2010年11月至2011年2月初，我有幸參與了設計院的交換計劃，赴美國迪世盟工程顧問公司進行技術交流。在充實而短暫的三個月培訓中，通過對美國規(guī)范的學習，并實際參與美方的設計工作，對中美之間結(jié)構設計的差異和美國結(jié)構設計的一般方法有了一定的了解和體會。
由于基本建設在美國早已過了高潮期，在美國國內(nèi)超大規(guī)模的設計公司較少，多為十幾人到幾十人的小型合伙制事務所。美國的結(jié)構設計也有概念設計、初步設計和施工圖設計三個階段。但由于其專業(yè)分工較完善，不論混凝土結(jié)構和鋼結(jié)構均存在一個由施工單位完成的深化設計階段。其結(jié)構設計周期較長，DCE所設計的迪拜的4萬平米的中學，其結(jié)構設計周期長達兩年。長時間的結(jié)構設計周期，降低了結(jié)構圖自身的差錯率，但也不可避免地帶來結(jié)構過度設計的問題：由于在規(guī)定時間提交的設計文件是存在節(jié)點要求的，為完成節(jié)點規(guī)定的設計工作量，一個通過簡單計算即可完成的計算任務，往往采用多種不同的復雜程序進行反復計算，效率相對低下。
在美國，結(jié)構設計也要遵守當?shù)匾?guī)范的要求。在美國，有一個涵蓋土建各專業(yè)的全國性的建設規(guī)范IBC。IBC規(guī)范由非政府職能部門的專業(yè)機構聯(lián)合發(fā)布，由各州根據(jù)當?shù)厍闆r進行修正，這個修正版即為地方標準，地方標準通過州法律的形式予以確認，在各州適用，如紐約州地方建設規(guī)范(NYCBC)。其他還存在大量由專業(yè)研究機構發(fā)布的專業(yè)規(guī)程或手冊如(ACI318，AISC等)，這些規(guī)程并不具有法定意義上的強制性。但由于很多條文被IBC規(guī)范引用，在地方標準上采納而成為法律。
中美間結(jié)構設計思想存在較大的差異，并各成體系，很難孤立的進行比較。部分較為明顯差異有：
1、美國對于結(jié)構荷載的提出較為全面詳盡。以普通住宅為例：房間的活荷載取值即根據(jù)不同的利用效率分為8個子項規(guī)定。主要活荷載數(shù)值已與國內(nèi)2000版規(guī)范相對接近，但由于其活荷載的組合系數(shù)取值為1.6，其安全度仍高于國內(nèi)2000年規(guī)范的水平。風荷載的場地類別的沿海區(qū)域根據(jù)距海岸線的距離，明確細分了不同的場地類別系數(shù)，并明確臺風荷載的計算方法等。
2、計算理論上差異較為明顯：對于地震作用，IBC規(guī)范根據(jù)不同的房屋高度、破壞損害，把結(jié)構分為A、B、C、D、E、F六個不同的抗震等級。根據(jù)不同的抗震等級可以采用不同的計算方法及地震動參數(shù)控制指標，與國內(nèi)抗震區(qū)不同抗震等級，位移比周期地震動參數(shù)要求基本相同有較大差異。在美國，采用0.2S周期的反應譜加速度Ss和1S周期的反應譜加速度S1兩項指標來計算地震反應譜，來反映不同的地震烈度影響。計算得出的地震作用進行數(shù)值轉(zhuǎn)換適用于不同結(jié)構類型的地震作用取值。通過不同的折減系數(shù)反映不同結(jié)構的阻尼、結(jié)構抗震性能等不同。對于風作用，除了前述的基本荷載取值不同外，對于安全等級較高的結(jié)構計入考慮風荷載的偏心計算假定等。
3、對于結(jié)構類型的規(guī)定較細，對結(jié)構受力的理解不同：如對框架剪力墻結(jié)構根據(jù)不同的節(jié)點構造、材質(zhì)、填充墻、受力特征分為十幾種不同的類別。不同的結(jié)構類別，計算方法、強度取值均存在較大差異。與國內(nèi)強調(diào)整體化建模，整體結(jié)構受力的思想不同，IBC規(guī)范規(guī)定多種結(jié)構可以采用豎向和水平各成系統(tǒng)，分離設計的假定等。對于混凝土結(jié)構模型的本構關系，IBC規(guī)范要求考慮在整體計算中應計入混凝土結(jié)構的構件本構關系，這樣形成了不同受力條件下，構件計算本構關系的不同規(guī)定。這與國內(nèi)混凝土結(jié)構整體計算，只考慮構件的彈性剛度存在明顯的區(qū)別，也帶來了后期計算結(jié)果及對計算結(jié)構的處理方式差異。
4、對于結(jié)構設計的限制遠少于國內(nèi)規(guī)范：只有極少數(shù)的關鍵條文(如高度限制)給出了明確不允許限制，其他只需滿足結(jié)構強度、變形等計算要求即可。
美國是個后工業(yè)化國家，人力成本高，體現(xiàn)在結(jié)構設計上即為：在滿足使用安全功能的前提下，以犧牲部分材料為代價，盡可能地簡化施工方法。受益于美國鋼廠全規(guī)格型鋼件的便利條件，美國房屋建筑一般首選鋼結(jié)構，節(jié)點連接中施工難度大的焊接使用非常少，絕大多數(shù)為螺栓連接。柱梁連接節(jié)點受力及構造一般考慮為鉸接，由廣泛采用的支撐系統(tǒng)與框架結(jié)構共同形成抗風抗震結(jié)構。鋼結(jié)構的連接節(jié)點的種類較多，且均有較為完善的節(jié)點計算方法。采用混凝土結(jié)構中，平板式混凝土高層結(jié)構使用較為廣泛�；炷两Y(jié)構中，鋼筋的布置多采用利于施工方便的分離式配筋方式。
三個月的培訓不但讓我開闊了眼界，對國外同行的工作習慣有所了解，也使我對結(jié)構設計工作有了更深的體會。國際化的世界分工，既讓中國工程師有條件參與國際競爭，又要求具備國際化的視野和跨地區(qū)的工作能力。國內(nèi)設計的標準和建設程序的獨特性是我們面對境外工程師競爭的天然防坡堤。
作者 龔進
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