5.結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

　　隨著結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)功能的發(fā)展與創(chuàng)新，各種結(jié)構(gòu)體系的施工技術(shù)，特別是復雜高層結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)以及大跨度結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)已突破傳統(tǒng)意義上的施工方法，從單一的使用施工機械發(fā)展到機-電-計算機的一體化，并能夠?qū)崿F(xiàn)全過程自動監(jiān)測和計算機控制。結(jié)構(gòu)施工技術(shù)正在向著多學科、綜合化、高科技的領(lǐng)域邁進。隨著大量的工程實踐，涌現(xiàn)出了在頂升、提升、吊升、滑移等傳統(tǒng)施工方法的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新的新技術(shù)，有的是依據(jù)結(jié)構(gòu)的特點再創(chuàng)造，有的是幾種基本方法的巧妙組合。結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展使一些結(jié)構(gòu)創(chuàng)新得以實現(xiàn)。

　　20世紀80年代，澳大利亞的科研人員提出了整體張拉預應(yīng)力拱架結(jié)構(gòu)STRARCH專利技術(shù)。STRARCH系統(tǒng)的核心技術(shù)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(jié)構(gòu)采用該項技術(shù)進行施工，現(xiàn)場張拉成形僅需一個工作日。STRARCH拱架的現(xiàn)場成形過程包括現(xiàn)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(shù)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(shù)。又如著名的日本結(jié)構(gòu)專家川口衛(wèi)教授提出的適用于雙曲率網(wǎng)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(yīng)用，其原理是使一個穹頂在施工期間處于一種可折疊狀態(tài)，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(jié)構(gòu)推舉到設(shè)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(nèi)跨度最大柱面網(wǎng)殼。該工程使用了浙江大學空間結(jié)構(gòu)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(shù)，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(shù)，如上海大劇院鋼屋蓋工程采用的整體提升施工技術(shù)，先在地下室頂板上拼裝，然后依靠4個電梯井筒，在其上設(shè)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(shù)創(chuàng)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(shù)完成的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，均取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

　　從以上內(nèi)容可以看出，結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展使一些需要超越常規(guī)施工技術(shù)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新得以實現(xiàn)。

　　6.結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

　　隨著計算機技術(shù)和有限元方法的發(fā)展，包括結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計在內(nèi)的結(jié)構(gòu)理論亦在不斷發(fā)展與創(chuàng)新，同時給上述幾個方面的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提供強大的分析工具。傳統(tǒng)材料的改良、新型材料的出現(xiàn)以及結(jié)構(gòu)體系與功能的發(fā)展與創(chuàng)新、施工過程的復雜化均給結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)，特別是對結(jié)構(gòu)單元類型多樣化、數(shù)量龐大化的超高層結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)的分析理論及計算技術(shù)提出了更高的要求和更新的課題。

　　目前結(jié)構(gòu)分析已經(jīng)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(jīng)能夠脫離解析解的束縛，采用數(shù)值解對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)施工過程中結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)學科的進步，建筑結(jié)構(gòu)在外界荷載作用下的全過程反應(yīng)越來越受到關(guān)注。對于強度破壞，需要深入了解結(jié)構(gòu)從彈性進入彈塑性，出現(xiàn)塑性內(nèi)力重分配直到形成機構(gòu)喪失承載能力這一整個過程的內(nèi)力、應(yīng)力和變形的變化情況，以及結(jié)構(gòu)在喪失承載能力后的性態(tài)等。對于失穩(wěn)破壞，需要了解結(jié)構(gòu)在彈性失穩(wěn)、彈塑性失穩(wěn)過程中力與變形的變化情況，結(jié)構(gòu)在失穩(wěn)后的性態(tài)以及結(jié)構(gòu)中各種初始缺陷對穩(wěn)定承載力和結(jié)構(gòu)性態(tài)的影響。對于斷裂破壞，需要了解裂紋在結(jié)構(gòu)受力過程中的出現(xiàn)、發(fā)展直到結(jié)構(gòu)斷裂破壞等。工程事故的出現(xiàn)及對動荷載的研究，表明結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)在災(zāi)害荷載作用下均存在損傷累積問題，目前正在應(yīng)用連續(xù)損傷力學解決這一問題。

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計理論由容許應(yīng)力設(shè)計進入到基于概率理論的可靠度設(shè)計方法。基于可靠度理論的結(jié)構(gòu)設(shè)計法從半概率法(水準Ⅰ)發(fā)展到近似概率法(水準Ⅱ)，這是上個世紀結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的重大進步。現(xiàn)在向著采用隨機過程加以描述，并向用概率理論對整個結(jié)構(gòu)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(chǔ)上，進一步發(fā)展了基于性能要求的設(shè)計理念。世紀之交，結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展又面臨著一個新的發(fā)展趨勢，就是所謂全壽命設(shè)計。以往的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計通常僅考慮在使用階段工程的安全性，現(xiàn)在對于一些重大的工程還需考慮使用安全以外的內(nèi)容，如結(jié)構(gòu)的使用功能能否得到保證、耐久性如何以及結(jié)構(gòu)體現(xiàn)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(jié)構(gòu)理論的全面發(fā)展，不但為結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提供了理論基礎(chǔ)，也使結(jié)構(gòu)創(chuàng)新更加理性和更加合理。

　　7.結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)的發(fā)展與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

　　工程結(jié)構(gòu)的試驗技術(shù)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(jié)構(gòu)試驗開始走進現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展階段，并以結(jié)構(gòu)模擬地震加載技術(shù)、結(jié)構(gòu)風洞試驗技術(shù)、結(jié)構(gòu)抗火試驗技術(shù)為代表，如多點輸入地震模擬震動臺、風洞試驗、結(jié)構(gòu)抗火試驗爐。近年來結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)的不斷發(fā)展，試驗設(shè)備的不斷更新，使更多的科研機構(gòu)有能力進行大型復雜的試驗研究，并且利用互聯(lián)網(wǎng)的遠程試驗技術(shù)、采用光纖等先進傳感器進行結(jié)構(gòu)實地實時監(jiān)測，利用激光技術(shù)和數(shù)字攝影技術(shù)實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)變形的精確測量等。

　　結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)的發(fā)展對于人們研究工程結(jié)構(gòu)受外部作用而發(fā)生變形與破壞的基本原理、發(fā)展結(jié)構(gòu)分析原理與設(shè)計方法，起到了至關(guān)重要的基礎(chǔ)作用;而且使試驗研究更接近于實際結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，為深入開展結(jié)構(gòu)工程學科的研究工作創(chuàng)造了重要條件。

　　結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)的發(fā)展為結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的安全性提供了試驗驗證和保障。

　　8.結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的內(nèi)涵

　　從以上幾節(jié)的闡述可以看出，一個結(jié)構(gòu)工程是否具有結(jié)構(gòu)創(chuàng)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(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)該體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)功能、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、結(jié)構(gòu)節(jié)點等中的一個和幾個方面。

　　第二，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的內(nèi)容應(yīng)該在上述一個或幾個方面有發(fā)展。例如，采用了新結(jié)構(gòu)體系、提出了新結(jié)構(gòu)體系的有效分析方法、對采用新材料的構(gòu)件提出合理的設(shè)計方法、提出了結(jié)構(gòu)抗震、抗風、抗火等防災(zāi)設(shè)計的新理念、采用了配合結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的新制作、安裝技術(shù)和結(jié)構(gòu)維護的新技術(shù)等。

　　第三，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)具有“好”、“快”、“省”的效果。“好”指的是符合國家制定的安全、節(jié)能、環(huán)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(jié)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(jié)構(gòu)創(chuàng)新，凡不能同時符合上述三點的，就不能界定為有結(jié)構(gòu)創(chuàng)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(jié)構(gòu)創(chuàng)新，結(jié)構(gòu)復雜、怪異也不等于結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，真正的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)該是包含創(chuàng)新內(nèi)容且能達到積極效果的工程實踐。