工程设计几个基本概念

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工程设计几个基本概念

（北京市建筑设计研究院 程懋坤）

一、 已建成的工程，不等于是成功的工程。
二、 不迷信规范，不墨收成规。
三、 学习外国经验时，有一个基本国情不能忘记——我们劳动力丰富，工资低。
四、 框架结构的适用高度
《抗震规范》表6.1.1,在8度区可至45m，不是指的普通民用建筑。
剧场、体育馆等大跨度公共建筑，不应划在“框架结构”范围内。
五、 建筑物的高宽比，不应是一种限制。不应当作为一个审查内容，应当是教科书的内容。
六、 不能完全相信电算结果，一定要仔细校核。

一、 已建成的工程，不等于是成功的工程
有些工程，建成之后，可以认为是成功的。例如，某些新型的基础做法（桩，复合地基等等），在房屋建成后，沉降量不大，造价便宜，施工方便，等等，这种基础新做法，在房屋建成后，等于是进行了一次荷载试验，所以，可以认为是经过了考验，是成功的。
但是，对于抗震设防的工程，你所设计的建筑物的抗震能力，究竟如何，在未经过真正地震考验之前，是不能肯定下结论的。当然，现在有许多抗震试验方法，整体模型试验、振动台、构件试验……等等，但它们与真正接受地震考验，还是不一样的。有些构件，在试验室的试验效果不错，但真正遇到大地震，还是不能承受。例如日本七八十年代的格构SRC柱，在95年阪神地震时破坏较多，但试验室效果是不错的。因此，不经过真正地震考验，是不能算真正成功的。
我国最近发展了不少采用钢管混凝土柱的高层建筑。钢管砼柱是一种较好的构件，钢管对于砼的约束，比箍筋强得多。但是，钢管砼柱如果用RC梁，则梁柱节点如果处理不好，在强烈地震时可能会发生问题，尤其是有些构造做法，过于简单，我对它的抗震性能，是有些怀疑的。这种做法，虽然在试验室中做过试验，但未经过真正强震考验，其效果究竟如何，应当仔细研究。
异形柱结构在我国某些地区，用得很多，我对异形柱的抗震性能，是抱怀疑态度的。尤其是在高烈度地区，更应慎重。有人说，全国已经建了那么多，但它都未经地震的考验。最近见到一本全国性的异形柱设计规程的征求意见稿，竟然规定异形柱框架结构在8度区可建到6层高，这似乎太冒进了！不要说异形柱，就是普通方形（矩形）柱的框架结构，在8度区真正遇到8度地震时，至少其围护结构和填充墙之类的非结构构件会发生许多破坏（1976年唐山地震已有证明）。

二、 不迷信规范，不墨收成规
简单说，规范是一些有经验的研究人员与工程师共同研究的成果，它是将实际工程经验与科研成果综合编制而成的。它不代表我国的最高技术水平，有时是各种因素折中的产物。
要想编出完全适应于各种工程情况的规范，实际上是不可能的。因此，不能把任何工程情况都要由规范来解决，规范绝不是万能的。
规范是根据过去的工程成果编成的，它只能代表过去的成果，不能预见新事物的成长、新技术的诞生。所以，千万不能以“规范上没有”而不让新技术、新体系、新结构的产生。
一般情况下，都是先有工程实践和科学试验，然后再有规范，象现在这样的施工图审查，拿着规范一条条查，还能有新技术出现吗？
简支梁剪力计算的问题，《建筑结构》2003年8月号有一篇文章，可以一看。

三、我们在学习国外经验时，不能忘记我们的基本国情。在土建工程方面，我们的劳动力，既丰富，工资又低，这是与国外截然不同的。
例如，国外的钢结构，多是在钢梁上安放压型钢板，然后铺设钢筋，浇捣砼。这样可以省去支模板的工序，节约劳动力，工效也高。
但是，压型钢板与普通支模板的做法相比，造价高不少（不能周转，一次性）。在发达国家，工人工资很高，可达我们的30~50倍，所以，有时他们宁可多费些材料以节约人工，反而合算。而我们与他们不一样，不能同样做。
我在设计海口金融中心（52层）工程时，钢梁中距4m，采用支模浇灌100厚的现浇板，效果很好，节约大量的压型钢板。
利用RC楼板的强度与刚度，与焊接工字钢形成复合梁，这样，又可节约梁的重量。
又例如，现在许多工程的基础都采用厚板，以前我们筏板基础大多是做的基础反梁带底板。这两种做法各有优缺点，总的说来，厚板耗费材料较多，造价较贵，但节省人工；后者则相反，材料消耗较少，造价较低，但人工较费。在发达国家，如前所述，人工价值高，故多做厚板；在我们，如条件合适，还是以梁板式筏基为宜。尤其新的地基规范，将核心筒周边影响系数，取为1.25，更增加了平筏板的厚度。因此，建议在可能情况下，设计成梁板式筏基。
四、 框架结构的适用高度
在《抗震规范》表6.1.1中，对于框架结构的适用最大高度，7度区为55m，8度区为45m，这些高度，对于一般民用建筑，都是太高了。如果在8度区设计一栋45m高的民用建筑，层数将达12~15层，这样的框架结构，梁、柱截面将非常大，而且在地震时，由于侧向位移较大，围护结构、隔墙、管道等将遭到较大破坏，即使主体结构损坏不大，其余的损失也将很巨大。唐山地震时，影响到北京的烈度仅为6度，但王府井百货大楼（框架结构）6层一个角的围护墙倒塌，幸未伤人，但造成停业损失很大，其他例子还很多。
在89抗震规范中，表6.1.1的最大适用高度也是这个数字。我曾问过当时的主编龚思礼同志，为什么定得这么高？他说是由于化工厂一类的厂房，其机器装置高度很高，每层厂房层高往往达到10m以上，所以45m也就只有三层。
因此，一般民用建筑不能按照这种最大适用高度。框架结构层数多了之后，不但抗震性能不好，而且耗钢量大，很不经济。
《抗震规范》表6.1.2中，将“剧场”，体育馆等大跨度公共建筑，列入“框架结构”栏目内，我个人以为不够妥当。
例如剧场，一般由舞台、观众厅与门厅三部分组成。此三部分的高度、抗侧刚度、结构类型差别很大，如果设计成框架结构，当地震发生时，侧向位移将很大，而且各部分的位移又有很大差别，很容易造成较大破坏。
1972年尼加拉瓜大地震，许多房屋倒塌，但其国家大剧院由于设计得抗侧刚度很大，所以基本未损坏。

五、建筑物的高宽比，不应是一种限制
80年代，大批高层建筑在全国各地兴起，许多地方缺少经验，有些同志在一起编了《高层建筑设计建议》，提出了高宽比，是为了使设计人有一个导向。这个“设计建议”，即是现在《高规》的前身。对于高宽比的规定也就延续到现在。在实际上它不应是一个限值。《抗震规范》中就未提到高宽比。
而且平面体型复杂的，根本无法去计算高宽比，以“平面最小投影宽度”来计算，也不一定对。
所以，高宽比应当是教科书里的内容，告诉初学者，一般工程的高宽比是多少。它不是一个固定的限值，所以，不应当是施工图审查的一个内容。

六、不能完全相信电算结果，一定要以工程力学原理，仔细校核。
编程序者在编程时，必然有一些简化，否则不好编。例如，我们的现浇梁板是T形梁，但在编程时，许多程序将其简化为矩形梁。其结果是：梁的刚度减小很多，使计算挠度加大，不真实；对结构的整体刚度贡献减小，使计算出来的位移加大，不真实。虽然有的程序可将梁的刚度乘以放大系数1.5~2.0，但对于多数中间梁而言，2.0常是偏小的值。
还有的文章中提倡什么“精确计算”。在抗震设计中是不存在什么“精确计算”的，即使非抗震计算也是如此。我们计算时所使用的构件EI值，是以其毛截面计算的，配筋量多少并不计及，但是，国外有的试验结果表明，柱子纵筋含钢量4%者，其EI比相同截面的纵筋含钢量1%这，大40%，可见其误差之大。
此外，有些程序对于斜向构件无法外计算，等等，因此，对于计算结果，一定要仔细核对，不能算出结果就画图，尤其对于平面形状不规则，不是水平的构件；两根互相连接的悬挑构件；框支桁架等等。必要时，应当用手算简化补充计算。