工程設(shè)計(jì)幾個(gè)基本概念

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工程設(shè)計(jì)幾個(gè)基本概念

（北京市建筑設(shè)計(jì)研究院 程懋坤）

一、 已建成的工程，不等于是成功的工程。
二、 不迷信規(guī)范，不墨收成規(guī)。
三、 學(xué)習(xí)外國經(jīng)驗(yàn)時(shí)，有一個(gè)基本國情不能忘記——我們勞動(dòng)力豐富，工資低。
四、 框架結(jié)構(gòu)的適用高度
《抗震規(guī)范》表6.1.1,在8度區(qū)可至45m，不是指的普通民用建筑。
劇場(chǎng)、體育館等大跨度公共建筑，不應(yīng)劃在“框架結(jié)構(gòu)”范圍內(nèi)。
五、 建筑物的高寬比，不應(yīng)是一種限制。不應(yīng)當(dāng)作為一個(gè)審查內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)是教科書的內(nèi)容。
六、 不能完全相信電算結(jié)果，一定要仔細(xì)校核。

一、 已建成的工程，不等于是成功的工程
有些工程，建成之后，可以認(rèn)為是成功的。例如，某些新型的基礎(chǔ)做法（樁，復(fù)合地基等等），在房屋建成后，沉降量不大，造價(jià)便宜，施工方便，等等，這種基礎(chǔ)新做法，在房屋建成后，等于是進(jìn)行了一次荷載試驗(yàn)，所以，可以認(rèn)為是經(jīng)過了考驗(yàn)，是成功的。
但是，對(duì)于抗震設(shè)防的工程，你所設(shè)計(jì)的建筑物的抗震能力，究竟如何，在未經(jīng)過真正地震考驗(yàn)之前，是不能肯定下結(jié)論的。當(dāng)然，現(xiàn)在有許多抗震試驗(yàn)方法，整體模型試驗(yàn)、振動(dòng)臺(tái)、構(gòu)件試驗(yàn)……等等，但它們與真正接受地震考驗(yàn)，還是不一樣的。有些構(gòu)件，在試驗(yàn)室的試驗(yàn)效果不錯(cuò)，但真正遇到大地震，還是不能承受。例如日本七八十年代的格構(gòu)SRC柱，在95年阪神地震時(shí)破壞較多，但試驗(yàn)室效果是不錯(cuò)的。因此，不經(jīng)過真正地震考驗(yàn)，是不能算真正成功的。
我國最近發(fā)展了不少采用鋼管混凝土柱的高層建筑。鋼管砼柱是一種較好的構(gòu)件，鋼管對(duì)于砼的約束，比箍筋強(qiáng)得多。但是，鋼管砼柱如果用RC梁，則梁柱節(jié)點(diǎn)如果處理不好，在強(qiáng)烈地震時(shí)可能會(huì)發(fā)生問題，尤其是有些構(gòu)造做法，過于簡單，我對(duì)它的抗震性能，是有些懷疑的。這種做法，雖然在試驗(yàn)室中做過試驗(yàn)，但未經(jīng)過真正強(qiáng)震考驗(yàn)，其效果究竟如何，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)研究。
異形柱結(jié)構(gòu)在我國某些地區(qū)，用得很多，我對(duì)異形柱的抗震性能，是抱懷疑態(tài)度的。尤其是在高烈度地區(qū)，更應(yīng)慎重。有人說，全國已經(jīng)建了那么多，但它都未經(jīng)地震的考驗(yàn)。最近見到一本全國性的異形柱設(shè)計(jì)規(guī)程的征求意見稿，竟然規(guī)定異形柱框架結(jié)構(gòu)在8度區(qū)可建到6層高，這似乎太冒進(jìn)了！不要說異形柱，就是普通方形（矩形）柱的框架結(jié)構(gòu)，在8度區(qū)真正遇到8度地震時(shí)，至少其圍護(hù)結(jié)構(gòu)和填充墻之類的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件會(huì)發(fā)生許多破壞（1976年唐山地震已有證明）。

二、 不迷信規(guī)范，不墨收成規(guī)
簡單說，規(guī)范是一些有經(jīng)驗(yàn)的研究人員與工程師共同研究的成果，它是將實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)與科研成果綜合編制而成的。它不代表我國的最高技術(shù)水平，有時(shí)是各種因素折中的產(chǎn)物。
要想編出完全適應(yīng)于各種工程情況的規(guī)范，實(shí)際上是不可能的。因此，不能把任何工程情況都要由規(guī)范來解決，規(guī)范絕不是萬能的。
規(guī)范是根據(jù)過去的工程成果編成的，它只能代表過去的成果，不能預(yù)見新事物的成長、新技術(shù)的誕生。所以，千萬不能以“規(guī)范上沒有”而不讓新技術(shù)、新體系、新結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。
一般情況下，都是先有工程實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)，然后再有規(guī)范，象現(xiàn)在這樣的施工圖審查，拿著規(guī)范一條條查，還能有新技術(shù)出現(xiàn)嗎？
簡支梁剪力計(jì)算的問題，《建筑結(jié)構(gòu)》2003年8月號(hào)有一篇文章，可以一看。

三、我們?cè)趯W(xué)習(xí)國外經(jīng)驗(yàn)時(shí)，不能忘記我們的基本國情。在土建工程方面，我們的勞動(dòng)力，既豐富，工資又低，這是與國外截然不同的。
例如，國外的鋼結(jié)構(gòu)，多是在鋼梁上安放壓型鋼板，然后鋪設(shè)鋼筋，澆搗砼。這樣可以省去支模板的工序，節(jié)約勞動(dòng)力，工效也高。
但是，壓型鋼板與普通支模板的做法相比，造價(jià)高不少（不能周轉(zhuǎn)，一次性）。在發(fā)達(dá)國家，工人工資很高，可達(dá)我們的30~50倍，所以，有時(shí)他們寧可多費(fèi)些材料以節(jié)約人工，反而合算。而我們與他們不一樣，不能同樣做。
我在設(shè)計(jì)?？诮鹑谥行模?2層）工程時(shí)，鋼梁中距4m，采用支模澆灌100厚的現(xiàn)澆板，效果很好，節(jié)約大量的壓型鋼板。
利用RC樓板的強(qiáng)度與剛度，與焊接工字鋼形成復(fù)合梁，這樣，又可節(jié)約梁的重量。
又例如，現(xiàn)在許多工程的基礎(chǔ)都采用厚板，以前我們筏板基礎(chǔ)大多是做的基礎(chǔ)反梁帶底板。這兩種做法各有優(yōu)缺點(diǎn)，總的說來，厚板耗費(fèi)材料較多，造價(jià)較貴，但節(jié)省人工；后者則相反，材料消耗較少，造價(jià)較低，但人工較費(fèi)。在發(fā)達(dá)國家，如前所述，人工價(jià)值高，故多做厚板；在我們，如條件合適，還是以梁板式筏基為宜。尤其新的地基規(guī)范，將核心筒周邊影響系數(shù)，取為1.25，更增加了平筏板的厚度。因此，建議在可能情況下，設(shè)計(jì)成梁板式筏基。
四、 框架結(jié)構(gòu)的適用高度
在《抗震規(guī)范》表6.1.1中，對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的適用最大高度，7度區(qū)為55m，8度區(qū)為45m，這些高度，對(duì)于一般民用建筑，都是太高了。如果在8度區(qū)設(shè)計(jì)一棟45m高的民用建筑，層數(shù)將達(dá)12~15層，這樣的框架結(jié)構(gòu)，梁、柱截面將非常大，而且在地震時(shí)，由于側(cè)向位移較大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)、隔墻、管道等將遭到較大破壞，即使主體結(jié)構(gòu)損壞不大，其余的損失也將很巨大。唐山地震時(shí)，影響到北京的烈度僅為6度，但王府井百貨大樓（框架結(jié)構(gòu)）6層一個(gè)角的圍護(hù)墻倒塌，幸未傷人，但造成停業(yè)損失很大，其他例子還很多。
在89抗震規(guī)范中，表6.1.1的最大適用高度也是這個(gè)數(shù)字。我曾問過當(dāng)時(shí)的主編龔思禮同志，為什么定得這么高？他說是由于化工廠一類的廠房，其機(jī)器裝置高度很高，每層廠房層高往往達(dá)到10m以上，所以45m也就只有三層。
因此，一般民用建筑不能按照這種最大適用高度?？蚣芙Y(jié)構(gòu)層數(shù)多了之后，不但抗震性能不好，而且耗鋼量大，很不經(jīng)濟(jì)。
《抗震規(guī)范》表6.1.2中，將“劇場(chǎng)”，體育館等大跨度公共建筑，列入“框架結(jié)構(gòu)”欄目內(nèi)，我個(gè)人以為不夠妥當(dāng)。
例如劇場(chǎng)，一般由舞臺(tái)、觀眾廳與門廳三部分組成。此三部分的高度、抗側(cè)剛度、結(jié)構(gòu)類型差別很大，如果設(shè)計(jì)成框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，側(cè)向位移將很大，而且各部分的位移又有很大差別，很容易造成較大破壞。
1972年尼加拉瓜大地震，許多房屋倒塌，但其國家大劇院由于設(shè)計(jì)得抗側(cè)剛度很大，所以基本未損壞。

五、建筑物的高寬比，不應(yīng)是一種限制
80年代，大批高層建筑在全國各地興起，許多地方缺少經(jīng)驗(yàn)，有些同志在一起編了《高層建筑設(shè)計(jì)建議》，提出了高寬比，是為了使設(shè)計(jì)人有一個(gè)導(dǎo)向。這個(gè)“設(shè)計(jì)建議”，即是現(xiàn)在《高規(guī)》的前身。對(duì)于高寬比的規(guī)定也就延續(xù)到現(xiàn)在。在實(shí)際上它不應(yīng)是一個(gè)限值?！犊拐鹨?guī)范》中就未提到高寬比。
而且平面體型復(fù)雜的，根本無法去計(jì)算高寬比，以“平面最小投影寬度”來計(jì)算，也不一定對(duì)。
所以，高寬比應(yīng)當(dāng)是教科書里的內(nèi)容，告訴初學(xué)者，一般工程的高寬比是多少。它不是一個(gè)固定的限值，所以，不應(yīng)當(dāng)是施工圖審查的一個(gè)內(nèi)容。

六、不能完全相信電算結(jié)果，一定要以工程力學(xué)原理，仔細(xì)校核。
編程序者在編程時(shí)，必然有一些簡化，否則不好編。例如，我們的現(xiàn)澆梁板是T形梁，但在編程時(shí)，許多程序?qū)⑵浜喕癁榫匦瘟?。其結(jié)果是：梁的剛度減小很多，使計(jì)算撓度加大，不真實(shí)；對(duì)結(jié)構(gòu)的整體剛度貢獻(xiàn)減小，使計(jì)算出來的位移加大，不真實(shí)。雖然有的程序可將梁的剛度乘以放大系數(shù)1.5~2.0，但對(duì)于多數(shù)中間梁而言，2.0常是偏小的值。
還有的文章中提倡什么“精確計(jì)算”。在抗震設(shè)計(jì)中是不存在什么“精確計(jì)算”的，即使非抗震計(jì)算也是如此。我們計(jì)算時(shí)所使用的構(gòu)件EI值，是以其毛截面計(jì)算的，配筋量多少并不計(jì)及，但是，國外有的試驗(yàn)結(jié)果表明，柱子縱筋含鋼量4%者，其EI比相同截面的縱筋含鋼量1%這，大40%，可見其誤差之大。
此外，有些程序?qū)τ谛毕驑?gòu)件無法外計(jì)算，等等，因此，對(duì)于計(jì)算結(jié)果，一定要仔細(xì)核對(duì)，不能算出結(jié)果就畫圖，尤其對(duì)于平面形狀不規(guī)則，不是水平的構(gòu)件；兩根互相連接的懸挑構(gòu)件；框支桁架等等。必要時(shí)，應(yīng)當(dāng)用手算簡化補(bǔ)充計(jì)算。