平面整体设计方法基本原理
本章共有三节:第一节结构设计的一般过程及存在的问题第二节结构设计的系统科学思路与标准化方法第三节结构施工图平面整体设计方法基本原理
现将第一节放于网上,以飨国庆长假仍然加班工作的读者。
第一节结构设计的一般过程及存在的问题一、结构设计的一般过程
结构设计的主要工作内容包括三大部分,根据实施的时间顺序为:、结构方案设计;、结构分析;、结构施工图设计。(一)结构方案设计
结构方案设计是结构设计师最富创造性的工作,通过方案设计,结构师完成了结构从无到有的初步过程。结构方案与建筑方案都是各自专业创造的开端,但创造的性质有所不同。建筑方案属于原始创作,结构方案则属于在建筑原创基础上的再创造。结构创作通常不可能独立于建筑创作而存在,两个专业在其创造性质上的区别决定了建筑师的“龙头”主导地位,同时在一定程度上限制了结构师的创造空间。但是,没有结构师的配合,楼房也不可能建造起来,这正是结构设计专业的重心所在。
结构方案设计是结构师的高级劳动,优秀的结构方案既可以保证结构的可靠度并使结构受力合理和节约材料,又能够满足建筑功能、空间与造型要求。我国建筑设计院结构总工程师制已实施半个世纪之久,总工程师的主要职能之一是指导和优化选择结构方案。从某种程度上来讲,结构方案的水平代表了建筑设计院结构专业的水平或总工程师的水平。随着我国结构工程师执业注册制度的完善,民营勘察设计公司将普遍覆盖设计市场,其执业的注册结构师的方案能力,将对公司的经营状况举足轻重。
如此重要的结构方案设计,在我国采用传统的施工图设计方法时期,却仅占用了左右的工作时间,这种关于有效工作时间的不合理分配状况,随着结构师采用结构施工图平面整体设计方法后得到了根本改变。(二)关于结构分析
结构方案形成后,结构设计进入分析阶段。
结构分析是结构师的重要工作,需要严谨的工作素质、扎实的理论基础和丰富的经验,但其创造性含量低于结构方案设计。结构分析是在结构方案的基础上,尽量准确地将简化后的荷载作用到结构上,继而利用某种计算手段,求解结构的内力,为结构施工图设计创造条件。
应该指出的是工程结构分析不存在精确解,而只有控制解。工程结构分析有两个必须采取的重要步骤:、统计荷载并以某种方式将荷载作用到结构之上;、采用某种计算方式进行计算并得出结果。事实上,这两个重要步骤都不精确,实际上也无法做到精确。结构设计师最关心的事情是获得既定结构体系中的内力,只要明确了内力,就可以根据混凝土结构理论适当配筋,使构件强度大于荷载的作用效应,那么结构就是安全的了。由于两个重要步骤的实施都有误差,所以对于客观存在的精确的内力,我们只能尽可能地趋近与逼近它,却并不可能甚至永远不会得到它。
发达国家的高层建筑已有百年历史,在其结构设计史上,最繁重的工作是结构的计算分析。计算机的出现,首先把工程师从极其繁重的计算工作中解放出来,因此,他们对这一次解放感受最为深刻。我国大规模基本建设和大批高层建筑的出现始于年前,当时计算机技术已进入成熟时期,伴随着我国高层建筑的起步,计算机分析程序随之在实际设计中发挥了作用。客观地来讲,我国的结构设计工程师还未亲身体验到结构分析计算这一极其繁重的劳动,就不知不觉地得到了“第一次解放”。或许因为如此,与发达国家的结构设计师相比,我国结构设计工程师对计算机分析程序的计算模型和计算假定导致的计算误差似乎缺少必要的警觉,对用手工计算和概念设计处理复杂的结构问题未给予足够重视。
计算机的使用,把结构设计师从繁重的计算工作中解放出来。经不完全统计,使用计算机结构设计师用于结构分析上的工作时间仅占全部工作时间的~。(三)结构施工图设计
结构施工图设计的工作内容,是将结构方案设计和结构分析后的结果用图纸具体表达出来,形成结构设计的“物化”成果。该阶段的工作内容相对于结构方案设计与结构分析两阶段并无多少创新性,也就是说,结构施工图设计不属于结构设计的高级劳动。在发达国家的设计事务所内,基本是高级设计人员完成方案设计,中、高级设计人员完成结构分析,而结构施工图的绘制基本上由一般设计人员完成。
在我国未推行结构施工图平面整体设计方法之前,结构方案设计仅占总设计耗时的左右,结构分析占~,形成物化成果的结构施工图设计约占总设计用时的。工作耗时与工作性质的重要程度反差过大,单从表面现象即可发现存在不少问题。二、结构施工图传统设计方法存在的问题(一) 结构施工图设计的传统表示方法
所谓结构设计的传统表示方法,在我国事实上至今尚未形成统一的模式。工程技术人员将以往习惯使用的设计表示方法统统称作传统方法。传统设计表示方法的来源,是在土木建筑专业结构工程制图课程中使用的教学表示方法。以混凝土结构为例,结构工程制图的教学表示方法指“单构件正投影表示法”,该方法的教学目的是直观地展示构件内部的钢筋形状,使初学者比较容易地学习、掌握混凝土构件内部钢筋的布置方式。土木建筑专业的学生将这种在课堂上进行专业训练的学习方法,在他们毕业之后,自然、习惯地从课堂照搬到设计生产实践中来。下面,我们列举一下用传统方法设计结构施工图的具体步骤:第一步:
设计绘制结构各层(含标准层)平面布置图,在结构平面布置图上进行构件编号并索引构件详图所在图号,或者进行整榀框架编号并索引框架详图所在图号。见图1-1-1;第二步:
设计绘制构件详图,并注明被索引的结构平面布置图的图号,见图。图(占一整页)图(占一整页)
用传统方法设计结构平面布置图,通常要分别按结构标准层绘制。对于主体结构,结构标准层按构件种类划分为:柱结构标准层、剪力墙结构标准层、梁结构标准层三类。这三类构件的标准层往往并不统一,传统方法分标准层绘制结构平面布