在不斷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐中,人們積累了大量有益的經(jīng)驗(yàn),并體現(xiàn) 在設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊、標(biāo)準(zhǔn)圖集等等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展,計(jì)算機(jī)及其結(jié)構(gòu)程序在結(jié)構(gòu)工程中得到大量地應(yīng)用,每個(gè)設(shè)計(jì)單位都在為徹底甩掉圖板而做努力。結(jié)果給部分結(jié)構(gòu)工程師造成一種錯覺,覺得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很簡單,只需遵循規(guī)范、手冊、圖集,等待建筑師給出一個(gè)空間形成的方案(非結(jié)構(gòu)的),使用計(jì)算機(jī),然后設(shè)法去完成它,自己只不過是一個(gè)東拼西湊的計(jì)算機(jī)畫圖匠而已。這不僅不能有效地運(yùn)用他們的知識、精力和時(shí)間,而且還會與建筑師的交流中產(chǎn)生分歧與矛盾。 

我國結(jié)構(gòu)計(jì)算理論經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)估算,容許應(yīng)力法,破損階段計(jì)算,極限狀態(tài)計(jì)算,到目前普遍采用的概率極限狀態(tài)理論等階段,F(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ68-84)則采用以概率理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,以使建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)得以符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法更科學(xué)、更合理。但該法在運(yùn)算過程中還帶有一定程度的近似,只能視作近似概率法。并且光憑極限狀態(tài)設(shè)計(jì)也很難估計(jì)建筑物的真正承載力的。事實(shí)上,建筑物是一個(gè)空間結(jié)構(gòu),各種構(gòu)件以相當(dāng)復(fù)雜的方式共同工作,且都并非是脫離總的結(jié)構(gòu)體系的單獨(dú)構(gòu)件。目前,人們在具體的空間結(jié)構(gòu)體系整體研究上還有一定的局限性,在設(shè)計(jì)過程中采用了許多假定與簡化。作為結(jié)構(gòu)工程師不應(yīng)盲目的照搬照抄規(guī)范,應(yīng)該把它作為一種指南、參考,并在實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目中作出正確的選擇。這就要求結(jié)構(gòu)工程師對整體結(jié)構(gòu)體系與各基本分體系之間的力學(xué)關(guān)系有透徹的認(rèn)識,把概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到實(shí)際工作中去。 

所謂的概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算,尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中,依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想,從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。運(yùn)用概念性近似估算方法,可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段迅速、有效地對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確,避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算,具有較好的的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí),也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。 

比如,有的設(shè)計(jì)人員用多、高層結(jié)構(gòu)三維空間分析程序來計(jì)算底層框架,還人為的布置一些抗震墻,即不能滿足樓層間的合理剛度比,也不能正確地反映底層框架在地震時(shí)受力狀態(tài)。問題在于結(jié)構(gòu)概念不明確,沒考慮這兩種結(jié)構(gòu)體系的差異。軟件的選擇和使用不當(dāng),造成危害是不容忽視的。美國一些著名學(xué)者和專家曾警告工業(yè)界:“誤用計(jì)算機(jī)造成結(jié)構(gòu)破壞而引起災(zāi)難只是一個(gè)時(shí)間的問題。”然而避免這種情況,概念設(shè)計(jì)的思想不妨是個(gè)好方法。 

運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想,也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路得到了拓寬。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力R,以至混凝土的等級越用越高,配筋量越來越大,造價(jià)越來越高。結(jié)構(gòu)工程師往往只注意到不超過最大配筋率,結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見。以抗震設(shè)計(jì)為例,一般是根據(jù)初定的尺寸、砼等級算出結(jié)構(gòu)的剛度,再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力,然后算配筋。但是大家知道,結(jié)構(gòu)剛度越大,地震作用效應(yīng)越大,配筋越多,剛度越大,地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋,增加了結(jié)構(gòu)的剛度,反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。其實(shí),為什么不考慮降低作用效應(yīng)S呢?目前在抗震設(shè)計(jì)中,隔震消能的研究就是一個(gè)很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)柔性隔震層;加設(shè)消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物頂部裝一個(gè)“反擺”,地震時(shí)它的位移方向與建筑物頂部的位移相反,從對建筑物的振動加大阻尼作用,降低加速度,減少建筑物的位移,來降低地震作用效應(yīng)。合理設(shè)計(jì)可降低地震作用效應(yīng)達(dá)60%,并提高屋內(nèi)物品的安全性。這一研究在國內(nèi)外正廣泛地深入展開。在日本,研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中,取得良好的經(jīng)濟(jì)、適用效果。而我國由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和人們認(rèn)識的限制,在工程界還未被廣泛地應(yīng)用。 

同時(shí),在目前建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定及加固中,概念設(shè)計(jì)的思想也應(yīng)得到延伸。在1976年唐山地震中,天津市加固的2萬間民房無一倒塌,但天津第二毛紡廠三層的框架廠房,卻因偏重于傳統(tǒng)構(gòu)部件的加固 ,忽視結(jié)構(gòu)總體抗震性能的判斷,造成不合理的加固使抗震薄弱層轉(zhuǎn)移,仍然倒塌。 

概念設(shè)計(jì)的思想被越來越多的結(jié)構(gòu)工程師所接受,并將在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來越大的作用。然而現(xiàn)在的高校教學(xué)中,往往只重視單獨(dú)構(gòu)件和孤立的分體系的力學(xué)概念講解。尤其在專業(yè)課教學(xué)中,單項(xiàng)計(jì)算練習(xí)居多,綜合練習(xí)偏少,并著重體現(xiàn)在考題中,使得相當(dāng)部分學(xué)生養(yǎng)成只知套用公式解題的習(xí)慣。而且近年來強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教育,比如,畢業(yè)設(shè)計(jì)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算、出圖。但由于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)過程的屏蔽,手算過程訓(xùn)練程度的削弱,造成學(xué)生產(chǎn)生一定依賴性,結(jié)果綜合運(yùn)用能力下降,整體結(jié)構(gòu)體系概念模糊。這些對于培養(yǎng)具有創(chuàng)造力、未來的工程師是相當(dāng)不利的。 

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。發(fā)展先進(jìn)計(jì)算理論,加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,加快新型高強(qiáng)、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用, 使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急。其中,打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的墨守成規(guī),充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力,是相當(dāng)必要的。因?yàn)樗麄兪墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動者和執(zhí)行者。這則需要工程界和教育界進(jìn)行共同的努力。推廣概念設(shè)計(jì)思想是一種有效的辦法。 

著名的美國工程院院士林同炎教授在《結(jié)構(gòu)概念和體系》一書中為結(jié)構(gòu)工程師提供了廣泛而又有獨(dú)特見解的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識和設(shè)計(jì)實(shí)例。該書著重介紹用整體概念來規(guī)劃結(jié)果總體方案的方法,以及結(jié)構(gòu)總體系和個(gè)分體系尖的相互力學(xué)關(guān)系和簡化近似設(shè)計(jì)方法。為結(jié)構(gòu)工程師和建筑師在設(shè)計(jì)中創(chuàng)造性地相互配合,設(shè)計(jì)出令人滿意的建筑奠定基礎(chǔ)。這本書第二版的出版,為我們更好的加深概念設(shè)計(jì)的理解,提供有益的幫助?傊拍钤O(shè)計(jì)必然會成為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流思想,這就讓我們來共同學(xué)習(xí)、發(fā)展它吧,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。