建筑钢结构设计现状及存在的一些问题

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近些年来我国建筑钢结构发展迅速，建成了或正在建设一大批大跨度及高层钢结构，如鸟巢、水立方、国家大剧院、中央电视台、上海环球中心、广州电视塔等，这些项目的建设使我国钢结构的设计水平得到很大提高。一些由我国自行设计的项目达到一个新的水平，如361米跨度的斜拱马鞍形网壳—南京奥体中心，122米索承网壳—济南奥体中心等工程都是建筑方案新颖，结构受力合理，节省钢材，符合我国国情的好作品。但也应该指出，当前一些重大项目基本上都由国外设计，其中不少项目结构方案不够合理，用钢量太大，造价惊人，不符合中国国情。面对当前大批工程上马，我们的设计体制、设计理念、设计水平、设计质量、设计人员素质还远远不能适应，还有许多急待解决的问题。

　　一、设计项目层层转包造成设计质量下降

　　设计项目层层转包主要表现在： 当前各大设计院的设计任务相当繁重，所承揽的工艺及综合专业部分设计收费较高，而钢结构部分却是难啃的硬骨头，费工费力收费低，不愿意承接钢结构设计任务，或者缺乏钢结构的设计经验，故往往将钢结构部分分包给另一单位。如山东某体育馆，原为北京某大设计院设计，后将钢结构部分转包给厦门一家设计院，此院苦于不会设计又将钢结构部分包给××大学。经专家审查后发现，设计方案、计算模型、抗震理念均存在大量问题。层层转包的另一表现为借用“资质”或者叫“买图标”，一些无资质的单位，拿到工程后，用买来的图标搞设计，使设计质量存在重大隐患。当前设计市场比较混乱，对设计质量缺乏法制管理，缺乏严格的检查和监督，所出现多项倒塌事故无不与设计资质有关。如不规范市场，严格资质管理，会造成严重后果。

　　二、设计深度不够

　　设计院将自己的设计任务转驾给加工企业，造成质量下降不少设计单位，钢结构的设计水平比较低，承担工程的设计者多为刚毕业不久的博士，缺乏实践经验，更缺乏钢结构的设计知识，盲目照搬规范，套程序，对关键技术不进行研究，对所设计的成果心中没底，只给出‘构件布置图’就算完成了任务，而有些布置图只是一个简单的单线条图，对关键的“节点设计”不分具体情况一律采用“全焊接节点”或“全铸钢节点”，至于这种节点是否安全、构造是否合理、是否能做出来心中一概无底，将应该设计的“节点构造”、“支座详图”、“施工安装”等都交给加工企业，设计院只做到了“方案设计”或初步设计的深度，将施工图交给加工厂，加工厂缺乏计算软件，又将施工图任务转包出去，由于这些分包单位缺乏专业配套知识，对设计总体要求不明确，往往所做出的图纸不符合原设计要求，存在严重的质量隐患。有的加工厂为了节约钢材，降低造价，盲目进行钢材优化，结果造成工程质量事故，如×工程，优化后造成杆件太小，致使施工过程中数百个杆件失稳。给国家重点工程造成重大损失。“施工图设计”由设计院完成，这是建设部早有规定的，也是设计院义不容辞的责任，施工图设计必须满足设计深度的要求，“施工图设计”、“深化设计”职责不清，互相扯皮的情况应立即得到纠正。

　　三、对国外设计方案不能照抄照搬，对不合理的方案敢于提出挑战当前许多重大钢结构工程都采用了国外的建筑方案，但其结构方案很不合理、用钢量太大、造价惊人﹗

　　由于国外结构工程师对我国地震和风荷载的特殊情况了解得不深，故设计方案在抗震设计方面很不合理，如“鸟巢”，采用了钢结构屋盖和砼看台完全脱开方案，几万吨的巨大钢桁架所产生的地震荷载由钢结构柱传至柱底，而数千吨的巨大柱底水平力由与看台基础脱开的巨型钢柱脚传递，结果造成用钢量达到五万吨，相当同类体育场用钢量的四倍，这是抗地震设计极不合理的方案，如将数万吨的钢结构产生的地震力传给砼看台，可以减少大量的钢材，在保持原建筑风貌不变的情况下，可使庞大笨重的钢结构减少钢材用量两万多吨。又如“深圳大运会体育场”，采用了单层折板网壳方案，也是采用了网壳与看台脱开的方案，由于大跨度单层网壳结构刚度太差，体系太柔，在风荷载作用下，远远超出规范的要求。经过我们设计师卓有成效的挑战，对国外网壳方案进行了增加“肩谷环”处理，使结构水平位移减少了近一倍。“新中央电视台”采用了双向倾斜、悬臂对接的结构形式，严重不规则、严重超限、大体量悬臂、巨大的自重使得结构特别不利于承受地震作用，是抗地震设计极不合理的方案，为满足抗震设计要求，耗钢达到12万多吨，创造了我国单体建筑工程用钢量之最。也创造了世界建筑工程用钢量的奇迹！

　　四、设计未充分考虑施工，给施工带来极大困难

　　一些设计人员出于经济利益，整天埋在办公室的图纸堆里，理论脱离实际，不深入现场，不了解施工。自己的设计方案能否施工？心中没底！严重者会给施工带来极大困难，总的造价大量增加。如×工程设计要求屋盖最后合拢的温度为14度±4度，但本工程合拢时正值盛夏，中午时钢材表面温度达到55度，为满足14度合拢要求，曾提出‘深挖井、添冰块、喷冰水’的区域降温的方案。

　　五、设计

　　过于保守或过于‘先进’，不恰当的任意提高设计标准或降低设计安全等级一些设计人员对复杂工程缺乏经验，心中无底，盲目追求高标准，造成设计过于保守，任意加大安全等级，对结构构件不分主次，重要性系数取值任意加大，杆件“应力比”取值太低；焊缝等级不分区别一律取一级全熔透焊缝；钢材等级不分使用条件和部位也一律取c级或d级；钢材强度级别不管是否必要随意采用高强度420Mpa、490Mpa钢材；在不了解“焊接残余应力”分布规律的情况下，错误的提出消除“焊接残余应力”。一些设计人员互相攀比，层层加马。由于上述原因往往造成结构构件过大，投资大量增加，这都是设计方案不合理造成的。花的是国家的钱，不是设计院的钱，工程投资加大反而会增加设计费，设计院得到好处反而不承担任何因工程浪费而造成的法律责任，这种设计体制不适应市场经济的状况必另外，也要特别注意的另外一种倾向是：在某些工程的招标过程中，为中标压价，承包方尽量减少钢材用量，致使构件安全系数太低，受压构件的长细比太大，沿海地区钢管壁厚太小，致使构件在安装过程中造成杆件弯曲，由于安装误差太大造成大量杆件超过设计应力，最后不得采取现场加固措施。

　　六、“设计规范”不能满足当前设计的需要

　　应立即修改随着我国钢结构应用的迅速发展，钢铁行业已研制开发出优质中厚钢板，目前可大量供应工程应用，并于2000年颁布了行业标准《YB4104-2000》，这种牌号的Q235GJ、Q345GJ优质厚钢板有着良好的综合性能，如低厚板效应、良好的延性和冲击韧性、焊接性能和抗撕裂性能，能满足抗震设计钢结构用厚板的各种需要，其性能已优于日本SN50钢、美国A572-50级钢。新的国标《GB/T19879-2005》新增加了390MPa、420MPa、460MPa三个强度级别，已在鸟巢、央视、国贸等重大工程中应用，当前的“钢结构设计规范”都一直未对上述钢材新标准变化做出积极的反应，也为提出任何修改补充条文。致使设计与钢材新产品间的矛盾日益突出，许多设计人员不敢采用新品种钢材，为此建议立即着手修订有关规范以满足设计急需。