结构设计反思讨论(一)转载.docx

(转载)设计反思手算还是电算?误区还是误解?大家来讨论随着工程软件广泛的应用,近些年已经有越来越多的人质疑手算存在的必要性,以下是一个知名的土木工程师罗城提出的质疑以及其他同行们的观点和议论,非常精彩,各有各的独到之处,大家是怎么看这个问题的那?罗成:很多老设计师大约是软件掌握得不好，所以看到年轻人用软件来做设计，大约是心生妒火，就来诬蔑软件设计的功能，贬低软件设计的效率，抵制社会的进步，拼命的要求年轻人用手算。我实在搞不懂，“手算”到底能做什么？ 众所周知，结构设计主要分两个过程：一个是结构内力整体计算。一个是构件截面配筋。前者针对结构，后者针对构件。 结构整体内力计算，手算能完成吗？不要说复杂的高层手算根本没法完成，就说最简单的例子：一个十分规则的多层房屋，好比说计算地震力吧。你手算大约只能用底部剪力法吧？什么是底部剪力法？就是只考虑一阶振型的振型分解法。这是一种简化的近似计算方法。这种手算结果，能和软件的n阶振型藕连的计算精度相比吗？这种手算结果有什么用？ 再比如说一个框架多高层房屋在竖向荷载（比如说楼面恒活）下的结构内力。你手算只能采用分层法之类的近似简化计算方法。而且大约只能计算最简单最规则结构的情形。这种分层法的计算精度，能和软件的有限单元的位移协调法的精度相比吗? 前面谈的是结构内力计算。再谈谈构件配筋计算大多数概念模糊的设计师，总是误以为配筋计算就是结构设计的全部这当然毋庸置否的笑话。构件的配筋计算，我想大多数手算也能完成，只要你不怕繁琐的话。当然前提是，你要把每一个构件的每一种最不利组合的内力，加上地震内力放大系数的考虑，都能全部找出来恐怕一个聪明人不会去做这种无聊的事情。就算你把最不利组合内力找出来了，就算你手算能给构件配筋了，这就表示你很算得很好了吗？构件配筋这种活，难道软件计算还不比你手算精确？ 过去没有电脑，所以设计都是靠手算。所以计算的精确度，设计的正确性，无疑是比不上现在的。这就是时代的进步。习惯软件设计，不代表概念模糊。习惯手算，不代表就是概念清晰，不代表就是水平高。相反，那些有“手算”崇拜心理的，大多数都是概念掌握得迷惑不清的二流设计师。 举一个例子，我有一次做桩基，我采用jccad，结果一位资格老（但是水平其实很低）的设计师看见了，就坚持要我用手算，因为他不相信软件。我告诉他：“桩基沉降手算没法算啊”。结果他就自己去搞手算，采用实体深基础分层法计算，废了九牛二虎之力，花了一个星期，而且只是选择了一个桩基计算。算出来就向我炫耀。我就告诉他：我们这个桩基桩数很少，并不符合实体深基础假定啊，我们必须用明德林公式来计算。于是他就真的要去用明德林公式计算，结果呢，回去翻规范一看，明德林公式如果用手算的话，恐怕我们一年也干不了一个工程。 还有一次，也是一位资格老的工程师，看到我们用pmcad设计楼板，又看不过去，又自告奋勇的用手算来设计。结果呢，他就选择了其中某一个房间的某块楼板来配筋，拿来我面前炫耀。我就问他：“你的楼板内力算得精确吗？配筋公式计算得精确吗？我们这个工程楼板有上百个房间，而且跨度受力都不一样，难道你打算我这么多楼板全部采用你这一个配筋结果？而且你这个配筋验算了裂缝和挠度没有？你知道现浇楼板的裂缝计算公式连规范都没有吗？” 我这里谈的是混凝土结构，当然钢结构也是同样的道理。我想说的，关于计算和设计，你手算永远不可能比软件计算精确，这是毋庸置疑的。就算说软件在某一方面有小缺陷，但是这也不是你手算就可以取代的。有些不常见的小构件，也许软件不能算，这个时候也许必须采用手算，而且这个手算也只能是近似粗糙的算。如果是常见的结构构件和一般的结构，为什么不采用软件设计，而偏要去自作聪明的手算呢？做设计，必须依赖精确的软件计算，而不能依赖原始的、粗糙的手算结果。 至于说软件模型与实际工程差距，那纯粹是软件使用技巧和软件需要改进的问题，这与手算毫无关系。因为一个工程，如果软件都设计不了，你手算更加没法设计。某些错误的、蹩脚的结构布置，导致软件应用的局限，那也纯粹是概念设计混淆的问题，与手算毫无关系，其实也与软件无关。 甲:我们使用结构软件做设计，是有一定前提的，那就是概念清楚、思路清晰、目的明确。 概念清楚就是你所采用的结构体系的结构特性、受力特点必须清楚，在软件中如何建模、抓住主要特点、忽略次要因素，使建出来的模型能够反映实际结构的受力特性；思路清晰就是我们所使用的软件是采用什么样的内核来处理我所要解决的问题的，这种算法有什么优缺点， 某些参数该如何取值；目的明确就是你不可能用一个软件没有的模块来计算结构的某种性质，如用桥梁博士来计算桥梁的动力特性那是不可能的。 在整个使用软件的过程中，我们面对的很大一部分是在输入各种参数，那么，参数该如何取值，它是怎么算出来的，必须明确，这还是一个概念的问题，再就是计算结果的处理，软件是这样，无论你输出一个什么数，都会有一个结果，但是，这个结果可不可靠，就只能靠经验，靠积累来判断了，而且，有些软件对一些参数是很敏感的，计算结果跟实际不符，就只有调参数，一次一次试算了。罗成:很多“手算大师”一天到晚都要检验软件的正确性，手算出来，发现和电算有差距，就认为电算有问题，然后觉得电算不可靠。这是非常可笑的。 电算有没有问题，不是靠手算去检验的，也没办法用手算去检验的。软件如果有缺陷，可能原因是多方面的。但是永远不是通过手算结果和电算结果进行对比来检验的。 设计师只能相信软件的计算结果如果你选对了好的软件的话，如果你的几何建模没有问题的话，如果你的结构布置没有问题的话。 即使软件算错了，那也不是设计师所能左右的。所谓的通过“手算”就能发现软件的错误，那是无稽之谈 乙:即使软件算错了，那也不是设计师所能左右的。 谬论。 准确的说，软件的编写等依照的公式和手算依照的公式是一样的。也就是说，软件编写的正确已否，也涉及到手算过程的准确已否。 手算，机算，本源是一样的，没有错与对之分。只是软件能够在短时间内进行数以千万计的手算。 迷信软件的万能，就是将自己的身家性命绑在了一个一个的程序人员编写者的身上。许多软件都有免责条款。 经常用的软件，建议不要看图形结果，一定要看文本的计算结果。仔细校核。 罗成:软件有，设计师也无能为力，你不可能就把设计改成手算。除非软件公司去改进软件。 有许多地方，手算依据的公式和电算依据的公式是不一样的。有更多东西，手算连公式都没有，因为人家不许你手算。 合格的设计师是： 熟读规范和教材，系统体悟全套设计理念。并且能过注册考试。 精通设计软件，了解软件的功能和局限，熟练使用，并且能运用这个利器，有效率的完成施工图。 不合格的设计师是： 对规范和设计理念一知半解，对软件操作和应用技巧一知半解，却整天要手算，要检验软件的正确性。对这种人，有前途的话，我会建议他最好去软件公司发展；没有前途的，我会建议他改行。 丙:请罗工看以下爱德华.L.威尔逊大师的格言： 结构工程领域永远不会完全自动化。带有人工智能的专家系统会取代有创造力的人这种想法简直就是对所有结构工程师的侮辱 过分依赖软件而忽视结构概念的人才是可悲的.程序永远不能代替人脑,当然也就不能代替手算 象你所说的这种依赖电算的人,不知如何下现场处理问题,如何与建筑师快速合理确定方案?你只能停留在一个普通的设计师或者叫程式操作员的水平上. 罗成:他说的是一种带有哲学意义的话。如同我们常常挂在嘴边的一句话：电脑不能代替人脑。事实上是，人脑能做的某些事，也许电脑没法做。但是电脑能做的许多事，人脑也是没法做的。这种哲学诡辩无多大实际意义。 我们现在就谈设计，一个工程给你，无论是方案阶段还是施工图阶段，告诉我，你什么时候能用到“手算”？你手算能算什么？定方案的时候你需要手算什么东西？ 告诉我，你什么时候什么工程需要用到“手算”？“能熟练的手算能提高工作效率和工作质量”。 这个事实是不存在的。如果存在这样的事情，那说明你没有用对设计软件或者未掌握软件。做设计，没有必须单独去手算一个简支梁这种情形。我做设计，从来不手算, never。 丁:罗工程师太偏激了,可惜结论并不正确. 1因为一个工程，如果软件都设计不了，你手算更加没法设计。谬论! 1931年纽约帝国大厦落成时,不要说软件连计算机尚未发明呢,怎么办,八十年代以前设计,不是照样用手算过来了吗. 2软件计算精确,手算不精确概念错误!对一个实际的建筑物来说,由于计算方法的局限性,做了不同的假定和简化,所以就产生不同的计算结果,你能说软件就一定精确,那为什么不同的软件会有不同的结果,而且差别很大,连规范编制者都不能确定那一个更符合实际.你能说软件就一定精确. 就拿楼主举的例子来说:好象用明德林公式一定精确.错!明德林公式的前提是土是各向同性且线弹性的,但实际上土是离散的随机的非线弹性的,而且由于探坑是30-50米一个,你用一系列不准确的原始数据,再算的精确,结果也是不准确的.手算可能不太准确,但负负的正,反而有可能更接近事实的本质. 还有楼主将底部剪力法贬的一无是处,将n阶振型藕连的计算捧到天上,既然如此,为什么规范还要概念设计及构造处理,说明规范编制者自己都不能确定.日本的抗震设计水平不比中国差,中国很多构造都是学日本的,至少九十年代以前,就是用底部剪力法(现在不清楚)算抗震的. 3既然计算手段的改进,计算精确,应该带来材料的节省和用钢量的减少,但事实恰恰相反,现在的用钢量大于过去的用钢量.所以计算手段的先进并没有带来材料的节省 4其实手算和机算无非是个手段问题,关键在于如何迅速准确的把握事物的关键,建立符合实际的力学模型,而不是从一个极端走到另一个极端. 戊:不能说会手算的都是好结构师，但是，不会基本的估算，离了计算机什么都不会做的，肯定不是好的结构师。 手算要做好，必须对整个计算过程非常全面的了解，以板为例，考虑板计算跨度和梁间距是不同的；哪些梁要考虑起拱作用；配筋用的内力怎么算？，抗裂缝的内力怎么算这个计算过程中要考虑计算的精度、误差的倾向、适用范围等等。如果对这些设计中的基本概念一窍不通，只会用计算结果，其实未必真正看得懂计算结果，因为计算中隐含的假定、简化等往往会比百分之几的计算精度产生更大的影响。 说怀疑程序，可能是在给你保留面子，实际上是在怀疑你是否会用程序，你是否理解每一个参数的含义。 要把手算做好，还有一个基本功：判断每个数据的合理性。人不能不犯错，但有经验、有功底的结构师不会犯大错。如果没有这个基本功，只会操作软件，就认为自己会做设计了，那自能送你两个字：“找死”！ 我和我的同事们主要工作是审核分包设计院的图纸，有些人的计算结果你拿来我们就知道是不对的，因为很多东西不但不需要计算机，连手算都不用，心算就能算出他的结果不在合理范围内。不要认为这有多复杂，其实很简单，例如地震力下的柱弯矩：M=单位面积质量 * 作用面积 * 合理的剪压比 * 反弯点下的柱长。这么算当然不精确，但，绝不会离谱。而就这么简单估算就可以检验出的问题却屡屡出现，为什么？ 崇拜 “手算” 绝对是误区，因为基本的手算能力结构师最基本的保命手段。因为：程序永远完全正确绝对不可能；数据输入永远正确绝对不可