工程結(jié)構(gòu)設(shè)計各個階段存在的問題及建議探討,結(jié)構(gòu)工程論文

工程結(jié)構(gòu)設(shè)計各個階段存在的問題及建議探討,結(jié)構(gòu)工程論文內(nèi)容摘要：本文首先對工程構(gòu)造設(shè)計各個階段存在的問題進行了分析,進而引入構(gòu)造的概念設(shè)計,以期在構(gòu)造設(shè)計方案初選階段中得到更優(yōu)的方案。提出了一套愈加完善的工程構(gòu)造設(shè)計方案的評價體系,并對構(gòu)造設(shè)計的實用創(chuàng)新和審查制度進行分析及提出一些建議。本文關(guān)鍵詞語：工程構(gòu)造設(shè)計;概念設(shè)計;實用創(chuàng)新;評價體系;OnthePerfectionandImprovementofEngineeringStructureDesignSystemZhangZhengWuQiongchaoShaanxiInstituteofTechnologyAbstract：Inthispaper,theproblemsineachstageofengineeringstructuredesignareanalyzed,andthentheconceptualdesignofthestructureisintroducedinordertoobtainabetterschemeintheprimarystageofthestructuraldesignscheme.Asetofmoreperfectevaluationsystemofengineeringstructuredesignschemeisputforward,andthepracticalinnovationandexaminationsystemofstructuredesignareanalyzedandsomesuggestionsareputforward.Keyword：Engineeringstructuredesign;Conceptualdesign;Practicalinnovation;Evaluationsystem;1引言工程構(gòu)造設(shè)計體系非常重要,不僅會直接決定施工成效,還將影響施工和企業(yè)的經(jīng)濟效益。工程構(gòu)造設(shè)計包括方案設(shè)計階段、初步設(shè)計階段和施工圖設(shè)計階段。在方案設(shè)計階段,引入概念設(shè)計,將構(gòu)造的頻率和振型作為工程構(gòu)造設(shè)計的概念設(shè)計指標(biāo),進而選擇出性能愈加優(yōu)越的構(gòu)造設(shè)計方案。在初步設(shè)計階段和施工圖設(shè)計階段,進一步優(yōu)化設(shè)計布置和保證設(shè)計質(zhì)量。本文針對工程構(gòu)造設(shè)計不同階段的現(xiàn)在狀況及存在的問題進行了分析,并提出了相應(yīng)的意見和建議,以期為完善和改良工程構(gòu)造設(shè)計體系提供一些參考和根據(jù)。2工程構(gòu)造設(shè)計中存在的問題2.1方案設(shè)計階段在方案設(shè)計階段,設(shè)計人員通常只注重單一評價指標(biāo),而忽略其他評價指標(biāo)的影響。例如,以工程造價作為不同方案的比選標(biāo)準(zhǔn),這將降低構(gòu)造的質(zhì)量要求和增大其造成的生態(tài)毀壞影響。節(jié)約經(jīng)濟原則雖然是工程構(gòu)造設(shè)計的基本原則,但并非首要原則。一味壓縮工程成本,使工程構(gòu)造設(shè)計知足最低質(zhì)量要求,成為了工程構(gòu)造設(shè)計中一種亂象。這樣設(shè)計出的構(gòu)造僅僅知足基本的使用功能,且后期的養(yǎng)護修復(fù)費用較大,潛在的安全隱患較大,在碰到突發(fā)事件或自然災(zāi)禍情況時,沒有足夠的安全儲備,造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。如重慶綦江彩虹橋事件,在橋梁設(shè)計初期即以工程造價來確定橋梁方案,使得整個橋梁的經(jīng)濟成本被壓縮。由于工程造價的限制,施工階段出現(xiàn)了相應(yīng)的偷工減料行為,進而引發(fā)了重大事故。數(shù)十名過橋者經(jīng)過彩虹橋時,橋梁忽然整體垮塌,過橋者隨大橋墜入橋下,導(dǎo)致了人員傷亡,同時引起了極大的社會影響,這次事故共造成18名武警戰(zhàn)士和22名群眾的死亡,造成了慘痛的教訓(xùn)。因而,在方案設(shè)計階段確定出正確合理的方案,是整體工程構(gòu)造設(shè)計體系的前提。2.2初步設(shè)計階段在初步設(shè)計階段,設(shè)計人員需要完成工程構(gòu)造的主要設(shè)計布置,是之后詳細(xì)施工圖設(shè)計和工程施工的重要基礎(chǔ)。當(dāng)下設(shè)計人員為了縮短設(shè)計周期,經(jīng)常采用套圖設(shè)計,直接套用之前類似設(shè)計中的部分設(shè)計圖,而未進行適用性分析,這必然使得整個設(shè)計存在缺陷。在工程構(gòu)造建成之后,再對其進行設(shè)計加固,將大大增加了經(jīng)濟成本。如天津開發(fā)區(qū)泰達大街京山橋,在初步設(shè)計階段沒有能進行嚴(yán)密的設(shè)計,橋墩采用獨柱墩進行設(shè)計,使得京山橋的安全穩(wěn)定性遭到影響。在京山橋?qū)崿F(xiàn)通車之后,發(fā)現(xiàn)了設(shè)計缺陷,進行了雙柱加固處理,不僅增加了工程經(jīng)濟成本,同時對當(dāng)?shù)亟煌ㄔ斐闪擞绊?更對人們對橋梁的安全性產(chǎn)生了質(zhì)疑,造成了社會不良影響。2.3施工圖設(shè)計階段施工圖設(shè)計階段是整個工程構(gòu)造設(shè)計的最后質(zhì)量關(guān)卡,包括構(gòu)造設(shè)計的安全驗算、關(guān)鍵部位的構(gòu)造設(shè)計布置等。在施工圖設(shè)計階段,設(shè)計人員需要對設(shè)計圖中的每個部位進行嚴(yán)格驗算,并查驗其設(shè)計能否遵循相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),而當(dāng)前還存在因設(shè)計人員疏忽大意,或心存僥幸心理,使得整個設(shè)計中存在部分不合規(guī)范要求的薄弱環(huán)節(jié)。一旦薄弱環(huán)節(jié)遭到毀壞,會引發(fā)相鄰構(gòu)造部位的毀壞,進而導(dǎo)致整個構(gòu)造發(fā)生毀壞。如哈爾濱陽明灘大橋事故,在施工圖設(shè)計階段中蓋梁設(shè)計存在局部承壓和抗剪能力的問題,在一般荷載情況下,蓋梁不會發(fā)生受力毀壞。但在事故當(dāng)天,幾輛大型運送石灰的貨車排列行駛在大橋上,構(gòu)成單側(cè)連續(xù)荷載,造成蓋梁發(fā)生壓剪毀壞,進而引發(fā)橋墩傾覆,造成3人死亡,5人受傷。3工程構(gòu)造設(shè)計體系的完善與改良3.1引入概念設(shè)計在構(gòu)造設(shè)計的方案比選階段,引入構(gòu)造的概念設(shè)計思想。由于方案設(shè)計階段不牽涉荷載分析,因而從構(gòu)造的整體剛度分布和局部剛度分布情況出發(fā),在生態(tài)影響、經(jīng)濟成本、施工難度等方面相近情況下,優(yōu)選選擇構(gòu)造剛度性能優(yōu)越的工程構(gòu)造設(shè)計方案。頻率作為構(gòu)造整體剛度的表征指標(biāo),可通過構(gòu)造頻率的大小來衡量構(gòu)造的整體剛度性能。以底部固接的桁架構(gòu)造為例,在保證桿件數(shù)量一定的前提下,改變桿件的受力位置,可實現(xiàn)改變桁架構(gòu)造的頻率,即桁架構(gòu)造的整體剛度分布。由比照可知,在桿件數(shù)量一樣即經(jīng)濟成本一樣時,采用斜桿均勻布置的底部固接桁架基本頻率更高層次,其抗側(cè)向變形能力更強,也表示清楚其具有較好的抗震性能。振型作為構(gòu)造相對剛度的指標(biāo),是構(gòu)造的固有屬性,構(gòu)造的振型特征將表如今構(gòu)造任意荷載作用下的受力變形中。振型的特點是在沒有受力荷載,僅知道構(gòu)造的質(zhì)量和剛度情況下,即可計算出構(gòu)造振型。通常情況下,框架構(gòu)造在地震作用下表現(xiàn)為典型的扭轉(zhuǎn)毀壞,原因在于其構(gòu)造振型存在扭轉(zhuǎn)振型?？蚣軜?gòu)造模型的第三階振型一般為扭轉(zhuǎn)振型,振型特征與框架構(gòu)造的毀壞特征相一致。工程構(gòu)造都具有拉壓振型、彎曲振型等優(yōu)良振型,將保證構(gòu)造具有良好的變形性能。因而,利用振型的優(yōu)劣即可對工程構(gòu)造的變形性能進行初步地評價。綜上,針對構(gòu)造的方案設(shè)計階段,引入概念設(shè)計,將構(gòu)造的頻率和振型作為工程構(gòu)造設(shè)計的概念設(shè)計指標(biāo),進而選擇出性能愈加優(yōu)越的構(gòu)造設(shè)計方案。3.2完善構(gòu)造設(shè)計方案的評價體系針對當(dāng)下的方案評價體系中注重單項指標(biāo)的現(xiàn)在狀況,應(yīng)試圖建立完善的評價體系,進而選擇出愈加合適實際情況的構(gòu)造設(shè)計方案。本文嘗試采用構(gòu)建數(shù)學(xué)模型來實現(xiàn)量化評價構(gòu)造設(shè)計方案。工程構(gòu)造設(shè)計不能以單一指標(biāo)作為評價指標(biāo),需要綜合考慮構(gòu)造的各項指標(biāo),包括生態(tài)指標(biāo)、經(jīng)濟指標(biāo)、美觀指標(biāo)等。這就表示清楚,構(gòu)造設(shè)計體系合理評價的前提在于目的函數(shù)確實定。利用專家打分制確定各個指標(biāo)的量化,根據(jù)層次分析法確定最終的目的函數(shù),進而得到愈加科學(xué)合理的評價體系。在確定目的函數(shù)之后,需要進一步確定構(gòu)造設(shè)計評價數(shù)學(xué)模型中的約束條件,質(zhì)量安全作為工程構(gòu)造設(shè)計的第一準(zhǔn)則和底線,須作為整個構(gòu)造設(shè)計中的硬性約束條件。由此構(gòu)建出了構(gòu)造設(shè)計方案評價體系的數(shù)學(xué)模型。以斜桿支撐的框架構(gòu)造為例,以構(gòu)造的受力性能和經(jīng)濟成本為評價指標(biāo),通過改變斜支撐的位置來改變構(gòu)造的整體抗側(cè)能力,進而影響構(gòu)造的水平抗震性能;通過控制斜支撐的數(shù)量,進而影響整個構(gòu)造的經(jīng)濟成本。由此,以構(gòu)造的質(zhì)量知足規(guī)范要求最為數(shù)學(xué)模型的約束條件,通過求解數(shù)學(xué)模型,即可確定斜支撐的數(shù)量和位置,選擇出最優(yōu)的構(gòu)造設(shè)計方案。綜上,根據(jù)科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型,構(gòu)建了一套愈加完善的工程構(gòu)造設(shè)計方案的評價體系,進而確定出愈加合理的構(gòu)造設(shè)計方案。3.3注重構(gòu)造設(shè)計的實用創(chuàng)新工程構(gòu)造設(shè)計創(chuàng)新是一種實用創(chuàng)新,是以更好地為人們生活服務(wù)為第一準(zhǔn)則的,而不能是盲目地創(chuàng)新。為了所謂的政績和虛名,浪費人力和物力,是毫無實際意義的。中國如今還遠(yuǎn)未到達懸索橋最大跨徑的極限,不能為了創(chuàng)造紀(jì)錄而不考慮經(jīng)濟因素。在武漢長江大橋上游和白沙洲大橋之間建立的楊泗港大橋,與相鄰的武漢一橋的跨度極不協(xié)調(diào)。為了追求大跨徑,楊泗港大橋采用一跨過江,設(shè)置為1700m的懸索橋,僅僅為了追求跨度創(chuàng)新,大大增加了經(jīng)濟成本。若將其設(shè)置為2600m的三塔斜拉橋讓上下行船只分孔通航,就會更經(jīng)濟合理,也更美觀。工程構(gòu)造設(shè)計作為實用性極強的行業(yè),其目的是為了設(shè)計出知足人們需求的構(gòu)造,而不是為了所謂的虛名,浪費人們的物力和財力,工程構(gòu)造設(shè)計的實用性創(chuàng)新將是將來構(gòu)造設(shè)計創(chuàng)新的主流方向。設(shè)計人員不能由于最近國內(nèi)經(jīng)濟的迅速發(fā)展而使得創(chuàng)新方形進入誤區(qū),需將創(chuàng)新更多地投入到工程構(gòu)造實踐中。3.4嚴(yán)謹(jǐn)工程構(gòu)造設(shè)計的審查制度工程構(gòu)造設(shè)計的審查是保證工程構(gòu)造設(shè)計合理和質(zhì)量安全的最后環(huán)節(jié),也是最為重要的環(huán)節(jié)。在初步設(shè)計階段和施工圖設(shè)計階段,設(shè)計人員難免會存在疏忽,造成工程質(zhì)量存在隱患。審查制度的完善和嚴(yán)謹(jǐn)并不意味著增設(shè)更多的審查門檻,設(shè)置太多的審查門檻將會導(dǎo)致設(shè)計進度的滯后,同時對構(gòu)造設(shè)計的安全保證并沒有顯著的提高,且增加了更多的人力和物力成本。怎樣把控構(gòu)造設(shè)計的重要節(jié)點才是審查制度的重點,對關(guān)鍵節(jié)點增設(shè)專門的復(fù)查制度,并設(shè)置互相獨立的渠道根據(jù)相應(yīng)規(guī)范進行驗收,進而把控整個構(gòu)造設(shè)計體系的安全性。因而,嚴(yán)謹(jǐn)工程構(gòu)造設(shè)計的審查制度是工程構(gòu)造設(shè)計體系完善中不可缺失的重要環(huán)節(jié)。隨著工程構(gòu)造設(shè)計的不斷發(fā)展,審查制度亦將隨著構(gòu)造設(shè)計的發(fā)展而不斷完善,進而進一步保證工程構(gòu)造設(shè)計體系的合理性和安全性。4結(jié)論工程構(gòu)造設(shè)計體系的完善和改良是推動工程構(gòu)造行業(yè)發(fā)展的強大動力,其重要性日益增加。本文在構(gòu)造設(shè)計各個階段進行了具體分析,針對當(dāng)下的問題和缺乏,引入構(gòu)造的概念設(shè)計,以彌補構(gòu)造設(shè)計初選階段的缺乏,期望在根本源頭上解決構(gòu)造設(shè)計存在的一