提高建筑结构设计水平的若干问题

近二十年来，我国建筑行业也和其他行业一样，突飞猛进，取得了辉煌的成就，形势喜人。在这个时期内，我国建造了无数的建筑物，而且规模越来越大，复杂性也越来越高，这是有目共睹的。经过长期的使用，也证明了它们的质量是好的，成绩应该肯定。但我们不能满足于现状而停滞不前，为了今后的建设有更好的质量和更高的水平，我们还要不断努力，精益求精。建筑包含多方面的内容，其水平和质量的提高，各方面都有许多工作要做，而设计是“龙头”，这里仅就设计中结构设计水平的提高方面，谈谈个人的意见。建筑结构设计水平的提高也包含多方面，涉及面较广，不拟一一探讨，仅就个人工作中的体会，提出下列几点与各位共勉。

1 提高工程师的水平并发挥工程师的主导作用

设计工作是由工程师去完成的，也就是说，在设计工作中，工程师是主导者。工程师应该运用个人才智，控制整个设计，让设计出来的成品体现你的智慧和水平。当然，要是设计工程师自身的水平不高，纵使你控制了整个设计，那设计成果也只能体现你所具有的水平而已。因此，提高工程师的设计水平是首要的。提高设计水平，可以通过不断的努力，包括刻苦学习基础理论、钻研有关技术、认真积累和吸收经验、学习先进、推新创新、开展科学研究等途径来实现。总之，并无捷径，唯一靠的是刻苦努力。除此以外，一些工作方法也能起到帮助提高设计水平的作用。如在设计开始前，充分收集有关资料并进行分析研究，从中发现和掌握其精华，把它运用在你的设计中；在设计过程中，积极运用思考去发现问题和解决问题，尤其对一些疑点，决不不求甚解，轻易放过，而是必求其解，弄个水落石出，这样不但可以保证设计的质量，还能从中悟出一些道理和培养敏锐的分析能力，对提高设计水平也有好处；在设计完成后，要很好地总结，发现优缺点，缺点不再犯，优点继续发扬和提高，等等。其次是发挥工程师的主导作用问题。显而易见，要是你放弃了设计工程师的主导作用，不运用你具有的知识去控制你的设计，那么纵使你的设计水平很高，设计成果的水平也不可能高。这里有两种情况，其一是责任心不强，懒得花功夫，这属于态度问题，要从思想方面去解决，这里就不谈了。其二是不自觉地失去了控制能力，这一点在普遍使用电脑进行设计的情况下往往容易出现。原因是有些人过于甚至于盲目相信电脑，对电脑的计算结果或者成图不作检查分析和判断，有时还被电脑的结果牵着走。其实电脑程序有一定的适用条件，而且它是根据计算简图和所输入的数据去工作的，适用条件不符、计算简图不能反映实际结构或者输入数据不正确，其结果就不准确甚至可能是错误的，盲目使用就等于失去控制，失去工程师的主导作用。要提高设计水平，就要求设计工程师既有高的设计水平，还得要能起到控制设计的作用，两者必须兼备，缺一不可。

2 强调概念设计

概念是一种反映事物本质属性的思维形式，它反映客观事物的一般的、本质的特征，是人们在实践基础上经过感性认识上升到理性认识而形成的。概念设计就是以工程概念为依据，用符合工程客观规律和本质的方法，对所设计的对象作宏观的控制，具体地说就是制定方案，包括总体系和所有分体系的布局和处理原则。上面提过，设计工作是由工程师控制的。所谓控制，就是在设计的各个阶段对设计的各部分，设计工程师首先根据一般的工程结构概念和该类型工程的结构概念，结合该工程的具体外部条件，考虑一个结构设计方案，包括结构体系、结构布置、构造处理原则、采用的计算方法等，经过初步分析研究认为合理并可行后，以此作为原则进行具体的设计。由于这个原则来自有关概念，也就是说它是符合客观规律的，这样就保证了正确的设计方向，不犯原则上的错误。当然，在具体细节中还要作这样或那样的调整才能完成设计，但这些调整不会影响大局。掌握好概念设计不仅可以保证正确的设计原则，还可以通过它来解决设计中出现的问题以至提高设计水平。当发现某个技术问题时，可以根据概念来分析其原因，这往往比直接检查数据更快更有效，而且可以找到问题的症结所在。这个方法最适合用于判断电算结果，电算过程有上亿个数据，要跟踪数据是不可能的，只有用概念来判断其合理性或找原因，又用概念去解决问题才是出路。概念设计运用得好，能使结构尽量满足外部条件并以最合理的受力状态去工作，从而带来结构更安全可靠和良好的经济效益。可以说，某些创新也是来自概念的，当你掌握某些体系、构件或构造的概念而又发现可以用更简单更合理的另外一些体系、构件或构造来代替它时，其结果就是创新。概念设计是设计工程师的思维活动，必然贯穿着设计工程师的知识水平和设计水平，这就保证了工程师在设计中的主导作用。概念设计的水平越高，设计成果的水平就越高。概念设计的水平来自深厚的基础理论、对结构原理和力学性质的深刻理解及丰富的工程经验（包括积累的和吸收的）等方面，要提高概念设计水平从而提高设计水平就要在这些方面下功夫。

3 推新创新

开展科研提高结构设计水平，从另一角度看，意味着要使设计成品比现阶段的具有更高的水准、更合理和更经济的结构形式。这就得用推新和创新来解决，结构技术的不断发展就是靠推陈出新，作为结构设计工程师，有责任承担起这个任务。要是安于现状，不求进取，甘于出“行货”，那么水平是提不高的。推新看来似乎比较容易，问题是往往得不到足够的重视。建设部陆续公布推广的新材料、新技术、新结构等是通过试验研究、鉴定，再经实践且证实有效和合乎经济效益的，得到推广将会提高建筑结构的水平。作为设计工程师应该在适合的条件下予以大力推广应用。当然，在推广应用的过程中会遇到这样或那样的困难或阻力，设计工程师不应因难而退，而应耐心做工作，努力克服困难和阻力，当推新的积极支持者。不要把创新看得很神秘，也不要对它要求过高。大的改革往往是由小的改进开始或积累而成的，而小的改进也未尝不是提高。创新最好结合实际工作进行，在设计过程中，只要本着勇于创新的精神，在各个环节上多动脑筋，注意是否还有可改进的地方；是否有可以用更好的结构形式的地方；在理论或者计算方法上是否还有可深化或简化以致更新的地方，这样往往就会发现改进或改革的对象，在此基础上开展工作并深入下去，就有可能得出成果。这种做法来自生产，有了可行的结果又直接用于生产，就容易见效。此外，创新工作宜联合有关部门如设计、科研、施工、以至业主等合作进行，以便能在研究过程中同时解决各方面的技术问题，使成果更全面和易于推广应用。创新工作必须有科学的态度，不应主观认定，更不能盲目实施。有了新的设想和方案，就要开展科学研究，从理论上探讨它的可行性和先进性，通过试验来证实它的正确性。对于较重大的改革还要通过实践的考验。

4 做好抗震设计

我国是一个多地震国家，保证建筑物的抗震性能以减少地震发生时的人员伤亡和财产损失是一个重要问题。因此，提高建筑结构的抗震设计水平是提高建筑结构设计水平的一个重要组成部分。关于抗震设计，我国目前建筑结构的抗震设防原则是“小震（超越概率"#$）不坏、中震（超越概率%&$）可修、大震（超越概率’$）不倒”。根据这些原则，我国颁布了《建筑抗震设计规范》，其他设计规范也据此列出了有关抗震设计的原则、计算方法、构造处理等内容，为我国的建筑抗震设计提供了依据。遵循这些进行抗震设计，建筑物的抗震性能应该是符合我国的建筑抗震标准的。可是，目前的情况则不太理想。主要是有些设计人员对抗震设计方法的本质还认识不透，抗震设计不是从原则入手，而仅着重于具体计算，造成了建筑物表面上是经过抗震计算而且满足规范要求，但实际上并不具有真正的抗震性能的情况，这种情况屡见不鲜。地震的随机性很大，建筑物遇到地震时所产生的地震作用难以准确判定。目前规范所提供的抗震计算方法是理论的方法，而有关参数则是在有限统计资料的基础上通过概率分析得出的，据之作出的计算结果仅能是理论上的和近似的，不能认为它真实反映建筑物在地震时所受到的作用和它的真正工作能力。而另一方面，也是更重要的一面，通过过去比较大量的震害调查研究，已从宏观上总结出各种形式的结构和构造，哪些是对抗震有利的，哪些是不利的，从而制定了一些抗震设计的原则，这些原则在有关规范中都有列出，它反映了客观规律，遵循这些原则就能使建筑物在原则上具有比较可靠的抗震性能。也就是说，掌握抗震原则比抗震计算更为重要。综上所述，抗震原则和抗震计算的相对关系是定性与近似定量的关系，前者是概念设计问题，而后者是具体计算。概念设计决定建筑物的本质（抗震性能），若是本质上就不适宜于抗震，那么不管多“精密”的计算也无补于事。提高抗震设计水平首先要做好概念设计，当然在此基础上也要认真计算以作出适当的定量。

5 完善和补充计算机程序的功能

目前结构分析工作基本上都在计算机上进行，绝大多数图纸也采用计算机辅助设计来完成，因此计算机程序的内容和功能直接影响结构设计水平。目前我国已经具有好几个较通用、水平相当高、功能比较强、得到广泛应用的建筑结构分析程序，其中有些还带有成图功能，此外还有很多专项结构的计算程序，这些程序为结构设计工作提供了有力的工具，在解决结构分析难度和速度、保证以至提高结构设计水平上起了很大的作用。随着建筑事业的发展，特别是目前，建筑物规模越来越大，形式越来越多也越复杂，建筑结构设计的内容多了，难度也增大了。另一方面随着我国建筑结构技术水平的提高，对建筑结构设计的要求，包括广度和深度也提高了。在这样的情况下，现有的结构设计程序已显得有些难以满足需要。例如有些力学模型不能适应比较复杂的结构和构件形式；对某些构件的承载力设计处理不理想或尚未解决；还未具有足够的计算功能以应付某些复杂结构所需要进行的各种计算（纵使有也比较粗糙）；计算机成图功能不够齐全或成图质量不高等。可是这些结构又非得用计算机计算不可，有时为了解决生产问题，只有硬把结构作这样或那样（甚至是不合理）的简化以满足计算程序的能力，导致计算结果不准确甚至错误；一些必要而且重要的计算也只好省略或者只能进行一些粗糙的计算，这些做法都足以影响以至降低结构设计的水平。因此，要提高结构设计水平，其中一个重要方面就是要完善和补充计算机程序的功能，提高其水平。工欲善其事，必先利其器，道理是显然的。关于完善和补充计算机程序功能，最好是通过结构设计人员和计算机程序专业人员合作去完成。前者根据实际工作需要制定内容和要求，后者用合理的力学模型和足够精度的数学方法编成程序，各尽所长，这将会使编出的程序既满足设计需要又省时和准确。顺便要提醒的是，作为结构设计人员，纵使不参与程序的编制，也应该对计算机程序有深入的了解，掌握其适用范围、编制依据、力学模型和计算方法、构造处理原则等，这是必需的知识也是提高概念设计能力的一个重要部分，不能忽视。

6 争取有关工种和专业的支持

设计工作需要由多工种多专业合作共同完成，因此结构设计工作不是孤立的。在设计方面，就需要与建筑设计或工艺设计、设备设计及建筑经济等工种紧密配合；在设计以外，它又跟很多专业，如结构材料、施工技术、分析理论和计算工具、检测手段等密切相关，因此，要提高结构设计水平，除做好自身工作以外，不管是正常的设计工作或者科学研究，都要取得这些工种与专业的支持。这方面的工作面很广，内容很多，不拟一一列举。这里仅提出我认为进行这项工作时需要注意的一些问题。不要把结构设计工作自闭起来，应该认识到它的成果或者提高是与其他工种和专业的支持分不开的。碰到涉及这些工种和专业有关的技术问题，要与他们进行协调，其中绝不能以我为主，但也不能放弃结构原则，要多想办法，提出各种方案，努力做到既解决结构问题，又能为别的工种提供方便。提高结构分析水平直接依靠力学和数学问题的解决，除非结构工程师本身也专长于这方面，否则就要向这方面的专家请教学习，争取他们的帮助。或者提出课题，共同或者让他们去研究，计算机程序的补充和提高，很有必要采取这种做法。创新必然与新材料的应用，新工艺的跟进，科学试验的配合等方面存在着密切的关系，主动争取这些专业的支持是非常必要的。

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