如何做好建築結構設計

院士教你如何做建築結構設計！

【本帖摘自容柏生院士的一篇文章，文字稍有刪節！】

1 提高工程師的水平並發揮工程師的主導作用

設計工作是由工程師去完成的，也就是說，在設計工作中，工程師是主導者。工程師應該運用個人才智，控制整個設計，讓設計出來的成品體現你的智慧型和水平。當然，要是設計工程師自身的水平不高，縱使你控制了整個設計，那設計成果也只能體現你所具有的水平而已。

因此，提高工程師的設計水平是首要的。提高設計水平，可以通過不斷的努力，包括刻苦學習基礎理論、鑽研有關技術、認真積累和吸收經驗、學習先進、推新創新、開展科學研究等途徑來實現。總之，並無捷徑，唯一靠的是刻苦努力。

除此以外，一些工作方法也能起到幫助提高設計水平的作用。如在設計開始前，充分收集有關資料並進行分析研究，從中發現和掌握其精華，把它運用在你的設計中；在設計過程中，積極運用思考去發現問題和解決問題，尤其對一些疑點，決不不求甚解，輕易放過，而是必求其解，弄個水落石出，這樣不但可以保證設計的質量，還能從中悟出一些道理和培養敏銳的分析能力，對提高設計水平也有好處；在設計完成後，要很好地總結，發現優缺點，缺點不再犯，優點繼續發揚和提高，等等。

其次是發揮工程師的主導作用問題。顯而易見，要是你放棄了設計工程師的主導作用，不運用你具有的知識去控制你的設計，那麼縱使你的設計水平很高，設計成果的水平也不可能高。這裡有兩種情況，其一是責任心不強，懶得花功夫，這屬於態度問題，要從思想方面去解決，這裡就不談了。

其二是不自覺地失去了

控制能力，這一點在普遍使用電腦進行設計的情況下往往容易出現。原因是有些人過於甚至於盲目相信電腦，對電腦的計算結果或者成圖不作檢查分析和判斷，有時還被電腦的結果牽著走。其實電腦程式有一定的適用條件，而且它是根據計算簡圖和所輸入的資料去工作的，適用條件不符、計算簡圖不能反映實際結構或

者輸入資料不正確，其結果就不準確甚至可能是錯誤的，盲目使用就等於失去控制，失去工程師的主導作用。要提高設計水平，就要求設計工程師既有高的設計水平，還得要能起到控制設計的作用，兩者必須兼備，缺一不可。

2 重視概念設計

概念是一種反映事物本質屬性的思維形式，它反映客觀事物的一般的、本質的特徵，是人們在實踐基礎上經過感性認識上公升到理性認識而形成的。概念設計就是以工程概念為依據，用符合工程客觀規律和本質的方法，對所設計的物件作巨集觀的控制，具體地說就是制定方案，包括總體系和所有分體系的布局和處理原則。

上面提過，設計工作是由工程師控制的。所謂控制，就是在設計的各個階段對設計的各部分，設計工程師首先根據一般的工程結構概念和該型別工程的結構概念，結合該工程的具體外部條件，考慮乙個結構設計方案，包括結構體系、結構布置、構造處理原則、採用的計算方法等，經過初步分析研究認為合理並可行

後，以此作為原則進行具體的設計。由於這個原則來自有關概念，也就是說它是符合客觀規律的，這樣就保證了正確的設計方向，不犯原則上的錯誤。當然，在具體細節中還要作這樣或那樣的調整才能完成設計，但這些調整不會影響大局。

掌握好概念設計不僅可以保證正確的設計原則，還可以通過它來解決設計中出現的問題以至提高設計水平。當發現某個技術問題時，可以根據概念來分析其原因，這往往比直接檢查資料更快更有效，而且可以找到問題的癥結所在。這個方法最適合用於判斷電算結果，電算過程有上億個資料，要跟蹤資料是不可能的，只有用概念來判斷其合理性或找原因，又用概念去解決問題才是出路。

概念設計

運用得好，能使結構盡量滿足外部條件並以最合理的受力狀態去工作，從而帶來結構更安全可靠和良好的經濟效益。可以說，某些創新也是來自概念的，當你掌握某些體系、構件或構造的概念而又發現可以用更簡單更合理的另外一些體系、構件或構造來代替它時，其結果就是創新。概念設計是設計工程師的思維活動，必然貫穿著設計工程師的知識水平和設計水平，這就保證了工程師在設計中的主導作用。

概念設計的水平越高，設計成果的水平就越高。概念設計的水平來自深厚的基礎理論、對結構原理和力學性質的深刻理解及豐富的工程經驗（包括積累的和吸收的）等方面，要提高概念設計水平從而提高設計水平就要在這些方面下功夫。

3 推新創新，開展科研

提高結構設計水平，從另一角度看，意味著要使設計成品比現階段的具有更高的水準、更合理和更經濟的結構形式。這就得用推新和創新來解決，結構技術的不斷發展就是靠推陳出新，作為結構設計工程師，有責任承擔起這個任務。要是安於現狀，不求進取，甘於出「行貨」，那麼水平是提不高的。

推新看來似乎比較容易，問題是往往得不到足夠的重視。建設部陸續公布推廣的新材料、新技術、新結構等是通過試驗研究、鑑定，再經實踐且證實有效和合乎經濟效益的，得到推廣將會提高建築結構的水平。作為設計工程師應該在適合的條件下予以大力推廣應用。

當然，在推廣應用的過程中會遇到這樣或那樣的困難或阻力，設計工程師不應因難而退，而應耐心做工作，努力克服困難和阻力，當推新的積極支持者。不要把創新看得很神秘，也不要對它要求過高。大的改革往往是由小的改進開始或積累而成的，而小的改進也未嘗不是提高。

創新最好結合實際工作進行，在設計過程中，只要本著勇於創新的精神，在各個環節上多動腦筋，注意是否還有可改進的地方；是否還有可以用更好的結構形式的地方；在理論或者計算方法

上是否還有可深化或簡化以致更新的地方，這樣往往就會發現改進或改革的物件，在此基礎上開展工作並深入下去，就有可能得出成果。這種做法來自生產，有了可行的結果又直接用於生產，就容易見效。此外，創新工作宜聯合有關部門如設計、科研、施工、以至業主等合作進行，以便能在研究過程中同時解決各方面的技術問題，使成果更全面和易於推廣應用。

創新工作必須有科學的態度，不應主觀認定，更不能盲目實施。有了新的設想和方案，就要開展科學研究，從理論上**它的可行性和先進性，通過試驗來證實它的正確性。對於較重大的改革還要通過實踐的考驗。

4 做好抗震設計

我國是乙個多**國家，保證建築物的抗震效能以減少**發生時的人員**和財產損失是乙個重要問題。因此，提高建築結構的抗震設計水平是提高建築結構設計水平的乙個重要組成部分。關於抗震設計，我國目前建築結構的抗震

設防原則是「小震（超越概率63％）不壞、中震（超越概率10％）可修、大震（超越概率2％）不倒」。根據這些原則，我國頒布了《建築抗震設計規範》，其他設計規範也據此列出了有關抗震設計的原則、計算方法、構造處理等內容，為我國的建築抗震設計提供了依據。遵循這些進行抗震設計，建築物的抗震效能應該是符合我國的建築抗震標準的。

可是，目前的情況則不太理想。主要是有些設計人員對抗震設計方法的本質還認識不透，抗震設計不是從原則入手，而僅著重於具體計算，造成了建築物表面上是經過抗震計算而且滿足規範要求，但實際上並不具有真正的抗震效能的情況，這種情況屢見不鮮。

**的隨機性很大，建築物遇到**時所產生的**作用難以準確判定。目前規範所提供的抗震計算方法是理論的方法，而有關引數則是在有限統計資料的基礎上通過概率分析得出的，據之作出的計算結果僅能是理論上的和近似的，不能認為它真實反映建築物在**時所受到的作用和它的真正工作能力。而另一方面，也是更重要的一面，通過過去比較大量的震害調查研究，已從巨集觀上總結出各種形式的結構和構造，哪些是對抗震有利的，哪些是不利的，從而制定了一些抗震設計的原則，這些原則在有關規範中都有列出，它反映了客觀規律，遵循這些原則就能使建築物在原則上具有比較可靠的抗震效能。

也就是說，掌握抗震原則比抗震計算更為重要。綜上所述，抗震原則和抗震計算的相對關係是定性與近似定量的關係，前者是概念設計問題，而後者是具體計算。概念設計決定建築物的本質（抗震效能），若是本質上就不適宜於抗震，那麼不管多「精密」的計算也無補於事。

提高抗震設計水平首先要做好概念設計，當然在此基礎上也要認

真計算以作出適當的定量。

5 完善和補充電腦程式的功能

目前結構分析工作基本上都在計算機上進行，絕大多數圖紙也採用計算機輔助設計來完成，因此電腦程式的內容和功能直接影響結構設計水平。目前我國已經具有好幾個較通用、水平相當高、功能比較強、得到廣泛應用的建築結構分析程式，其中有些還帶有成圖功能，此外還有很多專項結構的計算程式，這些程式為結構設計工作提供了有力的工具，在解決結構分析難度和速度、保證以至提高結構設計水平上起了很大的作用。

隨著建築事業的發展，特別是目前，建築物規模越來越大，形式越來越多也越複雜，建築結構設計的內容多了，難度也增大了。另一方面隨著我國建築結構技術水平的提高，對建築結構設計的要求，包括廣度和深度也提高了。在這樣的情況下，現有的結構設計程式已顯得有些難以滿足需要。

例如有些力學模型不能適應比較複雜的結構和構件形式；對某些構件的承載力設計處理不理想或尚未解決；還未具有足夠的計算功能以應付某些複雜結構所需要進行的各種計算（縱使有也比較粗糙）；計算機成圖功能不夠齊全或成圖質量不高等。可是這些結構又非得用計算機計算不可，有時為了解決生產問題，只有硬把結構作這樣或那樣

（甚至是不合理）的簡化以滿足計算程式的能力，導致計算結果不準確甚至錯誤；一些必要而且重要的計算也只好省略或者只能進行一些粗糙的計算，這些做法都足以影響以至降低結構設計的水平。因此，要提高結構設計水平，其中乙個重要方面就是要完善和補充電腦程式的功能，提高其水平。工欲善其事，必先利其器，道理是顯然的。

關於完善和補充電腦程式功能，最好是通過結構設計人員和電腦程式專業人員合作去完成。前者根據實際工作需要制定內容和要求，後者用合理的力學模型和足夠精度的數學方法編成程式，各盡所長，這將會使編出的程式既滿足設計需要又省時和準確。順便要提醒的是，作為結構設計人員，縱使不參與程式的編制，也應該對電腦程式有深入的了解，掌握其適用範圍、編制依據、力學模型和計算方法、構造處理原則等，這是必需的知識也是提高概念設計能力的乙個重要部分，不能忽視。

6 爭取有關工種和專業的支援

設計工作需要由多工種多專業合作共同完成，因此結構設計工作不是孤立的。在設計方面，就需要與建築設計或工藝設計、裝置設計及建築經濟等工種緊密配合；在設計以外，它又跟很多專業，如結構材料、施工技術、分析理論和計算工具、檢測手段等密切相關，因此，要提高結構設計水平，除做好自身工作以外，不管是正常的設計工作或者科學研究，都要取得這些工種與專業的支援。這方面的工作面很廣，內容很多，不擬一一枚舉。

這裡僅提出我認為進行這項工作時需要注意的一些問題。不要把結構設計工作自閉起來，應該認識到它的成果或者提高是與其他工種和專業的支援分不開的。碰到涉及這些工種和專業有關的技術問題，要與他們進行協調，其中絕不能以我為主，但也不能放棄結構原則，要多想辦法，提出各種方案，努力做到既解決結構問題，又能為別的工種提供方便。

提高結構分析水平直接依靠力學和數學問題的解決，除非結構工程師本身也專長於這方面，否則就要向這方面的專家請教學習，爭取他們的幫助。或者提出課題，共同或者讓他們去研究，電腦程式的補充和提高，很有必要採取這種做法。

創新必然與新材料的應用，新工藝的跟進，科學試驗的配合等方面存在著密切的關係，主動爭取這些專業的支援是非常必要的。

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