结构设计师应该对设计负责还是对工程负责？这些案例值得深思

作者：闵宏芳 来源：土木吧

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工程结构设计应该走整体设计理念之路

----对设计负责还是对工程负责?

前言本文发表后，得到了老师、同事、学生、朋友以及网友的关心，提出了许多宝贵的意见，为了使文章对大家有帮助，据此作了大的修改，再一次想听听意见，谢谢大家。

    随着我国建筑工程的迅猛发展,原来工程设计只对设计负责的一套理念暴露出来不少问题,本文以问题为导向,深刻反思,在总结工程实践经验基础上,提出工程设计应该走整体设计理念之路,也就是说设计要有一个整体设计理念,这里包含二层意思:设计本身应该重构件连接与构造措施,与此同时应该考虑到设计施工的可行性、安全性，工程经济性与合理性. 本文举例说明,供同行们参考.

    (一)目前工程设计存在未考虑现场施工可行性、安全性 工程经济性、合理性:

    施工可行性案例一:

    某工程地下室基础抗拔桩检测三根桩原来设计图纸要求按照图集施工,经过核算这三根检测桩按照图集配筋达不到设计要求.计算如下：

   设计检测抗拔桩抗压2200KN,抗拔1150KN,设计选用图集04G361,桩代号JAHB-245,查图集配钢筋4Φ20 4Φ18,计算如下:

⑴:抗拔验算4x314.2x360 4x254.5=452448 366480=818928N=819KN<1150KN,即不满足设计要求的抗拔力.

如果钢筋改为4Φ20 4Φ25=452448 706896=1159344=1159>

1150,满足设计要求.即钢筋改为4Φ20 4Φ25.

⑵:抗压验算:

设计混凝土C45  21x350x350x0.75 1159=1929 1159=3088>2200  满足设计要求。

     以上案例发现二次,上面案例施工前发现的,还有一个抗拔桩施工好以后检测时候发现的,弄得很被动.所以利用图集必须要看一下,是否适合本工程.

   施工可行性案例二:

    某设备基础工程桩采用钻孔灌注桩，直径600mm，桩身混凝土强度C40，主筋12Ф25，有效桩长26.0m，桩端持力层为⑦-1层砂质粉土，单桩水平承载力设计值为165kN，承台高1.5米，承台底标高-1.500（相对标高）。       

    灌注桩施工结束28天后检测单位进行了单桩水平承载力静荷载试验，单桩原水平承载力设计值为165kN，检测单位按照相关规范进行检测，试桩单桩水平承载力设计值只有80kN，检测值远低于设计要求。

    注:经过分析,设计单位单桩水平承载力设计值165kN，是根据基础桩同设备基础刚接计算出来的,但是桩检测时候桩端处于自由端,即约束条件不一样,设计单位图纸说明对于桩检测要求也没有交代,所以造成得到的结果不一样.

   施工可行性案例三:

   某轻钢单跨车间工程,轻钢屋面,钢筋混凝土承重柱,柱间钢支撑下端M-1预埋钢板,有15根三级钢直径25锚固钢筋,详见下图.柱子有那么多钢筋,所以按此图纸施工无法做,后来改为8根三级钢直径32钢筋.

    施工可行性案例四:

    某工程二层物流仓库，建筑高度24M，建筑面积28238M2，±0. 000相当于绝对标高4.700M，室外地坪相对标高-0. 600M，绝对标高4. 100M，基础工程桩采用预应力钢筋混凝土管桩，桩选用国家标准图集《预应力混凝土管桩》（10G409），工程桩编号为PHC600-AB-110-33，桩长33M，分三节，每节11M。单桩竖向抗压承载力设计值2200kN，单桩竖向极限抗压承载力设计值4700KN，总桩数646根，桩顶绝对标高2.100M，桩端绝对标高-30.900M，基础型式为桩 承台基础。施工方法为静压，静压桩机吨位为8000KN 。在施工过程中，第三节桩普遍出现还剩2M左右长的桩无法送至桩端设计标高,也就是说再打桩要打断了.

    注:本工程设计单位根据沉桩记录,也就是桩沉到31m已经达到设计要求,所以同意设计桩长由33m改为31m.

    施工安全性案例一:

    靠近三层老厂房新建四层厂房,详见以下照片,老厂房框架结构,基础柱下钢筋混凝土独立基础,新基础是钻孔钢筋混凝土灌注桩,桩直径600mm,长33m.新厂房基础设计图纸详见以下图一.设计问题出在新老基础相距最小净尺寸只有100mm,而且新基础桩承台比老基础深500mm~850mm.这样的设计导致施工难度大,增加施工的危险性.而且有可能影响已建筑物的整体安全.

        

     

    注:本工程此问题最后由建设单位管理工程师提出新老基础底做成一样平,设计单位同意.

     施工安全性案例二:
    新建三栋三层厂房,厂房基础是混凝土预应力管桩,桩直径500mm,长22m.设计问题出在厂房三相距南边民房最小净距只有7m,而且民房基础都是天然地基.这样的设计施工很困难,会影响到老民房.实际上,施工过程中尽管采取了防止影响民房的措施,例如挖防震沟,沉桩控制速度,采用套打、跳打等施工技术措施,但是由于太近了,最终民房还是出现了不少裂缝,造成了施工纠纷.遇到这种情况,设计上工程基础桩应该采用钻孔灌注桩.

           

    注:本工程厂房三基础先施工,出现施工纠纷以后,建设单位管理人员提出厂房一靠近民房一部分基础桩由预应力混凝土管桩改为混凝土灌注桩,设计单位同意.

    工程经济性案例一:

    某地下室基础工程,原设计为有梁式筏板,后来改为无梁筏板,施工方便,工程又经济.详见以下图:         

          

    工程经济性案例二:

    某地下室外墙墙板有二种层高:5.400m与3.600m,原设计墙板配筋采用一个剖面,后来改为二个配筋剖面.

工程经济性案例三:

某工程楼面荷载3kn/m2,原设计楼面配筋三级钢10

后来长方向改成三级钢8.gif" />双层

   

    工程合理性案例一

    某工程1号楼南立面大门为了保证建筑外观,调整个别钢筋混凝土横梁改为钢拱梁。原设计1号楼南立面大门效果图纸

    1号楼南立面大门设计有气魄与美观,但是结构上在5400米标高上处,既拱脚地方放上了一根钢筋混凝土横梁,这样立面效果差多了,后来跟设计商量此根水平钢筋混凝土横梁改成曲型拱钢梁.

  工程合理性案例二：

    某4号楼工程室外楼梯原设计基础是填土基础,详见图三,室外楼梯基础1-1剖面图.本工程基坑围护后来采用大开挖方案,坡底到地下室外墙有1m多距离,这样室外楼梯基础再向边坡方向挖一点,直接可以从天然地基做上去,这样基础比填土基础沉降小,还可以降低将来维修成本.          

   

       4号房室外楼梯修改以后基础平面图

    通过上面工程案例可以看到目前设计存在的众多问题,这不但不能够满足目前工程建设大发展的需要，而且有的造成工程很大损失。

(二) :设计本身没有一个整体设计的理念,重构件设计,轻构件之间连接,轻构造措施.

    上海地区7度抗震,要求三强三弱,即强柱弱梁 强剪弱弯,强节点弱构件,最后一条强节点弱构件是保证结构整体性的主要技术措施.但是现在施工图纸在表达方面,构件图纸详细,构件节点连接图纸少,或者施工要求写在说明里,或者参照什么图集做.

通过某一个工程结构说明,分析目前存在的问题:

    1:本工程没有地下室,也没有剪力墙,但是结构说明里有这方面施工要求说明.还有:

     9.3.4条说明当柱子混凝土等级同梁不一样的时候梁柱节点施工处理要求,本工程不存在.这一条应该取消.

    2:说明里施工做法要选择的:

    10.1条后砌填充墙同主体结构之间刚接还是柔性连接,二种处理施工要求.施工单位如何选择,这应该有设计单位确定.

    3:关键节点施工要求不具体:

    例如悬臂梁施工要求:

    图集92页一共有7个节点,而且悬臂梁都是变截面的,本工程悬臂梁不是变截面的.如何施工应该明确采用哪一个节点,施工中应该注意事项.

    与此同时设计中不重视结构构造措施:

    案例一：

 

案例二：

 案例三:

  

    具体施工过程中不少施工单位有的没有相应图集，造成质量达不到要求.例如框架结构中梁与柱的连接,一般设计单位不出图纸,施工要求参照图集,施工中由于施工单位对于图集理解不一样,做法各式各样.

    结构施工说明是设计重要内容之一,是体现整体设计理念主要手段之一,但是目前没有很好地作到这一点,造成不少工程建成以后屋面、墙面、楼面裂缝与渗水等现象.所以针对工程的具体情况,设计单位应该补充针对性的相关说明,例如参照图集哪一页哪一张详图,使用中指出施工要求与注意事项,这样施工才有明确方向了.有的图集详图需要结合工程实际情况进行验算才能用的.建议出施工图纸时最后附主要参考详图.

对于重大危险源工程，特别要增加施工特殊要求与注意事项的说明内容。

我们的老师原上海华东建筑设计院教授级高工赵公裘一直强调好的结构设计反映在构件连接与构造处理上.此教导是他建筑设计一生总结出来的,值得我们学习与继承.

    

近几年来,发生多起由锚拴失效,造成连廊坍塌的案例.其中原因之一:没有体现强节点的设计理念.

  （三）:工程安全事故不少就是由于设计没有考虑到或者未提示:

例如2019年4月10日江苏扬州市广陵区古运新苑农民拆迁安置小区四期B2地块发生基坑作业时发生局部坍塌安全事故,造成死伤,其中原因之一:基坑支护设计存在缺陷,即设计院对电梯井集水坑未编制支护的结构平面图和剖面图,也未在施工前向施工单位和监理单位进行有效说明或者解释.

  （四）原因分析:

  设计单位的设计只对设计负责,也就是说设计只要满足设计规范与标准.至于施工能不能做到是施工单位的事情了,实际上工程是一个整体,设计与施工只不过是二个阶段.所以不考虑施工的设计属于不完整的设计.

  造成的原因:

  1:从学校学习开始,一直一门一门单科学习,例如土力学,钢筋混凝土,钢结构等,没有一门工程整体课,所以养成了一种习惯,这是产生当前这种情况的原因之一.

  2:从建筑结构设计发展来看,分二个阶段:建筑物需要抗震设计前和后,自从建筑物需要抗震设计以后,重构件之间连接与构造措施提到规范高度上了.实际上这样的理念不管抗震地区还是不抗震地区,整体结构设计的理念都应该要的.其实我国古代建筑一直重视建筑工程构件之间的连接,例如塔结构与木结构.

  3:现在设计单位年轻人多,缺乏施工常识与经验.

  4:不重视前期方案阶段的设计.例如上面不少案例,反映出设计前期方案没有做好。例如施工可行性案例四，设计工程师说,没有去调查过与了解过该地区沉桩困难的情况.

（五）反思与建议:

工程实践已经证明只对工程设计负责的理念已经不适应了建设发展的需要,所以建议改变设计理念,跟上与满足建筑工程发展的需要.

  

  初步的解决办法:

    1:设计施工一体化设计,即整体设计的理念.即现在的设计内容包括施工阶段内容，与此同时设计本身不仅要满足设计规范与标准，而且要重视构件节点连接与构造措施。

    2:建筑师负责制的推行,即建筑师不但要对设计负责,而且要对施工负责.