平面整體設(shè)計方法基本原理

1、 平面整體設(shè)計方法基本原理本章共有三節(jié)：第一節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般過程及存在的問題第二節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計的系統(tǒng)科學(xué)思路與標(biāo)準(zhǔn)化方法第三節(jié) 結(jié)構(gòu)施工圖平面整體設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計的一般過程及存在的問題一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般過程結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要工作內(nèi)容包括三大部分，根據(jù)實(shí)施的時間順序?yàn)椋?、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計；2、結(jié)構(gòu)分析；3、結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計。（一）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計結(jié)構(gòu)方案設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計師最富創(chuàng)造性的工作，通過方案設(shè)計，結(jié)構(gòu)師完成了結(jié)構(gòu)從無到有的初步過程。結(jié)構(gòu)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(zhì)有所不同。建筑方案屬于原始創(chuàng)作，結(jié)構(gòu)方案則屬于在建筑

2、原創(chuàng)基礎(chǔ)上的再創(chuàng)造。結(jié)構(gòu)創(chuàng)作通常不可能獨(dú)立于建筑創(chuàng)作而存在，兩個專業(yè)在其創(chuàng)造性質(zhì)上的區(qū)別決定了建筑師的“龍頭”主導(dǎo)地位，同時在一定程度上限制了結(jié)構(gòu)師的創(chuàng)造空間。但是，沒有結(jié)構(gòu)師的配合，樓房也不可能建造起來，這正是結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)的重心所在。結(jié)構(gòu)方案設(shè)計是結(jié)構(gòu)師的高級勞動，優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)方案既可以保證結(jié)構(gòu)的可靠度并使結(jié)構(gòu)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(shè)計院結(jié)構(gòu)總工程師制已實(shí)施半個世紀(jì)之久，總工程師的主要職能之一是指導(dǎo)和優(yōu)化選擇結(jié)構(gòu)方案。從某種程度上來講，結(jié)構(gòu)方案的水平代表了建筑設(shè)計院結(jié)構(gòu)專業(yè)的水平或總工程師的水平。隨著我國結(jié)構(gòu)工程師執(zhí)業(yè)注冊制度的完善，民營勘察設(shè)計公司將

3、普遍覆蓋設(shè)計市場，其執(zhí)業(yè)的注冊結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)方案設(shè)計，在我國采用傳統(tǒng)的施工圖設(shè)計方法時期，卻僅占用了2%左右的工作時間，這種關(guān)于有效工作時間的不合理分配狀況，隨著結(jié)構(gòu)師采用結(jié)構(gòu)施工圖平面整體設(shè)計方法后得到了根本改變。（二）關(guān)于結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)方案形成后，結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)入分析階段。結(jié)構(gòu)分析是結(jié)構(gòu)師的重要工作，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ魉刭|(zhì)、扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，但其創(chuàng)造性含量低于結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。結(jié)構(gòu)分析是在結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，盡量準(zhǔn)確地將簡化后的荷載作用到結(jié)構(gòu)上，繼而利用某種計算手段，求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，為結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計創(chuàng)造條件。應(yīng)該指出的是工程結(jié)構(gòu)分析不存在精確解，而只

4、有控制解。工程結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)之上；2、采用某種計算方式進(jìn)行計算并得出結(jié)果。事實(shí)上，這兩個重要步驟都不精確，實(shí)際上也無法做到精確。結(jié)構(gòu)設(shè)計師最關(guān)心的事情是獲得既定結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)理論適當(dāng)配筋，使構(gòu)件強(qiáng)度大于荷載的作用效應(yīng)，那么結(jié)構(gòu)就是安全的了。由于兩個重要步驟的實(shí)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(yuǎn)不會得到它。發(fā)達(dá)國家的高層建筑已有百年歷史，在其結(jié)構(gòu)設(shè)計史上，最繁重的工作是結(jié)構(gòu)的計算分析。計算機(jī)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(shè)和大批高層建筑的出現(xiàn)始于20年前，當(dāng)時計算機(jī)技術(shù)已進(jìn)入成熟時期，伴隨著我國高層建筑的起步，計算機(jī)分析程序隨之在實(shí)際設(shè)計中發(fā)揮了作用。客觀地來講，我國的結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師還未親身體驗(yàn)到結(jié)構(gòu)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”。或許因?yàn)槿绱?，與發(fā)達(dá)國家的結(jié)構(gòu)設(shè)計師相比，我國結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師對計算機(jī)分析程序的計算模型和計算假定導(dǎo)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(shè)計處理復(fù)雜的結(jié)構(gòu)問題未給予足夠重視。計算機(jī)的使用，把結(jié)構(gòu)設(shè)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(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計師用于結(jié)構(gòu)分析上的工作時間僅占

6、全部工作時間的1520%。（三）結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計的工作內(nèi)容，是將結(jié)構(gòu)方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析后的結(jié)果用圖紙具體表達(dá)出來，形成結(jié)構(gòu)設(shè)計的“物化”成果。該階段的工作內(nèi)容相對于結(jié)構(gòu)方案設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析兩階段并無多少創(chuàng)新性，也就是說，結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計不屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計的高級勞動。在發(fā)達(dá)國家的設(shè)計事務(wù)所內(nèi)，基本是高級設(shè)計人員完成方案設(shè)計，中、高級設(shè)計人員完成結(jié)構(gòu)分析，而結(jié)構(gòu)施工圖的繪制基本上由一般設(shè)計人員完成。在我國未推行結(jié)構(gòu)施工圖平面整體設(shè)計方法之前，結(jié)構(gòu)方案設(shè)計僅占總設(shè)計耗時的2%左右，結(jié)構(gòu)分析占1520%，形成物化成果的結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計約占總設(shè)計用時的80%。工作耗時與工作性質(zhì)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(jié)構(gòu)施工圖傳統(tǒng)設(shè)計方法存在的問題(一) 結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計的傳統(tǒng)表示方法所謂結(jié)構(gòu)設(shè)計的傳統(tǒng)表示方法，在我國事實(shí)上至今尚未形成統(tǒng)一的模式。工程技術(shù)人員將以往習(xí)慣使用的設(shè)計表示方法統(tǒng)統(tǒng)稱作傳統(tǒng)方法。傳統(tǒng)設(shè)計表示方法的來源，是在土木建筑專業(yè)結(jié)構(gòu)工程制圖課程中使用的教學(xué)表示方法。以混凝土結(jié)構(gòu)為例，結(jié)構(gòu)工程制圖的教學(xué)表示方法指“單構(gòu)件正投影表示法”，該方法的教學(xué)目的是直觀地展示構(gòu)件內(nèi)部的鋼筋形狀，使初學(xué)者比較容易地學(xué)習(xí)、掌握混凝土構(gòu)件內(nèi)部鋼筋的布置方式。土木建筑專業(yè)的學(xué)生將這種在課堂上進(jìn)行專業(yè)訓(xùn)練的學(xué)習(xí)方法，在他們畢業(yè)之后，自然、習(xí)慣地從課堂照搬到設(shè)計生產(chǎn)實(shí)踐中來。下面，我

8、們列舉一下用傳統(tǒng)方法設(shè)計結(jié)構(gòu)施工圖的具體步驟：第一步：設(shè)計繪制結(jié)構(gòu)各層（含標(biāo)準(zhǔn)層）平面布置圖，在結(jié)構(gòu)平面布置圖上進(jìn)行構(gòu)件編號并索引構(gòu)件詳圖所在圖號，或者進(jìn)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(shè)計繪制構(gòu)件詳圖，并注明被索引的結(jié)構(gòu)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(shè)計結(jié)構(gòu)平面布置圖，通常要分別按結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層繪制。對于主體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層按構(gòu)件種類劃分為：柱結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層、剪力墻結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層、梁結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層三類。這三類構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)層往往并不統(tǒng)一，傳統(tǒng)方法分標(biāo)準(zhǔn)層繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖時，習(xí)慣上以梁結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層為準(zhǔn)。用傳統(tǒng)方法設(shè)計構(gòu)件詳

9、圖，通常應(yīng)包括兩部分內(nèi)容：第一部分：構(gòu)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(gòu)件編號，b、正投影透視圖的幾何尺寸和標(biāo)高，c、構(gòu)件配筋值，d、鋼筋錨固、連接等構(gòu)造，e、構(gòu)件截面剖切位置及編號，以及必要的說明等等；第二部分：構(gòu)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(xiàng)具體工程，構(gòu)件的種類少則十幾種，多則幾十種、上百種，因此，構(gòu)件詳圖的設(shè)計繪制工作量相當(dāng)大，圖紙量通常是結(jié)構(gòu)平面布置圖的數(shù)十倍。結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計必須與建筑專業(yè)設(shè)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(shè)計

10、之后，把“作業(yè)圖”提供給結(jié)構(gòu)設(shè)計師。根據(jù)建筑“作業(yè)圖”，結(jié)構(gòu)設(shè)計師開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析和施工圖設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計師進(jìn)行實(shí)質(zhì)工作的同時，建筑師開始進(jìn)行建筑立面、平面等細(xì)部設(shè)計。在進(jìn)行建筑細(xì)部設(shè)計時，建筑師往往會局部否定甚至較大幅度否定原來的設(shè)想，這對于建筑設(shè)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(yīng)否定了結(jié)構(gòu)師的工作，由于結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計既煩瑣又復(fù)雜，給結(jié)構(gòu)師又加重了工作負(fù)擔(dān)。由此可見，正是將結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計表示方法從專業(yè)教科書到實(shí)際設(shè)計工作的“照搬”，使結(jié)構(gòu)設(shè)計表達(dá)繁瑣，圖紙數(shù)量巨大，設(shè)計效率低、質(zhì)量難以控制，設(shè)計成本高。不僅設(shè)計煩瑣，設(shè)計完成后的校對、審核兩道工作也很煩瑣。

11、（二）結(jié)構(gòu)施工圖傳統(tǒng)設(shè)計方法存在的問題如前所述，結(jié)構(gòu)施工圖采用傳統(tǒng)設(shè)計方法的直接后果是表達(dá)繁瑣，圖紙數(shù)量巨大，設(shè)計效率低、質(zhì)量難以控制，設(shè)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(jìn)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(fù)性內(nèi)容與創(chuàng)造性內(nèi)容混到一起在計劃經(jīng)濟(jì)時期，建筑設(shè)計被錯誤的歸屬上層建筑領(lǐng)域，使學(xué)術(shù)界搞不懂它的基本屬性。進(jìn)入市場經(jīng)濟(jì)時期后，建筑設(shè)計的商品屬性已凸顯出來，成為社會共識。建筑設(shè)計有成本，有價值和使用價值，而且用于物質(zhì)交換，具備了商品的普遍特征。但建筑設(shè)計又不同于普通商品，它不是批量生產(chǎn)，基本上是逐個進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計。如果同一項(xiàng)設(shè)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(shè)計已經(jīng)失去“設(shè)計”身份而變?yōu)椤疤讏D”，其價值也相應(yīng)減小。建筑設(shè)計的這一特殊屬性給我們的提示為，建筑設(shè)計應(yīng)以創(chuàng)造性設(shè)計內(nèi)容為主，重復(fù)性設(shè)計內(nèi)容為輔。結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個建筑設(shè)計的重要組成部分，其設(shè)計內(nèi)容也應(yīng)以創(chuàng)造性為主，重復(fù)性為輔，這應(yīng)該是結(jié)構(gòu)設(shè)計特殊商品的特殊屬性。明確結(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)件詳圖表達(dá)構(gòu)件的設(shè)計內(nèi)容，中心圖與派生圖之間存在多種重復(fù)。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(biāo)高，但在梁的詳圖上還要重復(fù)標(biāo)柱一次；再如每張梁的詳圖上都多次重復(fù)繪制了同樣的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和桿件構(gòu)造，多次

13、重復(fù)標(biāo)注了鋼筋的連接、錨固、抗震箍筋加密區(qū)范圍等。這些重復(fù)不僅大幅度降低了設(shè)計效率，而且，加大了出錯概率。由于平面圖與構(gòu)件詳圖多路關(guān)聯(lián)，當(dāng)因?yàn)榕浜辖ㄖ{(diào)整或結(jié)構(gòu)自身進(jìn)行調(diào)整時，在緊張的設(shè)計工期下往往改動了平面圖而漏掉了構(gòu)件詳圖，或者改動了構(gòu)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(dá)內(nèi)容的重復(fù)有關(guān)。此外，結(jié)構(gòu)專業(yè)經(jīng)常在工程項(xiàng)目設(shè)計中“拖后腿”，經(jīng)常處于被動局面。2、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計方法以前，設(shè)計單位中結(jié)構(gòu)與建筑學(xué)專業(yè)人員比例約為3:2，而發(fā)達(dá)國家約為1:7,相比多出十幾倍。雖然如此，結(jié)構(gòu)人員仍然經(jīng)常超負(fù)荷工作，成為設(shè)

14、計單位中承擔(dān)風(fēng)險最高，工作最辛苦的專業(yè)。用計算機(jī)繪圖也無法使結(jié)構(gòu)專業(yè)擺脫困境，8年前平面整體設(shè)計方法尚未在全國推廣，計算機(jī)CAD軟件編制依據(jù)落后的傳統(tǒng)方法，表達(dá)十分繁瑣，計算機(jī)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(jié)構(gòu)復(fù)雜用不成”和被動應(yīng)付計算機(jī)繪圖數(shù)量指標(biāo)的奇怪現(xiàn)象。任何工程設(shè)計項(xiàng)目都要通過施工來建成，由于結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計部門，使施工部門嚴(yán)重缺少土建技術(shù)人員的狀況長期得不到緩解，導(dǎo)致全國范圍施工隊(duì)伍的平均技術(shù)水平偏低。3、傳統(tǒng)設(shè)計難以保證校對與審核質(zhì)量校對與審核是結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要的兩個環(huán)節(jié)，對確保設(shè)計質(zhì)量起關(guān)鍵作用。但是

15、，由于傳統(tǒng)設(shè)計表達(dá)過于煩瑣，實(shí)際設(shè)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(zhì)量的條件，多年的經(jīng)驗(yàn)竟然使“錯漏碰缺難免”成為結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計質(zhì)量，結(jié)構(gòu)設(shè)計必須盡快擺脫被動局面。4、過于直觀的傳統(tǒng)設(shè)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(shè)計圖紙表達(dá)過于直觀，客觀上為根本沒有經(jīng)受結(jié)構(gòu)專業(yè)訓(xùn)練的人員自以為“能看懂”圖紙?zhí)峁┝朔奖悖蛟S為這些人員敢于冒險承包施工起到誤導(dǎo)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(yán)重的是混凝土結(jié)構(gòu)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(hù)技術(shù)，從而可能給結(jié)構(gòu)留下許多隱患。5、對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行施工驗(yàn)收很不方便結(jié)構(gòu)隱蔽工程的施工驗(yàn)收是確保施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，當(dāng)整個樓層的鋼筋綁扎完工之后，質(zhì)檢人員開始進(jìn)行驗(yàn)收。當(dāng)驗(yàn)收時，先在結(jié)構(gòu)平面圖上找到某根梁的位置，然后翻找其配筋構(gòu)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(gòu)造詳圖；如此反復(fù)進(jìn)行，直到最后一個構(gòu)件驗(yàn)收完畢。質(zhì)檢人員普遍反映驗(yàn)收時反復(fù)翻看圖紙，效率不高，圖紙損壞很快，一項(xiàng)幾十層的樓房要翻爛三、五套結(jié)構(gòu)圖紙。6、傳統(tǒng)設(shè)計表達(dá)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(shù)人員，對建筑產(chǎn)品的物化質(zhì)量責(zé)任重大。為圓滿完成施工任務(wù)，需要盡可能提高施工項(xiàng)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(gòu)件進(jìn)行相似者歸并管理。但由于傳統(tǒng)設(shè)計以平面結(jié)