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建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀及存在的一些問題

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:52:35 [收藏]
    近些年來我國建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，建成了或正在建設(shè)一大批大跨度及高層鋼結(jié)構(gòu)，如鳥巢、水立方、國家大劇院、中央電視臺、上海環(huán)球中心、廣州電視塔等，這些項目的建設(shè)使我國鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計水
        近些年來我國建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，建成了或正在建設(shè)一大批大跨度及高層鋼結(jié)構(gòu)，如鳥巢、水立方、國家大劇院、中央電視臺、上海環(huán)球中心、廣州電視塔等，這些項目的建設(shè)使我國鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平得到很大提高。一些由我國自行設(shè)計的項目達到一個新的水平，如361米跨度的斜拱馬鞍形網(wǎng)殼—南京奧體中心，122米索承網(wǎng)殼—濟南奧體中心等工程都是建筑方案新穎，結(jié)構(gòu)受力合理，節(jié)省鋼材，符合我國國情的好作品。但也應該指出，當前一些重大項目基本上都由國外設(shè)計，其中不少項目結(jié)構(gòu)方案不夠合理，用鋼量太大，造價驚人，不符合中國國情。面對當前大批工程上馬，我們的設(shè)計體制、設(shè)計理念、設(shè)計水平、設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計人員素質(zhì)還遠遠不能適應，還有許多急待解決的問題。
        一．設(shè)計項目層層轉(zhuǎn)包造成設(shè)計質(zhì)量下降
        設(shè)計項目層層轉(zhuǎn)包主要表現(xiàn)在： 當前各大設(shè)計院的設(shè)計任務相當繁重，所承攬的工藝及綜合專業(yè)部分設(shè)計收費較高，而鋼結(jié)構(gòu)部分卻是難啃的硬骨頭，費工費力收費低，不愿意承接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計任務，或者缺乏鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計經(jīng)驗，故往往將鋼結(jié)構(gòu)部分分包給另一單位。如山東某體育館，原為北京某大設(shè)計院設(shè)計，后將鋼結(jié)構(gòu)部分轉(zhuǎn)包給廈門一家設(shè)計院，此院苦于不會設(shè)計又將鋼結(jié)構(gòu)部分包給××大學。經(jīng)專家審查后發(fā)現(xiàn)，設(shè)計方案、計算模型、抗震理念均存在大量問題。層層轉(zhuǎn)包的另一表現(xiàn)為借用“資質(zhì)”或者叫“買圖標”，一些無資質(zhì)的單位，拿到工程后，用買來的圖標搞設(shè)計，使設(shè)計質(zhì)量存在重大隱患。當前設(shè)計市場比較混亂，對設(shè)計質(zhì)量缺乏法制管理，缺乏嚴格的檢查和監(jiān)督，所出現(xiàn)多項倒塌事故無不與設(shè)計資質(zhì)有關(guān)。如不規(guī)范市場，嚴格資質(zhì)管理，會造成嚴重后果。
        二、設(shè)計深度不夠，設(shè)計院將自己的設(shè)計任務轉(zhuǎn)駕給加工企業(yè)，造成質(zhì)量下降
        不少設(shè)計單位，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平比較低，承擔工程的設(shè)計者多為剛畢業(yè)不久的博士，缺乏實踐經(jīng)驗，更缺乏鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計知識，盲目照搬規(guī)范，套程序，對關(guān)鍵技術(shù)不進行研究，對所設(shè)計的成果心中沒底，只給出‘構(gòu)件布置圖’就算完成了任務，而有些布置圖只是一個簡單的單線條圖，對關(guān)鍵的“節(jié)點設(shè)計”不分具體情況一律采用“全焊接節(jié)點”或“全鑄鋼節(jié)點”《圖一》，至于這種節(jié)點是否安全、構(gòu)造是否合理、是否能做出來心中一概無底，將應該設(shè)計的“節(jié)點構(gòu)造”、“支座詳圖”、“施工安裝”等都交給加工企業(yè)，設(shè)計院只做到了“方案設(shè)計”或初步設(shè)計的深度，將施工圖交給加工廠，加工廠缺乏計算軟件，又將施工圖任務轉(zhuǎn)包出去，由于這些分包單位缺乏專業(yè)配套知識，對設(shè)計總體要求不明確，往往所做出的圖紙不符合原設(shè)計要求，存在嚴重的質(zhì)量隱患。有的加工廠為了節(jié)約鋼材，降低造價，盲目進行鋼材優(yōu)化，結(jié)果造成工程質(zhì)量事故，如×工程，優(yōu)化后造成桿件太小，致使施工過程中數(shù)百個桿件失穩(wěn)。給國家重點工程造成重大損失。“施工圖設(shè)計”由設(shè)計院完成，這是建設(shè)部早有規(guī)定的，也是設(shè)計院義不容辭的責任，施工圖設(shè)計必須滿足設(shè)計深度的要求，“施工圖設(shè)計”、“深化設(shè)計”職責不清，互相扯皮的情況應立即得到糾正。
        三、對國外設(shè)計方案不能照抄照搬，對不合理的方案敢于提出挑戰(zhàn)
        當前許多重大鋼結(jié)構(gòu)工程都采用了國外的建筑方案，但其結(jié)構(gòu)方案很不合理、用鋼量太大、造價驚人?由于國外結(jié)構(gòu)工程師對我國地震和風荷載的特殊情況了解得不深，故設(shè)計方案在抗震設(shè)計方面很不合理，如“鳥巢”，采用了鋼結(jié)構(gòu)屋蓋和砼看臺完全脫開方案，幾萬噸的巨大鋼桁架所產(chǎn)生的地震荷載由鋼結(jié)構(gòu)柱傳至柱底，而數(shù)千噸的巨大柱底水平力由與看臺基礎(chǔ)脫開的巨型鋼柱腳傳遞，結(jié)果造成用鋼量達到五萬噸，相當同類體育場用鋼量的四倍，這是抗地震設(shè)計極不合理的方案，如將數(shù)萬噸的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的地震力傳給砼看臺，可以減少大量的鋼材，在保持原建筑風貌不變的情況下，可使龐大笨重的鋼結(jié)構(gòu)減少鋼材用量兩萬多噸。又如“深圳大運會體育場”，采用了單層折板網(wǎng)殼方案，也是采用了網(wǎng)殼與看臺脫開的方案，由于大跨度單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)剛度太差，體系太柔，在風荷載作用下，遠遠超出規(guī)范的要求。經(jīng)過我們設(shè)計師卓有成效的挑戰(zhàn)，對國外網(wǎng)殼方案進行了增加“肩谷環(huán)”處理，使結(jié)構(gòu)水平位移減少了近一倍。“新中央電視臺”采用了雙向傾斜、懸臂對接的結(jié)構(gòu)形式，嚴重不規(guī)則、嚴重超限、大體量懸臂、巨大的自重使得結(jié)構(gòu)特別不利于承受地震作用，是抗地震設(shè)計極不合理的方案，為滿足抗震設(shè)計要求，耗鋼達到12萬多噸，創(chuàng)造了我國單體建筑工程用鋼量之最。也創(chuàng)造了世界建筑工程用鋼量的奇跡！
        四、設(shè)計未充分考慮施工，給施工帶來極大困難


        一些設(shè)計人員出于經(jīng)濟利益，整天埋在辦公室的圖紙堆里，理論脫離實際，不深入現(xiàn)場，不了解施工。自己的設(shè)計方案能否施工？心中沒底！嚴重者會給施工帶來極大困難，總的造價大量增加。如×工程設(shè)計要求屋蓋最后合攏的溫度為14oc±4oc，但本工程合攏時正值盛夏，中午時鋼材表面溫度達到55oc，為滿足14oc合攏要求，曾提出‘深挖井、添冰塊、噴冰水’的區(qū)域降溫的方案，如真的按此方案執(zhí)行，不但耗費國家大量財力和物力，而且其后果也是不堪設(shè)想！當前許多重大鋼結(jié)構(gòu)工程都采用了全焊接結(jié)構(gòu)〈圖一〉，由于結(jié)構(gòu)體系復雜，構(gòu)件異型，相交于節(jié)點的桿件太多，大量的高空不同方向的對接必然會出現(xiàn)安裝偏差太大《圖二》，為此常常采用強制構(gòu)件就位的措施，結(jié)果造成桿件產(chǎn)生很大的施工應力。設(shè)計者必須考慮這些不利因素對設(shè)計承載能力的影響，另外設(shè)計者還應該懂得焊接工藝，研究減少焊接內(nèi)應力的措施，否則由于焊接工藝不當，會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的焊接內(nèi)應力，降低結(jié)構(gòu)安全度《圖三》。

        五、設(shè)計過于保守或過于‘先進’，不恰當?shù)娜我馓岣咴O(shè)計標準或降低設(shè)計安全等級
        一些設(shè)計人員對復雜工程缺乏經(jīng)驗，心中無底，盲目追求高標準，造成設(shè)計過于保守，任意加大安全等級，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件不分主次，重要性系數(shù)取值任意加大，桿件“應力比”取值太低；焊縫等級不分區(qū)別一律取一級全熔透焊縫；鋼材等級不分使用條件和部位也一律取c級或d級；鋼材強度級別不管是否必要隨意采用高強度420Mpa、490Mpa鋼材；在不了解“焊接殘余應力”分布規(guī)律的情況下，錯誤的提出消除“焊接殘余應力”。一些設(shè)計人員互相攀比，層層加馬。由于上述原因往往造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件過大，投資大量增加，這都是設(shè)計方案不合理造成的。花的是國家的錢，不是設(shè)計院的錢，工程投資加大反而會增加設(shè)計費，設(shè)計院得到好處反而不承擔任何因工程浪費而造成的法律責任，這種設(shè)計體制不適應市場經(jīng)濟的狀況必
        另外，也要特別注意的另外一種傾向是：在某些工程的招標過程中，為中標壓價，承包方盡量減少鋼材用量，致使構(gòu)件安全系數(shù)太低，受壓構(gòu)件的長細比太大，沿海地區(qū)鋼管壁厚太小，致使構(gòu)件在安裝過程中造成桿件彎曲，由于安裝誤差太大造成大量桿件超過設(shè)計應力，最后不得采取現(xiàn)場加固措施。
        六、“設(shè)計規(guī)范”不能滿足當前設(shè)計的需要，應立即修改
        隨著我國鋼結(jié)構(gòu)應用的迅速發(fā)展，鋼鐵行業(yè)已研制開發(fā)出優(yōu)質(zhì)中厚鋼板，目前可大量供應工程應用，并于2000年頒布了行業(yè)標準《YB4104-2000》，這種牌號的Q235GJ、Q345GJ優(yōu)質(zhì)厚鋼板有著良好的綜合性能，如低厚板效應、良好的延性和沖擊韌性、焊接性能和抗撕裂性能，能滿足抗震設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)用厚板的各種需要，其性能已優(yōu)于日本SN50鋼、美國A572-50級鋼。新的國標《GB/T19879-2005》新增加了390MPa、420MPa、460 MPa三個強度級別，已在鳥巢、央視、國貿(mào)等重大工程中應用，當前的“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范”都一直未對上述鋼材新標準變化做出積極的反應，也為提出任何修改補充條文。致使設(shè)計與鋼材新產(chǎn)品間的矛盾日益突出，許多設(shè)計人員不敢采用新品種鋼材，為此建議立即著手修訂有關(guān)規(guī)范以滿足設(shè)計急需。
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