平面整體設計方法基本原理

1、 平面整體設計方法基本原理本章共有三節(jié)：第一節(jié) 結構設計的一般過程及存在的問題第二節(jié) 結構設計的系統(tǒng)科學思路與標準化方法第三節(jié) 結構施工圖平面整體設計方法基本原理現(xiàn)將第一節(jié)放于網(wǎng)上，以饗國慶長假仍然加班工作的讀者。第一節(jié) 結構設計的一般過程及存在的問題一、結構設計的一般過程結構設計的主要工作內(nèi)容包括三大部分，根據(jù)實施的時間順序為：1、結構方案設計；2、結構分析；3、結構施工圖設計。（一）結構方案設計結構方案設計是結構設計師最富創(chuàng)造性的工作，通過方案設計，結構師完成了結構從無到有的初步過程。結構方案與建筑方案都是各自專業(yè)創(chuàng)造的開端，但創(chuàng)造的性質有所不同。建筑方案屬于原始創(chuàng)作，結構方案則屬于在建筑

2、原創(chuàng)基礎上的再創(chuàng)造。結構創(chuàng)作通常不可能獨立于建筑創(chuàng)作而存在，兩個專業(yè)在其創(chuàng)造性質上的區(qū)別決定了建筑師的“龍頭”主導地位，同時在一定程度上限制了結構師的創(chuàng)造空間。但是，沒有結構師的配合，樓房也不可能建造起來，這正是結構設計專業(yè)的重心所在。結構方案設計是結構師的高級勞動，優(yōu)秀的結構方案既可以保證結構的可靠度并使結構受力合理和節(jié)約材料，又能夠滿足建筑功能、空間與造型要求。我國建筑設計院結構總工程師制已實施半個世紀之久，總工程師的主要職能之一是指導和優(yōu)化選擇結構方案。從某種程度上來講，結構方案的水平代表了建筑設計院結構專業(yè)的水平或總工程師的水平。隨著我國結構工程師執(zhí)業(yè)注冊制度的完善，民營勘察設計公司將

3、普遍覆蓋設計市場，其執(zhí)業(yè)的注冊結構師的方案能力，將對公司的經(jīng)營狀況舉足輕重。如此重要的結構方案設計，在我國采用傳統(tǒng)的施工圖設計方法時期，卻僅占用了2%左右的工作時間，這種關于有效工作時間的不合理分配狀況，隨著結構師采用結構施工圖平面整體設計方法后得到了根本改變。（二）關于結構分析結構方案形成后，結構設計進入分析階段。結構分析是結構師的重要工作，需要嚴謹?shù)墓ぷ魉刭|、扎實的理論基礎和豐富的經(jīng)驗，但其創(chuàng)造性含量低于結構方案設計。結構分析是在結構方案的基礎上，盡量準確地將簡化后的荷載作用到結構上，繼而利用某種計算手段，求解結構的內(nèi)力，為結構施工圖設計創(chuàng)造條件。應該指出的是工程結構分析不存在精確解，而只

4、有控制解。工程結構分析有兩個必須采取的重要步驟：1、統(tǒng)計荷載并以某種方式將荷載作用到結構之上；2、采用某種計算方式進行計算并得出結果。事實上，這兩個重要步驟都不精確，實際上也無法做到精確。結構設計師最關心的事情是獲得既定結構體系中的內(nèi)力，只要明確了內(nèi)力，就可以根據(jù)混凝土結構理論適當配筋，使構件強度大于荷載的作用效應，那么結構就是安全的了。由于兩個重要步驟的實施都有誤差，所以對于客觀存在的精確的內(nèi)力，我們只能盡可能地趨近與逼近它，卻并不可能甚至永遠不會得到它。發(fā)達國家的高層建筑已有百年歷史，在其結構設計史上，最繁重的工作是結構的計算分析。計算機的出現(xiàn)，首先把工程師從極其繁重的計算工作中解放出來，

5、因此，他們對這一次解放感受最為深刻。我國大規(guī)?；窘ㄔO和大批高層建筑的出現(xiàn)始于20年前，當時計算機技術已進入成熟時期，伴隨著我國高層建筑的起步，計算機分析程序隨之在實際設計中發(fā)揮了作用?？陀^地來講，我國的結構設計工程師還未親身體驗到結構分析計算這一極其繁重的勞動，就不知不覺地得到了“第一次解放”?；蛟S因為如此，與發(fā)達國家的結構設計師相比，我國結構設計工程師對計算機分析程序的計算模型和計算假定導致的計算誤差似乎缺少必要的警覺，對用手工計算和概念設計處理復雜的結構問題未給予足夠重視。計算機的使用，把結構設計師從繁重的計算工作中解放出來。經(jīng)不完全統(tǒng)計，使用計算機結構設計師用于結構分析上的工作時間僅占

6、全部工作時間的1520%。（三）結構施工圖設計結構施工圖設計的工作內(nèi)容，是將結構方案設計和結構分析后的結果用圖紙具體表達出來，形成結構設計的“物化”成果。該階段的工作內(nèi)容相對于結構方案設計與結構分析兩階段并無多少創(chuàng)新性，也就是說，結構施工圖設計不屬于結構設計的高級勞動。在發(fā)達國家的設計事務所內(nèi)，基本是高級設計人員完成方案設計，中、高級設計人員完成結構分析，而結構施工圖的繪制基本上由一般設計人員完成。在我國未推行結構施工圖平面整體設計方法之前，結構方案設計僅占總設計耗時的2%左右，結構分析占1520%，形成物化成果的結構施工圖設計約占總設計用時的80%。工作耗時與工作性質的重要程度反差過大，單從

7、表面現(xiàn)象即可發(fā)現(xiàn)存在不少問題。二、結構施工圖傳統(tǒng)設計方法存在的問題(一) 結構施工圖設計的傳統(tǒng)表示方法所謂結構設計的傳統(tǒng)表示方法，在我國事實上至今尚未形成統(tǒng)一的模式。工程技術人員將以往習慣使用的設計表示方法統(tǒng)統(tǒng)稱作傳統(tǒng)方法。傳統(tǒng)設計表示方法的來源，是在土木建筑專業(yè)結構工程制圖課程中使用的教學表示方法。以混凝土結構為例，結構工程制圖的教學表示方法指“單構件正投影表示法”，該方法的教學目的是直觀地展示構件內(nèi)部的鋼筋形狀，使初學者比較容易地學習、掌握混凝土構件內(nèi)部鋼筋的布置方式。土木建筑專業(yè)的學生將這種在課堂上進行專業(yè)訓練的學習方法，在他們畢業(yè)之后，自然、習慣地從課堂照搬到設計生產(chǎn)實踐中來。下面，我

8、們列舉一下用傳統(tǒng)方法設計結構施工圖的具體步驟：第一步：設計繪制結構各層（含標準層）平面布置圖，在結構平面布置圖上進行構件編號并索引構件詳圖所在圖號，或者進行整榀框架編號并索引框架詳圖所在圖號。見圖1-1-1；第二步：設計繪制構件詳圖，并注明被索引的結構平面布置圖的圖號，見圖1-1-2。圖1-1-1（占一整頁）圖1-1-2（占一整頁）用傳統(tǒng)方法設計結構平面布置圖，通常要分別按結構標準層繪制。對于主體結構，結構標準層按構件種類劃分為：柱結構標準層、剪力墻結構標準層、梁結構標準層三類。這三類構件的標準層往往并不統(tǒng)一，傳統(tǒng)方法分標準層繪制結構平面布置圖時，習慣上以梁結構標準層為準。用傳統(tǒng)方法設計構件詳

9、圖，通常應包括兩部分內(nèi)容：第一部分：構件的正投影透視圖。繪制時，一般在該圖上用圖示和加注方式注明：a、構件編號，b、正投影透視圖的幾何尺寸和標高，c、構件配筋值，d、鋼筋錨固、連接等構造，e、構件截面剖切位置及編號，以及必要的說明等等；第二部分：構件的截面詳圖。繪制時，通常在其上用圖示及文字注明：1、截面編號，2、截面高度、寬度及定位尺寸，3、截面配筋值，以及必要的注解等等。對于一項具體工程，構件的種類少則十幾種，多則幾十種、上百種，因此，構件詳圖的設計繪制工作量相當大，圖紙量通常是結構平面布置圖的數(shù)十倍。結構專業(yè)設計必須與建筑專業(yè)設計相配合，而且通常必須服從于建筑專業(yè)。建筑師完成建筑方案設計

10、之后，把“作業(yè)圖”提供給結構設計師。根據(jù)建筑“作業(yè)圖”，結構設計師開始進行結構方案設計、結構分析和施工圖設計。在結構設計師進行實質工作的同時，建筑師開始進行建筑立面、平面等細部設計。在進行建筑細部設計時，建筑師往往會局部否定甚至較大幅度否定原來的設想，這對于建筑設計自身的升華自然無可厚非。但是，建筑師的自我否定往往相應否定了結構師的工作，由于結構施工圖設計既煩瑣又復雜，給結構師又加重了工作負擔。由此可見，正是將結構施工圖設計表示方法從專業(yè)教科書到實際設計工作的“照搬”，使結構設計表達繁瑣，圖紙數(shù)量巨大，設計效率低、質量難以控制，設計成本高。不僅設計煩瑣，設計完成后的校對、審核兩道工作也很煩瑣。

11、（二）結構施工圖傳統(tǒng)設計方法存在的問題如前所述，結構施工圖采用傳統(tǒng)設計方法的直接后果是表達繁瑣，圖紙數(shù)量巨大，設計效率低、質量難以控制，設計成本高，校對、審核工作量大。但這些只是表面現(xiàn)象，如果對其進行改革，必須探究問題的普遍性與特殊性及其深層次的原因。1、傳統(tǒng)方法將大量重復性內(nèi)容與創(chuàng)造性內(nèi)容混到一起在計劃經(jīng)濟時期，建筑設計被錯誤的歸屬上層建筑領域，使學術界搞不懂它的基本屬性。進入市場經(jīng)濟時期后，建筑設計的商品屬性已凸顯出來，成為社會共識。建筑設計有成本，有價值和使用價值，而且用于物質交換，具備了商品的普遍特征。但建筑設計又不同于普通商品，它不是批量生產(chǎn)，基本上是逐個進行單獨設計。如果同一項設計

12、用于第二座甚至多座建筑，那么從第二座建筑開始，該設計已經(jīng)失去“設計”身份而變?yōu)椤疤讏D”，其價值也相應減小。建筑設計的這一特殊屬性給我們的提示為，建筑設計應以創(chuàng)造性設計內(nèi)容為主，重復性設計內(nèi)容為輔。結構設計是整個建筑設計的重要組成部分，其設計內(nèi)容也應以創(chuàng)造性為主，重復性為輔，這應該是結構設計特殊商品的特殊屬性。明確結構設計的特殊屬性，問題變的明朗了。傳統(tǒng)表示方法以平面布置圖為中心，派生出多張構件詳圖表達構件的設計內(nèi)容，中心圖與派生圖之間存在多種重復。例如在梁的平面布置圖上已經(jīng)注明了梁的跨度和頂面標高，但在梁的詳圖上還要重復標柱一次；再如每張梁的詳圖上都多次重復繪制了同樣的節(jié)點構造和桿件構造，多次

13、重復標注了鋼筋的連接、錨固、抗震箍筋加密區(qū)范圍等。這些重復不僅大幅度降低了設計效率，而且，加大了出錯概率。由于平面圖與構件詳圖多路關聯(lián)，當因為配合建筑調(diào)整或結構自身進行調(diào)整時，在緊張的設計工期下往往改動了平面圖而漏掉了構件詳圖，或者改動了構件詳圖而漏掉了平面圖。根據(jù)不完全統(tǒng)計，約有三分之二左右的“錯漏碰缺”與表達內(nèi)容的重復有關。此外，結構專業(yè)經(jīng)常在工程項目設計中“拖后腿”，經(jīng)常處于被動局面。2、傳統(tǒng)結構設計方法使土建專業(yè)人員比例不合理在我國未推行平面整體設計方法以前，設計單位中結構與建筑學專業(yè)人員比例約為3:2，而發(fā)達國家約為1:7,相比多出十幾倍。雖然如此，結構人員仍然經(jīng)常超負荷工作，成為設

14、計單位中承擔風險最高，工作最辛苦的專業(yè)。用計算機繪圖也無法使結構專業(yè)擺脫困境，8年前平面整體設計方法尚未在全國推廣，計算機CAD軟件編制依據(jù)落后的傳統(tǒng)方法，表達十分繁瑣，計算機繪制的圖紙比手工還多，成圖率很低，甚至出現(xiàn)“工期越急不敢用，結構復雜用不成”和被動應付計算機繪圖數(shù)量指標的奇怪現(xiàn)象。任何工程設計項目都要通過施工來建成，由于結構設計效率過低，自然用人過多，國家培養(yǎng)的大量土建人才紛紛涌入設計部門，使施工部門嚴重缺少土建技術人員的狀況長期得不到緩解，導致全國范圍施工隊伍的平均技術水平偏低。3、傳統(tǒng)設計難以保證校對與審核質量校對與審核是結構設計非常重要的兩個環(huán)節(jié)，對確保設計質量起關鍵作用。但是

15、，由于傳統(tǒng)設計表達過于煩瑣，實際設計工作中又不可能給最后校對審核留多少時間，因而不存在保證校對與審核質量的條件，多年的經(jīng)驗竟然使“錯漏碰缺難免”成為結構設計師無奈的自我開脫之詞。但是，激烈的市場競爭要求確保設計質量，結構設計必須盡快擺脫被動局面。4、過于直觀的傳統(tǒng)設計為非專業(yè)人員從事建筑施工創(chuàng)造了條件由于傳統(tǒng)設計圖紙表達過于直觀，客觀上為根本沒有經(jīng)受結構專業(yè)訓練的人員自以為“能看懂”圖紙?zhí)峁┝朔奖?，或許為這些人員敢于冒險承包施工起到誤導作用。非專業(yè)人員能夠看懂的僅僅是鋼筋的形狀，不可能了解鋼筋布置的原理，更為嚴重的是混凝土結構的核心是保證混凝土與鋼筋共同工作，非專業(yè)人員“看懂”了鋼筋的形狀，但

16、并不掌握混凝土的配料、攪拌、澆筑、震搗和養(yǎng)護技術，從而可能給結構留下許多隱患。5、對傳統(tǒng)結構設計進行施工驗收很不方便結構隱蔽工程的施工驗收是確保施工質量的重要環(huán)節(jié)，當整個樓層的鋼筋綁扎完工之后，質檢人員開始進行驗收。當驗收時，先在結構平面圖上找到某根梁的位置，然后翻找其配筋構造詳圖；完后移動一下位置，找到另一根梁的位置，再翻找其配筋構造詳圖；如此反復進行，直到最后一個構件驗收完畢。質檢人員普遍反映驗收時反復翻看圖紙，效率不高，圖紙損壞很快，一項幾十層的樓房要翻爛三、五套結構圖紙。6、傳統(tǒng)設計表達的信息離散，不宜歸納和形成整體觀念施工工程師或工地技術人員，對建筑產(chǎn)品的物化質量責任重大。為圓滿完成施工任務，需要盡可能提高施工項目的管理效率。提高管理效率的有效方法之一，就是對眾多構件進行相似者歸并管理。但由于傳統(tǒng)設計以平面結