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    3. 【結構咖】老結構工程師談結構設計 | 深度

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      來源:土木檢測 如有侵權請聯系刪除 自己在一家大型工業設計院工作,畢業工作已經十多個年頭。與很多國家的同行們在實際工程中真刀真槍干過。結構設計做了很多,看了很多,也想了很多。現在對結構和結構設計所想寫下來,與同行們一起分享。希望對所有夢想成為真正結構工程師的年輕人有所幫助。寫得對的地方我們一起來共勉,對寫得不對的地方我們一起來切磋。老一代結構人已經退出歷史的舞臺,我們正在創造屬于我們這一代人的歷史。

      來源:土木檢測

      如有侵權請聯系刪除


      自己在一家大型工業設計院工作,畢業工作已經十多個年頭。與很多國家的同行們在實際工程中真刀真槍干過。結構設計做了很多,看了很多,也想了很多。現在對結構和結構設計所想寫下來,與同行們一起分享。希望對所有夢想成為真正結構工程師的年輕人有所幫助。寫得對的地方我們一起來共勉,對寫得不對的地方我們一起來切磋。老一代結構人已經退出歷史的舞臺,我們正在創造屬于我們這一代人的歷史。


      結構設計教育需改革


      很多年輕人加入了建筑結構設計的行業,結構設計師收入也不錯,結構人迎來了春天。但并不是所有人的春天,一幫熱血沸騰的年輕人每天面對瑣碎的技術問題,披星戴月帶著巨大的職業壓力在做設計,其實過的都是與富士康員工相當的苦逼生活。這很大原因歸結于我們的技術水平還沒有達到職業要求。只有沖破了技術屏障,結構人的春天才真正到來。


      對于如何提高設計水平,我想起了我學外語的教訓。從初中考試到研究生畢業,整整花了 13年的學外語。第一次出國門,發現所學外語與實際應用相去甚遠,連基本的問題都很難解決。在國外一年時間里,基于生活和工作需要,跟司機、廚師學、當地的工程師學…,外語終于可以張口就有。回國時在昆明機場在電梯里忘記了這是國內,用外語回答別人的問題發現對方很茫然,后才想到這已經是國內了。13 年的努力敵不過一年,為什么?不是我們不努力,而是我們努力的方向不對。外語不是什么高大上的東西,是傳統學校教學方法有問題的。


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      基于設定的考試而不是基于需要的學習,耽誤我們十多年的青春。同理,結構設計學習也是一樣,很多人學了很多年的數學,如代數、幾何數學、微積分、概率論、線性代數、離散數學等等,學了很多工程力學,如材料力學、結構力學、理論力學、彈塑性力學等等,在實際的工程中能應用多少呢。學校教育并不是基于實際需要的教育。導致很多工程師都喜歡在家里閉門造車,拿著規范啃,抱著軟件不放。


      有很多人認為大院的設計水平就很高,其實不然。設計院的水平就是做具體事情的幾個工程師的水平。大多也就是閉門造車的產品,過分依賴規范和軟件,只關心結果不關心過程,結構設計思路不明確,主次輕重不分,沒有理解結構設計本質,沒有掌握結構設計邏輯。結果是做設計如打亂仗,每天帶著一堆疑問做設計,壓力大,效率低,質量差。


      學校里邊的理論課與實際應用脫節。數學、理論力學、結構力學、材料力學等不是基于設計工程需要而學習,考試考得很高深,具體到工程實際就不會應用了。規范制造了很多名詞,提出很多要求,一般人很難看出背后的規律,很多地方很難跟實際聯系起來,結果是考注很高分的人不見得能做出多高的設計。這讓我想起老外考英語四級考不及格的事情。這跟我們學英語一樣,從初中到大學畢業,結果還是寫不出來,張不開口。新東方英語的成功就是對學校英語教學失敗的證明。


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      結構師教育存在同樣的問題。這種基于考試需要且缺乏實踐的教育模式導致很多剛剛畢業學生面對設計不知道從何下手。在設計單位,注重速度而不在乎設計技能培養,讓一批年輕人蹉跎了人生學習知識的最美好的時光,失去了獨立思考的能力。


      最麻煩的是我們的結構是教育以及我們的結構設計思維模型。在學校里老師念經式的講課。畢業后,就像一臺沒有拼裝的機器,無法自行能運轉起來,更別說能生產產品。剛剛畢業出來做設計,首先花大量的時間去畫圖,同事間的技術壁壘限制。


      工程師成才的路上,永遠沒有抓到設計的真相,全部是規范和所謂的經驗說辭。我覺得中國結構工程師培養從來沒有在正確的軌道上。那每年不到 10%的通過率的注冊考試就是證明。如果把工程師水平分級,可以分為畫圖級、簡支梁級、框架級和土木級。在我看來,我國 80%的工程師屬于畫圖級和簡支梁級。


      墨守成規、缺乏創新。我們的結構工程師教育需要一場革命。目標是:結構工程師能熟練的運用結構基本理論解決結構設計問題。不管輔助軟件好壞,不管有沒有規范,我們能做出合理的結構。方向是:基于結構行為需要的結構設計學習方法(PSR)。


      工程師培養應該回歸到正確的軌道上來,工程師做工程師應該做的事,軟件做軟件做的事,規范做規范做的事情。我們要做到“我的設計我說了算”。什么是結構設計:結構設計是一門學問也是一種習慣;設計做透了就像玩積木,做不透就像走迷宮;設計做得多不如想得多,想得多不如想得透。一句話:做透它,形成一種習慣。


      具體如何做呢?關于結構設計和結構師技能提高在這里我談談我的看法。


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      年輕設計師的問題

      平時喜歡在網上跟年輕的同行們討論問題,發現很多人年輕同行都有一樣的毛病。


      01 離不開規范。

      做設計一定要按著規范一條一條套。就不知道如何做出一個可靠合理的設計,不知道如何優化設計。


      02 喜歡用 PKPM。

      不管遇到任何問題都喜歡用軟件建立一個模型分析,而且希望所有的問題都能在軟件模型中表達出來。


      03 不喜歡分析。

      遇到不熟悉的結構形式,不知道如何分析。


      04 對結構安全可靠心里沒有底。

      有的人做一個結構,不知道結構有多少余度,最后是做完設計回去天天睡不著覺。


      05 亂套規范。

      明明是受壓部位,一定要計算一下混凝土的裂縫。檢修用的吊車梁,一定要計算一下疲勞。


      06 沒有邏輯。

      做結構設計,關鍵的地方不去想,把主要的精力放在次要的地方。


      為什么出現這種情況呢?歸根結底是沒有系統性的理解透徹結構行為和設計本質。


      比如不清楚荷載取值,不清楚結構如何工作如何破壞,不清楚構件如何崩潰。結構工程師把基本的結構原理放到一邊,而放大量的精力在畫漂亮的圖和結構計算軟件等方面。這讓我想起了咱們中國學生學英文,天天去背語法,而不是去開口和運用,最后大部分是啞巴英語,外語應用水平還不如在海外呆過幾年的廚師。


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      設計邏輯比設計技術重要


      結構設計本質都是一樣的,都是結構力學、材料力學的問題。做結構設計最重要的是設計邏輯。其他的如軟件應用、規范熟練、畫圖工整等都是輔助而已。


      主要的結構設計邏輯:

      01 結構安全性層次:關鍵構件、次要構件;

      02 結構設計本質是:結構破壞預測(結構分析)與結構破壞設防(結構設計);

      03 理解結構行為是結構設計的基礎

      04 做設計前,首先確定設計目標;

      05 結構設計所有參數必須是可靠的。可靠性理論是結構安全的基礎

      06 結構設計分為評估層次和精算層次。對任何設計,首先進行簡化方法的評估,當評估認為有必要時才做精算。除非局部評估認為很關鍵才需要用諸如 ABAQUS 或ANSYS 等有限元計算。


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      關于設計軟件


      剛參加工作的時候主要是 PKPM,任何設計上都想到 PKPM 解決。由于PKPM 功能有限,有的異型一點點的結構建立模型很麻煩,想盡各種辦法去建立模型。浪費了很多時間和精力。


      現在回想起來,為什么不尋找不用 PKPM 可以解決的辦法。很多煩惱都是因為用某種軟件帶來,那我們干嘛一定要用呢。所以建議大家不要太依賴軟件。養成軟件依賴癥,對設計失去控制能力,設計水平永遠不會提高,而且會給你的工作帶來無窮無盡的煩惱。為了減少煩惱,盡快把設計弄透,而不是過多得勁精力研究某種軟件如何操作。


      除了 PKPM,其他的國際認可的通用型軟件 STAADPRO、MIDAS、ABAQUS 、ANSYS等軟件的操作思路都是差不多的,僅僅是界面和操作方法有所不同。就像手機操作系統那樣,大同小異。不同軟件有不同的側重點,很難說好壞。


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      關于我國設計規范


      規范就像法律,最好的法律注重法理,最差的法律是基于某些人的利益需要。我們的規范就像最差的法律。我國的規范更注重具體要求,而不注重原理,想幫工程師考慮很多問題卻約束了工程師的創造性。規范提了很多閉門造車式的要求,實踐過程中發現了問題,就不斷的升版修修補補,結果是越來越厚。


      每一個規范都喜歡互相抄襲自成一體,搞得很混亂很復雜,當一本規范升版的時候,其他規范不就忙著升版。一幫人忙著出版新的規范詮釋,到處開講座。一幫人忙著賺錢,這幫人是誰呀,學霸、規霸。為了編寫規范每年搞了很多經費,做哪些重復了很多次的試驗。這門那么古老的工程學,他們每年都能推陳出新,為什么?因為他們根據自己需要那么做,而不是因為科學。


      作為規范應用者,我們應該理解規范背后的真相。不管是鋼結構、混凝土還是高層結構或者是抗震,都回歸到荷載—結構行為—結構抗破壞設計,都是結構力學材料力學的問題。只要理解了規范背后的真相,幾十本規范濃縮起來成一本規范,其他規范都是這本規范的變種。那你就成為一名真正的結構工程師。任何設計對你來說都輕易拿得起放得下。

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