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華·沙龍 ▎聶建國:每一種結構都有它的適用范圍

2019-03-19 作者:

2019年3月12日下午,華·沙龍迎來了一位重量級演講嘉賓——中國工程院院士、清華大學學術委員會副主任聶建國。作為中國結構工程領域的知名專家之一,聶院士長期從事組合結構研究與推廣應用工作,研發了一系列組合結構新形式和新技術。

當天同行到訪的重要嘉賓還有湖南大學土木工程學院教授、博士生導師易偉建,中國工程院深圳站主任陳瑋,深圳市科學技術協會委員梁建君等人。

 

本次華·沙龍,聶院士以“工程結構的創新與實踐”為主題,通過大量的具體應用案例,風趣而睿智地分享了他30余年堅持從事組合結構研究的思考,為我們帶來了一場知識盛宴。

 

我們在此整理了聶院士沙龍中的部分內容,與大家分享。

 

 

 

 

材盡其能

是實現高性能工程結構的重要保證

 

土木工程結構非常有意思,不管如何復雜,如何受力,最后都可以歸結于受拉和受壓。鋼材和混凝土是作為我們最常用的建筑材料,鋼材適合于受拉,混凝土適合于受壓。我相信,在未來相當長的一段時間,也不會有一種新型建筑材料可以完全取代當前的鋼材和混凝土。

 

充分利用材料性能是實現高性能工程結構的重要保證,如果能把這兩種材料應用到該用的地方去,你就是一位優秀的結構工程師。

 

但是目前狀況是,鋼骨混凝土梁的大量應用,造成了比較大的浪費。其實從高性能結構看,老祖宗在一千四百年前就給我們做了一個很好的示范——趙州橋,石材受壓,越壓越緊,沒有裂縫,所以耐久性沒有出現問題。

 

 

要做理智工程

沒有最好的結構,只有適合的結構

混凝土不適合受拉,鋼材不適合受壓。傳統的大跨重載混凝土結構自重大、截面尺寸大、構造復雜、施工困難;傳統的大跨重載鋼結構截面高度大、使用空間受限、用鋼量大、造價高;而作為對這兩類傳統結構形式的重要補充,鋼-混凝土組合結構可以解決這些傳統大跨、重載結構的設計施工問題,取長補短。

 

沒有最好的結構,只有適合的結構,每一種結構都需要因地制宜的被應用。因此,充分利用鋼結構和混凝土結構的各自優點,揚長避短,可以為解決工程結構難題、發展高性能工程結構體系提供新的選擇。就發展趨勢而言,我相信組合結構將是今后結構工程的重要方向之一。

 

高性能結構的內涵就是“適用、經濟、綠色、美觀”。其中,適用性應該放在建筑方針的第一位。就像鞋子,好看不好看是別人說的,穿得舒不舒服只有我們自己能感覺得到。

 

 

 

 

減輕上部結構自重

降低結構高度和截面尺寸

是結構工程師對建筑的最大貢獻之一

 

結構體系和結構選型是至關重要的。然而現實中,仍有一些工程由于不合理的結構體系和結構選型,不合理的受力關系,以及復雜的構造等因素,造成了開裂、坍塌等結構性毀壞的慘重代價。

 

如一些垮塌橋梁,我認為就是因為結構體系和結構選型欠合理,典型的簡單問題復雜化——間接傳力現象嚴重;構造復雜,既給施工帶來不便,也降低了安全性;橋面自重大,整體牢固性不足,對長期性能和抗震性能是不利的。

 

正如蕭伯納所說,“歷史的經驗教訓告訴我們,人們是不會從歷史的經驗中吸取教訓”。當前建筑工程中,大家都認為不太合理的結構選型仍在繼續,一味追求新、奇、特,追求視覺沖擊,不顧使用功能和資源消耗型的土木工程仍在不斷涌現。

 

結構體系與構造越復雜,付出的代價往往就越高。就像我們女同志經常化妝,最后卸妝的時候,皮膚是要付出代價的。

 

建筑師的創造是無限的,但需要約束在合理的結構體系方案內。減輕上部結構自重,降低結構高度和截面尺寸,就是結構工程師對建筑的最大貢獻之一。

 

 

 

 

實現高性能工程結構的根本保證

就是要做到‘優生優育’

 

實現高性能工程結構的根本保證就是要做到“優生優育”。所謂“優生”,即方案要合理,符合受力合理、材盡其用、傳力直接、整體牢固、構造簡單、施工方便等原則。

 

我們現在存在的問題是結構方案不合理,而為了實現不合理的方案,往往要開展相關研究,這是不值得提倡的,我們應該盡可能在源頭上杜絕不合理問題的產生,而不是主動去制造問題、解決問題。

在“優生”的基礎上實現“優育”,正常施工、正常使用、正常維護,就能達到結構健康長壽的目標。

工程師對工程建設的可持續發展肩負重要責任,我一直在強調如何在結構選型上考慮“全壽命”的問題。隨著我國經濟的快速發展,高層建筑、交通樞紐、橋梁隧道、地鐵工程、會展中心等大型公共基礎設施的發展對大跨重載結構產生了巨大需求。

然而,現在花錢買浪費、花錢買不安全的現象比較普遍,過度設計導致混凝土材料等過度消耗的現象值得高度重視。我們應該好好反思一些橋梁、建筑建成使用不到20年,甚至10年,就已銹跡斑斑或產生嚴重病害等現象。

我提醒大家,我們只有一個地球,砂、石等資源是有限的!

 

 

一定要發展

適合于裝配式建筑的結構體系

 

近年來,裝配式建筑發展迅速,但一些裝配式建筑并沒有采用合適的結構體系,比如為了裝配而裝配,盲目追求預制率。目前,深圳相關部門對裝配式建筑發展的速度和裝配率的把握是合適的,這是一件好事。

 

傳統裝配式混凝土結構構造復雜,存在制作、堆放、運輸等困難,現場施工麻煩,質量可控性差等問題。如果要做裝配式建筑,一定要發展適用于裝配式建筑的結構體系。

 

組合結構發展空間很大,非常適合于裝配式結構,也符合建筑工業化的發展方向。

 

裝配式建筑只是我們建筑工業化發展進程中的一個重要內容。所以我覺今后我們的方向宜提建筑工業化,應該為提高預制工廠生產和施工工地施工的工業化水平而努力。

 

 

結構工程師一定要去工地現場

 

存在的不一定是合理的,合理的不一定是先進的。工程結構往往受限于當時的科技水平,批判和質疑是科學精神的精髓,更是我們建筑工程師創新的基礎。

 

因此,創新是實現高性能工程結構的根本保證,是促進高性能結構可持續發展的不竭動力。針對現存的問題,解決當前工程結構存在問題的有效措施是科技創新。我鼓勵年輕工程師一定要敢于懷疑,敢于挑戰。建議建設部可以考慮成立一個“超規范審查委員會”,這樣可以給工程師提供創新空間。

 

但創新需要結合需求、突出特色、解決問題,不能為創新而創新,更不能為了創新而產生新問題。創新需要源于工程,服務工程,高于工程,引領工程;同時創新需要與理論實踐相結合,做到不唯書,不唯上,不唯他,不唯洋,只唯實。

 

因此,我建議結構工程師一定要去工地現場。畫圖是一種感覺,到工地現場考察又是另外一種感覺。在我的背包里常年放著一個軟尺,一部單反相機,我喜歡去工地現場幫助施工人員解決問題、難題。如果我在項目一線,相信我也能成為一名優秀的工程師。

 

 

 

主講嘉賓:聶建國

 

結構工程專家,中國工程院院士,現任清華大學土木工程系教授、清華大學學術委員會副主任,兼任中國土木工程學會副理事長、建筑結構學報主編等職。以第一完成人獲國家技術發明一等獎、國家科技進步獎(創新團隊)和國家科技進步二等獎各1項,獲光華工程科技獎、何梁何利科技進步獎、全國優秀博士后、全國優秀科技工作者、全國先進工作者等榮譽。

 

 

 

 

 

 

 

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