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建筑鋼結構設計現狀及存在的一些問(wèn)題

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:52:35 [收藏]
    近些年來(lái)我國建筑鋼結構發(fā)展迅速，建成了或正在建設一大批大跨度及高層鋼結構，如鳥(niǎo)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，這些項目的建設使我國鋼結構的設計水
        近些年來(lái)我國建筑鋼結構發(fā)展迅速，建成了或正在建設一大批大跨度及高層鋼結構，如鳥(niǎo)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，這些項目的建設使我國鋼結構的設計水平得到很大提高。一些由我國自行設計的項目達到一個(gè)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，結構受力合理，節省鋼材，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計，其中不少項目結構方案不夠合理，用鋼量太大，造價(jià)驚人，不符合中國國情。面對當前大批工程上馬，我們的設計體制、設計理念、設計水平、設計質(zhì)量、設計人員素質(zhì)還遠遠不能適應，還有許多急待解決的問(wèn)題。
        一．設計項目層層轉包造成設計質(zhì)量下降
        設計項目層層轉包主要表現在： 當前各大設計院的設計任務(wù)相當繁重，所承攬的工藝及綜合專(zhuān)業(yè)部分設計收費較高，而鋼結構部分卻是難啃的硬骨頭，費工費力收費低，不愿意承接鋼結構設計任務(wù)，或者缺乏鋼結構的設計經(jīng)驗，故往往將鋼結構部分分包給另一單位。如山東某體育館，原為北京某大設計院設計，后將鋼結構部分轉包給廈門(mén)一家設計院，此院苦于不會(huì )設計又將鋼結構部分包給××大學(xué)。經(jīng)專(zhuān)家審查后發(fā)現，設計方案、計算模型、抗震理念均存在大量問(wèn)題。層層轉包的另一表現為借用“資質(zhì)”或者叫“買(mǎi)圖標”，一些無(wú)資質(zhì)的單位，拿到工程后，用買(mǎi)來(lái)的圖標搞設計，使設計質(zhì)量存在重大隱患。當前設計市場(chǎng)比較混亂，對設計質(zhì)量缺乏法制管理，缺乏嚴格的檢查和監督，所出現多項倒塌事故無(wú)不與設計資質(zhì)有關(guān)。如不規范市場(chǎng)，嚴格資質(zhì)管理，會(huì )造成嚴重后果。
        二、設計深度不夠，設計院將自己的設計任務(wù)轉駕給加工企業(yè)，造成質(zhì)量下降
        不少設計單位，鋼結構的設計水平比較低，承擔工程的設計者多為剛畢業(yè)不久的博士，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗，更缺乏鋼結構的設計知識，盲目照搬規范，套程序，對關(guān)鍵技術(shù)不進(jìn)行研究，對所設計的成果心中沒(méi)底，只給出‘構件布置圖’就算完成了任務(wù)，而有些布置圖只是一個(gè)簡(jiǎn)單的單線(xiàn)條圖，對關(guān)鍵的“節點(diǎn)設計”不分具體情況一律采用“全焊接節點(diǎn)”或“全鑄鋼節點(diǎn)”《圖一》，至于這種節點(diǎn)是否安全、構造是否合理、是否能做出來(lái)心中一概無(wú)底，將應該設計的“節點(diǎn)構造”、“支座詳圖”、“施工安裝”等都交給加工企業(yè)，設計院只做到了“方案設計”或初步設計的深度，將施工圖交給加工廠(chǎng)，加工廠(chǎng)缺乏計算軟件，又將施工圖任務(wù)轉包出去，由于這些分包單位缺乏專(zhuān)業(yè)配套知識，對設計總體要求不明確，往往所做出的圖紙不符合原設計要求，存在嚴重的質(zhì)量隱患。有的加工廠(chǎng)為了節約鋼材，降低造價(jià)，盲目進(jìn)行鋼材優(yōu)化，結果造成工程質(zhì)量事故，如×工程，優(yōu)化后造成桿件太小，致使施工過(guò)程中數百個(gè)桿件失穩。給國家重點(diǎn)工程造成重大損失。“施工圖設計”由設計院完成，這是建設部早有規定的，也是設計院義不容辭的責任，施工圖設計必須滿(mǎn)足設計深度的要求，“施工圖設計”、“深化設計”職責不清，互相扯皮的情況應立即得到糾正。
        三、對國外設計方案不能照抄照搬，對不合理的方案敢于提出挑戰
        當前許多重大鋼結構工程都采用了國外的建筑方案，但其結構方案很不合理、用鋼量太大、造價(jià)驚人?由于國外結構工程師對我國地震和風(fēng)荷載的特殊情況了解得不深，故設計方案在抗震設計方面很不合理，如“鳥(niǎo)巢”，采用了鋼結構屋蓋和砼看臺完全脫開(kāi)方案，幾萬(wàn)噸的巨大鋼桁架所產(chǎn)生的地震荷載由鋼結構柱傳至柱底，而數千噸的巨大柱底水平力由與看臺基礎脫開(kāi)的巨型鋼柱腳傳遞，結果造成用鋼量達到五萬(wàn)噸，相當同類(lèi)體育場(chǎng)用鋼量的四倍，這是抗地震設計極不合理的方案，如將數萬(wàn)噸的鋼結構產(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(fēng)貌不變的情況下，可使龐大笨重的鋼結構減少鋼材用量?jì)扇f(wàn)多噸。又如“深圳大運會(huì )體育場(chǎng)”，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(kāi)的方案，由于大跨度單層網(wǎng)殼結構剛度太差，體系太柔，在風(fēng)荷載作用下，遠遠超出規范的要求。經(jīng)過(guò)我們設計師卓有成效的挑戰，對國外網(wǎng)殼方案進(jìn)行了增加“肩谷環(huán)”處理，使結構水平位移減少了近一倍。“新中央電視臺”采用了雙向傾斜、懸臂對接的結構形式，嚴重不規則、嚴重超限、大體量懸臂、巨大的自重使得結構特別不利于承受地震作用，是抗地震設計極不合理的方案，為滿(mǎn)足抗震設計要求，耗鋼達到12萬(wàn)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、設計未充分考慮施工，給施工帶來(lái)極大困難


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

        五、設計過(guò)于保守或過(guò)于‘先進(jìn)’，不恰當的任意提高設計標準或降低設計安全等級
        一些設計人員對復雜工程缺乏經(jīng)驗，心中無(wú)底，盲目追求高標準，造成設計過(guò)于保守，任意加大安全等級，對結構構件不分主次，重要性系數取值任意加大，桿件“應力比”取值太低；焊縫等級不分區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”分布規律的情況下，錯誤的提出消除“焊接殘余應力”。一些設計人員互相攀比，層層加馬。由于上述原因往往造成結構構件過(guò)大，投資大量增加，這都是設計方案不合理造成的?；ǖ氖菄业腻X(qián)，不是設計院的錢(qián)，工程投資加大反而會(huì )增加設計費，設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，這種設計體制不適應市場(chǎng)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(guò)程中，為中標壓價(jià)，承包方盡量減少鋼材用量，致使構件安全系數太低，受壓構件的長(cháng)細比太大，沿海地區鋼管壁厚太小，致使構件在安裝過(guò)程中造成桿件彎曲，由于安裝誤差太大造成大量桿件超過(guò)設計應力，最后不得采取現場(chǎng)加固措施。
        六、“設計規范”不能滿(mǎn)足當前設計的需要，應立即修改
        隨著(zhù)我國鋼結構應用的迅速發(fā)展，鋼鐵行業(yè)已研制開(kāi)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(zhù)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(mǎn)足抗震設計鋼結構用厚板的各種需要，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(gè)強度級別，已在鳥(niǎo)巢、央視、國貿等重大工程中應用，當前的“鋼結構設計規范”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。致使設計與鋼材新產(chǎn)品間的矛盾日益突出，許多設計人員不敢采用新品種鋼材，為此建議立即著(zhù)手修訂有關(guān)規范以滿(mǎn)足設計急需。
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