结构工程师的“困兽斗”之底部加强区的误解

结构设计规范是我们结构工程师设计的法宝利器，同时也是专业的（professional)结构工程师的“牢笼”。规范使得尺寸成方圆，规范使得设计变得有据可依！但还是有那么一撮撮的很有创造力的工程师，他们激情澎拜，斗志昂扬，不向庸俗妥协，敢于标新立异，这也导致他们看上去像一头头野兽被关在规范这个“牢笼”中。渐渐地，“牢笼”中的他们也熟悉了教条主义的“喂食”，也丧失了分辨对错的能力，因为他们终要面对残酷现实：想要make money养家糊口，就必须control their emotions。

好吧！在这真假难辨、对错难分的时代，希望最终先知会降临，带领大家看得透彻明了。
作为一名专业的工程师，起的比鸡早，睡的比狗晚，我们的故事就主要围绕缺乏经验的”加班狗”（并非有侮辱之意，仅是自嘲）和喜欢标新立异的“笑笑虎”展开，介绍了“加班狗”如“笑笑虎”一样的奇葩工程师的心路历程。本故事纯属虚构，只谈日常，莫求情节，莫对号入座!

故事人物
设计经验丰富的”老司鸡“，40岁，一级注册结构工程师，本科毕业，有房，正在还贷中，从业18年，妻子是建筑师；

缺乏经验但敢想敢做的“加班狗”，27岁，硕士毕业，“老司鸡”的急先锋，工作1年，三“无”人员；

有经验且喜欢标新立异的“笑笑虎”，30岁，硕士毕业，“老司鸡”的勇猛干将，工作4年，有女友无房车；

财大气粗而沉稳的地产老板“象多金”，55岁，改革开放搞生意起家，除了钱之外一无所有，功成名就。

地点：SPEC茶话室
第一回 关于底部加强区的“误解”

话说SPEC结构设计及优化咨询公司初办至今，高层住宅项目也陆陆续续地做了不少，在业内也算是有一丁点儿名声了。

有一天，小飞象地产公司的大老板“象多金”开着豪车来到SPEC，请他们给优化6栋超高层住宅。这年头，S市的房价也是一日高于一日了，一套好点的房子也要1000万“兽币”。这么个大工程又可以让“象多金”更多金了。

但现在关键是地价贵了，地产想赚更多的钱，只能羊毛出在羊身上，从土建结构做一些合理的优化来节省成本。这么大个工程，搞的好的话可以节省大几千万的成本呢。

在会议室召开项目启动大会，当SPEC领导介绍这次项目有上百万的咨询费时，“老司鸡”激动地鸡冠也立了起来，一下子想到年终分红，禁不住在心底“咯咯咯”地叫起来，这下子年终奖也能换辆好点的车开了，不然总是被老婆抱怨自家车多么土，邻居家的车多么豪。

“加班狗”作为“老司鸡”的贴身助手也在一旁，听到此处，心里骂娘，NND，即使设计费全给我，我也只能买得起一套房，却要设计这么多套，更何况“老司鸡”跟他第一次见面谈的第一句话就是“你们年轻工程师啊，要埋头苦干，多积累一些经验，赚钱不应该是你们这一阶段的目的，多赚经验才是关键啊。想当年，我本科毕业那会，出来工作，一个月才几百块工资…”。“老司鸡”巴拉巴拉说了一堆推心置腹的话。加班狗心里明白的很，简而言之，领导给他的定位是“先赚几年经验，再来谈钱的事情”。

好吧，那就干吧，毕竟是个大项目啊，“加班狗”也是头一回接触这么大的项目，听说这个项目还要请专家搞抗震超限审查，目前还没接触过，狗生算白活了，硕士毕业后的第一年一直在画楼梯和打杂，虽然CAD熟练了，可是对结构设计的认识还是只停留在规范的字面意思上，简单点说就是，记得规范，但没有理解规范的深沉含义。

“笑笑虎”则不同，他是比较有个性的虎，项目做了不少，而且懂得国外的各种规范，做事认真仔细，有时还能把“老司鸡”问倒。还好“老司鸡”是个宽容大度的开明人，也明白“笑笑虎”是那种刨根问底的“野兽”。

这不每周三下午日常的茶话会又开始了，“加班狗” 提出了底部加强区的问题，“老司鸡”不看规范给他解释了一下，“笑笑虎”假笑着回问了一句，让“老司鸡”感觉好尴尬。说了这么多，其实情节就只有这么点，其实这就是加班狗的日常，画图，请教笑笑虎，请教老司鸡，画图，请教笑笑虎，请教老司鸡，画图…

“加班狗”是这么问老司鸡的：“鸡总，您项目做的多，请教您一个问题，剪力墙底部加强区算不算关键构件啊？”说完，睁大了眼睛，望着鸡总。鸡总微笑着抿了一口茶，然后不慌不忙地说

“狗弟，画图之余多翻翻规范”，老司鸡把茶杯放下接着说，“我和其他人做的所有超限报告，抗震性能指标都是以剪力墙底部加强区作为关键构件的。”

笑笑虎翻着自己厚厚的笔记本，然后突然问道，”抗规和高规也有说底部加强区为塑性铰区，这不与关键构件要求大震不屈服矛盾吗？”长期质疑一切的笑笑虎，拿出了自己的秘密武器“结构设计奇葩手札“，说道：

我总结了下我国规范对底部加强区的定义。


你们看，很显然，这三条非常明确地传达了一个观点，在大震作用下，剪力墙底部加强区是可以受弯屈服的，但抗剪显然不可以屈服。对于一级剪力墙，为实现这一点，规范还特意地放大了上部的剪力墙弯矩和剪力。规范显然在说底部剪力墙可以受弯屈服，上部剪力墙不能受弯屈服嘛。当然，底部本身剪力就大，容易屈服也是一个原因。我觉得这才是规范底部加强区的正解。

笑笑虎喝了一口茶，自鸣得意地笑着望着加班狗，加班狗听的目瞪口呆，老司鸡茶已下肚，面露诘难之色，假笑着说：

“呵呵，虎老弟，可咱们现在是抗震性能设计啊，你得按规范来办事对不对？高规第3.11节不是有明确的规定吗。大震性能水准不能选4或5，底部加强区为关键构件，都必须满足不屈服要求。”




老司鸡顿了顿，笑道：”你们按我的来，准没错，通过超限审查最为重要嘛！“说完笑着拿着他几本之前做过的超限报告扔给加班狗，让加班狗慢慢看，多积累经验。这个大项目就要靠你俩了。”

“狗弟和鸡总，规范这个地方有明明有问题嘛！“笑笑虎继续说。

一本经典的老美书里介绍了这种情况:


上图所示的结构体系，主要是为了形成连梁屈服和剪力墙底部屈服的延性屈服机制。对于大部分情况，连梁先于剪力墙底部塑性铰区(plastic hinge zone)屈服，然后剪力墙底部塑性铰区形成塑性铰。



再看看日本的设计方法:

欧洲规范这么说：

好吧，美日欧规范都是说剪力墙底部加强区（plastic hinge zone）是底部楼层部位。所以建议不叫“底部加强区”，而叫底部塑性铰区更为合适。"加强区”二字总是让不喜欢思考的工程师产生误解。

那么我们的规范到底怎么让人产生了误解了呢，不得不说是高规条文说明那句”本条所说的“关键构件”可由结构工程师根据工程实际情况分析确定。例如：底部加强部位的重要竖向构件…

规范它这一“例如”，就把底部加强区归类为大震不屈服构件了。

笑笑虎讲完，结构设计奇葩手札，然后陷入茫然的思索。

“是啊，这么说来还是有一些道理，小虎，不过大家都这么搞，我们就按大家的搞法来吧！出了漏子，我们也负不了这个责啊！”老司鸡打了个圆场。

“是啊，老大，听您的，最终还是要听专家的嘛！”笑笑虎点头表示同意老司鸡的观点。

“还是虎哥读的书多，咋知道这么多规范的哈。你看其他国家的规范，都是按整片墙来设计，这个设计弯矩图和设计剪力图，如果按我们国家规范要画一个咋画呢？”加班狗心里暗暗对笑笑虎投出佩服的目光。

“狗弟，你这还真难倒我了，假如下部不屈服的话，是一条斜向直线，还是国外这种竖向直线呢，或者其他？“笑笑虎有些摸着后脑勺寻思着…