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建筑鋼結構設計現(xiàn)狀及存在的一些問題

2008-09-25 09:31    【  【打印】【我要糾錯】

  近些年來我國建筑鋼結構發(fā)展迅速,建成了或正在建設一大批大跨度及高層鋼結構,如鳥巢、水立方、國家大劇院、中央電視臺、上海環(huán)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大提高。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(jié)省鋼材,符合我國國情的好作品。但也應該指出,當前一些重大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,用鋼量太大,造價驚人,不符合中國國情。面對當前大批工程上馬,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(xiàn)在: 當前各大設計院的設計任務相當繁重,所承攬的工藝及綜合專業(yè)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,原為北京某大設計院設計,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××大學。經專家審查后發(fā)現(xiàn),設計方案、計算模型、抗震理念均存在大量問題。層層轉包的另一表現(xiàn)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,使設計質量存在重大隱患。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(jiān)督,所出現(xiàn)多項倒塌事故無不與設計資質有關。如不規(guī)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(yè),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(yè)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(guī)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(jié)點設計”不分具體情況一律采用“全焊接節(jié)點”或“全鑄鋼節(jié)點”,至于這種節(jié)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(jié)點構造”、“支座詳圖”、“施工安裝”等都交給加工企業(yè),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(yè)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(jié)約鋼材,降低造價,盲目進行鋼材優(yōu)化,結果造成工程質量事故,如×工程,優(yōu)化后造成桿件太小,致使施工過程中數(shù)百個桿件失穩(wěn)。給國家重點工程造成重大損失!笆┕D設計”由設計院完成,這是建設部早有規(guī)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(zhàn)當前許多重大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、用鋼量太大、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,幾萬噸的巨大鋼桁架所產生的地震荷載由鋼結構柱傳至柱底,而數(shù)千噸的巨大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(shù)萬噸的鋼結構產生的地震力傳給砼看臺,可以減少大量的鋼材,在保持原建筑風貌不變的情況下,可使龐大笨重的鋼結構減少鋼材用量兩萬多噸。又如“深圳大運會體育場”,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,由于大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(guī)范的要求。經過我們設計師卓有成效的挑戰(zhàn),對國外網殼方案進行了增加“肩谷環(huán)”處理,使結構水平位移減少了近一倍!靶轮醒腚娨暸_”采用了雙向傾斜、懸臂對接的結構形式,嚴重不規(guī)則、嚴重超限、大體量懸臂、巨大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(chuàng)造了我國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、設計未充分考慮施工,給施工帶來極大困難

  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(xiàn)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大困難,總的造價大量增加。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(qū)域降溫的方案。

  五、設計

  過于保守或過于‘先進’,不恰當?shù)娜我馓岣咴O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,任意加大安全等級,對結構構件不分主次,重要性系數(shù)取值任意加大,桿件“應力比”取值太低;焊縫等級不分區(qū)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(guī)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大,投資大量增加,這都是設計方案不合理造成的;ǖ氖菄业腻X,不是設計院的錢,工程投資加大反而會增加設計費,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(shù)太低,受壓構件的長細比太大,沿海地區(qū)鋼管壁厚太小,致使構件在安裝過程中造成桿件彎曲,由于安裝誤差太大造成大量桿件超過設計應力,最后不得采取現(xiàn)場加固措施。

  六、“設計規(guī)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(fā)展,鋼鐵行業(yè)已研制開發(fā)出優(yōu)質中厚鋼板,目前可大量供應工程應用,并于2000年頒布了行業(yè)標準《YB4104-2000》,這種牌號的Q235GJ、Q345GJ優(yōu)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(yōu)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、國貿等重大工程中應用,當前的“鋼結構設計規(guī)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(guī)范以滿足設計急需。

延伸閱讀:建筑 鋼結構 設計
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