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

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近些年來我國(guó)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(guó)家大劇院、中央電視臺(tái)、上海環(huán)球中心、廣州電視塔等，這些項(xiàng)目的建設(shè)使我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平得到很大提高。一些由我國(guó)自行設(shè)計(jì)的項(xiàng)目達(dá)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(jì)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(guó)國(guó)情的好作品。但也應(yīng)該指出，當(dāng)前一些重大項(xiàng)目基本上都由國(guó)外設(shè)計(jì)，其中不少項(xiàng)目結(jié)構(gòu)方案不夠合理，用鋼量太大，造價(jià)驚人，不符合中國(guó)國(guó)情。面對(duì)當(dāng)前大批工程上馬，我們的設(shè)計(jì)體制、設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)水平、設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)人員素質(zhì)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)，還有許多急待解決的問題。

　　一、設(shè)計(jì)項(xiàng)目層層轉(zhuǎn)包造成設(shè)計(jì)質(zhì)量下降

　　設(shè)計(jì)項(xiàng)目層層轉(zhuǎn)包主要表現(xiàn)在： 當(dāng)前各大設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)任務(wù)相當(dāng)繁重，所承攬的工藝及綜合專業(yè)部分設(shè)計(jì)收費(fèi)較高，而鋼結(jié)構(gòu)部分卻是難啃的硬骨頭，費(fèi)工費(fèi)力收費(fèi)低，不愿意承接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)，或者缺乏鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，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(jì)院設(shè)計(jì)，后將鋼結(jié)構(gòu)部分轉(zhuǎn)包給廈門一家設(shè)計(jì)院，此院苦于不會(huì)設(shè)計(jì)又將鋼結(jié)構(gòu)部分包給××大學(xué)。經(jīng)專家審查后發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)方案、計(jì)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(biāo)”，一些無資質(zhì)的單位，拿到工程后，用買來的圖標(biāo)搞設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)質(zhì)量存在重大隱患。當(dāng)前設(shè)計(jì)市場(chǎng)比較混亂，對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量缺乏法制管理，缺乏嚴(yán)格的檢查和監(jiān)督，所出現(xiàn)多項(xiàng)倒塌事故無不與設(shè)計(jì)資質(zhì)有關(guān)。如不規(guī)范市場(chǎng)，嚴(yán)格資質(zhì)管理，會(huì)造成嚴(yán)重后果。

　　二、設(shè)計(jì)深度不夠

　　設(shè)計(jì)院將自己的設(shè)計(jì)任務(wù)轉(zhuǎn)駕給加工企業(yè)，造成質(zhì)量下降不少設(shè)計(jì)單位，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平比較低，承擔(dān)工程的設(shè)計(jì)者多為剛畢業(yè)不久的博士，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，更缺乏鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)知識(shí)，盲目照搬規(guī)范，套程序，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)不進(jìn)行研究，對(duì)所設(shè)計(jì)的成果心中沒底，只給出‘構(gòu)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)單的單線條圖，對(duì)關(guān)鍵的“節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)”不分具體情況一律采用“全焊接節(jié)點(diǎn)”或“全鑄鋼節(jié)點(diǎn)”，至于這種節(jié)點(diǎn)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(yīng)該設(shè)計(jì)的“節(jié)點(diǎn)構(gòu)造”、“支座詳圖”、“施工安裝”等都交給加工企業(yè)，設(shè)計(jì)院只做到了“方案設(shè)計(jì)”或初步設(shè)計(jì)的深度，將施工圖交給加工廠，加工廠缺乏計(jì)算軟件，又將施工圖任務(wù)轉(zhuǎn)包出去，由于這些分包單位缺乏專業(yè)配套知識(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)總體要求不明確，往往所做出的圖紙不符合原設(shè)計(jì)要求，存在嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。有的加工廠為了節(jié)約鋼材，降低造價(jià)，盲目進(jìn)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(gè)桿件失穩(wěn)。給國(guó)家重點(diǎn)工程造成重大損失。“施工圖設(shè)計(jì)”由設(shè)計(jì)院完成，這是建設(shè)部早有規(guī)定的，也是設(shè)計(jì)院義不容辭的責(zé)任，施工圖設(shè)計(jì)必須滿足設(shè)計(jì)深度的要求，“施工圖設(shè)計(jì)”、“深化設(shè)計(jì)”職責(zé)不清，互相扯皮的情況應(yīng)立即得到糾正。

　　三、對(duì)國(guó)外設(shè)計(jì)方案不能照抄照搬，對(duì)不合理的方案敢于提出挑戰(zhàn)當(dāng)前許多重大鋼結(jié)構(gòu)工程都采用了國(guó)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(jià)驚人﹗

　　由于國(guó)外結(jié)構(gòu)工程師對(duì)我國(guó)地震和風(fēng)荷載的特殊情況了解得不深，故設(shè)計(jì)方案在抗震設(shè)計(jì)方面很不合理，如“鳥巢”，采用了鋼結(jié)構(gòu)屋蓋和砼看臺(tái)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(tái)基礎(chǔ)脫開的巨型鋼柱腳傳遞，結(jié)果造成用鋼量達(dá)到五萬噸，相當(dāng)同類體育場(chǎng)用鋼量的四倍，這是抗地震設(shè)計(jì)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(tái)，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(jié)構(gòu)減少鋼材用量?jī)扇f多噸。又如“深圳大運(yùn)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(tái)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(fēng)荷載作用下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范的要求。經(jīng)過我們?cè)O(shè)計(jì)師卓有成效的挑戰(zhàn)，對(duì)國(guó)外網(wǎng)殼方案進(jìn)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(tái)”采用了雙向傾斜、懸臂對(duì)接的結(jié)構(gòu)形式，嚴(yán)重不規(guī)則、嚴(yán)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(jì)極不合理的方案，為滿足抗震設(shè)計(jì)要求，耗鋼達(dá)到12萬多噸，創(chuàng)造了我國(guó)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(jì)未充分考慮施工，給施工帶來極大困難

　　一些設(shè)計(jì)人員出于經(jīng)濟(jì)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(xiàn)場(chǎng)，不了解施工。自己的設(shè)計(jì)方案能否施工？心中沒底！嚴(yán)重者會(huì)給施工帶來極大困難，總的造價(jià)大量增加。如×工程設(shè)計(jì)要求屋蓋最后合攏的溫度為14度±4度，但本工程合攏時(shí)正值盛夏，中午時(shí)鋼材表面溫度達(dá)到55度，為滿足14度合攏要求，曾提出‘深挖井、添冰塊、噴冰水’的區(qū)域降溫的方案。

　　五、設(shè)計(jì)

　　過于保守或過于‘先進(jìn)’，不恰當(dāng)?shù)娜我馓岣咴O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或降低設(shè)計(jì)安全等級(jí)一些設(shè)計(jì)人員對(duì)復(fù)雜工程缺乏經(jīng)驗(yàn)，心中無底，盲目追求高標(biāo)準(zhǔn)，造成設(shè)計(jì)過于保守，任意加大安全等級(jí)，對(duì)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(yīng)力比”取值太低；焊縫等級(jí)不分區(qū)別一律取一級(jí)全熔透焊縫；鋼材等級(jí)不分使用條件和部位也一律取c級(jí)或d級(jí)；鋼材強(qiáng)度級(jí)別不管是否必要隨意采用高強(qiáng)度420Mpa、490Mpa鋼材；在不了解“焊接殘余應(yīng)力”分布規(guī)律的情況下，錯(cuò)誤的提出消除“焊接殘余應(yīng)力”。一些設(shè)計(jì)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(jì)方案不合理造成的?；ǖ氖菄?guó)家的錢，不是設(shè)計(jì)院的錢，工程投資加大反而會(huì)增加設(shè)計(jì)費(fèi)，設(shè)計(jì)院得到好處反而不承擔(dān)任何因工程浪費(fèi)而造成的法律責(zé)任，這種設(shè)計(jì)體制不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(biāo)過程中，為中標(biāo)壓價(jià)，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(zhǎng)細(xì)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(jì)應(yīng)力，最后不得采取現(xiàn)場(chǎng)加固措施。

　　六、“設(shè)計(jì)規(guī)范”不能滿足當(dāng)前設(shè)計(jì)的需要

　　應(yīng)立即修改隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)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(yīng)工程應(yīng)用，并于2000年頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《YB4104-2000》，這種牌號(hào)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(yīng)、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(jì)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(guó)A572-50級(jí)鋼。新的國(guó)標(biāo)《GB/T19879-2005》新增加了390MPa、420MPa、460MPa三個(gè)強(qiáng)度級(jí)別，已在鳥巢、央視、國(guó)貿(mào)等重大工程中應(yīng)用，當(dāng)前的“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范”都一直未對(duì)上述鋼材新標(biāo)準(zhǔn)變化做出積極的反應(yīng)，也為提出任何修改補(bǔ)充條文。致使設(shè)計(jì)與鋼材新產(chǎn)品間的矛盾日益突出，許多設(shè)計(jì)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(jì)急需。