结构设计理论价值 (结构设计直接作用)

结构设计的价值是什么?

大家可能想到的是安全。但安全的门槛太低了。在结构理论和结构实践都非常成熟的今天,结构安全太容易做到了。只要按照正常的设计流程、恰当的软件操作,遵守设计规范,绝大部分的结构设计都不会出现安全问题。

结构安全非常重要,但对绝大多数项目来说,它的价值感已经大大降低。就像空气很重要,但它很廉价,因为很容易获得。

结构本身不是一个Sensitive的系统,当结构安全达到基本门槛之后,边际效应就会大大降低。

假设王工通过大震弹塑性有限元分析,发现底部剪力墙局部位置配筋率需要提高0.1%;李工不懂分析,直接按规范配筋没有放大;这两种方法,对结构本身,对建筑产品,对市场价值的影响,甚微。

我们自己回想一下,当下的超高层建筑超限审查,有多少是为了校核结构安全,又有多少是为了应付行政流程?

撇开超限不谈,结构承载力设计,本身是为了抵抗极限荷载,但极限荷载出现的概率比较低。这就意味着,结构设计的质量检验比较困难,区分不了好坏,大家一起变坏,结构设计的价值自然降低。

有同学肯定要提,结构安全不重要吗?那么多安全事故怎么解释?其实,工程事故,已经不是理论和实践的问题,而是个体操作失误的问题(包括施工及项目管理的问题),就像交通事故一样。而且,建筑行业的事故率及伤亡人数远低于交通运输行业。

结构安全已然成为结构设计的标配。从这个角度来说,结构安全固然重要,但它的价值感并不高。

结构安全可称之为结构设计的价值1.0.

在我看来,结构设计真正的价值,其实是价值2.0和价值3.0.

除了安全,建造成本也是一个重要的价值点,尤其是房产价格被政府限价的当下。如果李工的设计比王工更省时省料,则李工的价值更大。

在一个充分竞争的行业,成本问题,永远是一个核心问题。不然,设计院为啥总喜欢精力旺盛、能干能吃苦的年轻人,难道是因为年轻人好看?

对结构设计来说,成本问题,大致可以概况为两个解决思路,一个是技术创新,另一个是精细化。

技术创新包括调整结构布置、提高结构效率,多数是从结构原理和结构系统的宏观角度解决问题。

而精细化,更多的是从结构荷载、构件尺寸、结构加强措施等微观角度精雕细琢。精细化也包括对结构模型、节点受力的细致分析,性能化设计本身也是精细化的一个方向。

以上是我们的常规理解。但个人认为,精细化,其实有更广阔的内涵。结构设计中,有不少“黑匣子”。比如,针对非常规的设计条件或不规则项(算不清),我们是将结构设计内力整体放大,还是寻找薄弱环节,针对性地局部放大?是局部楼层按层放大,还是仅将局部楼层的部分构件承载力放大?是加强正截面承载力,还是正截面和斜截面全部加强?是承载力提高,还是构造加强?

你看,精细化本身是一种思维方式,是有意缩小“黑匣子”的一切努力。不要小看这个动作,这个动作隐含了结构设计进步的几乎所有秘密。

从工程角度来说,精细化肯定不是无极限的。它的上限在哪里呢?计算理论的精度,模型假定的精度,施工精度,管理精度,...,这些都是设计精细化的上限。时代在发展,上限也在提高,精细化其实还是有很大潜力的。

但是,精细化设计的相当一部分工作,是枯燥无趣的,是琐碎的,是缺乏成就感的。大部分结构工程师,都推崇技术创新,却对精细化设计重视不足。

任何一个行业,当它从粗放型走向集约型,精细化是一条必经之路。对传统行业来说,大的技术创新,是非常困难的,但精细化却可以稳扎稳打,在不起眼之处,一步一步地形成竞争壁垒。

最近这两年,我们明显感觉到,有些设计院做设计越来越精细,竞争力越来越强;

但也有个别设计院,还是几年前的操作手法,“黑匣子”太大。

在一个习惯粗放的传统行业,谈论精细化,大家多少都有些不适应,推行起来可能阻力重重。但市场的力量,无人能阻拦。

设计的精细化可称之为结构设计的价值2.0.

我们都知道,结构设计的品质,通常要依附于建筑,而建筑品质,又依赖于市场需求。市场需求越来越高端化,最终会倒逼结构设计品质的提高。

深圳地区的住宅项目,对构件截面通常比较敏感,对通风采光的要求也很高,所以,单向少墙结构、楼板弱连接、楼板开洞、底部转换等现象比较普遍。

还有一些公建项目,建筑要求很高,大跨、大悬挑、立面通透,跃层,连体、复杂转换等现象也挺常见。

如何在满足规范要求或超限审查通过的条件下,合理实现建筑品质,这本身就是结构设计的一个价值点。

这个问题的解决方案,也可以分为两类,一类是技术实现,另一类是建筑与结构的融合创新。

技术实现,即通过结构手段,单纯地解决技术问题,比如采用预应力、转换、桁架、索膜或更深入的结构分析来实现建筑设想。融合创新,即充分理解建筑意图,通过调整建筑与结构的边界,改善二者之间的矛盾,从而达到品质的提升。

建筑产品,本身是为人服务,建筑产品进步的方向,永远是迎合大众的生活需求,以生活便利为前提。所以,一个用心生活,用心感受的工程师,也更容易成为一名好工程师。

即使是亲自装修一套房子,设计一套家具,我们都会获得更多的对设计的认识。比如,对空调板的尺寸,阳台墙垛的尺寸,梁宽度与室内装修的结合,大堂的空间要求,通道宽度,车道设计等,这些都是设计师应该关注的。当深度融入自己的设计场景,我们的感受往往会更强烈一些。

结构工程师的建筑感受力,在以后可能会越来越重要。从使用者的视角思考我们的结构设计,这是工程师的基本素养。从这个角度来说,每天钻在办公室加班的工程师,缺乏感受力,除了身体不好,设计也做不好。

使用需要,我们要亲自去感受,不要轻易相信建筑师的判断。因为不少建筑师跟我们一样,把设计当成一项任务,同样缺乏感受力。

对建筑品质的追求可称之为结构设计的价值3.0.

无论是设计精细化,还是追求建筑品质,结构工程师都需要额外花费时间和精力。那请问,花费了更多的时间和精力,会涨工资吗?

抱歉,并不会。甚至,你还要承受很多非议。

该给你的回报,要经历很长一段时间才可能兑现。

好消息是,当你站在市场趋势的一边,相比其他同行,你的赢面更大。