根梁和樓層位于同一標(biāo)高與樓層相接，根據(jù)結(jié)構(gòu)概念，當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)受到水平地震作用時(shí)根本無(wú)法通過(guò)樓板有效的將其傳到①軸的剪力墻上。然而，從該片剪力墻的計(jì)算結(jié)果卻可看到，它承擔(dān)了很大一部分的水平地震作用。說(shuō)明其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際受力情況并不相符。

為了解決方案一的缺陷，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員克服溝通上的困難，多次主動(dòng)與國(guó)外建筑師進(jìn)行了的溝通協(xié)商達(dá)至妥協(xié)，在盡可能少影響建筑平面使用功能以及立面效果的前提下，并經(jīng)過(guò)反復(fù)的試算，最終提出了方案二的結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)。其主要處理思路按以下幾個(gè)方面進(jìn)行:1)減少①軸上剪力墻的剛度。在滿足基本的豎向承載力需求前提下，把該部分剪力墻截面盡可能做小，以減少它對(duì)結(jié)構(gòu)所提供的不真實(shí)抗扭剛度，計(jì)算時(shí)按異形柱錄入，計(jì)算結(jié)果顯示其所分配到的水平力大幅降低，符合設(shè)計(jì)設(shè)想的效果;2)首層在②軸交?軸～?軸處增加兩小片剪力墻，提高結(jié)構(gòu)抗扭剛度同時(shí)解決因首層層高過(guò)高而相對(duì)剛度較弱的問(wèn)題;3)把②軸上原有的兩片剪力墻加厚加長(zhǎng)，并在二層～三層?軸～?軸及?軸～軸間增設(shè)鋼骨混凝土斜向支撐，以保證結(jié)構(gòu)所受的水平力能有效傳遞并分配到抗側(cè)力構(gòu)件上。在采取了上述的處理方法后，計(jì)算結(jié)果均能滿足規(guī)范的要求，所得到的結(jié)果也能符合實(shí)際預(yù)期。

結(jié)語(yǔ)

從上述簡(jiǎn)單的實(shí)例我們可知，若能在形成建筑方案的最初階段，建筑師和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)討論協(xié)商，把建筑的不規(guī)則性控制得盡量的少，那是最理想的。但是，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，除了應(yīng)該更主動(dòng)與建筑專業(yè)加強(qiáng)溝通外，不能把設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的種種困難全都?xì)w結(jié)到建筑專業(yè)上。而且我們也不能不加思索地去采用計(jì)算程序得出的所有結(jié)果，否則其后果將會(huì)如一些美國(guó)專家學(xué)者所警告的:“誤用計(jì)算機(jī)造成結(jié)構(gòu)破壞而引起災(zāi)難只是一個(gè)時(shí)間問(wèn)題。”而概念設(shè)計(jì)的原則、思想就是避免導(dǎo)致這種惡果的最有效方法。另外規(guī)范所給出的準(zhǔn)則便是使概念設(shè)計(jì)這一原則、思想的具體化，它應(yīng)當(dāng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員實(shí)際工作的指引、依據(jù)，我們對(duì)這些準(zhǔn)則要知其然以及知其所以然，切忌一知半解而盲目做設(shè)計(jì)。所以，培養(yǎng)自身概念設(shè)計(jì)這一重要思想，使它很好的貫徹在實(shí)際設(shè)計(jì)的全過(guò)程，應(yīng)當(dāng)成為每個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的一個(gè)既定目標(biāo)。我們可以遵循以下兩個(gè)方面去達(dá)至這一目標(biāo):

1)必須懂得歸納總結(jié)。

因?yàn)閺母拍钤O(shè)計(jì)的定義中我們便可以知道，其本身是離不開對(duì)過(guò)去工程經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)的總結(jié)，對(duì)于工作時(shí)間不長(zhǎng)、實(shí)際設(shè)計(jì)工程經(jīng)驗(yàn)不太多的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，就應(yīng)該多學(xué)習(xí)前人的經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)典案例，尤其是規(guī)范，不單是表面條文，應(yīng)盡可能深入了解其內(nèi)涵及其制定的背景和出發(fā)點(diǎn)，并在實(shí)際工程中好好的體會(huì)、積累，切莫急于求成。

2)靈活應(yīng)用。

雖然概念設(shè)計(jì)是一種設(shè)計(jì)原則和思想，但它并不應(yīng)該是固化的，也不應(yīng)讓規(guī)范成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)墨守成規(guī)的理由，隨著對(duì)不同結(jié)構(gòu)類型及其性能更深入、深刻的了解，對(duì)結(jié)構(gòu)概念也將會(huì)有新的認(rèn)知，其內(nèi)涵也會(huì)有新的發(fā)展變化，我們應(yīng)該有意識(shí)地、靈活地運(yùn)用它，為概念設(shè)計(jì)不斷注入新的思想。總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員是離不開概念設(shè)計(jì)這一基本原則和思想的。因?yàn)樗坏芴嵘O(shè)計(jì)人員自身的結(jié)構(gòu)水平、結(jié)構(gòu)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，而且能有效保障結(jié)構(gòu)安全性這一根本要求，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得更加安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀。

作者：鐘國(guó)明單位：廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院