平面整体设计方法基本原理

1、 平面整体设计方法基本原理本章共有三节：第一节 结构设计的一般过程及存在的问题第二节 结构设计的系统科学思路与标准化方法第三节 结构施工图平面整体设计方法基本原理现将第一节放于网上，以飨国庆长假仍然加班工作的读者。第一节 结构设计的一般过程及存在的问题一、结构设计的一般过程结构设计的主要工作内容包括三大部分，根据实施的时间顺序为：1、结构方案设计；2、结构分析；3、结构施工图设计。（一）结构方案设计结构方案设计是结构设计师最富创造性的工作，通过方案设计，结构师完成了结构从无到有的初步过程。结构方案与建筑方案都是各自专业创造的开端，但创造的性质有所不同。建筑方案属于原始创作，结构方案则属于在建筑

2、原创基础上的再创造。结构创作通常不可能独立于建筑创作而存在，两个专业在其创造性质上的区别决定了建筑师的“龙头”主导地位，同时在一定程度上限制了结构师的创造空间。但是，没有结构师的配合，楼房也不可能建造起来，这正是结构设计专业的重心所在。结构方案设计是结构师的高级劳动，优秀的结构方案既可以保证结构的可靠度并使结构受力合理和节约材料，又能够满足建筑功能、空间与造型要求。我国建筑设计院结构总工程师制已实施半个世纪之久，总工程师的主要职能之一是指导和优化选择结构方案。从某种程度上来讲，结构方案的水平代表了建筑设计院结构专业的水平或总工程师的水平。随着我国结构工程师执业注册制度的完善，民营勘察设计公司将

3、普遍覆盖设计市场，其执业的注册结构师的方案能力，将对公司的经营状况举足轻重。如此重要的结构方案设计，在我国采用传统的施工图设计方法时期，却仅占用了2%左右的工作时间，这种关于有效工作时间的不合理分配状况，随着结构师采用结构施工图平面整体设计方法后得到了根本改变。（二）关于结构分析结构方案形成后，结构设计进入分析阶段。结构分析是结构师的重要工作，需要严谨的工作素质、扎实的理论基础和丰富的经验，但其创造性含量低于结构方案设计。结构分析是在结构方案的基础上，尽量准确地将简化后的荷载作用到结构上，继而利用某种计算手段，求解结构的内力，为结构施工图设计创造条件。应该指出的是工程结构分析不存在精确解，而只

4、有控制解。工程结构分析有两个必须采取的重要步骤：1、统计荷载并以某种方式将荷载作用到结构之上；2、采用某种计算方式进行计算并得出结果。事实上，这两个重要步骤都不精确，实际上也无法做到精确。结构设计师最关心的事情是获得既定结构体系中的内力，只要明确了内力，就可以根据混凝土结构理论适当配筋，使构件强度大于荷载的作用效应，那么结构就是安全的了。由于两个重要步骤的实施都有误差，所以对于客观存在的精确的内力，我们只能尽可能地趋近与逼近它，却并不可能甚至永远不会得到它。发达国家的高层建筑已有百年历史，在其结构设计史上，最繁重的工作是结构的计算分析。计算机的出现，首先把工程师从极其繁重的计算工作中解放出来，

5、因此，他们对这一次解放感受最为深刻。我国大规模基本建设和大批高层建筑的出现始于20年前，当时计算机技术已进入成熟时期，伴随着我国高层建筑的起步，计算机分析程序随之在实际设计中发挥了作用。客观地来讲，我国的结构设计工程师还未亲身体验到结构分析计算这一极其繁重的劳动，就不知不觉地得到了“第一次解放”。或许因为如此，与发达国家的结构设计师相比，我国结构设计工程师对计算机分析程序的计算模型和计算假定导致的计算误差似乎缺少必要的警觉，对用手工计算和概念设计处理复杂的结构问题未给予足够重视。计算机的使用，把结构设计师从繁重的计算工作中解放出来。经不完全统计，使用计算机结构设计师用于结构分析上的工作时间仅占

6、全部工作时间的1520%。（三）结构施工图设计结构施工图设计的工作内容，是将结构方案设计和结构分析后的结果用图纸具体表达出来，形成结构设计的“物化”成果。该阶段的工作内容相对于结构方案设计与结构分析两阶段并无多少创新性，也就是说，结构施工图设计不属于结构设计的高级劳动。在发达国家的设计事务所内，基本是高级设计人员完成方案设计，中、高级设计人员完成结构分析，而结构施工图的绘制基本上由一般设计人员完成。在我国未推行结构施工图平面整体设计方法之前，结构方案设计仅占总设计耗时的2%左右，结构分析占1520%，形成物化成果的结构施工图设计约占总设计用时的80%。工作耗时与工作性质的重要程度反差过大，单从

7、表面现象即可发现存在不少问题。二、结构施工图传统设计方法存在的问题(一) 结构施工图设计的传统表示方法所谓结构设计的传统表示方法，在我国事实上至今尚未形成统一的模式。工程技术人员将以往习惯使用的设计表示方法统统称作传统方法。传统设计表示方法的来源，是在土木建筑专业结构工程制图课程中使用的教学表示方法。以混凝土结构为例，结构工程制图的教学表示方法指“单构件正投影表示法”，该方法的教学目的是直观地展示构件内部的钢筋形状，使初学者比较容易地学习、掌握混凝土构件内部钢筋的布置方式。土木建筑专业的学生将这种在课堂上进行专业训练的学习方法，在他们毕业之后，自然、习惯地从课堂照搬到设计生产实践中来。下面，我

8、们列举一下用传统方法设计结构施工图的具体步骤：第一步：设计绘制结构各层（含标准层）平面布置图，在结构平面布置图上进行构件编号并索引构件详图所在图号，或者进行整榀框架编号并索引框架详图所在图号。见图1-1-1；第二步：设计绘制构件详图，并注明被索引的结构平面布置图的图号，见图1-1-2。图1-1-1（占一整页）图1-1-2（占一整页）用传统方法设计结构平面布置图，通常要分别按结构标准层绘制。对于主体结构，结构标准层按构件种类划分为：柱结构标准层、剪力墙结构标准层、梁结构标准层三类。这三类构件的标准层往往并不统一，传统方法分标准层绘制结构平面布置图时，习惯上以梁结构标准层为准。用传统方法设计构件详

9、图，通常应包括两部分内容：第一部分：构件的正投影透视图。绘制时，一般在该图上用图示和加注方式注明：a、构件编号，b、正投影透视图的几何尺寸和标高，c、构件配筋值，d、钢筋锚固、连接等构造，e、构件截面剖切位置及编号，以及必要的说明等等；第二部分：构件的截面详图。绘制时，通常在其上用图示及文字注明：1、截面编号，2、截面高度、宽度及定位尺寸，3、截面配筋值，以及必要的注解等等。对于一项具体工程，构件的种类少则十几种，多则几十种、上百种，因此，构件详图的设计绘制工作量相当大，图纸量通常是结构平面布置图的数十倍。结构专业设计必须与建筑专业设计相配合，而且通常必须服从于建筑专业。建筑师完成建筑方案设计

10、之后，把“作业图”提供给结构设计师。根据建筑“作业图”，结构设计师开始进行结构方案设计、结构分析和施工图设计。在结构设计师进行实质工作的同时，建筑师开始进行建筑立面、平面等细部设计。在进行建筑细部设计时，建筑师往往会局部否定甚至较大幅度否定原来的设想，这对于建筑设计自身的升华自然无可厚非。但是，建筑师的自我否定往往相应否定了结构师的工作，由于结构施工图设计既烦琐又复杂，给结构师又加重了工作负担。由此可见，正是将结构施工图设计表示方法从专业教科书到实际设计工作的“照搬”，使结构设计表达繁琐，图纸数量巨大，设计效率低、质量难以控制，设计成本高。不仅设计烦琐，设计完成后的校对、审核两道工作也很烦琐。

11、（二）结构施工图传统设计方法存在的问题如前所述，结构施工图采用传统设计方法的直接后果是表达繁琐，图纸数量巨大，设计效率低、质量难以控制，设计成本高，校对、审核工作量大。但这些只是表面现象，如果对其进行改革，必须探究问题的普遍性与特殊性及其深层次的原因。1、传统方法将大量重复性内容与创造性内容混到一起在计划经济时期，建筑设计被错误的归属上层建筑领域，使学术界搞不懂它的基本属性。进入市场经济时期后，建筑设计的商品属性已凸显出来，成为社会共识。建筑设计有成本，有价值和使用价值，而且用于物质交换，具备了商品的普遍特征。但建筑设计又不同于普通商品，它不是批量生产，基本上是逐个进行单独设计。如果同一项设计

12、用于第二座甚至多座建筑，那么从第二座建筑开始，该设计已经失去“设计”身份而变为“套图”，其价值也相应减小。建筑设计的这一特殊属性给我们的提示为，建筑设计应以创造性设计内容为主，重复性设计内容为辅。结构设计是整个建筑设计的重要组成部分，其设计内容也应以创造性为主，重复性为辅，这应该是结构设计特殊商品的特殊属性。明确结构设计的特殊属性，问题变的明朗了。传统表示方法以平面布置图为中心，派生出多张构件详图表达构件的设计内容，中心图与派生图之间存在多种重复。例如在梁的平面布置图上已经注明了梁的跨度和顶面标高，但在梁的详图上还要重复标柱一次；再如每张梁的详图上都多次重复绘制了同样的节点构造和杆件构造，多次

13、重复标注了钢筋的连接、锚固、抗震箍筋加密区范围等。这些重复不仅大幅度降低了设计效率，而且，加大了出错概率。由于平面图与构件详图多路关联，当因为配合建筑调整或结构自身进行调整时，在紧张的设计工期下往往改动了平面图而漏掉了构件详图，或者改动了构件详图而漏掉了平面图。根据不完全统计，约有三分之二左右的“错漏碰缺”与表达内容的重复有关。此外，结构专业经常在工程项目设计中“拖后腿”，经常处于被动局面。2、传统结构设计方法使土建专业人员比例不合理在我国未推行平面整体设计方法以前，设计单位中结构与建筑学专业人员比例约为3:2，而发达国家约为1:7,相比多出十几倍。虽然如此，结构人员仍然经常超负荷工作，成为设

14、计单位中承担风险最高，工作最辛苦的专业。用计算机绘图也无法使结构专业摆脱困境，8年前平面整体设计方法尚未在全国推广，计算机CAD软件编制依据落后的传统方法，表达十分繁琐，计算机绘制的图纸比手工还多，成图率很低，甚至出现“工期越急不敢用，结构复杂用不成”和被动应付计算机绘图数量指标的奇怪现象。任何工程设计项目都要通过施工来建成，由于结构设计效率过低，自然用人过多，国家培养的大量土建人才纷纷涌入设计部门，使施工部门严重缺少土建技术人员的状况长期得不到缓解，导致全国范围施工队伍的平均技术水平偏低。3、传统设计难以保证校对与审核质量校对与审核是结构设计非常重要的两个环节，对确保设计质量起关键作用。但是

15、，由于传统设计表达过于烦琐，实际设计工作中又不可能给最后校对审核留多少时间，因而不存在保证校对与审核质量的条件，多年的经验竟然使“错漏碰缺难免”成为结构设计师无奈的自我开脱之词。但是，激烈的市场竞争要求确保设计质量，结构设计必须尽快摆脱被动局面。4、过于直观的传统设计为非专业人员从事建筑施工创造了条件由于传统设计图纸表达过于直观，客观上为根本没有经受结构专业训练的人员自以为“能看懂”图纸提供了方便，或许为这些人员敢于冒险承包施工起到误导作用。非专业人员能够看懂的仅仅是钢筋的形状，不可能了解钢筋布置的原理，更为严重的是混凝土结构的核心是保证混凝土与钢筋共同工作，非专业人员“看懂”了钢筋的形状，但

16、并不掌握混凝土的配料、搅拌、浇筑、震捣和养护技术，从而可能给结构留下许多隐患。5、对传统结构设计进行施工验收很不方便结构隐蔽工程的施工验收是确保施工质量的重要环节，当整个楼层的钢筋绑扎完工之后，质检人员开始进行验收。当验收时，先在结构平面图上找到某根梁的位置，然后翻找其配筋构造详图；完后移动一下位置，找到另一根梁的位置，再翻找其配筋构造详图；如此反复进行，直到最后一个构件验收完毕。质检人员普遍反映验收时反复翻看图纸，效率不高，图纸损坏很快，一项几十层的楼房要翻烂三、五套结构图纸。6、传统设计表达的信息离散，不宜归纳和形成整体观念施工工程师或工地技术人员，对建筑产品的物化质量责任重大。为圆满完成施工任务，需要尽可能提高施工项目的管理效率。提高管理效率的有效方法之一，就是对众多构件进行相似者归并管理。但由于传统设计以平面结