平法系列疑难问题解答集Word文档格式.docx
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将来经过技术普及和提高,大家又都能看得懂了。
这个"看得懂——看不懂——又看得懂"的过程,就是一个螺旋式的上升过程,就是全民族科技水平提高的过程。
"平法"是一次革命,同样钢筋平法也是一门专业知识,只有我们很好的掌握了"平法",才有可能熟练的用好软件,它是我们学习钢筋软件的基本,也是我们应该认真学习的一项基本技能。
要熟练地掌握"平法"技术,这就需要具备较深厚的建筑工程结构和钢筋混凝土的理论知识,以及施工管理的实践经验,甚至钢筋工的知识和经验,因此,只有在专业技术上取得优势,才能在软件应用上取得优势。
通过这个小册子,希望能使大家进一步正确理解平法,并准确运用"平法"。
一、走近"平法"
1.平法的由来
从事建筑行业的人,特别是从事建筑结构设计的人都知道,我国的建筑结构施工图设计经历了三个时期:
一、是建国初期至90年代末的详图法(又称配筋图)。
二、是80年代初期至90年代初在我国东南沿海开放城市应用的梁表法。
三、是90年代至今普及的平法。
作为梁表法的配套软件,1986年开发的结构CAD软件即以详图法和梁表法为编制依据。
它的出现,从形式上替代了人工制图,对提高我国结构设计效率起到重要作用。
然而,随着我国基本建设的飞速发展,结构CAD软件在实际运用中的弊病也越来越突出。
这表现在如下几个方面:
建筑结构设计人员的工作量剧增,其中70—80%用于画图;
计算机的普遍使用表面上将设计人员从繁重的计算工作中解放出来,但从整体止看,全国大多数设计项目仍以人工制图为主;
即使利用计算机绘图,由于现有的CAD软件依据传统设计方法编写,表达繁琐,图纸量比手工绘制还多,设计成本反而更高。
也是因为这个原因,设计中的"错、漏、碰、缺"成为质量通病。
另外,工程项目设计过程中建筑专业经常半路调整和修改平面,结构设计不得不作相应改变,而框架、剪力墙等是竖向表达的,由于这个专业间的表达不一致,变更设计时牵一发而动全身。
如若在紧张状态下出图,往往顾此失彼,形成新的"错、漏、碰、缺"。
这与传统设计方法的不科学性有一定联系。
也许正应了"生逢其时"这句话,1982年从湖南大学工业与民用建筑专业本科毕业的陈青来,在实际工作中敏锐地感觉到,由于按传统方法和传统CAD软件绘制的施工图内容中存在大量的"同值性重复"和"同比值性重复",使得传统的设计方法效率低,质量难以控制。
1991年下半年,有了先后两次在日本和挪威研修、留学和考察的陈青来经过比对发现,发达国家设计事务所完成的结构图纸通常没有节点构造详图,节点构造详图通常由建筑公司(施工单位)进行二次设计,设计效率高,质量得以保证。
有些结构设计甚至只给出配筋面积,具体配筋方式由建筑公司搞,出图效率更快。
据此,他认为中国传统的设计方法必须改革。
而此时,"平法"已经在他心里有了最初的萌芽。
实践告诉陈青来,构造做法主要有两大部分,即构件节点构造和构件节点外的杆件构造。
这两大部分构造做法不属于设计工程师的创造性设计内容,通常只要直接遵照规范的规定和借鉴某些版本的构造设计资料来绘制即可,因之,传统设计中存在的大量重复,且大部分是离散的信息中构造做法的简单重复也就不足为奇了。
如果改变传统的"构件标准化"为"构造标准化",不仅能够大幅度提高标准化率和减少设计工程师的重复性劳动,同时,由于设计图纸中减少了重复,从而相应地会大幅度降低出错概率。
这样,既可大幅度提高设计效率,同时又提高了设计质量。
基于上述的认识,平法的思路在陈青来的脑海中已经越来越清晰,并且很快形成了一条新型标准化的思路,沿着这条思路,陈青来走向了另一片结构标准化领域。
在这个新领域中,不存在任何完整的标准化构件,但却包罗结构必须存在的节点构造和节点外构造标准设计。
这两大类构造可适用于所有的构件,但却与构件具体的净跨度、净高度、具体截面尺寸无限制性的关系;
与构件所承受的荷载无直接关系;
与构件截面中的内力无直接关系;
与设计师根据承载力要求所配置钢筋的规格数量也无直接关系。
根据以上思路,陈青来就将具体工程中大量采用,理论与实践均比较成熟的构造做法编制成建筑结构标准设计,对各类结构构件的节点内和节点外的构造做法实行大规模标准化。
这样的标准化方式不仅适用范围广,而且不替代结构设计工程师的责任与权利,完全尊重结构设计工程师的创造性劳动。
这种新型标准化方式,相对于"构件标准化"可定义为"广义标准化"方式。
该方式对于现浇钢筋混凝土结构,其标准化率可高于30%。
广义标准化方式在解决传统结构施工图存在大量重复问题上明显取得重大突破。
据陈教授讲,他1989年去日本,当时的建筑师和结构师的比例为7:
1,而他所在的山东省院的比例是2:
3。
这个比例让他震惊,他发现很多节点构造都没有设计,在询问后对方给予解释:
结构的节点设计是很多有名气和实力的建筑公司,他们都已经申请了专利。
设计院无权设计的,因为那需要多次的实验。
当他参观东京一家建筑公司时,惊讶的发现了他们所说的节点构造,悬挂在项目部的墙上。
1991年,对陈青来来说,是一个非同寻常的年份。
这年10月初,山东省济宁市工商银行因为要将营业楼的建设纳入本年度的资金使用计划,要求山东省建筑设计研究院必须在三个月内完成设计。
当年,以三个月不到的时间由一人完成16000平方米的结构设计相当困难。
按照惯例,即使是最优秀的设计师平均每天最多也只能完成100平方米的工作量,也就是说,16000平方米由一人做最快也要160天才能完成。
陈青来在看过对方提供的各项资料后,感到这是实践平法的一次良机。
他不仅欣然接受了任务,并承诺能够按时完成任务。
但他向有关方面提出了一个要求:
不得干涉我使用哪种方法。
利用自创的已经思考成熟的"平法"进行操作,40天时间陈青来如期完成任务。
一位负责图纸审核,1958年毕业于同济大学的高级工程师发现只有薄薄的一沓图纸———习惯上图纸数量应该是目前的3倍,且运用的方式与以往的迥然不同,感到事不寻常,便更加认真地审核,但几乎未发现"错漏碰缺"。
高兴之余,这位老工程师赞扬道:
"真是天衣无缝!
"然而,老工程师赞赏未能换来当时陈青来所在单位有关领导的支持。
对此他本人并无怨言,他认为任何一件新生事物都不可能在很短的时间内被人理解和接受,这是人类社会在认识事物方面的客观规律。
陈青来坚信,一项好的技术会不胫而走,不必费力推广;
一项并非先进的技术即便全力推广也不会真正奏效。
从1992年到1994年,在没有任何推广措施且有关领导持低调态度的情况下,平法在山东省建筑设计研究院竟然"自然普及"。
1994年底陈青来受北京有关部门邀请为在京的一百所中央、地方和部队大型设计院做"平法"讲座,首场便引起轰动效应,他的名字也从此传到我国政治文化中心,继而传遍全国结构工程界,时隔12天,一篇题为《结构设计的一次飞跃》的文章在《中国建设报》头版显著位置刊出,一时间在中国建筑设计界产生了强烈共鸣。
时隔十年,"平法"已在我国全面普及。
实践是检验真理的唯一标准,"平法"当年提出的各种新理念已经得到业界的普遍认同。
"平法"将会进入大学课程。
1995年8月8日,一篇题为《结构设计的一次飞跃》的文章在《中国建设报》头版显著位置的刊登,在我国建筑界产生了强烈的反响。
因为,10天前刚通过建设部科技成果鉴定的"建筑结构施工图平面整体设计方法"(下称"平法"),与传统方法相比可使图纸量减少65~80%;
若以工程数量计,这相当于使绘图仪的寿命提高三四倍;
而设计质量通病也大幅度减少;
以往施工中逐层验收梁的钢筋时需反复查阅大宗图纸,现在只要一张图就包括了一层梁的全部数据,因此大受施工和监理人员的欢迎。
弹指一挥间,十年倏忽过。
迄今为止,作为平法的创始人,山东大学教授陈青来先生已先后出版有关"平法"的国家标准设计技术专著及论文达35篇、册,其中101系列国家建筑标准设计累计发行数量逾百万册。
接受全国各地建设行政主管部门、建筑学会、土木工程学会、各大设计院、大专院校之邀,陈青来教授已做平法讲座70余场次。
2.平法的特点
混凝土结构施工图平面整体表示方法(简称"平法")是把结构构件的尺寸和钢筋等,按照平面整体表示方法制图规则,整体直接表达在各类构件的结构平面布置图上,再与标准构造详图相配合,即构成一套完整的结构施工图的方法。
它改变了传统的那种将构件从结构平面布置图中索引出来,再逐个绘制配筋详图的繁琐方法,是混凝土结构施工图设计方法的重大改革。
由建设部批准发布的国家建筑标准设计图集(G101即"平法"图集),是国家重点推广的科技成果,已在全国广泛使用。
六大效果验证"平法"科学性,从1991年10月"平法"的首次运用于济宁工商银行营业楼,到此后的三年在几十项工程设计上的成功实践,"平法"的理论与方法体系向全社会推广的时机已然成熟。
1995年7月26日,由建设部组织的"《建筑结构施工图平面整体设计方法》科研成果鉴定"在北京举行,会上,我国结构工程界的众多知名专家对"平法"的六大效果一致认同,这六大效果是:
1.更简单,"平法"采用标准化的设计制图规则,结构施工图表达数字化、符号化,单张图纸的信息量较大并且集中;
构件分类明确,层次清晰,表达准确,设计速度快,效率成倍提高。
2.掌握全局,"平法"使设计者容易进行平衡调整,易修改,易校审,改图可不牵连其它构件,易控制设计质量;
"平法"能适应业主分阶段分层提图施工的要求,亦可适应在主体结构开始施工后又进行大幅度调整的特殊情况。
"平法"分结构层设计的图纸与水平逐层施工的顺序完全一致,对标准层可实现单张图纸施工,施工工程师对结构比较容易形成整体概念,有利于施工质量管理。
易操作平法采用标准化的构造详图,形象、直观,施工易懂、易操作。
3.更专业,标准构造详图可集国内较成熟、可靠的常规节点构造之大成,集中分类归纳后编制成国家建筑标准设计图集供设计选用,可避免构造做法反复抄袭及伴生的设计失误,保证节点构造在设计与施工两个方面均达到高质量。
此外,对节点构造的研究、设计和施工实现专门化提出了更高的要求。
4.低能耗,"平法"大幅度降低设计成本,降低设计消耗,节约自然资源。
平法施工图是有序化、定量化的设计图纸,与其配套使用的标准设计图集可以重复使用,与传统方法相比图纸量减少70%左右,综合设计工日减少三分之二以上,每十万平方米设计面积可降低设计成本27万元,在节约人力资源的同时还节约了自然资源。
5.高效率,"平法"大幅度提高设计效率可以立竿见影,能快速解放生产力,迅速缓解基本建设高峰时期结构设计人员紧缺的局面。
在推广平法比较早的建筑设计院,建筑设计人员与结构设计人员的比例已明显改变,结构设计人员在数量上已经低于建筑设计人员,有些设计院结构设计人员仅为建筑设计人员的二分之一至四分之一,结构设计周期明显缩短,结构设计人员的工作强度已显著降低。
6.改变用人结构,"平法"促进人才分布格局的改变,实质性地影响了建筑结构领域的人才结构。
设计单位对工民建专业大学毕业生的需求量已经明显减少,为施工单位招聘结构人才留出了相当空间,大量工民建专业毕业生到施工部门择业渐成普遍现象,使人才流向发生了比较明显的转变,人才分布趋向合理。
随着时间的推移,高校培养的大批土建高级技术人才必将对施工建设领域的科技进步产生积极作用。
促进人才竞争,"平法"促进设计院内的人才竞争,促进结构设计水平的提高。
设计单位对年度毕业生的需求有限,自然形成了人才的就业竞争,竞争的结果自然应为比较优秀的人才有较多机会进入设计单位,长此以往,可有效提高结构设计队伍的整体素质。
3."平法"探析
关于混凝土结构原理辨析之一
混凝土结构原理承载多元理论:
1.承载材料理论:
解决钢筋与混凝土共同工作的问题。
2.承载可靠度理论——解决结构的安全度问题。
3.承载经典力学理论——解决结构上的荷载(作用)与结构的内力与变形(作用效应)问题。
4.承载抗力理论——解决结构的强度和刚度问题。
5.承载节点构造理论——解决构件的连接问题。
现状:
1.混凝土结构基本原理承载的钢筋与混凝土两种材料各自特性与共同工作原理,是相对比较丰富、比较成熟的内容。
2.混凝土结构基本原理承载的可靠度理论,由30年前的半经验半概率极限状态设计方法过渡到现在的近似概率极限状态设计方法,该理论对混凝土结构的适用程度(缺少支持正态分布曲线的实际试验和统计资料),以及在理论上究竟前进了多少尚难定论。
3.混凝土结构基本原理承载的经典力学理论,其计算结果与实际情况存在较大差异。
原因是混凝土结构杆件的截面较大,存在刚性区域与简化成单线形状的计算简图有很大差异,尤其反映在基础结构的计算方面。
再者,荷载的力学简化存在较大的误差。
4.混凝土结构基本原理承载的抗力理论是教科书中的主要内容,但主要为"构件"的抗力理论而非"结构"的抗力理论。
其内容主要有三部分:
一部分是"正截面"问题,解决构件的弯、拉、压、偏拉、偏压;
一部分是"斜截面"问题,解决构件的抗剪;
一部分是"螺旋面"问题,解决构件的抗扭。
5.混凝土结构基本原理承载的节点构造理论现阶段几乎是空白,研究缺口非常大,给人造成"构件的简单组合即为结构"的错误感觉,不符合整体大于部分之和的自然法则。
几个容易混淆的概念:
1.科学发展的过程,是以较小谬误取代较大谬误的过程,因而存在正确程度的问题。
科学本身不是真理,科学是在追求真理的动机下的随着时间的延续而得到的发现和解释自然的渐进性成果。
科学通常有发现而无发明。
2.技术发展的过程,是以比较高的适用程度取代比较低的适用程度的问题,技术本质上并不存在正确程度的高低。
技术通常有发明而无发现。
3.科学与技术各位两个"圆"(领域),这两个"圆"符合"交叉圆"的自然法则。
"平法"研究位于两圆的交叉区域。
4.基础理论主要是科学研究的成果,基础理论用于发现世界和解释世界,存在发现、更新而非创新。
5.应用理论主要是技术研究的成果,应用理论用于改造世界和建设非自然存在的物体,存在不断创新。
应用理论的实质属于方法范畴。
6.基础理论不具备直接用于实践的功能,基础理论通过应用理论即方法才可用于实践。
方法是连接基础理论与实践的桥梁。
7.基础理论的发展极其缓慢,而方法的发展非常迅速,日新月异。
8.方法在人类社会生活中具相当重要地位,很多问题的解决往往难在方法上,而不是难在基础理论上。
中国历史上的四大发明均是方法的发明而不是理论的发明。
关于混凝土结构原理辨析之二
结构工程界的五板块划分:
1.科学板块:
基础理论和应用理论;
2.技术板块:
工程技术类专著;
3.规范规程板块:
国家的工程技术法规;
4.技术规则板块:
由政府主管部门批准的技术指导性文件;
5.工程板块:
包括设计、造价、施工、监理等。
既基础理论与应用理论板块,应当为其他板块的基础,但目前落后于规范规程板块及技术规则板块(包括大学教科书滞后),且至今尚未全面完成"构件"到"结构"的转变,以及未解决好节点问题。
是我国比较成熟的板块,其内容主要用于工程界,尚未收进高等教育的教学内容。
改革开放以来,我国对规范规程采取追踪、引进国外版本的路子,在现阶段奇怪地走在建筑科学技术的最前沿,而实际缺少国内理论板块的支撑,因此内容不稳定,修订频繁,出现明显板块错位,其失误属于自然结果。
这种板块错位现象是我国在特殊历史发展阶段的特殊现象,应属正常。
是系规范规程的应用细则延伸,更具体化和更加细化,具有明确且实际的技术指导作用。
目前国家建筑标准设计承担起了这个重要功能,如G101系列与G329。
其内容主要有设计制图规则和作为图形化的构造规则的标准构造详图。
当前主要进行经济体制方面的变革,把遵守规范规程和技术规则放在首位。
关于混凝土结构原理辨析之三
关于辨证思维与逻辑思维:
1.辨证方法是认识自然和社会的方法,而逻辑方法更适合于解决与处理问题。
2.辨证思维的力量强于逻辑思维的力量,但辨证思维更适合于研究人文和历史,而逻辑思维更适合研究工程技术。
3.两千多年以前,中国的哲学家就发展了辩证思维,但中国人在历史上过早地以辨证思维否定了逻辑思维,结果没有给逻辑思维的成长留出足够的空间。
4.因此,中国人在逻辑思维方面有显明不足,体现在:
概念往往没有明确的涵义(讲究"意会"、"领悟")/判断往往没有明确的前提/推理往往没有明确的过程/重结果而不重过程。
5.多年来在政治上对形而上学的批判,不适当地地扩大,延伸到科学技术领域,而在西方社会,形而上学在诸多科学定理的发现上起了重要作用。
6.由于历史形成的辨证思维习惯,使规范和规程中存在许多非同一之处、摸棱两可之处、矛盾之处、理由不充分之处。
7.我国结构学术界与现行规范偏爱使用"抽象术语","抽象术语"比"形象术语"难懂且距离自然较远,容易使人们在理解术语时脱离"源概念"。
8.在处理科学技术问题方面,容易忽略简单与复杂的辩证关系。
4."平法"的系统科学原理:
"平法"的系统科学原理为:
视全部设计过程与施工过程为一个完整的主系统,主系统由多个子系统构成:
基础结构、柱墙结构、梁结构、板结构;
各子系统有明确的层次性、关联性、相对完整性。
1.层次性:
基础、柱墙、梁、板,均为完整的子系统。
2.关联性:
柱墙以基础为支座——柱墙与基础关联;
梁以柱为支座——梁与柱关联;
板以梁为支座梁——板与梁关联。
3.相对完整性:
基础自成体系,仅有自身的设计内容而无柱或墙的设计内容;
柱、墙自成体系,仅有自身的设计内容(包括在支座内的锚固纵筋)而无梁的设计内容;
梁自成体系,仅有自身的设计内容(包括在支座内的锚固纵筋)而无板的设计内容;
板自成体系,仅有板自身的设计内容(包括在支座内的锚固纵筋)。
5.平法的应用理论三要点:
1.将结构设计分为创造性设计内容与重复性(非创造性)设计内容两部分,两部分为对应互补关系,合并构成完整的结构设计。
2.设计工程师以数字化、符号化的平面整体设计制图规则完成其创造性设计内容部分。
3.重复性设计内容部分(主要是节点构造和杆件构造)以《广义标准化》方式编制成国家建筑标准构造设计。
4.标准构造设计的实质是图形化的构造规则;
由设计师完成构造设计缺少充要条件:
①结构分析结果不包括节点内的应力;
②以节点边界内力进行节点设计的理论依据并不充分;
③节点设计缺少足尺试验依据。
5.构造设计缺少试验依据是普遍现象,现阶段由国家建筑标准设计将其统一起来符合现阶段的中国国情。
6."平法"基本原理
1."平法"视过程重于结果,因而实现了自身的可持续发展。
2.技术科学在否定中前进,在肯定中静止。
"平法"将在不断自我否定中发展成长。
3."平法"是上游技术的改革,将对结构领域中、下游技术产生很大影响。
4.上游技术的改革是比较彻底的改革,在改革时不宜过多顾及中、下游技术,而上游技术的改革既对中下游技术提出挑战,同时也创造了机遇。
5.上游技术的改革将推动中、下游技术的发展。
7.平法制图规则与构造要点解析
要点一:
结构与构件、整体与部分的关系问题
要点二:
结构的刚度问题(空间尺度与空间位置概念)
要点三:
结构各类构件的连接关系(支座)问题
要点四:
平法设计规则:
①注写方式与截面方式相结合;
②集中注写与原位标注相结合;
③特殊构造不属于标准化内容。
要点五:
钢筋锚固的原则:
①梁受拉钢筋在端支座的弯锚,其弯锚直段≥0.4laE,弯钩段为15d并应进入边柱的"竖向锚固带",且应使钢筋弯钩不与柱纵筋平行接触的原则(边柱的"竖向锚固带"的宽度为:
柱中线过5d至柱纵筋内侧之间);
②受力纵筋在端支座的锚固不应全走保护层的原则,当水平段走混凝土保护层时,弯钩段应在尽端角筋内侧"扎入"钢筋混凝土内;
③当抗震框架梁往中柱支座直通锚固时,纵筋应过中线+5d且≥laE的原则;
④梁受拉纵筋受力弯钩为15d.柱偏拉纵筋弯钩、钢筋构造弯钩为12d的原则;
⑤墙身的第一根钢筋、板的第一根钢筋距离最近构件内的相平行钢筋为墙身与板筋分布间距1/2的原则;
⑥当两构件配筋"重叠"时不重复设置且取大者的原则;
⑦节点内钢筋锚固不应平行接触的原则。
8.陈青来教授设计理念
"平法"理念的"超凡脱俗",书香世家的熏染,深厚文化底蕴的辐射,使他成为一代宗师。
极具个性的理论和学说。
39.5岁始创平法,最早的初衷仅仅是为了解脱自己在根根梁柱里的重复钢筋的画来画去。
一个先研究中西方哲学,然后再进行科学方法寻找和发现的人。
经典语录:
"不追求完美,只追求合理","科学在否定中前进,在肯定中静止";
世界上不存在结果,只存在一个接一个的过程,或者说无数的结果汇集成了过程。
平法极其重视过程,因此实现了自身的可持续发展;
"平法"不单纯是位于科学与技术交叉领域的一种技术;
更重要的是,"平法"基于现代科学哲学和技术哲学思想。
哲学,是从超然高度揭示和描述自然规律,能跨越时空的学说;
遗憾的是,在我国建筑结构领域,哲学几乎是一片贫瘠的荒漠。
"平法"试图在这片荒漠中,播下绿色。
——陈青来
9."平法"的未来
当记者向陈青来求证平法的理想境界时,他坦陈,"平法"追求的是合理,而从不追求完美。
因为从某种意义上讲,完美意味着终结。
因此,"平法"追求的是一个过程,而非目标。
在这个过程中"平法"会不断地否定自身,这也符合技术科学在否定之否定中前进的自然法则。
按照发展规律,在未来数年的时间内,"平法"将会进入我国的大学课程。
陈青来教授进一步指出,随着"平法"在全国的普及和向纵深发展,我国构造研究相对薄弱的矛盾将会渐渐突出。
在国内几十所建筑科学研究院所和几百所高等院校的土木工程院系中,专门从事构造研究的专家、教授为数不多。
目前国内普遍采用的构造设计,大部分是对几十年前构造做法的逐步改进,其中概念设计的比重偏高,经过足尺试验的例子较少,经过多次反复试验取得更可靠数据的例子则更少。
总之,构造研究在我国还不成规模,成果尚不显著。
我国高等工科院校侧重于传授结构设计基本原理,而构造原理讲授的很少,甚至基本不讲,新毕业的大学生基本不懂构造是不争的事实。
在"平法"基本理论和方法中,集成化的标准构造设计是非常重要的组成部分,当"平法"将来得以进入大学课堂,土建专业的学生开始普遍应用平法进行课程设计和毕业设计时,我国的结构设计将全面进入平法时代。
到那时,必将有更多的专家、教授对设计方法和构造研究产生更广泛的兴趣,从而促进我国的构造研究专门化和结构领域系统科学
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