設(shè)計(jì)好壞,影響工程的成敗，這一淺顯的道理,往往不被一些人們所重視。工程立項(xiàng)之始，他們常被浮躁的激情、虛榮的妄想、奇異的構(gòu)思和不小的財(cái)力所左右。形式上通過(guò)專(zhuān)家評(píng)審，草率地敲定設(shè)計(jì)方案。建設(shè)運(yùn)行過(guò)程中，又屢屢修改方案，頻頻“優(yōu)化”設(shè)計(jì)，增設(shè)“攻關(guān)”課題，甚至被迫停工整頓。工程投產(chǎn)服役后，又遇產(chǎn)能不匹配，功能常調(diào)整，運(yùn)營(yíng)成本高，維修保養(yǎng)難等系列困惑。這就是我國(guó)目前某些鋼結(jié)構(gòu)工程中出現(xiàn)過(guò)或存在的問(wèn)題。
從現(xiàn)代學(xué)科分工以來(lái)，建筑與結(jié)構(gòu)分屬兩個(gè)獨(dú)立但又緊密相依的專(zhuān)業(yè)。在20世紀(jì)中葉以前，建筑材料以磚、瓦、灰、沙、石為主的年代里，建筑工程的造型基本是上大下小、橫平豎直、平衡、穩(wěn)定、對(duì)稱(chēng)、單調(diào)的形象。設(shè)計(jì)由建筑師負(fù)責(zé)構(gòu)思，由結(jié)構(gòu)師實(shí)施完成，分工負(fù)責(zé)，順理成章。近年來(lái)，新材料、新工藝、新技術(shù)、新體系不斷涌現(xiàn)，建筑造型絢麗多彩，曲線流暢，破折突變，不平衡、不對(duì)稱(chēng)、懸挑、突兀、傾斜、無(wú)序等各種建筑風(fēng)格層出不窮。在建筑不熟悉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)又服從建筑的潛規(guī)則下，當(dāng)代出現(xiàn)各種優(yōu)劣各異，成敗不同的建筑工程在所難免。
國(guó)內(nèi)外的建筑史中都有過(guò)失敗的建筑，成功的結(jié)構(gòu)案例。如悉尼歌劇院（圖1）。由于建筑設(shè)計(jì)的超前與不當(dāng)，延誤竣工時(shí)間17年，投資提高了6倍。也有過(guò)失敗的建筑，失敗的結(jié)構(gòu)實(shí)例，如蒙特利爾奧運(yùn)會(huì)體育建筑群（圖2）。由于官方權(quán)勢(shì)干預(yù)下的設(shè)計(jì)、規(guī)劃及結(jié)構(gòu)不合理，使工程造價(jià)增大3~4倍，30年后才償清債務(wù)，主體工程15年后才完工。國(guó)內(nèi)類(lèi)似的工程也不少，如國(guó)家體育場(chǎng)（圖3）和中央電視臺(tái)（圖4）等建筑物，其奇特的造型，不合理的結(jié)構(gòu)體系，高昂的建設(shè)成本等，自建設(shè)之始就是非纏身，批評(píng)不斷，并被列入世界怪異建筑物行列。成功的建筑和成功的結(jié)構(gòu)實(shí)例，當(dāng)屬慕尼黑奧運(yùn)會(huì)體育建筑群（圖5）。由11根70~80米高的鋼柱撐起74800平米的索網(wǎng)，覆蓋了體育館、游泳館、體育場(chǎng)看臺(tái)等多座建筑。山巒起伏的造型，新穎透明的屋面，與城郊的遠(yuǎn)山交相映輝。這個(gè)成功的設(shè)計(jì)是建筑與結(jié)構(gòu)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)，自規(guī)劃之始就密切配合協(xié)作的結(jié)果。我國(guó)在80年代興建的吉林冰球館（圖6），采用了雙層錯(cuò)位懸索結(jié)構(gòu)屋蓋，鋸齒形斷面的屋面具有良好的采光功能，優(yōu)秀的承重體系（L=67.4m.）,其用鋼量?37公斤/平米。這一精品工程由哈爾濱工業(yè)大學(xué)兩位著名的建筑和結(jié)構(gòu)專(zhuān)家成功合作完成。所以說(shuō)，現(xiàn)代優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)杰作必然是建筑師和結(jié)構(gòu)師密切合作的結(jié)晶。
3．社會(huì)責(zé)任
我國(guó)目前鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)概況是:：工程項(xiàng)目眾多，設(shè)計(jì)良莠不齊，創(chuàng)新工程不少，水平有待提高。好的設(shè)計(jì)方案是誕生優(yōu)秀建筑物的保證，而優(yōu)秀建筑物必然是采用先進(jìn)合理的鋼結(jié)構(gòu)體系。所以，精心設(shè)計(jì)是促使鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣與設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)技術(shù)、和設(shè)計(jì)文化息息相關(guān)。下面結(jié)合工程實(shí)例探討一下我們的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以科學(xué)的是非觀為武器，分析設(shè)計(jì)的成敗得失，努力承擔(dān)起專(zhuān)業(yè)工作者應(yīng)盡的社會(huì)責(zé)任。
3.1端正設(shè)計(jì)思想
適用、經(jīng)濟(jì)、美觀是建筑工程設(shè)計(jì)的三項(xiàng)原則。時(shí)代前進(jìn)，文化不同，環(huán)境各異，財(cái)力厚薄，地域差別等個(gè)性因素只能對(duì)三項(xiàng)原則進(jìn)行補(bǔ)充或修正，而不能忽視或拋棄其一。一個(gè)優(yōu)秀的建筑工程應(yīng)當(dāng)具有漂亮清新的外觀造型，科學(xué)先進(jìn)的承重體系，舒適完美的建筑功能，和經(jīng)濟(jì)合理的投資與運(yùn)營(yíng)成本。其實(shí)，這些也是人們衡量評(píng)定建筑物優(yōu)劣得失的基本科學(xué)依據(jù)。我們對(duì)宏大工程的歡呼振奮與向往追求，應(yīng)控制在理性范圍之內(nèi)。“鳥(niǎo)巢” 立項(xiàng)初始的狂熱與妄想，在“世界第一“、“前所未有”、“野性無(wú)序”、“回歸自然”等口號(hào)的鼓動(dòng)下，必然使招投標(biāo)、設(shè)計(jì)、決策及輿論走向非理性。運(yùn)作中的優(yōu)化、修改、變更、甚至 “叫停”，只不過(guò)是失敗方案的修修補(bǔ)補(bǔ)，難動(dòng)大局。我們?yōu)椴缓侠斫Y(jié)構(gòu)方案確實(shí)付出了“世界第一”的投資和用鋼量，也帶來(lái)了“前所未有”的圍護(hù)、制作、安裝、維修、排水、使用及運(yùn)營(yíng)中的困難，其根源都始自于非理性化的指導(dǎo)思想。但是，上海世博會(huì)的規(guī)劃設(shè)計(jì)思想及我國(guó)新建和改建項(xiàng)目，卻贏得業(yè)內(nèi)人士的好評(píng)。舊工業(yè)設(shè)施的改造利用，新建項(xiàng)目的多姿創(chuàng)新，以及精心規(guī)劃，精心設(shè)計(jì)，精心施工，產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合等措施，成功地舉辦了上海世博會(huì)，在世界面前為我國(guó)爭(zhēng)得了榮譽(yù)。
錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)思想不僅敗壞了工程本身，還對(duì)其他工程設(shè)計(jì)及行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生惡劣影響。最近，國(guó)內(nèi)新建了幾座大型鋼結(jié)構(gòu)工程，它們體系奇特，構(gòu)造復(fù)雜，濫用鑄鋼節(jié)點(diǎn)，無(wú)益地,增大結(jié)構(gòu)自重與造價(jià)。例如，深圳大運(yùn)會(huì)體育中心的鋼結(jié)構(gòu)采用了140個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn)，其中20個(gè)節(jié)點(diǎn)，單重98T, ?鑄鋼節(jié)點(diǎn)一項(xiàng)就耗鋼4200T。而鑄鋼價(jià)格又比型鋼價(jià)格高幾倍，大量的國(guó)家財(cái)富就這樣地被不合理的設(shè)計(jì)吞噬了。近年也興建了不少新火車(chē)站房，雖然結(jié)構(gòu)的跨度都不大，但用鋼量都在200~360公斤/平米之間。當(dāng)然與鳥(niǎo)巢相比，或有小巫見(jiàn)大巫之感，不顯浪費(fèi)，但對(duì)國(guó)家物力與財(cái)力的無(wú)效消耗也是可觀的。下面列舉幾個(gè)受到鳥(niǎo)巢影響的工程，如鳳凰衛(wèi)視中心（圖7），合肥創(chuàng)新展館（圖8），廣州歌劇院（圖9），甚至山西蒲城縣文化館的混凝土工程（圖10）都在努力“精心”仿效。這些問(wèn)題工程不僅揮霍了社會(huì)財(cái)富，浪費(fèi)了自然資源，還誤導(dǎo)了鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的健康發(fā)展方向。值得我們行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)層和同行們深刻反省與思考。
3.2 提高設(shè)計(jì)水平
“ 學(xué)無(wú)止境“、“學(xué)海無(wú)涯”應(yīng)是我們大家的共識(shí)，專(zhuān)業(yè)知識(shí)的不斷更新與補(bǔ)充應(yīng)是我們共同的追求。但是，有些已建和再建的工程項(xiàng)目，因?yàn)閷?zhuān)業(yè)人員不熟悉、不掌握先進(jìn)技術(shù)而采用老舊的傳統(tǒng)做法。以
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的預(yù)應(yīng)力技術(shù)為例，有些設(shè)計(jì)中不是對(duì)它敬而遠(yuǎn)之，就是錯(cuò)用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土中的概念，使預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的效益大打折扣或適得其反。眾所周知，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)不僅節(jié)約鋼材，提高剛度，減輕自重，降低成本，還能夠擴(kuò)大、反復(fù)利用鋼材強(qiáng)度，重復(fù)、循環(huán)使用鋼材，完全符合綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展原則，也是大跨度鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向。因此，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的同行們應(yīng)該急起直追，盡快熟悉它，掌握它并廣泛應(yīng)用它。20世紀(jì)80年代興建的北京西客站中央門(mén)樓鋼桁架（圖11），采用了不當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力方案。桁架跨度45。6米，高度8米，高跨比達(dá)到1/5.6，是普通桁架的兩倍。而桁架構(gòu)件中的應(yīng)力卻只達(dá)到設(shè)計(jì)值的1/3~1/2,。這與采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的目的與效果背道而馳，適得其反。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者對(duì)新技術(shù)陌生或不熟悉，在所難免，問(wèn)題在于工作是否科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，虛心學(xué)習(xí)，認(rèn)真設(shè)計(jì)。而首次在我國(guó)采用多次預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼的攀枝花市體育館（圖12），其設(shè)計(jì)、制作、安裝都一次成功順利完成。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的認(rèn)真負(fù)責(zé)與專(zhuān)家學(xué)者的協(xié)助把關(guān)是科學(xué)采用新技術(shù)的關(guān)鍵。多次預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼的省鋼率達(dá)38%，用鋼量?49公斤/平米，成為現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程中的佼佼者。對(duì)結(jié)構(gòu)工程師來(lái)說(shuō)，其實(shí)也不難判斷結(jié)構(gòu)體系的合理性。從宏觀上來(lái)看，一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)建筑物的鋼耗量與荷載總量之比控制在0.2~0.3之間，可謂優(yōu)秀。在0.4~0.5之間，可謂平庸。如果這個(gè)比值在0.6~0.7之間或更高，那就屬于拙劣而不合理的設(shè)計(jì)，可以考慮優(yōu)化或更改設(shè)計(jì)了。再以輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)為例，它符合環(huán)保和綠色建筑的要求，又是國(guó)家大力發(fā)展推廣的項(xiàng)目?？删褪桥e步維艱，推廣困難。百姓看重的是它居高不下的成本問(wèn)題，但有些人就是不會(huì)采用新構(gòu)件、新體系、新材料、新技術(shù)把用鋼量和成本降下來(lái)。所以設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)、更新專(zhuān)業(yè)知識(shí)，不斷提高技術(shù)水平，是設(shè)計(jì)出高水平鋼結(jié)構(gòu)工程的保證。
3.3改善人文素質(zhì)
鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的積極發(fā)展不僅是專(zhuān)業(yè)人員的事，有關(guān)的高官、高管、老總、老董等決策人士的思想、認(rèn)識(shí)和態(tài)度也影響、左右著行業(yè)的發(fā)展。20世紀(jì)80年代攀枝花體育館因?yàn)轭I(lǐng)導(dǎo)人的不當(dāng)決策，而將多次預(yù)應(yīng)力技術(shù)的工程實(shí)踐推遲了5年。2010年全運(yùn)會(huì)體育館中采用索穹頂新技術(shù)的事，又因領(lǐng)導(dǎo)的“謹(jǐn)慎”而否定。目前，還不知這一決策要延誤學(xué)科發(fā)展多少年。我曾寫(xiě)過(guò)一篇科普文章“預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)十問(wèn)”，想對(duì)決策層宣傳一下高新技術(shù)的知識(shí)。現(xiàn)在看來(lái)，這種努力對(duì)某些忙忙碌碌的群體是效果甚微的。對(duì)專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行科學(xué)人生觀和科學(xué)發(fā)展觀的教育也很必要。他們不僅參加設(shè)計(jì)、畫(huà)圖，還要擔(dān)負(fù)著指導(dǎo)、優(yōu)化、變更、審批新技術(shù)工程項(xiàng)目的任務(wù)。在各種環(huán)境和條件下，都應(yīng)根據(jù)自己掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)去審評(píng)、詮釋和分析各類(lèi)結(jié)構(gòu)。用自己的良知去說(shuō)真話，說(shuō)實(shí)話，不追風(fēng)，不唯上，實(shí)事求是地向領(lǐng)導(dǎo)，向社會(huì)、向公眾點(diǎn)評(píng)與詮釋工程的優(yōu)劣得失，促使鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的健康發(fā)展。
4．健康發(fā)展
4.1 回歸建設(shè)“適用、經(jīng)濟(jì)、美觀”三原則
這是古今中外一直遵守的建設(shè)原則。也曾指導(dǎo)過(guò)我國(guó)建設(shè)健康、快速發(fā)展。近年來(lái)，一些
工程追求新、奇、特，攀比高、大、錢(qián)。在各地出現(xiàn)過(guò)一些超豪華、超怪異，但造型并不美
觀，結(jié)構(gòu)并不安全的工程。希望我們?cè)谠O(shè)計(jì)中對(duì)”經(jīng)濟(jì)“原則常有迷失的傾向，迅速得到糾
正。并將設(shè)計(jì)中的科技含量納入取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，籍“低碳經(jīng)濟(jì)”的號(hào)召，把經(jīng)濟(jì)指標(biāo)重新列入設(shè)
計(jì)審評(píng)的重要內(nèi)容。
4.2 工程建設(shè)法制化
國(guó)家級(jí)大型建筑是國(guó)家和社會(huì)的財(cái)富，時(shí)代和文化的象征。它不屬于那一屆政府，更不屬
于那一個(gè)人。因此，這種工程的立項(xiàng)、籌備、招投標(biāo)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)以及短期服役后的
拆除等，都應(yīng)在一定的法規(guī)或法律下進(jìn)行，避免任意性及人為影響。應(yīng)盡早著手建立適應(yīng)我
國(guó)國(guó)情的大型工程決策與審批新機(jī)制及建設(shè)法規(guī)，讓國(guó)家級(jí)工程在法制軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)。
4.3 審評(píng)制度陽(yáng)光化
對(duì)立項(xiàng)、方案、招投標(biāo)等環(huán)節(jié)的評(píng)估審核制度應(yīng)規(guī)范化、陽(yáng)光化。評(píng)審組的組成人員應(yīng)在
專(zhuān)業(yè)、資歷、比例等方面合理匹配。專(zhuān)家應(yīng)具有代表性、權(quán)威性。評(píng)審過(guò)程要接受主管部門(mén)
及社會(huì)輿論的監(jiān)督。當(dāng)意見(jiàn)分歧嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)提交我國(guó)的最高科技部門(mén)——中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)
工程院，進(jìn)行評(píng)定，杜絕個(gè)人或少數(shù)人的權(quán)勢(shì)裁定。以體現(xiàn)社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)中的公正、公平、公開(kāi)
的原則。
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第十屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集 2010.8上海
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建筑結(jié)構(gòu) 2002 N. 2
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獲獎(jiǎng)鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)個(gè)人專(zhuān)訪錄
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