5.結構施工技術的發展與結構創新

　　隨著結構材料、結構體系和結構功能的發展與創新，各種結構體系的施工技術，特別是復雜高層結構、高聳結構以及大跨度結構的施工技術已突破傳統意義上的施工方法，從單一的使用施工機械發展到機-電-計算機的一體化，并能夠實現全過程自動監測和計算機控制。結構施工技術正在向著多學科、綜合化、高科技的領域邁進。隨著大量的工程實踐，涌現出了在頂升、提升、吊升、滑移等傳統施工方法的基礎上進行創新的新技術，有的是依據結構的特點再創造，有的是幾種基本方法的巧妙組合。結構施工技術的發展使一些結構創新得以實現。

　　20世紀80年代，澳大利亞的科研人員提出了整體張拉預應力拱架結構STRARCH專利技術。STRARCH系統的核心技術是將建筑物的施工與提升過程合為一體，一個跨度100m左右的結構采用該項技術進行施工，現場張拉成形僅需一個工作日。STRARCH拱架的現場成形過程包括現場組裝就位、整體張拉、張拉終止定位形成最終拱架3個步驟。利用該項技術已在世界各地建造了80余座建筑，我國廣州白云機場機庫即采用了該技術。又如著名的日本結構專家川口衛教授提出的適用于雙曲率網殼的“攀達穹頂”整體施工法，該方法已在1984年的日本神戶世界紀念堂、1992年巴塞羅那奧運會主體育館等世界上7個工程中得到應用，其原理是使一個穹頂在施工期間處于一種可折疊狀態，組裝工作盡可能地在地面的位置完成，然后用液壓頂升法把結構推舉到設計標高并固定。我國2000年建造的河南省鴨河口電廠儲煤庫是目前國內跨度最大柱面網殼。該工程使用了浙江大學空間結構研究中心所提出的“折疊展開式”計算機同步控制整體提升新型施工技術，僅用了一天時間便順利提升到位。另外，我國的整體提升施工方法和高空滑移施工方法等均具有很好的技術，如上海大劇院鋼屋蓋工程采用的整體提升施工技術，先在地下室頂板上拼裝，然后依靠4個電梯井筒，在其上設置鋼平臺，以鋼絞線承重、計算機控制液壓千斤頂集群提升的方法，將鋼屋蓋整體一次提升到位。該技術創造了我國建筑史上整體提升重量最大、提升速度最快、提升精度最高3項新記錄。這些采用先進施工技術完成的結構創新，均取得了良好的社會效益和經濟效益。

　　從以上內容可以看出，結構施工技術的發展使一些需要超越常規施工技術的結構創新得以實現。

　　6.結構理論的發展與結構創新

　　隨著計算機技術和有限元方法的發展，包括結構分析和結構設計在內的結構理論亦在不斷發展與創新，同時給上述幾個方面的結構創新提供強大的分析工具。傳統材料的改良、新型材料的出現以及結構體系與功能的發展與創新、施工過程的復雜化均給結構分析與設計帶來了新的挑戰，特別是對結構單元類型多樣化、數量龐大化的超高層結構和大跨度結構的分析理論及計算技術提出了更高的要求和更新的課題。

　　目前結構分析已經能夠超越線彈性而考慮材料非線性和幾何非線性;由平面分析到空間整體和共同作用分析;已經能夠脫離解析解的束縛，采用數值解對結構的受力進行仿真;已不但能作靜力分析，也能作動力分析;能夠模擬大型復雜結構施工過程中結構局部或整體在不同階段變邊界條件、變荷載下的受力特性;隨著結構學科的進步，建筑結構在外界荷載作用下的全過程反應越來越受到關注。對于強度破壞，需要深入了解結構從彈性進入彈塑性，出現塑性內力重分配直到形成機構喪失承載能力這一整個過程的內力、應力和變形的變化情況，以及結構在喪失承載能力后的性態等。對于失穩破壞，需要了解結構在彈性失穩、彈塑性失穩過程中力與變形的變化情況，結構在失穩后的性態以及結構中各種初始缺陷對穩定承載力和結構性態的影響。對于斷裂破壞，需要了解裂紋在結構受力過程中的出現、發展直到結構斷裂破壞等。工程事故的出現及對動荷載的研究，表明結構構件在反復荷載作用下存在損傷累積的問題，進一步的研究表明，結構在災害荷載作用下均存在損傷累積問題，目前正在應用連續損傷力學解決這一問題。

　　結構設計理論由容許應力設計進入到基于概率理論的可靠度設計方法。基于可靠度理論的結構設計法從半概率法(水準Ⅰ)發展到近似概率法(水準Ⅱ)，這是上個世紀結構設計理論的重大進步。現在向著采用隨機過程加以描述，并向用概率理論對整個結構進行精確分析的全概率法(水準Ⅲ)方向努力。進入21世紀之前，工程師們又在前述基礎上，進一步發展了基于性能要求的設計理念。世紀之交，結構設計理論的發展又面臨著一個新的發展趨勢，就是所謂全壽命設計。以往的工程結構設計通常僅考慮在使用階段工程的安全性，現在對于一些重大的工程還需考慮使用安全以外的內容，如結構的使用功能能否得到保證、耐久性如何以及結構體現在極端條件下的抗倒塌性能等問題，即實施考慮全“生命周期”的綜合決策。

　　結構理論的全面發展，不但為結構創新提供了理論基礎，也使結構創新更加理性和更加合理。

　　7.結構試驗技術的發展與結構創新

　　工程結構的試驗技術起源于19世紀初。20世紀60年代中期以來，隨著電液伺服加載裝置的問世，結構試驗開始走進現代技術的發展階段，并以結構模擬地震加載技術、結構風洞試驗技術、結構抗火試驗技術為代表，如多點輸入地震模擬震動臺、風洞試驗、結構抗火試驗爐。近年來結構試驗技術的不斷發展，試驗設備的不斷更新，使更多的科研機構有能力進行大型復雜的試驗研究，并且利用互聯網的遠程試驗技術、采用光纖等先進傳感器進行結構實地實時監測，利用激光技術和數字攝影技術實現對結構變形的精確測量等。

　　結構試驗技術的發展對于人們研究工程結構受外部作用而發生變形與破壞的基本原理、發展結構分析原理與設計方法，起到了至關重要的基礎作用;而且使試驗研究更接近于實際結構的工作狀態，為深入開展結構工程學科的研究工作創造了重要條件。

　　結構試驗技術的發展為結構創新的安全性提供了試驗驗證和保障。

　　8.結構創新的內涵

　　從以上幾節的闡述可以看出，一個結構工程是否具有結構創新是可以科學界定的。它可以包括以下幾個方面的考慮：

　　第一，結構創新應該體現在結構材料、結構體系、結構功能、結構構件、結構節點等中的一個和幾個方面。

　　第二，結構創新的內容應該在上述一個或幾個方面有發展。例如，采用了新結構體系、提出了新結構體系的有效分析方法、對采用新材料的構件提出合理的設計方法、提出了結構抗震、抗風、抗火等防災設計的新理念、采用了配合結構創新的新制作、安裝技術和結構維護的新技術等。

　　第三，結構創新應具有“好”、“快”、“省”的效果。“好”指的是符合國家制定的安全、節能、環保和耐久的政策;“快”指的是能夠縮短建造周期;“省”指的是能夠節省綜合成本，特別是自然能源，降低總造價。

　　凡同時符合上述三點的可界定為有結構創新，凡不能同時符合上述三點的，就不能界定為有結構創新。

　　因此，純粹是為了打破建筑物高度或跨度的記錄不等于結構創新，結構復雜、怪異也不等于結構創新，真正的結構創新應該是包含創新內容且能達到積極效果的工程實踐。