結構設計師:計算軟件成為大展身手的利器還是裝飾門面的擋箭牌

可以說的是現在的結構設計師大多是軟件控,離開了軟件就無從下手。以前設計院的工程師都在用圖板畫圖,用計算器完成結構計算。電腦是新鮮玩意,會使用的人比較少。

結構設計師:計算軟件成為大展身手的利器還是裝飾門面的擋箭牌

設計總會遇到各種問題,比如現場地基情況變 化、進場的鋼筋沒有圖紙中的規格、梁的高度不滿足工藝要求,怎麼改?這時便心底有些發慌,想回單位用電腦算一下, 更何況工程在外地等不及我回去再算,怎麼辦?很尷尬吧!

當電腦成為設計主要工具時,可能很多年輕的工程師都有過類似的經歷,電腦究竟是大展身手的利器還是裝飾門面的擋箭牌?這是希望成為優秀結構工 程師的人必須思考的問題,脫離電腦結構工程師靠什麼來完成設計?

紐約帝國大廈建成於 1931 年,地上 高度 381m,曾雄踞世界最高建築寶座達 40 年,2001 年 911 事件後再度成為紐約最高樓,其高度放在今天 對於結構設計也不是輕鬆的事情。而世界第一臺電腦 在帝國大廈建成後 15 年才出現。

軟件不管多麼強大,都只是根據固定指令進行計算,並不具有思維判別能力,計算結果並非一定正確, 關鍵還是設計人如何應用把控計算結果。從某種意義上說電腦並非結構設計的必需品,祖先用算盤做出應縣木塔,經歷數次大地震,仍屹立不倒。隨著工具的進步,結構設計的核心是什麼,又有什麼變化?在沒有三大力學以前,古人主要依據自然觀察和實踐經驗建造各種受力結構,比如修建一座橋,就用一塊石板鋪在石墩上,跨度取決於石材厚度。如圖所示。結合古代結構 發展史可以得出結構設計的核心,就是利用合理的結 構材料,尋找最佳的荷載傳遞方式。

結構設計師:計算軟件成為大展身手的利器還是裝飾門面的擋箭牌

橋樑受力情況

  • 調模型紅不紅成為唯一判斷標準

工程師使用各種軟件時,經常會遇到計算結果紅不紅的問題,紅意味著構件驗算未通過,不紅意味著構件驗算通過。紅了要如何處理?通常想到的就是加大截面,這是一種方法,但未必是好方法。結構內力分佈與結構剛度和變形協調有很大關係,某些構件結果為紅,可能是其他構件佈置不合理、內力分佈不均勻所致,這時要根據整體情況來進行調整,才能實現合理的局。西北某高層住宅項目,底層牆體平均厚度是250mm,設計人在計算中發現某道牆體總是紅色 警告,就將牆體厚度不斷增加,達到 1m 尺度終於驗算通過,於是說服建築師和甲方按此設計並施工。後來汶川發生地震,遠離地震中心的該樓此道牆體出現嚴重的剪切裂縫,分析原因是該牆體相對其他牆體剛度過大造成,而周邊樓房受到地震影響但未發生破壞,這就是典型的依靠電腦不靠結構知識進行設計的例子。結構工程師對待上面的問題,也應該找出驗算不通過的本質原因再去決定是否增加牆厚。

結構設計師:計算軟件成為大展身手的利器還是裝飾門面的擋箭牌

力學原理工作

除計算上濫用電腦,還有製圖濫用電腦的情況。 現在網絡發達,各種計算書、圖紙很容易獲得,於是把他人設計說明、連接節點拷貝下來,充當自己的設計成果,全然不考慮說明和圖紙與當前設計的契合度。曾經看過兩套圖紙,一份是砌體結構圖紙,但結構設計總說明裡沒有與砌體相關的內容;一份是樁基礎圖紙,但圖紙中沒有樁身強度驗算設計內容。設計人把別人的圖紙拷貝過來,簡單修改一下工程名稱就交圖,在思想上沒有任何學習、吸收、改進成為自 己知識的概念。設計人應注意設計說明和詳細圖紙的差異,詳細圖紙中表達各種材料數量、規格信息,但不表達工程師最關心的材料要求、設計等級、構造措 施、施工細節,這些內容是在結構設計總說明裡表達。 可以說結構設計總說明是項目最重要的設計指導文件,工程師應根據項目特點仔細檢查每條說明的完整 性、適用性和嚴謹性,讓施工技術人員理解設計意圖, 確保施工質量符合設計要求。

在當代快速設計的時代,結構工程師不會使用電 腦顯然不能勝任結構設計角色,但結構設計的本質是以結構思維去解決建築荷載傳遞問題,並非由一堆計 算數據羅列而成。最近讀到英國人馬爾科姆·米萊編 寫的《建築結構原理》,書中基本沒有計算內容,而 是以生動的描述和簡單的圖形講解結構概念,將複雜 的結構設計案例進行解釋,讀來受益匪淺,所謂“大 道至簡”不過如此。

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