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精心設(shè)計——促使鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵

2012-03-19 16:03:52 評論：2 點擊：560

精心設(shè)計——促使鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵近年鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)快速發(fā)展中，一些工程出現(xiàn)選型不當(dāng)，結(jié)構(gòu)不合理，構(gòu)造繁雜，制造、安裝困難，材料

精心設(shè)計——促使鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵
近年鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)快速發(fā)展中，一些工程出現(xiàn)選型不當(dāng)，結(jié)構(gòu)不合理，構(gòu)造繁雜，制造、安裝困難，材料浪費，造價高昂等問題。究其原因，問題出自怪異的設(shè)計構(gòu)思和奇特的設(shè)計方案。所以端正設(shè)計思想，掌握先進技術(shù)，精心設(shè)計創(chuàng)作，成為我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)健康、積極發(fā)展的關(guān)鍵。
關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)
1．前言
設(shè)計好壞,影響工程的成敗，這一淺顯的道理,往往不被一些人們所重視。工程立項之始，他們常被浮躁的激情、虛榮的妄想、奇異的構(gòu)思和不小的財力所左右。形式上通過專家評審，草率地敲定設(shè)計方案。建設(shè)運行過程中，又屢屢修改方案，頻頻“優(yōu)化”設(shè)計，增設(shè)“攻關(guān)”課題，甚至被迫停工整頓。工程投產(chǎn)服役后，又遇產(chǎn)能不匹配，功能常調(diào)整，運營成本高，維修保養(yǎng)難等系列困惑。這就是我國目前某些鋼結(jié)構(gòu)工程中出現(xiàn)過或存在的問題。
2．工程回顧
從現(xiàn)代學(xué)科分工以來，建筑與結(jié)構(gòu)分屬兩個獨立但又緊密相依的專業(yè)。在20世紀中葉以前，建筑材料以磚、瓦、灰、沙、石為主的年代里，建筑工程的造型基本是上大下小、橫平豎直、平衡、穩(wěn)定、對稱、單調(diào)的形象。設(shè)計由建筑師負責(zé)構(gòu)思，由結(jié)構(gòu)師實施完成，分工負責(zé)，順理成章。近年來，新材料、新工藝、新技術(shù)、新體系不斷涌現(xiàn)，建筑造型絢麗多彩，曲線流暢，破折突變，不平衡、不對稱、懸挑、突兀、傾斜、無序等各種建筑風(fēng)格層出不窮。在建筑不熟悉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)又服從建筑的潛規(guī)則下，當(dāng)代出現(xiàn)各種優(yōu)劣各異，成敗不同的建筑工程在所難免。
國內(nèi)外的建筑史中都有過失敗的建筑，成功的結(jié)構(gòu)案例。如悉尼歌劇院（圖1）。由于建筑設(shè)計的超前與不當(dāng)，延誤竣工時間17年，投資提高了6倍。也有過失敗的建筑，失敗的結(jié)構(gòu)實例，如蒙特利爾奧運會體育建筑群（圖2）。由于官方權(quán)勢干預(yù)下的設(shè)計、規(guī)劃及結(jié)構(gòu)不合理，使工程造價增大3~4倍，30年后才償清債務(wù)，主體工程15年后才完工。國內(nèi)類似的工程也不少，如國家體育場（圖3）和中央電視臺（圖4）等建筑物，其奇特的造型，不合理的結(jié)構(gòu)體系，高昂的建設(shè)成本等，自建設(shè)之始就是非纏身，批評不斷，并被列入世界怪異建筑物行列。成功的建筑和成功的結(jié)構(gòu)實例，當(dāng)屬慕尼黑奧運會體育建筑群（圖5）。由11根70~80米高的鋼柱撐起74800平米的索網(wǎng)，覆蓋了體育館、游泳館、體育場看臺等多座建筑。山巒起伏的造型，新穎透明的屋面，與城郊的遠山交相映輝。這個成功的設(shè)計是建筑與結(jié)構(gòu)兩個專業(yè)，自規(guī)劃之始就密切配合協(xié)作的結(jié)果。我國在80年代興建的吉林冰球館（圖6），采用了雙層錯位懸索結(jié)構(gòu)屋蓋，鋸齒形斷面的屋面具有良好的采光功能，優(yōu)秀的承重體系（L=67.4m.）,其用鋼量僅37公斤/平米。這一精品工程由哈爾濱工業(yè)大學(xué)兩位著名的建筑和結(jié)構(gòu)專家成功合作完成。所以說，現(xiàn)代優(yōu)秀的建筑設(shè)計杰作必然是建筑師和結(jié)構(gòu)師密切合作的結(jié)晶。

3．社會責(zé)任
我國目前鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計概況是:：工程項目眾多，設(shè)計良莠不齊，創(chuàng)新工程不少，水平有待提高。好的設(shè)計方案是誕生優(yōu)秀建筑物的保證，而優(yōu)秀建筑物必然是采用先進合理的鋼結(jié)構(gòu)體系。所以，精心設(shè)計是促使鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。設(shè)計方案的優(yōu)劣與設(shè)計思想、設(shè)計技術(shù)、和設(shè)計文化息息相關(guān)。下面結(jié)合工程實例探討一下我們的經(jīng)驗教訓(xùn)，以科學(xué)的是非觀為武器，分析設(shè)計的成敗得失，努力承擔(dān)起專業(yè)工作者應(yīng)盡的社會責(zé)任。
3.1端正設(shè)計思想
適用、經(jīng)濟、美觀是建筑工程設(shè)計的三項原則。時代前進，文化不同，環(huán)境各異，財力厚薄，地域差別等個性因素只能對三項原則進行補充或修正，而不能忽視或拋棄其一。一個優(yōu)秀的建筑工程應(yīng)當(dāng)具有漂亮清新的外觀造型，科學(xué)先進的承重體系，舒適完美的建筑功能，和經(jīng)濟合理的投資與運營成本。其實，這些也是人們衡量評定建筑物優(yōu)劣得失的基本科學(xué)依據(jù)。我們對宏大工程的歡呼振奮與向往追求，應(yīng)控制在理性范圍之內(nèi)。“鳥巢” 立項初始的狂熱與妄想，在“世界第一“、“前所未有”、“野性無序”、“回歸自然”等口號的鼓動下，必然使招投標、設(shè)計、決策及輿論走向非理性。運作中的優(yōu)化、修改、變更、甚至“叫停”，只不過是失敗方案的修修補補，難動大局。我們?yōu)椴缓侠斫Y(jié)構(gòu)方案確實付出了“世界第一”的投資和用鋼量，也帶來了“前所未有”的圍護、制作、安裝、維修、排水、使用及運營中的困難，其根源都始自于非理性化的指導(dǎo)思想。但是，上海世博會的規(guī)劃設(shè)計思想及我國新建和改建項目，卻贏得業(yè)內(nèi)人士的好評。舊工業(yè)設(shè)施的改造利用，新建項目的多姿創(chuàng)新，以及精心規(guī)劃，精心設(shè)計，精心施工，產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合等措施，成功地舉辦了上海世博會，在世界面前為我國爭得了榮譽。
錯誤的設(shè)計思想不僅敗壞了工程本身，還對其他工程設(shè)計及行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生惡劣影響。最近，國內(nèi)新建了幾座大型鋼結(jié)構(gòu)工程，它們體系奇特，構(gòu)造復(fù)雜，濫用鑄鋼節(jié)點，無益地,增大結(jié)構(gòu)自重與造價。例如，深圳大運會體育中心的鋼結(jié)構(gòu)采用了140個鑄鋼節(jié)點，其中20個節(jié)點，單重98T, 僅鑄鋼節(jié)點一項就耗鋼4200T。而鑄鋼價格又比型鋼價格高幾倍，大量的國家財富就這樣地被不合理的設(shè)計吞噬了。近年也興建了不少新火車站房，雖然結(jié)構(gòu)的跨度都不大，但用鋼量都在200~360公斤/平米之間。當(dāng)然與鳥巢相比，或有小巫見大巫之感，不顯浪費，但對國家物力與財力的無效消耗也是可觀的。下面列舉幾個受到鳥巢影響的工程，如鳳凰衛(wèi)視中心（圖7），合肥創(chuàng)新展館（圖8），廣州歌劇院（圖9），甚至山西蒲城縣文化館的混凝土工程（圖10）都在努力“精心”仿效。這些問題工程不僅揮霍了社會財富，浪費了自然資源，還誤導(dǎo)了鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的健康發(fā)展方向。值得我們行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)層和同行們深刻反省與思考。

3.2 提高設(shè)計水平
“ 學(xué)無止境“、“學(xué)海無涯”應(yīng)是我們大家的共識，專業(yè)知識的不斷更新與補充應(yīng)是我們共同的追求。但是，有些已建和再建的工程項目，因為專業(yè)人員不熟悉、不掌握先進技術(shù)而采用老舊的傳統(tǒng)做法。以鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的預(yù)應(yīng)力技術(shù)為例，有些設(shè)計中不是對它敬而遠之，就是錯用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土中的概念，使預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的效益大打折扣或適得其反。眾所周知，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)不僅節(jié)約鋼材，提高剛度，減輕自重，降低成本，還能夠擴大、反復(fù)利用鋼材強度，重復(fù)、循環(huán)使用鋼材，完全符合綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展原則，也是大跨度鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向。因此，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的同行們應(yīng)該急起直追，盡快熟悉它，掌握它并廣泛應(yīng)用它。20世紀80年代興建的北京西客站中央門樓鋼桁架（圖11），采用了不當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力方案。桁架跨度45。6米，高度8米，高跨比達到1/5.6，是普通桁架的兩倍。而桁架構(gòu)件中的應(yīng)力卻只達到設(shè)計值的1/3~1/2,。這與采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的目的與效果背道而馳，適得其反。結(jié)構(gòu)設(shè)計者對新技術(shù)陌生或不熟悉，在所難免，問題在于工作是否科學(xué)嚴謹，虛心學(xué)習(xí)，認真設(shè)計。而首次在我國采用多次預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼的攀枝花市體育館（圖12），其設(shè)計、制作、安裝都一次成功順利完成。設(shè)計團隊的認真負責(zé)與專家學(xué)者的協(xié)助把關(guān)是科學(xué)采用新技術(shù)的關(guān)鍵。多次預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼的省鋼率達38%，用鋼量僅49公斤/平米，成為現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程中的佼佼者。對結(jié)構(gòu)工程師來說，其實也不難判斷結(jié)構(gòu)體系的合理性。從宏觀上來看，一個鋼結(jié)構(gòu)建筑物的鋼耗量與荷載總量之比控制在0.2~0.3之間，可謂優(yōu)秀。在0.4~0.5之間，可謂平庸。如果這個比值在0.6~0.7之間或更高，那就屬于拙劣而不合理的設(shè)計，可以考慮優(yōu)化或更改設(shè)計了。再以輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)為例，它符合環(huán)保和綠色建筑的要求，又是國家大力發(fā)展推廣的項目?？删褪桥e步維艱，推廣困難。百姓看重的是它居高不下的成本問題，但有些人就是不會采用新構(gòu)件、新體系、新材料、新技術(shù)把用鋼量和成本降下來。所以設(shè)計人員學(xué)習(xí)、更新專業(yè)知識，不斷提高技術(shù)水平，是設(shè)計出高水平鋼結(jié)構(gòu)工程的保證。

3.3改善人文素質(zhì)
鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的積極發(fā)展不僅是專業(yè)人員的事，有關(guān)的高官、高管、老總、老董等決策人士的思想、認識和態(tài)度也影響、左右著行業(yè)的發(fā)展。20世紀80年代攀枝花體育館因為領(lǐng)導(dǎo)人的不當(dāng)決策，而將多次預(yù)應(yīng)力技術(shù)的工程實踐推遲了5年。2010年全運會體育館中采用索穹頂新技術(shù)的事，又因領(lǐng)導(dǎo)的“謹慎”而否定。目前，還不知這一決策要延誤學(xué)科發(fā)展多少年。我曾寫過一篇科普文章“預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)十問”，想對決策層宣傳一下高新技術(shù)的知識?，F(xiàn)在看來，這種努力對某些忙忙碌碌的群體是效果甚微的。對專業(yè)人員進行科學(xué)人生觀和科學(xué)發(fā)展觀的教育也很必要。他們不僅參加設(shè)計、畫圖，還要擔(dān)負著指導(dǎo)、優(yōu)化、變更、審批新技術(shù)工程項目的任務(wù)。在各種環(huán)境和條件下，都應(yīng)根據(jù)自己掌握的專業(yè)知識去審評、詮釋和分析各類結(jié)構(gòu)。用自己的良知去說真話，說實話，不追風(fēng)，不唯上，實事求是地向領(lǐng)導(dǎo)，向社會、向公眾點評與詮釋工程的優(yōu)劣得失，促使鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的健康發(fā)展。
4．健康發(fā)展
4.1 回歸建設(shè)“適用、經(jīng)濟、美觀”三原則
這是古今中外一直遵守的建設(shè)原則。也曾指導(dǎo)過我國建設(shè)健康、快速發(fā)展。近年來，一些
工程追求新、奇、特，攀比高、大、錢。在各地出現(xiàn)過一些超豪華、超怪異，但造型并不美
觀，結(jié)構(gòu)并不安全的工程。希望我們在設(shè)計中對”經(jīng)濟“原則常有迷失的傾向，迅速得到糾
正。并將設(shè)計中的科技含量納入取費標準，籍“低碳經(jīng)濟”的號召，把經(jīng)濟指標重新列入設(shè)
計審評的重要內(nèi)容。
4.2 工程建設(shè)法制化
國家級大型建筑是國家和社會的財富，時代和文化的象征。它不屬于那一屆政府，更不屬
于那一個人。因此，這種工程的立項、籌備、招投標、設(shè)計、施工、運營以及短期服役后的
拆除等，都應(yīng)在一定的法規(guī)或法律下進行，避免任意性及人為影響。應(yīng)盡早著手建立適應(yīng)我
國國情的大型工程決策與審批新機制及建設(shè)法規(guī)，讓國家級工程在法制軌道上運轉(zhuǎn)。
4.3 審評制度陽光化
對立項、方案、招投標等環(huán)節(jié)的評估審核制度應(yīng)規(guī)范化、陽光化。評審組的組成人員應(yīng)在
專業(yè)、資歷、比例等方面合理匹配。專家應(yīng)具有代表性、權(quán)威性。評審過程要接受主管部門
及社會輿論的監(jiān)督。當(dāng)意見分歧嚴重時，應(yīng)提交我國的最高科技部門——中國科學(xué)院和中國
工程院，進行評定，杜絕個人或少數(shù)人的權(quán)勢裁定。以體現(xiàn)社會運轉(zhuǎn)中的公正、公平、公開
的原則。

發(fā)日期： 2011-8-24

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