工程结构简介

building and civil engineering structures

房屋建筑和土木工程的建筑物、构筑物及其相关组成部分的总称 。

在房屋、桥梁、铁路、公路、水工、港口等工程的建筑物、构筑物和设施中，以建筑材料制成的各种承重构件相互连接成一定形式的组合体;除满足工程所要求的功能和性能外，还必须在使用期内安全、适用、经济、耐久地承受外加的或内部形成的各种作用。

在计算机技术的配合下，工程结构中的许多力学问题能够得到精确解，可改变目前一些不合理的假定，并使工程结构的空间作用、动态反应、延性设计与周围介质的相互作用、系统优化等获得新的发展，工程结构形式也会发生相应的变化。

人类在初期营造活动中，利用土、石、草、竹、木等天然材料的特点，逐步摸索出圆拱、支架等原始的结构形式和扎结、夯筑等原始的构筑方式;通过不断实践，逐步形成了开山辟路、越水架桥、拦河筑坝、引水灌田等各种工程结构的营造技巧。随着人类历史的发展和社会制度的变迁，先后出现了以不同的材料来满足当时人们所需要的古代土、木、石、砖各种结构的营造方式，并配合当时的建筑艺术，筑成了雄伟壮丽、精巧美观、风格各异且符合力学原理的工程结构，如埃及的金字 塔，巴比伦的星象台，希腊的神庙，罗马的竞技场，中国的长城、大运河、宫殿、佛塔、竹索桥，及各国人民的民居、桥梁、堤坝、宫殿、陵墓、庙宇、教堂、纪念塔，分别显示了各国古代能工巧匠的智慧和才华。中国春秋时期的木结构大师公输般(鲁班)凭他的技巧和经验,发展了木工技术并制定了整套的法规;战国时期李冰父子设计和监造了四川都江堰水利工程;隋朝李春修建了世界闻名的赵州桥;宋朝李诫纂写了《营造法式》等,为中国古代工程结构作出了巨大贡献。(见彩图)

自17世纪工业革命后，社会生产方式经历了一次重大变革，工程结构也不例外。随着人类社会实践的需要，新建筑材料的出现，工程力学学科的兴起和营造技术的革新,工程结构也有了新的形式和内容,建筑材料突破了天然材料的局限,先后出现了铁、钢、水泥、混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土等新材料;工程结构理论方面，也相应地从经验法则进入了材料力学、结构力学、静定结构和超静定结构力学、材料弹性和弹塑性理论,从而分别奠定了木结构、砌体结构、钢结构、混凝土结构 (包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构)等各种工程结构的专业设计基础，并制定了相应的设计规程和规范;营造技术也由原始的手工方式转变为半机械化和机械化、预制装配和装配整体及钢材焊接等新工艺和新施工方法;工程结构从简单的拱、梁、板、柱元件或桁架、框架等组成的一般结构,变化为适应于大跨度的折板、薄壳、网架悬索、筒体及悬吊等空间结构，在高度上由单层、多层、高层到超高 层，跨度由十几米到几百米,长度由几百米到几千米;工程结构做到具有抗温、御寒、抗风、抗海浪、抗冰、抗地震、防微振、抗地下水、抗爆、抗腐蚀和防污染等多种性能。如美国芝加哥110层443米高钢结构西尔斯大厦，法国巴黎国家工业技术展览中心大厅 206米跨钢筋混凝土多波双曲薄壳展览馆,美国北亚利桑那大学153米直径的胶合木穹顶结构体育馆，苏联英古里 272米高的混凝土双曲拱坝和努列克300米高的土石坝,英国的亨伯桥跨度为1410.8米的钢悬索桥(见彩图),日本53.85公里的青森-函馆越海隧道，及宇航飞机发射塔架、核电站、多层地下建筑和近 海工程结构等，充分显示出新时代人们的知识才能，进一步能克服大自然环境的限制，以现代工程结构的高、大、轻、新、美等特点，满足人们日益增长的生活、生产、交通、审美等需要。

中国自20世纪以来，在工程结构方面先后引进了西方国家的工程结构形式和设计理论，冲破了中国原有的古典土、石、木、砖结构形式和传统的营造法规;特别是1949年以后,随着社会主义建设的需要,在工程 结构的建筑材料、工程设计、科学理论研究和设备四个领域里进行了急剧的变革，使工程结构的面貌一新。在短期内使民用工业、国防、港口、水利、电力、公路、铁路等工程进入到现代化的工程结构领域。除面大量广的居住建筑和工业厂房外，著名的南京长江桥、湖北葛洲坝水利枢纽工程、天津引滦入津工程、北京人民大会堂、上海体育馆、北京八万人体育场、甘肃刘家峡水电站、杭州悬索体育馆、宝成铁路、北京地下铁道、川藏公路、卫星发射塔、北京环境气象塔、济南黄河 200米 斜张桥及深圳50层国际贸易中心和北京的高层建筑群等都是时代的物证。

一个工程结构的完成是在满足人们和社会需要的前提下,以建筑材料、设备为中心,以相应的结构力学理论与建筑施工技术为依据，配合当地的环境状况和建筑艺术而相辅相成的综合性创作。因此，建筑材料特别是轻质高强和耐环境介质侵蚀的建筑材料的探索;充实和提高测试手段和测试技术;发展与材料性能紧密结合的结构力学理论和高效能的新颖施工技术等四个方面，是工程结构进一步发展的主要动力。目前双层薄膜充气结构，已开始用作大跨度轻质保温屋面;金属蒙皮结构不仅在飞机 库上应用,也开始在悬挑大跨屋面上应用;海洋平台也开始采用钢筋混凝土空间结构。此外，纤维混凝土、铝合金、玻璃钢等建筑材料的诞生，也是工程结构新变革的前奏。

在电子计算机技术的配合下，工程结构中的许多力学问题能够得到精确解，可改变目前一些不合理的假定，并使工程结构的空间作用、动态反应、延性设计与周围介质的相互作用、系统优化等获得新的发展，工程结构形式也会发生相应的变化。

施工技术和设备是促进工程结构发展的重要手段，平面运输、垂直运输、构件制作、现场施工、装修粉刷、设备安装等各种施工工具和设施的改进以及施工方法的机械化、电子化，也可在保证质量和降低成本的目标下，加速工程结构的发展进程。