王修信-专业知识和综合能力

职业结构工程师业务指南Content1工程结构发展简史

个人项目 机构注册结构工程师继续教育培训班

2015••

主讲人：王修信（博士，东南大学土木工程学

院教授，博士生导师，研究生院副院长， 中国建筑学会抗震理论专业委员会委员）•（国家一级注册结构工程师，江苏省市政 工程抗震审查专家组专家）••••••王修信通讯地址：南京市四牌楼2号东南大学土木工程学院邮政编码：210096电邮163.com手机南京）

版权所有•未经作者同意，不得拷贝、印刷、网络上载等 传播。3专业知识和综合能力第三章专业知识和综合能力•热爱专业•终身学习•深入实践•第3章为专业知识和综合能力，主要对结构工程师执业所需的专业知识和综合能力进行论述，为结构工程师在职业生涯中的知识和能力提升提供参考。•结构设计，用较少的材料来支撑所给定的荷载或封闭给定的空间，或无需用更多的材料即可制造一个具有较大刚度或强度的实体结构的特性与它的规模大小有关。•结构规模变大后的各种的性能都会发生变化，且都不以相同的比率改变。•科技与美共同实现人类某些最基本的物质及精神需求•••••••工程材料工程施工工程技术经济设计理论与方法绿色设计信息技术个人知识管理

3.1专业知识3.1专业知识

3.1.1工程材

料•我国古代以石、木、砖、瓦为工程材料•现代采用水泥、钢、铝、玻璃等多种材料•主要工程材料和三大发展方向 混凝土→高强、高性能材料发展钢材砌体木材→高强、高性能材料发展→轻质、节能的新型砌块转变→材质均匀、强度高的胶合材料发展本书只涉及基础分类与常规性能描述砼化学反应过程等级—现行规范将混凝土分为C15~C80共14个等级。配合比—应经过试配及试验确定。混凝土•••

混凝土结构施工宜采用预拌混凝土。应满足：强度、耐久性、工作性要求应根据：（级配目标的关键因素）结构形式、运输方式、距离、泵送高度、浇筑方式、振捣方式、工程所处环境条件等确定。••••••现有的高性能混凝土：有高强混凝土泵送混凝土抗渗混凝土大体积混凝土等。上海环球金融中心最高采用C60的混凝土，广州西塔最高采用C90的混凝土，上海中心最高采用C70的自密实和高流态高强混凝土。混凝

土钢筋：强度高，延性好常用钢筋：热轧光圆低碳钢筋：HPB300级

热轧普通钢筋：HRB335级，延性较好的HPB300E、HRB400E、HRB500E、HPBF300E、称为“带E钢筋”细晶粒热轧带肋钢筋：HRBF335目前主要推广应用HRB500、HRB400级冷轧带肋钢筋：CRB550级常用于现浇混凝土楼板的配筋,CRB650级及以上冷轧钢筋适于作预应力筋。钢材钢绞线分类：抗拉强度等级：标准值为1860MPa，另有1720、1770、1960、2000、2100MPa的强度等级钢丝数量：2丝钢绞线、3丝钢绞线、7丝钢绞线及19丝钢绞线表面形态：光面钢绞线、刻痕钢绞线、模拔钢绞线、镀锌钢绞线、涂环氧树脂钢绞线等钢材钢材二大常用分类：普通碳素结构钢：较高强度、良好塑性、韧性和可焊性普通低合金高强度结构钢：更好的综合性能和强度型钢热轧型钢：热轧钢厚板、各种薄壁型钢辅材焊丝、焊剂、普通螺栓、高强螺栓、锚栓、铆钉等例如：自攻螺丝也是一种辅材钢材烧结粘土砖还会破坏耕地，影响环保。常见砌块材料：毛石或块石蒸压灰砂砖蒸压粉煤灰砖蒸压加气混凝土砌块混凝土小型空心砌块烧结型页岩空心砌块砌筑砂浆一般比较关注：强度、和易性。提倡使用预拌（干混）砂浆。砌体材料Harrfordcity体育馆••••••91m*110m空间网架，倒放4角锥+中间层杆件上弦杆中部斜杆支撑边部上弦杆未考虑平面外稳定计算长度影响1974年建成，5年后坍塌杆件逐步失稳，引起整体失稳且上弦杆形式为4个角钢拼接木材的分类按取材树种分为2类：针叶木和阔叶木（或硬木）按加工方式分为3类：原木、锯材、胶合材（胶合材是以木材 为原料通过施压胶合制成的俄中矩形截面和板材的总称）木材的构造宏观构造：从纵向、径向和切向三个切面进行剖析树皮、木质部、髓心、年轮和脊线微观构造：木材的细胞，而针叶木与阔叶木有较大区别木材木材与钢材、混凝土等在力学性能比较：强度重量比高显著的变异性和不均匀性各向异性（性能取决于木纹的方向）性能受含水率影响强度显著地受到荷载持续时间的影响变形明显的随时间增长。木材3.1.2工程施工•工程施工内容非常广泛，以房屋类建筑的施工为例包括：土方与基坑支护工程地基处理与桩基础工程钢筋混凝土工程（模板、钢筋、混凝土）钢结构工程及砌筑工程等施工技术主要介绍以上各类分部的施工方法，重点是设计与施工中共同关注的施工技术基础工程一般分为4个部分1.土方工程•土方开挖：机械开挖，人工修整•土方回填：碾压法，夯实法，振动法•*山地经常会遇到土方平衡问题，节省土方运输费•基坑排水降水：集水坑排水法，井点降水法（轻型井点，深井点）基础工程2.基坑支护：•方法：土钉墙，排桩，地下连续墙，水泥土墙•目的：利用支护结构保护坑周边土体稳定，保护坑内施工的安全，保护坑外邻近的道路、建筑物和地下设施的安全；阻止地下水渗入坑内，使坑内保持干燥，让坑内挖土、基础和地下室的施工能够顺利进行。•逆作法施工技术基础工程3.•••••••地基处理：采取一定措施的天然地基目的：排水、固结常用方法：换土垫层法强夯法排水堆载预压法砂石桩挤密法水泥土搅拌桩加固法基础

工程4.桩基础•按竖向受力情况：端承型桩和摩擦型桩•按施工方法不同：预制桩和灌注桩•按成型时挤土效应：挤土桩、部分挤土桩、非挤土桩。（往往预制桩是挤土桩，灌注桩是非挤土桩）基础工程性；3.经济价格•预制桩预制桩按材料不同混凝土预制 桩 钢桩沉桩方式

木桩锤击法振动法静压法

基础

工程4.桩基础•灌注桩：

沉管灌注桩，挖孔灌注桩，爆扩孔灌注桩 钻（冲、磨）孔灌注桩： 其选择是根据 1.岩、土地质情况；2.施工机械与工艺可能4.桩基础•桩基施工质量检测项目的4个方面：桩的平面位置、垂直度、标高；桩长及桩端持力层；桩身质量完整性及混凝土强度；单桩承载力•常用的检测方法有：采用超声波检测法、小应变或大应变动测法判定桩身 混凝土质量完整性，大应变动测法还可以估测单桩 极限承载力；采用静载法确定单桩极限承载力；采用钻芯法检查大直径灌注桩混凝土质量和桩底持力层。新的检测技术不断涌现基础工程上海中心大厦基础工程的施工工艺概括如下：深厚砂层钻孔灌注桩成孔施工技术采用正反循环结合钻孔工艺，上部黏土层（30m以上深度）正循环成孔，下部砂土层泵吸反循环成孔。桩端后注浆施工技术采用注浆量、注浆压力双控原则，桩身均匀设置3根注浆管，与超声波检测管共用，2用1备。超深地下连续墙施工技术包括抓铣结合技术和套铣接头技术。超大超深基坑工程施工技术包括中部区域主楼顺作法圆环形无支撑基坑施工技术和周边区域裙房逆作法基坑分区对称施工技术。基础工程模板是在混凝土施工中用以使混凝土成型的构造设施。•模板体系分：水平模板体系和竖向模板体系。由模板、支撑及配件三部分组成•目前有有三大系列：组合式模板工具式模板永久式各类压型钢板、塑料模壳（免拆）模板。•模板工程应编制专项施工方案并附计算书•模板拆除时，可按先支先拆、后支后拆，先拆非承重模板、后拆承重模板。底模及支架应在混凝土强度达到设计要求后再拆除。模板工程•钢筋混凝土工程包括钢筋工程和混凝土工程。•钢筋工程包括：下料、加工及安装，以手工操作为主，是目前工厂化程度和施工效率较低的环节。D28以上的钢筋在采用各类机械接头后，工厂化预制率较高•混凝土工程：混凝土宜采用搅拌运输车运输。在商品砼规定下，多采用此方法。混凝土的浇筑，应预先制定施工方案，由远而近，连续作业，

振捣密实，避免出现施工冷缝、蜂窝麻面等质量问题。混凝土早期塑性收缩和干燥收缩较大，应采取养护措施补充 水分或降低失水速率，防止混凝土产生裂缝。常见的养 护方法有：浇水（或覆盖麻袋、草帘洒水）自然养护、 蒸汽养护（多见于混凝土预制构件厂）和特种养护（如 涂刷养护剂、覆盖保护膜或抽真空等）。钢筋混凝土工程•混凝土工程：•施工后浇带的位置在设计时应在施工图中明确。分为沉降后浇带和收缩后浇带。后浇带的接缝形式有平接式、企口式和台阶式。•大体积混凝土常采用斜面分层浇注法主要温控措施有：控制水泥的水化热，控制搅拌用水的温度， 控制混凝土入模温度等，低温入模可有效降低温度应力。必 要时可铺设内部管道通入循环冷却水。•预应力混凝土构件按施加预应力的方式：先张法、后张法按预应力钢筋与混凝土之间的作用：有粘结与无粘结预应力混凝土。优点是：能有效利用高强度钢丝和高等级混凝土的优良性能； 能有效提高构件的抗裂性、刚度和耐久性；能减小构件截面， 减轻自重，节约材料。先张法适用于在混凝土预制构件厂生 产中小型预应力构件，后张法适用于大跨度、大柱网、大型 的现浇混凝土结构。钢筋混凝土工程•钢结构工程包括钢结构制作和安装。•施工单位对设计文件的工艺性审查：加工工艺、加工余量、公差配合、构件运输和吊装等工程经济因素•绘制加工详细图，节点设计：确定连接板规格，焊接尺寸， 安装用连接板，吊耳，混凝土浇筑孔，排气或排水孔、大跨 构件的预起拱、运输与吊装的分段分节。*节点设计应由设计单位完成，具体放样可由施工深化完成。•钢结构安装应选择合适的起重机械和吊装方法应在构件出厂前进行预拼装（例：方钢管空间结构），采用实体预拼装和计算机辅助模拟预拼装法。钢结构安装、校正时，应分析温度、日照和焊接变形等因素对 结构变形的影响；应进行施工验算，保证结构的整体稳定和 局部稳定。（例：施工胎架与拆撑）*【实例】某超高层建筑钢结构安装钢结构工程•“四节一环保”节材、节水、节能、节地和环境保护•地基与主体结构施工工程中绿色施工技术措施：（1）优化基坑施工方案；分类处理垃圾，动态管控污染。（2）推广循环使用模板及脚手架体系。（3）推广使用高强钢筋，优化钢结构制作、安装，减少施工措施用材量等。（4）推广使用预拌混凝土和预拌（干混）砂浆，使用高性能混凝土；采用中水搅拌，养护绿色施工&3.1.5绿色设计绿色施工•绿色设计（生态设计、环境设计或环境意识设计）考虑产品环境属性（可拆卸性，可回收性、可维护性和可重复利用性等）。•满足环境目标，产品功能、使用寿命、质量等要求。•对象：结构体系方案、结构布置方案和构件方案•衡量指标：碳排放及其他环境指标、绿色材料用量、绿色设计方法和技术的运用等。3.1.5绿色设计•评价方法：生命周期评价。从原材料的获取、能源和材料的生产、产品制造和使用、到产品生命末期的处理以及最终处置。•碳排放包括：隐含碳，运营碳，生命末期碳排放*结构碳排放在运营碳中所占比例相对减少。•不同国家或机构对于隐含碳的统计范围定义不同。3.1.5绿色设计【办公建筑基于隐含碳的结构体系选型】西安某商业中心区域超高层办公楼，地下3层，地上45层，结构总高度为186.3m，标准层建筑面积1998.01m2。采用两种结构方案对比高层建筑两种典型结构形式的环境成本与经济成本。方案一采用框架-核心筒结构体系，外围框架柱采用型钢混凝土柱，第16、32层设伸臂桁架作为加强层，伸臂桁架构件采用箱型截面钢结构B1200×500×35×35；方案二不设置伸臂桁架，采用密柱框架-筒体（框筒）结构，筒体外围布置了间距4m的钢筋混凝土柱。两方案的各项结构指标均满足规范要求。3.1.5绿色设计方案一设备层结构平面布置图方案二设备层结构平面布置图

3.1.5绿色设

计【办公建筑基于隐含碳的结构体系选型】结构方案隐含碳对比（单位t）结构方案经济性对比（单位万元）由此可见其经济性主要在与是否设置伸臂桁架，本书不讨论设置伸臂桁架的技术必要性，仅展示结构体系、经济成本与绿色设计的关系

3.1.5绿色设

计【办公建筑基于隐含碳的结构体系选型】结构体系

钢结构框架-剪力墙混凝土结构 剪力墙结构砌体结构框架结构

二、砌体结构砌体结构是指用烧结普通粘土砖、烧结多孔粘土砖、混凝土小型空心砌块、粉煤灰砌块等承重块材，通过砂浆砌筑而成的结构体系。砖砌房屋砖混房屋取材容易、造价低廉、耐久性和耐火性比较好、保温性好、施工方便 抗拉弯和抗震性能较差、粘土砖 的制造既损坏农田又污染环境、 结构自重较大、施工效率低优点缺点2.砌体结构震害实例及分析

2.1结构平面布置不规则产生的震害

极震区某住宅楼平面布置凹凸不平，存在局部缩进，在地震力作用下刚度较差部位出现局部倒塌，破坏严重。红白镇卫生院转角处局部破坏严 重2.2墙体承载力不足引起的震害纵墙砂浆强度不足，在地震作用下 沿砌缝产生45度斜裂缝

某砖混结构招待所在地震力作用下在砖砌墙体上出现X形裂缝。在墙面料刷层剥 落后可以看到内部压碎破坏2.3未设置或不合理设置圈梁和构造柱造成的破坏 圈梁和构造柱是砖混结构中提高结构整体性和延性性能 的重要构件，地震时限制了裂缝的发展。结构未设置构造柱而发生内部结 构整体垮塌，破坏严重结构未设置圈梁，震后在一片 区域出现连续性倒塌震害三、钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构

框架结构剪力墙结构

框架-剪力墙结构 屈服机制（a）总体机制；（b）楼层机制框架结构框架结构，是指由梁和柱以刚接或铰接相连接而构成承重体系的结构。刚施工完的多层框架结构结构空间大、自重轻且结构的整体性较好、施工工期短、结构平面布置较灵活， 可以满足一些大空间场所的需要 结构抗侧力小、强震下结构水平位移易 过大而破坏、钢材和水泥的用量大、节 点易发生应力集中优点缺点

2.框架结构震害案例及分析2.1框架柱刚度不足，地震作用下结构因“强梁弱柱”而破坏极震区某框架结构柱节点附近未配箍筋， 震后呈柱铰机制屈服地震中强梁弱柱造成破坏情况框架结构在柱头发生大侧移，钢 筋屈服，混凝土剥落绵竹市汉旺镇某建筑，框架结构，底层柱头配有较多的箍筋，阻止了斜裂缝的 开展，混凝土压溃，主筋压弯2.3框架结构建筑不规则布置导致的破坏框架结构拐角处角柱承受双向地震作用， 扭转效应对内力影响较大且受力复杂， 在地震作用下角柱跨中箍筋不足，钢筋 压屈，混凝土压溃

阿尔及利亚地震中，底层因使用空间的要求填充墙明显少于上部楼层，底层框架柱在大轴压比的地震作用下发生压屈破坏2.6单跨框架和框架结构形成“短柱”剪切破坏汶川地震中，框架柱的由于填充墙的作用形成短柱，在 地震作用下发生剪切破坏绵竹市汉旺镇某建筑，框架结构， 窗间填充墙部分倒塌，框架柱形 成短柱，剪切破坏

剪力墙结构

剪力墙结构，是指由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。剪力墙结构效果图剪力墙结构结构刚度高、强度大、连接可靠、结构整体性和抗侧能力好、适用于高层建筑 钢材和混凝土的用量大、成本高、 施工受气候影响大优点缺点2.剪力墙结构震害案例及分析2.1结构底层剪力墙连梁破坏地震中，跨高比很小的剪力墙连梁剪切破坏2.2剪力墙破坏剪力墙墙肢弯曲破坏导致墙体水平裂缝，混凝土局部压酥框架-剪力墙结构框架-剪力墙结构，是指由剪力墙和框架共同承受竖向和水平作用的结构框架-剪力墙结构空间布置灵活、侧向刚度大、抗震性能较好 钢材和混凝土用量大、成本高、 结构室内布置易受梁柱外凸的影 响优点缺点2.框架-剪力墙结构震害案例及分析2.1框架-剪力墙结构剪力墙部分的破坏都江堰市公安局大楼，十一层框架－剪力墙结构，剪力墙连梁跨高 比小，剪切破坏,剪力墙连梁“X”形裂缝,其他结构构件基本完好

都江堰市岷江国际大厦，十八层框架－剪力墙结构，建于2008年.剪力墙底部混凝土压碎，主筋压屈。在复杂应力作用下，个别剪力墙混凝土酥碎剥落2.2框架-剪力墙结构框架部分的破坏2.3框架-剪力墙结构填充墙部分的破坏绵阳框架-剪力墙结构科技馆，震后在弧形填充墙上出现裂缝2.4框架-剪力墙结构楼梯的破坏

四、钢结构钢结构，是指以建筑钢材为主要材料建成的结构深圳地王大厦纽约帝国大厦轻质高强、韧性和延性好、施工工期短、制作和施工机械化程度高、材料可回收再利用、材质均匀符合力学计算假定、结构具有 较好的抗震能力。 成本较高、钢材用量大、施工专业化程度要 求高、耐腐蚀性差、维护成本高、钢结构的 耐火性差、低温和厚板情况易发生脆裂优点缺点2.钢结构震害案例及分析2.1钢结构的节点因地震作用脱开日本阪神大地震中钢结构的焊接节点因地震作用而发生脱开破坏2.2钢结构支撑构件因地震作用而破坏北川县某钢结构厂房的柱间支撑因地震作用而发生 屈曲破坏映秀镇某钢结构厂房的柱间支撑因地震作用而发生屈曲破坏五、结构选型总结

结构体系选型，实际上是属于抗震概念设计的范畴，通过以宏观概念为指导，选择合理的方案和结构体系，达到合理抗震目的如选用整体性较好的基础，立体结构具有合理的地震作用的传递途径、合理的刚度及强度分布等△=内力或位移11q0H4

120EIθ=q0H3

8EI

2

V=q0H/2 高度（层数）

水平地震产生的内力和侧移 随高度H增加幅度基底剪力V、基底弯矩M、顶部转角θ、顶部侧移Δµ¥Î»Ãæ»ý³É±¾(£¤/m*m)510152020010001800160014001200»800 µ¥ÎÃæ»ýµØ¼ÛD600 µ¥ÎÃæ»ý½á¹¹·ÑÓÃC400»µ¥ÎÃæ»ý×ܳɱ¾E»

²ãÊý单位地价取6000元/m2的 曲线变化图•广泛应用的工程材料：水泥：采用采用粉煤灰（源于工业废料）和高炉矿渣等骨料，减少混凝土中水泥的含量，从而增加混凝土的可持续性。钢材：高再利用率，废钢再生产后性能的变化不大。工程材料•选择材料的注意点•评估其生命周期资源消耗量•采用生产、施工、使用和拆除过程中资源和能耗最小、污染程度低•可集约化生产•距离施工现场较近的工厂生产的工程材料•采用再循环材料•使用以废弃物为原材料生产的工程材料 宜选用速生木材制作的高强复合材料。新材料（如新型水泥）的开发和旧材料的再利用可能会减小环境负担•对废弃材料分类处理

工程材料•结构方案应选择资源消耗小，环境影响小的结构体系•改扩建工程宜保留对原建筑的结构构件，进行加固•建筑材料的消耗•生产中CO₂的排放混凝土结构>钢结构>小砌块砌体类结构由于钢筋生产过程中排放的CO₂量是同等重量墙材的20倍， 水泥生产过程中排放的CO₂量是同等重量墙材的9倍。因 此钢材用量与水泥用量较多的混凝土结构排放的CO₂量 较多;钢结构次之;小砌块砌体类结构的CO₂排放量指标最好。抗震设防烈度的提高对建筑的CO₂排放量的影响不是很大。但对混凝土类结构的影响可达到20%左右。结构体系引用国家住宅与居住环境工程技术研究中心设计建造研究时的考虑因素与计算方法，分析得到各类结构体系的平均CO₂排放量数据见下表。结构体系结构CO2排放，环境影响，再简

现浇砼利用刚

要概述

结构体 系全生命周期中： 砌体结构

根据结构的实现使用年限和功能采用不同的设计措施•设计优化包括 结构体系优化， 结构布置优化： 结构布置优化是先从概念设计入手，使结构的平面布置尽量规则、对称，里面和竖向规则，侧向刚度均匀，传力路径合理。 结构构件优化 结构构件的材料使用量最少（例：钢结构构件的截面选取，普通工字钢与宽翼工字钢） 实现经济和环境效益（例中国绿色三星，美国LED认证）绿色

设计措施绿色建筑评价标准GB/T50378-2006•3.2.2•绿色建筑应满足本标准中住宅建筑或公共建筑中所有控制项的要求，并按满足一般项数和优选项数的程度，划分为三个等级。•表3.2.2-1划分绿色建筑等级的项数要求(住宅建筑)绿色建筑评价标准GB/T50378-2006•表3.2.2-2划分绿色建筑等级的项数要求(公共建筑)绿色建筑评价 标准GB/T 50378-2006••••••••••••••••住宅建筑4.4节材与材料资源利用控制项4.4.1建筑材料中有害物质含量符合现行国家标准GB18580~GB18588和《建筑材料放射性核素限量》GB6566的要求。·4.4.2建筑造型要素简约，无大量装饰性构件。一般项4.4.3施工现场500km以内生产的建筑材料重量占建筑材料总重量的70%以上。4.4.4现浇混凝土采用预拌混凝土。4.4.5建筑结构材料合理采用高性能混凝土、高强度钢。4.4.6将建筑施工、旧建筑拆除和场地清理时产生的固体废弃物分类处理，并将其中可再利用材料、可再循环材料回收和再利用。4.4.7在建筑设计选材时考虑使用材料的可再循环使用性能。在保证安全和不污染环境的情况下，可再循环材料使用重量占所用建筑材料总重量的10%以上。4.4.8土建与装修工程一体化设计施工，不破坏和拆除已有的建筑构件及设施。4.4.9在保证性能的前提下，使用以废弃物为原料生产的建筑材料，其用量占同类建筑材料的比例不低于30%。优选项4.4.10采用资源消耗和环境影响小的建筑结构体系。4.4.11可再利用建筑材料的使用率大于5%。绿色建筑评价 标准GB/T 50378-2006••••••••••••••公共建筑5.4节材与材料资源利用控制项5.4.1建筑材料中有害物质含量符合现行国家标准GB18580~GB18588和《建筑材料放射性核素限量》GB6566的要求。·5.4.2建筑造型要素简约，无大量装饰性构件。一般项5.4.3施工现场500knn以内生产的建筑材料重量占建筑材料总重量的60%以上。5.4.4现浇混凝土采用预拌棍凝土。5.4.5建筑结构材料合理采用高性能混凝土、高强度钢。5.4.6将建筑施工、旧建筑拆除和场地清理时产生的固体废弃物分类处理并将其中可再利用材料、可再循环材料回收和再利用。5.4.7在建筑设计选材时考虑材料的可循环使用性能。在保证安全和不污染环境的情况下，可再循环材料使用重量占所用建筑材料总重量的10%以上。.5.4.8土建与装修工程一体化设计施工，不破坏和拆除已有的建筑构件及设施，避免重复装修。5.4.9办公、商场类建筑室内采用灵活隔断，减少重新装修时的材料浪费和垃圾产生。5.4.10在保证性能的前提下，使用以废弃物为原料生产的建筑材料，其用量占同类建筑材料的比例不低于30%。绿色建筑评价 标准GB/T 50378-2006••••••公共建筑5.4节材与材料资源利用优选项5.4.11采用资源消耗和环境影响小的建筑结构体系。5.4.12可再利用建筑材料的使用率大于5%。5.6.4建筑施工兼顾土方平衡和施工道路等设施在运营过程中的使用。绿色建筑评估体系绿色建筑评估体系国内绿色建筑评估体系的发展从左到右依次是：•中国生态住宅技术评估手册•绿色奥运建筑评估体系•北京市地方标准《绿色建筑评价标准》•绿色建筑评价标准GB/T50378-2006世界各国绿色建筑评估体系 比较）世界各国绿色建筑评估体系比较3.1.3工程技术经济•工程造价是工程项目按照确定的建设内容、建设规模、建设标准、功能要求和使用要求等全部建成并验收合格交付使用所需的的全部费用•表征：结构工程费用在工程造价中占较大的比例。•四个阶段：工程项目策划和决策阶段工程项目实施阶段工程项目竣工验收阶段后期运营阶段•职业结构工程师一般较多需要参与前3个阶段3.1.3工程技术经济•工程项目策划和决策阶段—投资估算，计算准确率允许误差一般为10%•工程项目实施阶段—包括工程设计概算和工程施工图预算。工程设计概算的允许误差一般为5~8%；施工图预算是施工图设计预算的简称，允许误差一般为3~5%。•工程竣工决算，指所有建设项目竣工后，建设单位按照国家有关规定在新建、改建和扩建工程建设项目竣工验收阶段编制的竣工决算报告。不再考虑偏差度。•材料预算价格组成：材料原价、供销部门手续费、包装费、运杂费、采购及保管费•一般计算公式：材料预算价格=（材料原价+供销部门手续费+包装费+运杂费+运输损耗费）×(1+采购与保管费率）－包装材料回收价值•综合计算式：材料预算价格=[(材料原价+运杂费)×(1+运输损耗费)]×(1+采购及保管费率)•常用建筑结构材料种类原材类，工厂制品类，结构辅材。材料价格影响分析•常用建筑结构材料种类：

1.原材类：粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰、外加剂、 矿粉； 2.工厂制品类：包括钢筋及型钢、钢绞线（预应力钢筋 及锚具）、模板、钢构件、钢制品、结构辅材等； 3.结构辅材：此类材料一般价值低，但在结构施工中不 可缺少，主要是铁钉、电焊条、橡胶止水带、防水材料、 钢扣件、钢螺纹套管等。•主要结构材料价格影响因素：

材料原价、供销部门手续费、包装费、运杂费、采购及保管费组成。材料价格影响分析•工程设计概算提供一个衡量建筑行业工作的经济效果的尺度。作用的四个层次：1)预算定额是建筑行业计划编制的基础2)定额是测量施工方案合理性的依据，是确定产品成本的关键3)定额是组织和管理施工的有效工具4)定额是总结先进生产方法的手段工程设计概算可分建设项目总概算、单项工程综合概算、单 位工程概算和专业工程概算，其组成内容的图示见下页

材料价格影响分析机械设备及安装 工程概算电气设备及安装 工程概算热力设备及安装 工程概算工具、器具及生产家具购置费用 概算建设项目总概算工程建设费工程建设其他费工程预备费固定资主要工程项目综合概算辅助和服务性工程项目综合概算室外工程项目综合概算基本预备费涨价预备费产投资方向调节税建设期贷款利息生产或经营性项目铺底流动资金单位建筑工程概算单位设备及安装工程概算

土建、装饰 工程概算给排水、采暖工 程概算 通风、空调 工程概算 电气、照明 工程概算弱电工程概算 特殊构筑物 工程概算

分部分项 工程费工程措施费 用 规费 税金3.1.4设计理论与方法•我国工程结构设计计算方法有容许应力设计法、破坏阶段设计法、极限状态设计法。•目前的设计方法是概率极限状态设计法。•极限状态设计法的设计计算准则是：对于我们所规定的极限状态，荷载引起的结构的最大内力不应大于可能的结构•特点：•明确规定了设计极限状态，而且采用几个系数来代替单一安全系数。•对不同载荷、不同材料采用不同的系数•我国七十年代的规范中实质上已是半概率设计计算法承载力。其表达式是S(nQk,)R(m,kfk,ak,)3.1.4设计理论与方法•概率极限状态设计法是在极限状态设计法的基础上引入失效概率的设计方法。•计计算准则是：对于我们所规定的极限状态,载荷引起的效应的失效概率不应大于我们所规定的限值。•为了应用上的简便，常以可靠指标ß来代替失效概率。3.1.4设计理论与方法•与极限状态设计计算法均采用多系数的设计表达式，在形式上很相近。但二者实质上是不同的。主要差异是：新法中的各个分项系数是共同表达结构可靠度的系数，而前一方法中的各个计算系数是分别考虑载荷、材料强度等因素变异性的经验系数。•新的结构设计方法，基于性能的结构设计方法，结构生命周期（LifeCycle）设计方法•基于性能的结构设计方法首先根据结构的用途、业主和使用者的特殊 要求，采用投资-效益准则，明确建筑结构的目标性能（可以是高出 规范要求的“个性”化目标性能；其次，根据以上目标性能，采用适当的结构体系、建筑材料和设计方法等（而不仅仅限于规范规定的方法）进行结构设计。•对设计出的建筑结构进行性能评估，则明确给出设计结构的实际性能水平•结构生命周期（LifeCycle）设计方法考虑各阶段结构状态的变化，以生命周期的经济成本或环境成本为控制指标对工程结构进行优化。•考虑了在施工阶段、运营阶段、拆除阶段、材料参数、荷载作用和剩余使用年限的时变性。信息技术发展•信息技术是对信息进行采集、加工、存储、传递、分析和应用的技术的统称。•计算机和网络系统已成为现代工程实践中不可缺少的信息交流手段。•信息管理的发展阶段学、图书馆学、信息技术发展•从数据、走向计算机、直至网络时代的三大递进•1）本原功能。•对工程结构，该功能应用于财务管理系统、项目设计系统，工程量计算软件，以及电子邮件的收发等。•2）扩展功能。•功能运用常见的有企业资源计划系统（ERP）,产品研发管理系统、人力资源管理系统、营销与采购管理系统、能源动力管理系统、办公自动化系统、文档与知识管理系统、物流管理和控制系统、项目管理系统、考勤与绩效考核系统等。•3）战略功能。•应用有电子商务系统、协同产品商务系统，异地协同设计制造系统、产品全生命周期管理系统等。•各功能的定义比较枯燥，有兴趣的同志可阅读本书相关章节。

信息

技术发展•信息技术在结构工程师身边最多的应用就在于个人的知识管理、结构专 业软件的应用和企业工作平台的建设，将结构工程师从繁重的计算工作 中解脱出来。•也使得各种新型结构体系、材料、新技术得以实现； 使得各种复杂造型得以现实建造； 使得大跨，超高得以实现。•informal与inform

一个优秀的工程师必须拥有辩证的技巧，他要有发展新型结构的能力，同时又能为了结构的构思而压制其表达。 结构并非仅严格受限于柱或梁。楼板额可以折叠形状，柱子可以起到梁的作用，各类造型元素都可以被用来发展出奇妙的形式。••高技派：香港汇丰银行，蓬皮杜中心，劳埃德大厦计算机为我们打开了新大门，它赋予我们前所未有的自由去探索。

依赖计算软件来寻找并快速得到预期的答案，没人再认真思考其内因并提出关于形式原型的疑问。•结构专业的软件大致可分为绘图软件结构分析软件结构设计软件1.绘图软件•天正、理正•AutoCAD、REVIT、探索者TSSD结构设计软件结构专业软件2.结构分析软件•大多是建立在有限元方法的基础上•通用有限元软件基本ANSYS、ABAQUS、Nastran、ADINA和OpenSEES等。•行业分析软件设有专门的分析模块,相对大型通用有限

元软件要小但对于解决专门问题拥有很高的效率。•高层建筑常用：SETWE，ETABS，MidasBuilding,3D3S和Perform-3d•大跨空间常用：3D3S，MidasGen•应根据结构及其问题的特点选择合适的分析软件及分 析方法。结构工程师应有能力判断分析模型的正确性

和分析结果的可靠性。结构专业软件2.结构分析软件在使用大型分析软件进行结构建模分析时应注意选取 合适的单元及划分方法，对线性及非线性方程求解方 法的高效性和准确性的判断以及对分析结果输出的有 效整理。采用命令流的方式对软件进行操作一般会比 界面操作有更高的效率。使用行业分析软件应充分了解软件的特点，尤其是计算模型简化和分析假定的问题。基于软件的建模和计算机理的不同，不同软件对同一模型的计算结构会有些许差异。实际设计中，对比软件的差异，才能对分析结果的准 确度做出合理判断。这也是超限项目必须采用两种不 同软件作对比分析的由来。结构专业软件KansasCity的体育馆•••••1973年建成，17000座1979年6月暴雨+强风悬挂式屋顶坍塌，无人死亡WeidlingerAssociates事故分析4个主空间结构桁架与下挂次桁架之间吊杆下

端4个高强螺栓A490=半刚半铰•反复荷载下疲劳破坏。上端铰接•次要原因：屋面排水管设置过少，导致中央积 水•构造设计、抗震设防目标与设计方法

结构

专业软件3.结构设计软件•结构设计软件或者结构设计模块应关注其设计标 准或规范的差异。对于结构设计软件给出的设计成果，结构工程师应根 据经验和理论知识判断其正确性、合理性以及可 靠性。并进行合理的归并和优化。BIM技术工程信息技术在工程设计中应用的4的发展阶段：1.结构计算技术的引入与应用2.全面应用计算机制图的甩图板工程3.二维协同设计的应用4.协同设计与BIM技术的深入数字化技术BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化 工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在 项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共 享和传递，使工程技术人员对各种工程信息作出正 确理解和高效应对，为设计团队以及包括工程运营 单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在 提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要 作用。BIM技术，三个部分组成：1）一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达；2）一个共享的知识资源3）一个贯穿项目各个阶段的协同作业。数字化技术BIM技术提升项目生产效率、提高建筑质量、缩短工期、降低建造成本，体现在1）三维渲染2）快速算量3）精确计划4）多项对比5）虚拟施工6）碰撞检查7）冲突调用数字化技术•3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料 等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的 技术。它无需机械加工或任何模具，从而极大地缩

短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。•优势：1)制作速度快2)制作精度高3)可参数化调整•不足：•很多尚在探索阶段，相信未来是美好的，有可能催生建筑材料的革命数字化技术3.1.7个人知识管理•知识老化和更新，以及知识积累的持续性•知识管理是对知识、知识的应用进行规划和管理的活动。智慧知识信息数据3.1.7个人知识管理•个人对数据和信息的收集的方法有很多，途径非常广泛。3.1.7个人知识管理•结构工程师常用的信息源有以下几种： 1）项目设计过程中的专业信息共享和交流 2）公司或行业内网络平台3）专业文献，包括印刷型、缩微型、机读型、声像型等多种媒介形式4）同事、导师和同学的互动及沟通5）培训或其他学术交流活动•图书、报刊、研究报告、会议信息、专利信息、统计数据、政府出版物、档案、学位论文、标准信息通常被认为是十大信息源，3.1.7个人知识管理•显性知识通常是一种客观表现，能够通过理论性知识进行表现；隐性知识则更多地是一种主观倾向，要通过亲身参与和实践来得出，经常具有特定的场合才能显现。•隐性知识更多地基于个人对知识的理解，例如工程实践或应变能力，很难用文字或语言完整或全面地记录下来。•“知识沉淀”，人事招聘中经常提及的“经历”一词就是知识沉淀的一种最直接的成果。当结构设计师职业年限的增加，其拥有的隐性知识也自然在积累，知识财富在扩张。但个人的经历只是知识沉淀的最浅表现。当一名结构工程师能够对自己所拥有的知识资本进行管理，并用来进行交换和再生产时，知识沉淀的价值才会成倍放大，其所拥有的知识资本也将被快速累积。3.1.7个人知识管理•设计院成立了知识中心•从事知识管理工作，其目的就是管理和整合企业内所有员工的知识资本。结构工程师们的专业知识和技能被这些管理者以各种方式记录下来，分析和优化后再传送回去，从而形成个人、团队和企业能力的同步提升。•知识的正确运用、案例3.1.7个人知

识管理•••••••••••••CharlesWilliampostCollege1970年建成3550座剧院纽约钢柱支撑穹顶D=52m40榀钢管桁架，中置压力环轻层面+保温1:7跨高比万神殿（Rome）1:2佛罗伦萨教堂1:3.5用钢0.5kn/m^21977年才核发居住许可证1978年1月积水结冰凹陷（压力环扭曲），崩塌WeidlingerAssociates事故分析积水只有设计荷载的1/4，但集中在屋顶表面1/3范围内薄膜理论，各向同性但实际此穹顶是各向异性的，沿切线分布。这是最大的失误

3.1.7个人知

识管理国际经典著作••TheArchitectureofNewEngineering.AdoubleissueofCasabellaNos542/543.Jan/Feb1988 是两本难得的有关结构工程、建筑风格和对一系列工程项目重要性看法的文章汇编。

这些文章的作者有哲学家、历史学家和结构工程师等，.其中包括ReynerBanham, KennethFrampton,FrankNewby,OveArup,AntoinePicon,EdoardoBenvenuto。在 其意大利文版中加有用英文书写的概要。•••AruponEngineering,editedbyDavidDunster.Ernst&Sohn,Berlin,nodate(circa1996) 这是一本庆祝这家世界著名结构设计公司成立50周年的书。在书的篇章中记载了许许

多多涉及工程设计技能各方面的工程项目实例，而恰恰是这些设计技艺奠定了Arup公司 的咨询服务基础。书中还记载了长达30页的该公司发展史和导致该公司大发展的关键演 说的全文。Arup在演说中订立了公司过去和现在都作为根本的工程设让道德与商业方面 的行为准则。•••DerBauingenieurundseineAufgabebyFrifzLeonhardt.DeitscheVerlagsAnstalt,Stuttgart,1981 这是一本难得的且非常清楚地说出土木和建筑工程师应该为人类和社会做些什么的书，并告诫大学生们应把他们的学习与研究科目融入人文背景。但现在这本书已绝版，更遗憾的是从未买到过英文版的。3.1.7个人知

识管理••••••BridgingtheGap:RethinkingtheRelationshipofArchitectandEngineer.VanNostrandReinhoid,1991 这本书的名字是《填补空白:重新思考建筑师和结构工程师之间的关系》。现在写有关这个主题的文章和书实在太多了，但只要读了这本书，你就可以不再需要看其他更多的书孔因为这本书里含有九篇极好的文章和一些津津有味的评述。此书还记录了不同作者对古根海姆博物馆(theGuggenheimMuseum)的专题论丛，其中包括三位结构工程师(PeterRice,JörgliirgSchlaich,WilliamLeMessurier)、两位建筑师(RichardRogers,RichardKeatingofSOM)、一位兼雕塑家/建筑师/结构工程师为一身的SantiagoCalatrava和三位设计的风水评述学者(PeterMcCleary,TamPeters,DavidBillington)。ConceptualDesignofStructures.ProceedingsofanInternationalSvmposiumattheUniversityofStuttgart,InternationalAssociationofShellandSpatialStructures,Stuttgart1996 这是一本1996年在德国斯图加特大学召开的国际研讨会的论文集。这次研讨会的主题是结构概念，因为它在结构工程师的培养和以后的专业发展中几乎不被关注。这本论文集收录了140多页的各种各样和非常令人关注的看法。我的稿子《结构概念的随意论与定数论》也登刊在国际壳体与空间结构学会的会刊上，Voi.38,No.2(1997)pp.83-89aDevelopmentsinStructuralForm(2ndeditions)RolandJ.Mainstone.ArchitecturalPress,Oxford,1998 这是.本非常好的关于建筑材料、结构形式和作为设计人员工具的工程技术手段的历史发展的评论参考书。书中用工程实例作完善的说明，而且几乎没有遗漏什么重大的建筑物和构筑物。第二版还增添了从第一版发行以来这25年的新资料，另外还提供了许多参考文献。3.1.7个人知

识管理••••••••'TheEngineerandtheArchitect'byOveArup.Proc.lnst.Civ.Engs.,Vol.13,1958J9,pp.503-510;Discussionpp.510-532 这是OveArup关于他设计思想的一篇最好的论述文章，尤其是在大多数结构工程师和建筑师都倾向于“过分居生活”的那个年代，他每次都会提出他的“全面总体设计”的理念。AnEngineerImaginesbyPeterRice.Artemis,London,1994 PeterRise是一个罕见的希望能讲述他曾想过和做过什么，并且具有说书人那种向他人表达能力的结构工程师范例。他在书中把一些工程项目的事迹，其中包括悉尼歌剧院、情人旅馆(位于巴黎市中心—译者注)、梅尼尔画廊和IBM移动展览馆，与他的设计理念融合在一起。'EngineeringandArchitecture'ArchitecturalDesignProfile70.ArchitecturalDesign,Vol.57,11/12,1987 一个赞美结构工程师对建筑设计贡献的专题。其中一些看法引人的文章来自TedHappold,CharlesJenks,JackZunz,RobertThorne和DerekWalker,除此之外，还引自于一些对现代工程项目进行逼真描述的文章。FormForceMass3:Structures-aproposalfortheclassificationanddescriptionofstructuresbyFreiQtto.Reportno.IL23ofInstituteofLightweightStructures,UniversityofStuttgart,1992. 这是一部不寻常的把所有的结构问题都节缩在一个小册子里的作品，文中强调对给构3.1.7个人知

识管理••••••••JeanProuve:completeworksbyPeterSulzer,Birkhauser,Basel,Vol.1,1997,Vol.2,2000 所有的结构工程师都应该知道Prouve这个名字。他把一个雕塑家对材料与形态的感觉和制造与装配的实用性融合在一起。例如，他在20世纪30年代就开发了建筑物的轻型骨架外墙，而且在50年代初他又应用了优雅大方的铝结构件。Lightstructures,structuresoflight:theartandengineeringoftensilearchitecturebyHorstBerger.Birkhauser,Basel,1996 像Nervi,Torroja和Rice的经典之作那样，这本书有特别重大的价值，因为作者不仅是一位杰出的有经验的结构工程师，而且还是一位远远超越只写关于他自己非凡业绩的工程师。'TheNatureofEngineering'byE.(Ted)Happold.GoldMedalAddress.TheStructuralEngineer,Vol.70,October,1992,pp.349-354 这是一篇关于结构工程师为了提高他们的社会地位、影响力度和事业兴旺到底应该做些什么，而且应该怎样去做才能做得更好的简明论述。ThePhilosophyofstructuresbyEduardoTorroja.UniversityofCaliforniaPress1967 至今仍然是我们结构领域中的一本经典著作，遗撼的是已长期绝版了。他是一位不寻常的富有想象力的结构工程师，而且还能从他自己切身的体验中不断地总结通则，并用此作为行为准则来指引他的工程设计生涯。虽然这本书是写干混凝土和薄壳的黄金时代，可他还是在书中热情地讲述了钢、木和其他各种各样的结构形式。这本书在结构工程师的著作中是惟一一本不把注意力放在他自己业绩上的经典之作。为此，读者应去看F.W.Dodge3.1.7个人知

识管理••••••••‘Theshipthatfoundherself',ADay'sWorkbyRudyardKipling,London,Macmillan,1980 这是我所知道的仅有的一个从结构自身的观点来写作的结构工程例子!这艘船的锻铁板和铆钉在讲述它们自己经历横越大西洋的旅程和狂风暴雨后生还的同时，还必须忍受的应力和应变的真相。在同一卷书中，《桥梁建造者》一文是另一篇少有的工程文学作品的范例。StructuralandCivilEngineeringDesign,editedbyWilliamAddis.Vol.12ofseries'StudiesintheHistoryofCivilEngineering’,ariorum/Ashgate,1999 这本书是十二辑丛书中的一辑，它收集再版了约20篇左右的在20世纪撰写的关于工程设计发展史的最好文章，并以序言和书目开头。丛书中的其他专辑也值得参考，它们把注意力放在某些结构类型(如水坝、哥特式大教堂等)和某些建筑材料(如混凝土、铸铁与锻铁、木材等)上。StructuralEngineering:theNatureofTheoryandDesignbyWilliamAddis.EllisHorwood,Chichester,1990 在这本书中，我论述作为技术人员所从事的一门艺术事业—结构工程设计的真实含义，并追溯在过去的两千年中又是如何进展的。我研讨了工程学发展的本质和在设计工程师的工作中工程科学(“理论”)所起的作用。我设法给工程设计提供与早已确立的“科学的历史与哲学思想’相类似的说法。书中还列举了大量的参考文献目录。StructuralUseofGlassinBuildings,InstitutionofStructuralEngineers,London,1999 此书不但是陌生玻璃结构构件领域的一本有用的指南，而且还是一本从结构设计工程师3.1.7个人知

识管理•DOWN,中文名称：建筑的生与灭，WHYBUILDINGSTANDUP，WHYBUILDINGFULL作者MarioSalvadori•••••用通俗的语言介绍了结构的基本概念，以及一些著名案例的基本结构思维，分析了近现代几个倒塌案例的缺陷。Informal，作者CecilBalmond以自己结构工程师经历的案例，介绍了其结构基本构成与对于形体的思考。创造力与创新，作者BillAddis翻译高立人有关结构工程师创新思维的书，介绍了相当多的经典案例₋₋₋₋₋概念设计分析与设计结构材料使用环境影响工程施工知识管理与商务₋管理能力₋商务能力