建筑鋼結構設計現狀及存在的問題
發布時間：2010-01-14 共1頁
近些年來我國建筑鋼結構發展迅速，建成了或正在建設一批跨度及高層鋼結構，如鳥巢、水立方、國家劇院、中央電視臺、上海環球中心、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提高。一些由我國自行設計的項目達到一個新的水平，如361米跨度的斜拱馬鞍形網殼—南京奧體中心，122米索承網殼—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，造價驚人，不符合中國國情。面對當前批工程上馬，我們的設計體制、設計理念、設計水平、設計質量、設計人員素質還遠遠不能適應，還有許多急待解決的問題。
一、設計項目層層轉包造成設計質量下降
設計項目層層轉包主要表現在： 當前各設計院的設計任務相當繁重，所承攬的工藝及綜合專業部分設計收費較高，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，或者缺乏鋼結構的設計經驗，故往往將鋼結構部分分包給另一單位。如山東某體育館，原為北京某設計院設計，后將鋼結構部分轉包給廈門一家設計院，此院苦于不會設計又將鋼結構部分包給××學。經專家審查后發現，設計方案、計算模型、抗震理念均存在量問題。層層轉包的另一表現為借用“資質”或者叫“買圖標”，一些無資質的單位，拿到工程后，用買來的圖標搞設計，使設計質量存在重隱患。當前設計市場比較混亂，對設計質量缺乏法制管理，缺乏嚴格的檢查和監督，所出現多項倒塌事故無不與設計資質有關。如不規范市場，嚴格資質管理，會造成嚴重后果。
二、設計深度不夠
設計院將自己的設計任務轉駕給加工企業，造成質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不久的博士，缺乏實踐經驗，更缺乏鋼結構的設計知識，盲目照搬規范，套程序，對關鍵技術不進行研究，對所設計的成果心中沒底，只給出‘構件布置圖’就算完成了任務，而有些布置圖只是一個簡單的單線條圖，對關鍵的“節點設計”不分具體情況一律采用“全焊接節點”或“全鑄鋼節點”，至于這種節點是否安全、構造是否合理、是否能做出來心中一概無底，將應該設計的“節點構造”、“支座詳圖”、“施工安裝”等都交給加工企業，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，加工廠缺乏計算軟件，又將施工圖任務轉包出去，由于這些分包單位缺乏專業配套知識，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，存在嚴重的質量隱患。有的加工廠為了節約鋼材，降低造價，盲目進行鋼材優化，結果造成工程質量事故，如×工程，優化后造成桿件太小，致使施工過程中數百個桿件失穩。給國家重點工程造成重損失。“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、造價驚人﹗
由于國外結構工程師對我國地震和風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“鳥巢”，采用了鋼結構屋蓋和砼看臺完全脫開方案，幾萬噸的巨鋼桁架所產生的地震荷載由鋼結構柱傳至柱底，而數千噸的巨柱底水平力由與看臺基礎脫開的巨型鋼柱腳傳遞，結果造成用鋼量達到五萬噸，相當同類體育場用鋼量的四倍，這是抗地震設計極不合理的方案，如將數萬噸的鋼結構產生的地震力傳給砼看臺，可以減少量的鋼材，在保持原建筑風貌不變的情況下，可使龐笨重的鋼結構減少鋼材用量兩萬多噸。又如“深圳運會體育場”，采用了單層折板網殼方案，也是采用了網殼與看臺脫開的方案，由于跨度單層網殼結構剛度太差，體系太柔，在風荷載作用下，遠遠超出規范的要求。經過我們設計師卓有成效的挑戰，對國外網殼方案進行了增加“肩谷環”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、體量懸臂、巨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，為滿足抗震設計要求，耗鋼達到12萬多噸，創造了我國單體建筑工程用鋼量之最。也創造了世界建筑工程用鋼量的奇跡！ 建設工程教育網注冊結構工程師
四、設計未充分考慮施工，給施工帶來極困難
一些設計人員出于經濟利益，整天埋在辦公室的圖紙堆里，理論脫離實際，不深入現場，不了解施工。自己的設計方案能否施工？心中沒底！嚴重者會給施工帶來極困難，總的造價量增加。如×工程設計要求屋蓋最后合攏的溫度為14度±4度，但本工程合攏時正值盛夏，中午時鋼材表面溫度達到55度，為滿足14度合攏要求，曾提出‘深挖井、添冰塊、噴冰水’的區域降溫的方案。
五、設計
過于保守或過于‘先進’，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驗，心中無底，盲目追求高標準，造成設計過于保守，任意加安全等級，對結構構件不分主次，重要性系數取值任意加，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，投資量增加，這都是設計方案不合理造成的。花的是國家的錢，不是設計院的錢，工程投資加反而會增加設計費，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經濟的狀況必另外，也要特別注意的另外一種傾向是：在某些工程的招標過程中，為中標壓價，承包方盡量減少鋼材用量，致使構件安全系數太低，受壓構件的長細比太，沿海地區鋼管壁厚太小，致使構件在安裝過程中造成桿件彎曲，由于安裝誤差太造成量桿件超過設計應力，最后不得采取現場加固措施。 建設工程教育網注冊結構工程師
六、“設計規范”不能滿足當前設計的需要
應立即修改隨著我國鋼結構應用的迅速發展，鋼鐵行業已研制開發出優質中厚鋼板，目前可量供應工程應用，并于2000年頒布了行業標準《YB4104-2000》，這種牌號的Q235GJ、Q345GJ優質厚鋼板有著良好的綜合性能，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，能滿足抗震設計鋼結構用厚板的各種需要，其性能已優于日本SN50鋼、美國A572-50級鋼。新的國標《GB/T19879-2005》新增加了390MPa、420MPa、460MPa三個強度級別，已在鳥巢、央視、國貿等重工程中應用，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，為此建議立即著手修訂有關規范以滿足設計急需。
一、設計項目層層轉包造成設計質量下降
設計項目層層轉包主要表現在： 當前各設計院的設計任務相當繁重，所承攬的工藝及綜合專業部分設計收費較高，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，或者缺乏鋼結構的設計經驗，故往往將鋼結構部分分包給另一單位。如山東某體育館，原為北京某設計院設計，后將鋼結構部分轉包給廈門一家設計院，此院苦于不會設計又將鋼結構部分包給××學。經專家審查后發現，設計方案、計算模型、抗震理念均存在量問題。層層轉包的另一表現為借用“資質”或者叫“買圖標”，一些無資質的單位，拿到工程后，用買來的圖標搞設計，使設計質量存在重隱患。當前設計市場比較混亂，對設計質量缺乏法制管理，缺乏嚴格的檢查和監督，所出現多項倒塌事故無不與設計資質有關。如不規范市場，嚴格資質管理，會造成嚴重后果。
二、設計深度不夠
設計院將自己的設計任務轉駕給加工企業，造成質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不久的博士，缺乏實踐經驗，更缺乏鋼結構的設計知識，盲目照搬規范，套程序，對關鍵技術不進行研究，對所設計的成果心中沒底，只給出‘構件布置圖’就算完成了任務，而有些布置圖只是一個簡單的單線條圖，對關鍵的“節點設計”不分具體情況一律采用“全焊接節點”或“全鑄鋼節點”，至于這種節點是否安全、構造是否合理、是否能做出來心中一概無底，將應該設計的“節點構造”、“支座詳圖”、“施工安裝”等都交給加工企業，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，加工廠缺乏計算軟件，又將施工圖任務轉包出去，由于這些分包單位缺乏專業配套知識，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，存在嚴重的質量隱患。有的加工廠為了節約鋼材，降低造價，盲目進行鋼材優化，結果造成工程質量事故，如×工程，優化后造成桿件太小，致使施工過程中數百個桿件失穩。給國家重點工程造成重損失。“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、造價驚人﹗
由于國外結構工程師對我國地震和風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“鳥巢”，采用了鋼結構屋蓋和砼看臺完全脫開方案，幾萬噸的巨鋼桁架所產生的地震荷載由鋼結構柱傳至柱底，而數千噸的巨柱底水平力由與看臺基礎脫開的巨型鋼柱腳傳遞，結果造成用鋼量達到五萬噸，相當同類體育場用鋼量的四倍，這是抗地震設計極不合理的方案，如將數萬噸的鋼結構產生的地震力傳給砼看臺，可以減少量的鋼材，在保持原建筑風貌不變的情況下，可使龐笨重的鋼結構減少鋼材用量兩萬多噸。又如“深圳運會體育場”，采用了單層折板網殼方案，也是采用了網殼與看臺脫開的方案，由于跨度單層網殼結構剛度太差，體系太柔，在風荷載作用下，遠遠超出規范的要求。經過我們設計師卓有成效的挑戰，對國外網殼方案進行了增加“肩谷環”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、體量懸臂、巨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，為滿足抗震設計要求，耗鋼達到12萬多噸，創造了我國單體建筑工程用鋼量之最。也創造了世界建筑工程用鋼量的奇跡！ 建設工程教育網注冊結構工程師
四、設計未充分考慮施工，給施工帶來極困難
一些設計人員出于經濟利益，整天埋在辦公室的圖紙堆里，理論脫離實際，不深入現場，不了解施工。自己的設計方案能否施工？心中沒底！嚴重者會給施工帶來極困難，總的造價量增加。如×工程設計要求屋蓋最后合攏的溫度為14度±4度，但本工程合攏時正值盛夏，中午時鋼材表面溫度達到55度，為滿足14度合攏要求，曾提出‘深挖井、添冰塊、噴冰水’的區域降溫的方案。
五、設計
過于保守或過于‘先進’，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驗，心中無底，盲目追求高標準，造成設計過于保守，任意加安全等級，對結構構件不分主次，重要性系數取值任意加，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，投資量增加，這都是設計方案不合理造成的。花的是國家的錢，不是設計院的錢，工程投資加反而會增加設計費，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經濟的狀況必另外，也要特別注意的另外一種傾向是：在某些工程的招標過程中，為中標壓價，承包方盡量減少鋼材用量，致使構件安全系數太低，受壓構件的長細比太，沿海地區鋼管壁厚太小，致使構件在安裝過程中造成桿件彎曲，由于安裝誤差太造成量桿件超過設計應力，最后不得采取現場加固措施。 建設工程教育網注冊結構工程師
六、“設計規范”不能滿足當前設計的需要
應立即修改隨著我國鋼結構應用的迅速發展，鋼鐵行業已研制開發出優質中厚鋼板，目前可量供應工程應用，并于2000年頒布了行業標準《YB4104-2000》，這種牌號的Q235GJ、Q345GJ優質厚鋼板有著良好的綜合性能，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，能滿足抗震設計鋼結構用厚板的各種需要，其性能已優于日本SN50鋼、美國A572-50級鋼。新的國標《GB/T19879-2005》新增加了390MPa、420MPa、460MPa三個強度級別，已在鳥巢、央視、國貿等重工程中應用，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，為此建議立即著手修訂有關規范以滿足設計急需。
