如何做一个合格的结构设计工程师.docx

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如何做一个合格的结构设计工程师

浅谈结构设计

课堂下来从事建筑结构设计已5个年头，拟一文以谢过去的岁月。

一，结构设计是什么？

从建筑角度讲，结构恰似动物的骨骼，为皮肉筋肉所包覆，通常难以见到真面目。

现代建筑常用的几类为：

砖混、框架、剪力墙及框架与剪力墙的相互组合变异等，当然也可考虑将砖混归入剪力墙，两者的竖向荷载都是由墙支撑着。

不论何种建筑，为满足使用功能要求，几乎所有结构都是不可能裸体面世的，（有些特种结构如料仓等等，可能因为功能单一，只要有较好的施工水平，是可以无须外在建筑包装而直接使用的。

）就连只偶尔有几个检修人员的简单工矿厂棚也得找平抹20mm的灰。

结构隐蔽在建筑后面，充当它的脊梁。

动物对其骨骼是有很高要求的，要强壮，要大小合适，要长在恰当的地方。

结构当以合适的大小，在恰当的地方，强劲地撑起建筑。

结构是一个体系，所有梁板柱的合适分布组合构成了骨骼。

当有恰当的结构材料和强劲的动力，我想结构（建筑）也是可动的。

二，结构很重要！

皮之不存，毛将焉附；骨骼碎了，皮毛也将恢灰淹灭；

结构跨了，建筑当是废物一堆。

当然里面的东西也可扯点钱出来。

结构对建筑安全起着关键性的作用。

只要结构不跨，设备坏了，可以修，可以换；装修烧了，可以重整。

结构重要地存在，结构设计慎重地进行。

三，结构设计开始！

1，这东东该怎么建？

（工程早期的事情不在此考虑。

）

个人习惯建筑结构一起搞定，因而习惯上先从结构考虑，具体到建筑的安排通常尽可能地发挥了人的主观能动性。

首先是方案选择，大多时候没的可选，通常的手段是框架，因为这能活性比较大，适用范围也广；其它的一般都有特定的使用范围，具体可参考书籍《建筑结构设计选型》或相近的书名。

2，它符合常用软件计算模型吗？

选定了结构方案，接下来的一步该给方案来个计算模型了。

刚开始可能有许多资料，可能有工艺的，有技术的，有功能要求的等等。

哪些是主要的？

哪些是次要的？

如何将条件、要求整合进计算模型？

这需要与各类计算软件的技术条件做比较，通过对主要轮廓的攫取，在头脑中建立基本计算模型。

接下来就可以选软件了。

四，建立计算模型！

1，有一工业厂房，上有10吨A5吊车，下设一平台（平台不平，见图一示）；为典型的框排架结构：

底部一层框架，上部排架。

图一:

2，其它资料：

平台恒荷与活荷均取30KN/M2;风荷标准值为0.45KN/M2，城郊，地面情况归为B类；6度抗震设防；地基资料；

3，选用PKPM系列软件之PM建立计算中的建筑模型。

初步建模时，可根据各类手册以及相似工程估计梁柱的尺寸大小；板厚可根据次梁设置情况确定，根据个人经验，在工业厂房中，经常是厚板的材料投资与密梁加薄板的投资相差无几，但厚板却可使施工更简便，总体投资更低。

这可归结为，在重荷作用下，工业厂房的柱距较小，只有4-5m左右或者更小，虽比一般的单向板经济跨度大，但离双向板的经济跨不远或者还在其范围内。

采用厚板与密梁加薄板可通过计算作出比较后决定。

本工程因板中无集中荷载，最终取250mm厚板作楼板。

4，上部排架处理。

有三种方案可考虑：

a，为整体建模，可考虑用PMSAP接力做完整处理；b，上部排架以力的形式作用在下部框架上，不考虑上部刚度；c，不考虑框架对排架的有利作用，使PK计算排架（从底部算起），PM只建底部框架模型，使用SATWE或者TAT算出底部框架其它构件内力与配筋。

工程实际中为方便作图与加快图纸进度，采用了c方案，因为加快了出图时间，对投资者来说还是划算的。

5，结果确认。

因已有相近的工程经验，加之工程相对简单，使PM建模后，经TAT，SATWE计算，其结果还是相对合理的，一般也无须再拿其它软件验算了。

五，计算软件使用注意事项！

按如今现状，所有正规的计算软件都会附有一点说明，那就是，计算结果请设计人员核对确认后使用。

软件可以按公式得出正确结果，但是如果公式使用错了（包括公式用错，公式参数不正确等），计算也就无正确可谈了。

这使得应该强调对软件的认识，包括使用与技术条件。

许多软件都吹得没有什么不可以的，实际上如果能手动计算，结果当会比通用软件得出的合理。

六，结构构造处理！

也许是现代建筑建造还带有很大的经验色彩，计算完了，有些你建模时省略的东西给添进去了吗？

有些规范规定的东西考虑了吗？

理论上所有东西都可以计算出来，但实际上有时候这根本没有意义，我们现在根本不可能在分子或原子的分平上建起日常使用的建筑，公式大多也是实验加经验得出的，我们也就需要了构造。

七，建筑抗震设计！

想了想，建筑抗震还是非常重要的，毕竟这世界还是没办法知道地球的脾气，不知道哪天它哪会不舒服（可能哪都不舒服），建筑也不会跑。

所以有工程学的建筑抗震办法：

要求是很多的，方案阶段就必须很认真对待，不然当尔等推倒先前的方案重来的时候，悔已晚唉。

在抗震区，方案要有利于抗震，否则抗震支出是很大的，甚至会建筑不可行，当慎重；构件设计中，应当掌握抗震设计的一些具体规定，比如强剪弱弯，强柱弱梁之类的，规范中有详细规定，可认真学习；由于对地震认识的有限，抗震还有重要的一个措施就是构造，也马虎不得。

建筑抗震应当强调从整体上去认识，注意保持建筑的整体性，强调整体的适应能力，所有的规定都可以看成是为了在地震时建筑能更好地保持整体性。

八，结构设计没有结束！

世上的建筑各式各样，建筑技术一直在不停地发展，材料也将有所更新；今天使用混凝土框架建起各式适用广泛的重实体，明天可能会流行较轻便的钢结构，或更轻结构，当然有些地方还可能想起木材，化学纤维等建材。

单就混凝土来说，品种也多种多样，性能也有几多差异。

结构当朝着可靠、经济努力。

九，月球上的建筑！

地表面积十分宝贵，开辟新的土壤，上月球是最近且有人实现过的，在月亮上怎么建呢？

地球上的东西上面几乎没有，在上办工厂建造？

工厂怎么建？

问题很多，就现在的认识，我想，学老祖宗穴居的办法是最好的，它要求可是最低的，又能更好地抵挡宇宙射线等的侵袭，何乐而不为呢？

等月亮之上有较好的基础之后，再从洞中爬出来，建起带有武备的向着阳光的大型商场来（武备用于瓦解太空物体的袭击，那边没有大气保护，也许建筑可以不考虑侧向力，但上面可能落下的东西不得不防）。

结构设计任重而道远！

从学生到合格的结构工程师

（淄博格匠设计顾问有限公司徐传亮）

一、端正工作态度，这是成为一个合格的结构工程师最基本的要求。

从土木工程、结构工程专业毕业的学生，在建筑设计单位工作必须扎扎实实地先从制图开始。

通过制图的过程，逐渐地学习，掌握规范、规程和设计的基本步骤以及计算软件、节点构造，把学的理论与实践结合起来。

将来当工程师、高级工程师、项目负责人需指导或领导一些人工作，自己绘不好图，弄不清构造，是无法指导别人的；自己不知道工程的难易复杂程度，不清楚一个工程需多少张图，每张图需要多少时间，是无法给别人安排工作的。

学生制图是设计工作的第一步。

要有正确的心态，不要骄傲，大学生，仅是多上了几年学，念了几本书，其实不会的东西很多，先不要把自己当成人才，要有当几年徒弟的心态。

要努力学习，不贪近利，不要计较金钱，工程也不要计较大小、难易，有小才有大，多锻炼是最重要的。

做设计、制图不要怕麻烦，不去抱怨变更多，工程设计反复讨论、修改是很正常的。

二、锤炼自己当结构工程师的基本功

1、要有坚实的数学力学基础，尤其力学概念要清楚。

单靠学校中学到的理论知识和技术，解决设计工作中遇到的所有技术问题是不可能的，许多新技术问题要从头学。

从头学就要靠过去的数学、力学基础，数学、力学基础好了，接受新技术新概念的能力就会强，对自己技术进步极为有利。

原来在学校中，数学、力学底子不太好怎么办？

工作中下功夫学，结合工程应用去学习，有的放矢，事半功倍。

2、要善于总结，能快速、熟练的完成工作。

同时参加工作的学生，进步快慢不一，主要原因之一在于是否善于学习，善于总结，善于总结的人做一个工程显一份进步。

（1）收集必要的数据，记熟常用数字，钢筋面积，构件种类，大致允许荷载等，各种节点构造记住并明白道理。

（2）学习他人之长，多请教并真正消化。

既向设计院的同志请教，也要多请教开发、施工、监理单位的技术人员，学任何东西要多问为什么，真正消化。

（3）注意工程问题、事故的原因分析及处理。

（4）总结工作程序，先做什么，后做什么，要明白哪些环节容易出问题，什么部位的安全度需要特别注意等，每做一个工程要小结一下，成功之点与失误之处。

（5）快速熟练完成工作。

善于总结就会取得经验，有利于快速完成工作，提前完成就可腾出时间思考问题，搞创新。

快了自己主动，慢了可能会穷于应付，设计质量也不会提高。

当然提倡快并不是不要设计深度，并不是粗制滥造。

（6）怎样才能快？

确定好结构设计方案，必要时先请专业总工审查方案，发现问题早解决，争取不做大的返工，设计时考虑问题要周到，并及时与相关专业沟通，养成良好的工作习惯，不拖拉，熟练才能快，表示方法、设计软件都要用熟。

3、要善于同别的专业、同施工单位、监理单位、建设单位配合协作。

要有团结协作的意识，树立团队精神。

设计是合作的产物，不能只顾自己方便。

要善于同别的专业共同配合，要能说服建筑专业修改不合理之处，以保证结构方案尽量合理，同时要照顾到其它专业的要求。

要掌握别的专业的基本知识，知己知彼，不易遗漏。

要懂一些施工知识，设计中要考虑施工的方便，要多跑工地。

要了解各种建筑用材的性质、特点、优缺点、适用范围及价格。

同施工单位、监理单位、建设单位搞好关系，多交朋友是有益的。

工程技术问题多与施工单位、监理单位、建设单位沟通、交流，有问题早解决。

4、要掌握熟练的施工图技巧和构造知识。

施工图是表达设计意图的依据，图纸的不明确或错误常能造成很大的危害，因此图纸必须明确、简洁、清楚，对计算机绘图不能迷信，图纸要自校。

构造节点要明白其道理。

结构的构造作法，基本上是力的传递和平衡问题，构造和节点的设计必须符合结构力学原理，否则就会出问题。

要争取用最少的、简洁的图纸表达清楚设计意图，同样内容不重复表达。

图纸的表达必须准确，不致产生歧义。

5、锻炼自己解决施工中出现问题的能力。

设计人员常接到工地电话或来人，要求处理墙裂了、砼打坏了、强度不足、材料缺货、构件裂了等问题，解决这些问题有的是比较麻烦的，需要经验和理论知识的结合，查明原因是较为关键的一步。

要多去工程现场搞调查研究，多分析，分析原因时往往使用排除法。

解决处理问题要多想办法，知识面宽广很有用。

处理此类问题，制约因素较多，要考虑全面。

6、要灵活处理问题，有创新魄力。

应该有雄心壮志，有所创新与突破，不怕反对，当然前提是理论功底扎实、实践经验丰富。

不能瞎冒险，要多论证，并把不利因素考虑全面。

工作要有灵活性，不死板，要想有所创新，首先要钻进去，把规范、规程记熟弄懂，把规范条文的真正含义弄明白，才能灵活运用，否则只会死板教条。

我们所遇到的工程性质千变万化，单靠书本、规范条文是不够的，只有灵活运用，才能成为受欢迎的、能解决各种问题的结构工程师。

设计时要考虑结构的实际受力情况，要了解施工过程，知道荷载是如何加上去的，是一步步加载还是一次性加到结构构件上的。

如转换层施加预应力时，就可能要根据加载的情况分步施加，应该根据受力情况进行设计，分步施工。

如拆墙开洞，上部荷载可能是一次要性加到托换构件上的，设计时应注意。

再比如若施工荷载超过结构设计的活载时，可能会导致结构不安全等。

7、最重要的一点要保证安全。

工作中要养成细致、严谨、不拖拉的工作习惯，遇到急事不忙不乱，无论什么情况，保证安全最重要，不管是领导要求还是建设单位要求，违反工程建设强制性条文和法律法规的事情坚决不能做。

8、设计图纸是最终产品，图面质量非常重要，上面有你的签字，既使过了好多年无论什么时候拿出图纸来就知道是你的作品，优美的图纸总会给人以好感。

三、逐渐培养自己做好结构方案的能力

建筑物的设计分方案、初设、施工图几个阶段，方案主要是建筑师根据业主要求，按所给的面积、高度、使用要求、规划要求等做出建筑方案，在做方案过程中就要与结构工程师商量，特别是比较特殊的构思或结构复杂的建筑。

很多情况下结构专业是一个被动的专业，是由建筑方案来主导确定结构方案的，等于人家点菜我做菜，好的厨师会做的菜很多，客人怎么点，我都能够做出来，并让客人满意。

好的结构工程师要能很好的配合建筑师的要求，满足他们在功能、立面美观等方面的要求，当然同时必须保证满足工程建设标准强制性条文，保证安全性。

好的结构工程师要熟悉本地区的地基情况，熟悉本地区基础的各种手段和做法，这些都是确定基础方案所需的知识。

对于上部结构，需对各种结构体系的适用范围、优缺点有明确的了解，并尽可能了解施工可能和材料供应。

怎样才算是一个好的结构方案呢？

首先是满足建筑功能的要求。

一个建筑物的设计，如果参加设计的各专业都只片面要求本专业合理，就做不出总体合理的设计；一个建筑物是一个整体，各专业要共同研究，各作让步；其次结构本身的合理非常重要。

要选用承载能力高，抗风力及地震作用性能好的结构体系和方案，保证结构体系和结构构件的承载力、刚度和延性，做到受力明确传力简捷，保证安全；第三要有先进性。

尽可能采用先进技术，先进技术应是成熟的，否则应充分论证试验；第四必须考虑经济性。

投资主体发生了变化，这一点尤其重要，先进技术也不能不顾经济；第五，结构方案要考虑施工方便，材料供应落实。

复杂的结构，大跨度建筑等，结构方案起主导作用，对这类建筑应该在结构方案阶段多花些时间，确定方案后绘图就容易了。

四、结构设计工作应注意的三个基本问题。

1、数学力学计算不能代表结构设计；电脑不能替代人脑。

现在计算技术日益发达，手段也越来越先进。

不少刚工作的设计人员迷信一体化的设计软件，以为电脑万能，什么都可以算，不注意工程结构概念，只相信电算结果，不注意检验判断结果究竟是否符合实际情况，这是容易出问题的。

要掌握最基本的手算估算方法，现在有的设计单位已要求有手算估算的计算书，这是很好的做法。

即使最先进的计算，也须有一些假设条件，进行完全符合构件实际受力情况的运算在目前是不可能的，如任何构件的计算都须假设支座条件，一般只有铰结、嵌固两种，这与实际情况都不相符，从广义上讲，任何支座都要下沉，次梁架在主梁上，主梁受力要下沉，主梁架在柱子上，柱子要压缩，砼要徐变，基础也会下沉，有的软粘土基础下沉要近十年才基本稳定，任何计算要完全模拟这种变化是不可能的。

因为支座数量太多，而且变形是非线性的，有的荷载的施加没有一定的规律，再说精确的模拟支座受力及变形情况也是不必要的。

钢筋砼构件本身有较好适应支座变形的能力，即塑性变形能力，对于不大的变形自己能调整各部分的应力，即使变形较大，在某一部分构件上出现裂缝后，即可缓降其应力，而不大的裂缝往往对构件的承载力无多大影响。

再比如地震作用就更复杂，它的随机性很强，抗震设计中也有很多的不确定性，因此国外有的专家认为，截至目前，抗震设计还不能算是一门科学，许多问题需要靠结构工程师的经验去判断。

因此结构工程师应知道，在结构设计中没有精确计算，计算书上写到小数点后三位的，实际上对结构计算的意义并不了解。

也不能太相信计算，电算需要人工输入数据，这就有可能出错，软件本身也会存在问题。

要锻炼自己利用工程概念对计算结果进行判断分析的能力，判断分析目的是去伪存真，不符合工程实际情况的结果要找出原因，重新计算分析。

当然绝对不是说不要计算，不要准确，准确与“精确”不是一回事。

结构设计的依据还是计算，同时结构设计、结构构造与结构计算同样重要。

2、要有整体的概念，要做“结构”工程师而不是“构件”工程师。

有的工程师在搞设计时，只是把建筑物分解为一个个构件，逐一计算，拼凑起来，这是很不够的。

必须把结构作为一个整体来看，要明确知道自己所设计的结构，薄弱环节在什么地方，各个构件有多大的安全度等等，做到心中有数。

对于①结构传力途径②结构的关键部位与薄弱部位③在荷载万一超载时或特殊荷载到来时（地震强风）预期会破坏的部位等都要给予特殊注意。

对于一般计算，都有一个假设的简化了的力学数学模型，这种简化必须与实际出入不大，并偏于安全，近似简化计算，必须偏于安全，否则不能用。

实际的构造要符合计算模型的要求。

3、结构设计必须树立经济的观点。

结构工程师，必须树立经济的概念。

不节约就不能称为工程师，外行大量配筋也能造房子。

但节约应如何做，就应有整体的概念。

在建筑物中，大量应用的构件，万一坏了不会引起连锁反应的构件，都应力求节约，如单房厂房，屋面板材料消耗占主要位置，一旦坏了只是局部问题，就应精打细算，柱子、基础较关键就要适当留有余地。

结构的薄弱环节，关键部位，有时非但不能节约，反而需要加大安全系数，例如大悬挑结构。

基础也是重要构件，万一出问题，很难加固，所以一般也须留有余地。

总之对整个结构的安全有关键影响，施工质量好坏影响很大的部位与构件都需要特别注意。

例如梁与柱子比较，柱子更关键。

同样的构件，在不同的结构中，是否关键就不一样，框剪结构的剪力墙，与剪力墙结构中的剪力墙，重要程度不一样，重视程度及构造要求是不一样的。

五、珍惜设计机遇，锻炼成长为一名合格的结构工程师。

结构工程设计对我们来说是一种谋生的手段，也是我们的事业。

要珍惜每一次设计机遇，不论是大工程还是小工程，要掌握各种各样类型的工程设计，努力扩展自己的“面”，面广了，经验丰富了，解决问题的方法就多了，能承担各种类型的结构设计任务，解决处理各种结构技术问题，才能称得上合格的结构工程师。

“面”有了，发展自己的专长也很重要。

通过自己工程经验的不断积累，概念、悟性、判断力和创造力都会不断加强，在工程设计中激发自我挑战感，创造感和乐趣感，在设计实践中不断地探求自然原则，不懈地追求相对的最佳最优，通过反思、比较，充实自己，顺从自然，发展自己的专长，你将会成为一名优秀的结构工程师。

对于很多土木工程专业的学生来说，学会如何去做一名合格的结构设计人员是踏入结构设计殿堂的最基础也是最重要的一步，很多在校的大学生对此都有一些迷茫，我仅就个人的一些体会和参考他人的观点提出点建议。

一、扎实的结构理论基础知识

在大学期间所学的各门专业课程是以后工作当中能够按时按质完成任务的坚实基础，很多学生反映在学习中很枯燥，但这是必须过去的一关，在这里要是留下缺陷，以后就会不得不花费更大的代价去弥补，得不偿失。

其专业内容主要有：

理论力学，材料力学，结构力学，混凝土设计原理，工程结构抗震设计，土力学与地基基础等等，学有余力的学生可建议学习弹性力学，这为在以后高层设计中有很大的帮助。

二、熟悉所要设计的内容与任务

在设计之初，需要了解你所要设计项目的内容与任务，确定其设计阶段和设计深度，在不同的设计阶段有不同的设计深度，了解这些内容可有效地减少自己在设计中所走的弯路。

对05G104民用建筑结构初步设计深度及图样，04G103民用建筑结构施工图设计深度及图样，要认真地学习和阅读。

三、学会PKPM软件的使用

在中国做设计必须要会的一个软件就是PKPM，它和CAD这两款软件为结构设计界的左右翼。

虽然很多人都认为PKPM在很多方面做得并不好，但是这并无损于它在结构设计界的霸主地位，你可以不认同它，但你没法忽略它。

要具备利用软件进行建模和整体计算分析的能力。

从建筑图到结构图的转化，是设计的第一步，但若是在这一步出现细小的误差，就会导致后面一系列的问题，而且不容易寻找到，所以读图建模能力是更能体现出一个高手的基本功的一个方面。

四、手算能力

现在工期越来越短，要求交图的时间不断提前，导致利用计算机软件进行设计成为一个必须的内容，但这并不意味着就可以忽略手算能力，利用软件设计只是一个匠人，高手之所以被成为高手，不是意味软件操作的多好，而是其扎实的手算能力。

强悍的手算能力能够培养出独属于高手的直觉，对于软件所不能完美解决的内容，就仅仅依靠直觉就可以发觉。

手算能力是指对梁、板、柱、楼梯、地下室外墙、过梁、挑梁等构件的受弯，受剪，受压，受扭，抗倾覆等内容。

五、学会使用软件帮助自己更快速地绘图

目前结构设计界主要使用的绘图软件有TSSD，天正，Express等等，这些软件各有所长，也各有所短，若能有效地利用其长处帮助自己，那必是如虎添翼，一发而不可收拾。

六、施工图设计及绘制

施工图是设计中最为繁琐但同时也是最容易出问题的一个环节，在绘图之初就要先明白什么是审图的关键点，一定不能够在这些关键点上犯错误。

其关键点主要有：

工程建设标准强制性条文，地基基础的各项指标是否达标，结构是否安全，是否达到了要求的设计深度，构造措施是否合理，是否符合相关的政府文件的要求等等。

七、结构大样图

了解结构大样图的原理，知道其如何去绘制准确的大样图，这就要求平时去收集资料，多学多看，只有这样才能够保证自己在设计中不出问题。

结构设计是一个长期的过程，需要时刻去学习，发现自己的不足，利用网络的便捷性，搜集资料，与他人交流观点和看法，相互探讨设计中的问题，这样才能够成长为一名合格的结构设计师