從鋼結構的基本屬性和技術特征出發,健康的鋼結構應具備以下理念。
一,業主定案、科學決策。
建設工程項目的需求及其經濟的支持力度,建設方(業主)最清楚,也是最有決定權的一方。決策者應以人為本、以科學發展觀為指導、以科學實踐為根據進行決策,這是搞好項目(包括鋼結構)建設的先決條件。如果以建造“業績”形象工程為目標,可行性論證不足,貪大、崇外、好奇、求怪,盲目地追求速度、不惜代價地進行決策、設計、施工,是不可能建造出健康的鋼結構工程的。
二,建筑主導、結構為本。
工程建設的立項需求,決定著主導性專業的選擇。房屋建筑建設的立項需要,就決定了建筑專業的主導地位。建筑物的建筑寓意、形象、造型、空間、節能、采光、人流、物流、舒適性、通透性、智能化、環保、防火以及其它藝術和技術功能要求和標準,無一不需要建筑專業的參與和主導。離開建筑的需求,其結構工程將失去及建造的必要性。
鋼結構是支承建筑物的骨架,建筑要求的空間、體形、通透性、環保、防火等許多方面都需要它來體現與配合,各專業的設施都需要落實到結構上。因此可以說,結構專業是各專業的聯絡點,最密切、最關鍵的是與建筑專業的結合。鋼結構一旦建成,可靠性、在使用中是否安全、適用性和耐久性便密不可分,鋼結構的毀壞將威脅建筑物的存在,導致災難發生。所以,鋼結構是建筑物可靠性的根本保證。離開結構物的支承,建筑不過是空中樓閣、虛幻夢境或圖紙、畫卷,甚至建成后會是坍塌的廢墟。
三,主從有序、各得其所。
建筑鋼結構工程的建設,從立項、設計、制造、安裝到建成使用,需要許多專業工種的參與,其中主要有:建筑、結構、給水、空調、電氣、環保、防火等等。組織、協調、安排好各專業的工作,使之配合默契十分重要。工作中,各階段的工作重點和各專業工種應起的作用雖不盡相同,但從建筑物設計總體上考慮,應是以建筑為主,其他為從。由建筑師進行業務組織、協調各專業,其中建筑與結構的協調是關鍵。
四,加強領導、多方結合。
鋼結構的社會實踐性表明它是群體性活動,決定了必須要由強有力的領導組織各方面有關專家、工程技術人員、工人實行多方結合,集思廣益地進行工作,才可能搞好其建造。
五,相互尊重、切磋統一。
建設工作中各專業雖有主、有從,但是,各專業工作有其自身特有的科學規律性。以鋼結構為例,所用鋼材不能超越現有鋼材生產技術水平;制造、安裝必須可行;結構體系應該承受各種可能作用,并與作用的規律性相適應,使其結構具有受力的合理性;連接方法和節點構造應保證體系的完整和可靠等等。在協調工作中,各專業工種間,尤其是建筑、結構之間,一個是主導,一個是根本,又是兩個需要協調的關鍵性專業工種,因而常常是困難多多,矛盾重重,但是,本著相互尊重、切磋、理解、整合的理念,就一定能找到解決問題的滿意和諧途徑,為打造精品工程創造條件。例如,建筑需要凌亂無序的構件布置,以表現某一藝術構思;支承結構的設計需要構件布置規律,結構受力合理,保證可靠。這就需要溝通、理解、整合統一,如果使建筑裝飾構件與結構主要受力構件有分有合,各得其所,可能會有更好的結果。單方面的斷然決定,堅持要求其它工種執行其不符合該專業技術規律的做法,即使付諸實施,也常常無助于健康鋼結構工程的建造。顧及了可靠,顧不得效益;顧及了效益,顧不得可靠;甚至于二者都會效果不好。
六,建造使用、統籌兼顧。
鋼結構工程的建設包括建造和使用兩階段,其中有許多環節,如設計、施工(制造、運輸、安裝)、使用、維護、修理等,工作中應以設計為主,施工配合,并考慮使用維護、修理需要,以便統籌兼顧工程的可靠性與社會經濟效益,取得最佳平衡。
七,要考慮自然災害對鋼結構的破壞。
鋼結構是焊接而成的結構,其具有很強的連續性,局部裂紋的持續擴展可能引起斷裂破壞或導致結構整體毀壞。由于選材、制造、安裝等原因,鋼結構中的局部缺陷在所難免。因此,對重大工程的鋼結構應作環境影響、荷載反復作用下的逐步破壞分析和采取防止對策,以保證結構的安全和耐久使用。
八,結構方案、全面優化。
鋼結構設計的方案確定應包括:結構類型、體系、材料連接及其節點等。
在進行鋼結構全面優化時,應以結構類型、體系為主,統籌考慮所需要材料的性質、規格及連接方法和節點方案,保證結構體系的受力合理、連接可靠、施工可能、隱患最小,效益最好為準則的優化。
在對鋼結構進行片面優化時,不綜合考慮結構類型、體系受力、連接構造的合理性和施工的可行性的優化,不僅不會產生良好的經濟效益,也會給施工造成很大的隱患,不利于結構使用的安全性與耐久性。
危害性優化是僅以所謂“全面滿應力”為準則,以“所取計算模型”的計算結果為依據而不考慮其它的優化。這種優化理念,對處于復雜環境條件下工作的鋼結構是很不恰當的。因為復雜環境下的鋼結構,尤其是焊接重型鋼結構的受力狀況十分復雜、多樣;現場焊接、安裝可能產生的短程及長程殘余應力常常嚴重,且不易消除和估算其大小,從而可能存在不被查明的重大缺陷隱患,一旦結構局部破壞將可危及其整體,甚至導致災難性后果,因此,可以說它是一種“危害性優化”,不應在工程中使用。
九,要注意結構的安全強弱有別。
為保證鋼結構建筑地震作用時“小震不壞”、“中震可修”、“大震不倒”,應在滿足有關技術標準要求的前提下,達到“相對的四強、四弱”:即柱強,梁弱;壓桿強,拉桿弱;節點強,構件弱;連接強,板、件弱。這是由于梁、受拉桿件的破壞常比柱子、受壓桿件的破壞有較大的塑性發展調整空間;節點連結著多個構件,其破壞的影響比單根構件破壞的影響大;節點中鋼板、桿件的受力可允許有較大變形發展,而焊縫、螺栓等連接的破壞的變形發展相對較小,且其破壞?蓪е鹿濣c的解體,涉及多個板、桿件失效,甚至可危及結構整體安全。此外,對不同鋼材、不同部位工作的構件其安全度的大小,在設計掌握上也應有所區別。例如,張拉索結構應比由一般鋼材組成的剛性桿的非預應力鋼結構的設計安全度更大,關鍵部位工作的構件的設計安全度也應較大。
十,群策群力,努力攻關。
要建造健康的鋼結構,特別是新穎的精品鋼結構工程,除必須把握它的屬性和技術特征外,還需要有關人員群策群力、攻克技術難關,以保證工程的順利進行。
摘自《把握鋼結構屬性特征 建造健康鋼結構工程》
作者 李少甫(清華大學建筑玻璃與金屬結構研究所學術委員會主任、中國鋼結構協會結構穩定與疲勞分會名譽理事長)
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