工程結構

工程結構（engineering structure） 在房屋、橋樑、鐵路、公路、水工、海工、港口、地下等工程的建築物、構築物和設施中，以建築材料製成的各種稱重構件相互連線成一定形式的組合體。除滿足工程所要求的功能和性能外，還必須在使用期內安全、適用、耐久地承受外加的或內部形成的各種作用。

基本介紹

• 中文名：工程結構
• 外文名：engineering structure
• 成就：趙州橋
• 相關技術：計算機技術

簡介

building and civil engineering structures

工程結構

房屋建築和土木工程的建築物、構築物及其相關組成部分的總稱 。

在房屋、橋樑、鐵路、公路、水工、港口等工程的建築物、構築物和設施中，以建築材料製成的各種承重構件相互連線成一定形式的組合體；除滿足工程所要求的功能和性能外，還必須在使用期內安全、適用、經濟、耐久地承受外加的或內部形成的各種作用。

在計算機技術的配合下，工程結構中的許多力學問題能夠得到精確解，可改變目前一些不合理的假定，並使工程結構的空間作用、動態反應、延性設計與周圍介質的相互作用、系統最佳化等獲得新的發展，工程結構形式也會發生相應的變化。

施工技術和設備是促進工程結構發展的重要手段，平面運輸、垂直運輸、構件製作、現場施工、裝修粉刷、設備安裝等各種施工工具和設施的改進以及施工方法的機械化、電子化，加速了工程結構的發展進程。

沿革和成就

古代

人類在初期營造活動中，利用土、石、草、竹、木等天然材料的特點，逐步摸索出圓拱、支架等原始的結構形式和扎結、夯築等原始的構築方式；通過不斷實踐，逐步形成了開山辟路、越水架橋、攔河築壩、引水灌田等各種工程結構的營造技巧。隨著人類歷史的發展和社會制度的變遷，先後出現了以不同的材料來滿足當時人們所需要的古代土、木、石、磚各種結構的營造方式，並配合當時的建築藝術，築成了雄偉壯麗、精巧美觀、風格各異且符合力學原理的工程結構，如埃及的金字塔，巴比倫的星象台，希臘的神廟，羅馬的競技場，中國的長城、大運河、宮殿、佛塔、竹索橋，及各國人民的民居、橋樑、堤壩、宮殿、陵墓、廟宇、教堂、紀念塔，分別顯示了各國古代能工巧匠的智慧和才華。中國春秋時期的木結構大師公輸般（魯班）憑他的技巧和經驗,發展了木工技術並制定了整套的法規;戰國時期李冰父子設計和監造了四川都江堰水利工程；隋朝李春修建了世界聞名的趙州橋；宋朝李誡纂寫了《營造法式》等,為中國古代工程結構作出了巨大貢獻。(見彩圖)

工程結構

工程結構

工程結構

近代

自17世紀工業革命後，社會生產方式經歷了一次重大變革，工程結構也不例外。隨著人類社會實踐的需要，新建築材料的出現，工程力學學科的興起和營造技術的革新,工程結構也有了新的形式和內容,建築材料突破了天然材料的局限,先後出現了鐵、鋼、水泥、混凝土、鋼筋混凝土、預應力混凝土等新材料；工程結構理論方面，也相應地從經驗法則進入了材料力學、結構力學、靜定結構和超靜定結構力學、材料彈性和彈塑性理論,從而分別奠定了木結構、砌體結構、鋼結構、混凝土結構（包括素混凝土結構、鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構）等各種工程結構的專業設計基礎，並制定了相應的設計規程和規範；營造技術也由原始的手工方式轉變為半機械化和機械化、預製裝配和裝配整體及鋼材焊接等新工藝和新施工方法；工程結構從簡單的拱、梁、板、柱元件或桁架、框架等組成的一般結構,變化為適應於大跨度的折板、薄殼、網架懸索、筒體及懸吊等空間結構，在高度上由單層、多層、高層到超高層，跨度由十幾米到幾百米,長度由幾百米到幾千米;工程結構做到具有抗溫、禦寒、抗風、抗海浪、抗冰、抗地震、防微振、抗地下水、抗爆、抗腐蝕和防污染等多種性能。如美國芝加哥110層443米高鋼結構西爾斯大廈，法國巴黎國家工業技術展覽中心大廳 206米跨鋼筋混凝土多波雙曲薄殼展覽館,美國北亞利桑那大學153米直徑的膠合木穹頂結構體育館，蘇聯英古里 272米高的混凝土雙曲拱壩和努列克300米高的土石壩,英國的亨伯橋跨度為1410.8米的鋼懸索橋(見彩圖),日本53.85公里的青森—函館越海隧道，及宇航飛機發射塔架、核電站、多層地下建築和近海工程結構等，充分顯示出新時代人們的知識才能，進一步能克服大自然環境的限制，以現代工程結構的高、大、輕、新、美等特點，滿足人們日益增長的生活、生產、交通、審美等需要。

工程結構

工程結構

工程結構

現代

中國自20世紀以來，在工程結構方面先後引進了西方國家的工程結構形式和設計理論，衝破了中國原有的古典土、石、木、磚結構形式和傳統的營造法規；特別是1949年以後,隨著社會主義建設的需要,在工程結構的建築材料、工程設計、科學理論研究和設備四個領域裡進行了急劇的變革，使工程結構的面貌一新。在短期內使民用工業、國防、港口、水利、電力、公路、鐵路等工程進入到現代化的工程結構領域。除面大量廣的居住建築和工業廠房外，著名的南京長江橋、湖北葛洲壩水利樞紐工程、天津引灤入津工程、北京人民大會堂、上海體育館、北京八萬人體育場、甘肅劉家峽水電站、杭州懸索體育館、寶成鐵路、北京地下鐵道、川藏公路、衛星發射塔、北京環境氣象塔、濟南黃河 200米斜張橋及深圳50層國際貿易中心和北京的高層建築群等都是時代的物證。

工程結構

工程結構

展望

工程結構

新材料的發現

一個工程結構的完成是在滿足人們和社會需要的前提下,以建築材料、設備為中心,以相應的結構力學理論與建築施工技術為依據，配合當地的環境狀況和建築藝術而相輔相成的綜合性創作。因此，建築材料特別是輕質高強和耐環境介質侵蝕的建築材料的探索；充實和提高測試手段和測試技術；發展與材料性能緊密結合的結構力學理論和高效能的新穎施工技術等四個方面，是工程結構進一步發展的主要動力。目前雙層薄膜充氣結構，已開始用作大跨度輕質保溫屋面；金屬蒙皮結構不僅在飛機庫上套用,也開始在懸挑大跨屋面上套用;海洋平台也開始採用鋼筋混凝土空間結構。此外，纖維混凝土、鋁合金、玻璃鋼等建築材料的誕生，也是工程結構新變革的前奏。

工程結構

計算機的運用

在電子計算機技術的配合下，工程結構中的許多力學問題能夠得到精確解，可改變目前一些不合理的假定，並使工程結構的空間作用、動態反應、延性設計與周圍介質的相互作用、系統最佳化等獲得新的發展，工程結構形式也會發生相應的變化。

施工技術和設備的提高

施工技術和設備是促進工程結構發展的重要手段，平面運輸、垂直運輸、構件製作、現場施工、裝修粉刷、設備安裝等各種施工工具和設施的改進以及施工方法的機械化、電子化，也可在保證質量和降低成本的目標下，加速工程結構的發展進程。