结构设计理论

结构设计理论（Structural design）是处理结构的安全性、适用性、耐久性与经济性的理论及方法。主要解决结构产生的各种作用效应与结构材料抗力之间的关系，涉及有关结构上的作用、结构抗力、结构可靠度和结构设计方法及优化设计等方面的问题。

发展过程：人类为谋生存，自穴居筑巢以致筑路架桥等营造活动活动以来，凭借直接的实践经验，利用各种天然材料构筑了无数工程结构物。通过千百年的工程实践，积累经验，编成工作口诀与成规，在工匠和行会中流传沿用，经过漫长的重复实践历程，才逐步认识和总结出一些结构建造的规律，并编写了同技术条例的一些成文和著作。中国宋朝的《营造法式》就是一部很宝贵的从经验中总结出来的古代木结构规范，具有一定的设计理论萌芽，其部分内容沿用至今。

人们公认现代结构设计理论的奠基人是意大利学者伽利略，他的《两门新科学的谈话》一书被公认为是材料力学的开端。从此结构设计开始由定性的描述转移到定量的分析，理论分析与实险研究也开始被自觉地应用到结构设计中。

结构设计理论的发展经历了种种演变。最早直接通过试验确定结构承载能力进行了结构设计，19世纪以后，由于较理想的弹性材料的广泛应用和弹性力学方法的发展，提出了容许应力设计法，这种方法要结构在各种作用下产生的应力不超过结构的许用应力。到20世纪30年代，人们注意到结构的破坏不仅与结构材料的破坏强度有关，还与结构的塑形能力有关，从而提出了结构极限状态的设计思想，即要求结构在各种作用下的效应不超过结构极限承载力。为保证结构设计安全，无论是容许设计法还是极限状态设计法，都引入了安全系数，可视作将结构所受的作用或作用系数放大。然而这样处理，人们并不能确知结构设计的实际可靠度。

从20世纪70年代起，随着对结构作用及结构抗力随机性理解的深入，以及结构可靠度理论的发展，以概率论为基础的结构极限状态可靠度设计法逐渐得到应用。目前世界各国多采用多种作用分项系数进行效应组合的实用设计表达形式，要求各种作用组合效应不超过结构极限承载力，这种方法具有明确的结构可靠度。

展望：由于电子计算机技术与测试技术的广泛应用，结构设计理论亦随之发展，几个值得重视的方面为：1、概率分析法。结构作用力（如风、地震、波浪等）很多是与时间有关的随机过程，而材料抗力诸因素中也大都是某种随机变量，结构设计理论将愈多地用概率论进行分析取得更高的可靠度。2、动态分析。相对静态分析，更注意结构上的动态作用力和结构动态反应的理论分析。3、非线性分析。深入研究解决结构的材料非线性和几何非线性理论问题，使很多“二次”问题变为一次可解决的问题。4、整体分析。将结构设计中分别计算的结构部件和承载岩、土体联合起来共同计算分析等，可使结构设计更精细和符合实际。5、可靠度分析（见结构可靠度分析）。6、最优化设计（见结构优化设计）。

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