精心设计——钢结构行业健康发展的关键

     20世纪下半叶以来，大型公用钢结构工程在国内外建筑领域得到广泛应用与迅速发展。从众多的工程实例来看，这些大型钢结构工程具有一个共同的发展趋向，就是：建筑造型新颖化、多样化；结构体系张力化、空间化；加工制造工业化、自动化；安装施工装配化、块体化；取材用料高强化、轻型化；服役功能高效化、全面化。
　　近年来，世界各国兴建的大型公用建筑物，几乎全是按照这一现代发展趋势完成的。1988汉城奥运会主赛馆(D=119.79米)和1996亚特兰大奥运会主赛馆(193米x240米)都是采用创新体系索穹顶。前者的屋盖自重14.6公斤/平方米，后者38公斤/平方米，体现了优秀钢结构体系中的顶峰水平。而我国某个大型体育场，用建造四条航空母舰的钢材，花费“探月工程”投资两倍多的财力，去兴建了一组铁路桥梁型的重型杆件刚架结构，连接钢板的焊缝折算总长度达到280万延米，费工费料令人难以理解。
　　最近，国内一些专家学者为了促进我国钢结构行业健康发展，发表了许多有意义的论点。如：同济大学沈祖炎院士在文章中指出，钢结构具有轻、快、好、省四大属性。华南理工大学王仕统教授在文中指出，钢结构的三大核心价值是：最轻的结构、最短的工期和最好的延性。清华大学李少甫教授在文章中指出，钢结构的基本技术特征是自重轻、塑性大、质量优、建造快、回收多等。

　　钢结构精品工程应具有四项基本特征
　　创新——体现科技进步、工业发展和时代前进的精神。所以工程应具备新的创意、设计中尽量采用新体系、新工艺、新材料。在工程中，只讲规模尺寸以及工程量大小的“复制品”，是难以担当“前所未有”的创新盛誉的；
　　高质——钢结构工程应当具有强大的承载力，足够的稳度与刚度，良好的节点构造和优质的焊缝连接。众所周知，结构工程的承载力、稳度及刚度是设计中的三大技术指标。但从钢结构工程事故的调查及统计来看，许多结构体系的垮塌或失效是由于结构的节点设计不当和关键部位的劣质焊缝引起的。由于在焊接高温下引起的钢材金相变化及结构体内的高额残余应力，往往在焊接钢结构体内存在着几类高额应力同相叠加的致命隐患。所以采用热轧型钢结构要优于焊接结构是不言而喻的；
　　便捷——钢结构的制造和安装应当快速、简捷，便于批量生产、块体运输、整体安装，并应大量采用高强螺栓连接。设计中不应有“杆件各不相同，标高尺寸相异”的“创意”，更不须“焊缝延长若干里，工人操作须穿尿不湿”的“豪言”。这样结构在自动化、工业化加工制造后，施工工地就会成为装配现场，高空作业就改为地面操作。所以，只有精品工程工地才能出现快捷、有序、文明的施工场面；
　　经济——在留有充足安全裕度下，用够钢材强度潜力的设计，必然是合理的、经济的。加上预应力新技术的应用可以发挥钢材的弹性潜能，大大降低用钢量。加以，用自重比g/p(g=结构自重，p=荷载总重)的宏观判别，就能够容易地知道设计的优劣程度。所以精品工程并非难求，它的经济性体现了在创新思想指导下，新体系、新技术、新材料、新工艺等多种优势叠加的总和，并符合低碳经济的要求。它绝非传统结构中“挖潜”、“压缩”式的“瘦身”。
　　上述精品设计四要素全面体现的关键，是靠设计团队各个专业的密切配合与合作，尤其是建筑与结构专业的紧密合作最为重要。在现代大型建筑工程的兴建中，在多数建筑师不熟悉掌握现代结构学科的情况下，保证设计出精品钢结构工程的唯一途径，就是在设计之始就成立由建筑师和结构师组成的设计团队，共同构思，密切合作，才能创作出名副其实的钢结构精品工程来。

　　创出精品钢结构工程的要点
　　努力提高整体设计水平。精品工程的产生，在于主要设计人员的知识水平和创造能力。建筑师水平的提高主要是熟悉现代结构体系以及新材料、新工艺的特性，以便构思出科学合理的高水平建筑设计。结构师水平的提高应是改变“单专”的缺陷。做钢筋混凝土结构的不懂钢结构，做传统钢结构的不懂预应力钢结构。甚至，有些钢结构业内的同行们对焊接金相学与焊缝残余应力等方面的基本知识也知之甚微，导致对一些病态工程漠视不顾。最近，内蒙古鄂尔多斯赛马场看台天棚工程的塌落事故，值得我们认真地思考与总结经验教训。有人对预应力钢结构和预应力混凝土结构的基本区别搞不清；也有人混淆施工中“卸载”和“落架”的专业概念，以讹传讹。所以，学习补充新知识，紧跟把握新时代，应是专业技术人员的终生追求与实践。另外，提高设计工作的管理和人文水平也是重要环节。领导层也需不断“充电”，对科技发展趋向的了解和对国内外态势的掌握，会直接影响工程的评审及方案的选择。
　　完善行业健康发展的运行机制。钢结构行业的健康发展需要有运行机制和方针政策的支持和激励。例如，需要有良好的工作条件及环境，以培养和提高专业人员的素质和水平；需要有科学合理的行业标准，以评审各类生产机构的资质，并防止劣质产品和工程事故的出现。需要有严格公正的评审机制，把住设计、制造、验收等各个环节，以促使健康钢结构的产生。同时，也应改善和制定鼓励优秀设计及创新工程的制度及政策。例如，设立年度“精英奖”，褒优贬劣，树立行业正气。在行业中长期实行的以材料消耗量大小来计量设计费、制造费、施工费的“行规”，早该修订。它鼓励粗繁复的结构体系和浩大超额的材耗量，抑制了新体系、新构件、新工艺的采用，安全不符合低碳经济的要求。所以，认真改革这一“行规”，促进创新，是引导钢结构行业回归健康发展之路重点。
　　尽快建设立法，把大型建筑工程的管理纳入法制轨道。国家级大型建筑的兴建，关系到社会文化物质基础的加强，国库财力的充分高效使用，人们生活条件的提高改善和优秀工程的示范宣传作用等。所以应该力争每项工程做到科学、合理、经济、至善至美。近年来，有些大型工程上马迅速，服役十几年后又被拆除。有的人在立项时理直气壮，拆除时也振振有词，视财富资源如粪土。如杭州浙江大学医学院主楼(22层)、沈阳五里河体育场等建筑物，都是在短期服役后，被“英年早逝”的。因此，应尽早颁布“国家建设法”，将大型工程的立项、招标、评标、设计、采购、制造、施工、验收、运营以及非正常拆除等环节，都纳入法制管理，使工程建设的每一工序都合法合理，每一步骤都科学有序，每一措施都公开公正。力争避免权势及财富方的非理性介入和干扰。