高性能工程结构的可持续发展

编者按：

本文根据聂建国院士在相关大会报告及论著中的部分内容编写。

[1] 聂建国. 创新是促进高性能工程结构可持续发展的根本[J]. 住宅与房地产, 2020(35): 33.

[2] 聂建国. 结构创新与土木工程的可持续发展[J]. 中国公路, 2017(01): 66-68. 

[3] 聂建国. 我国结构工程的未来——高性能结构工程[J]. 土木工程学报, 2016, 49(09): 1-8.

高性能工程结构的可持续发展

聂建国

“高性能工程结构”的内涵随着时代的发展在不断拓展。过去，结构工程的“性能”主要指安全性能，尤其关注的是构件的安全性能，这从我国长期以来规范和教科书中包含大篇幅的构件承载力验算的内容就可以看出。当然，保证结构的安全是结构设计最基本的要求，但仅仅满足这一要求难以实现可持续发展的目标。当下，“高性能工程结构”还应当包含“高安全性能、高使用性能、高经济性能、高施工性能、高环保性能、高维护性能、高耐久性能、高抗灾性能”等一系列丰富的内涵，此外还应从规划、设计、施工、运营、维护直至拆除整个生命周期内努力实现结构的高性能。下面以钢-混凝土组合结构和装配式建筑结构体系为例，简要提出关于高性能工程结构可持续发展的几点思考。

钢-混凝土组合结构

钢材和混凝土是最常见的建筑材料，在实际使用中两者在稳定性、受拉、受压方面均有不同的特性，各有优劣。传统的大跨重载纯钢结构截面高度大、使用空间受限、用钢量大、造价高，而传统大跨重载钢筋混凝土结构自重大、截面尺寸大、构造复杂、施工困难。“钢-混凝土组合结构”作为对这两类传统结构形式的重要补充，可以解决这些传统大跨、重载结构的设计施工问题，扬长避短，可以为解决工程结构难题、发展高性能工程结构体系提供新的选择。我国新时期的建设方针是适用、经济、绿色、美观，其中，适用性一直也应该放在建筑方针的第一位，因此没有最好的结构，只有合适的结构，每一种结构都需要因地制宜地被应用，组合结构也已经成为结构工程的重要发展方向之一。越来越多和越来越广的工程应用实践证明，钢-混凝土组合结构很容易通过采用传统建筑材料实现高性能结构，为解决大型、复杂、重载等结构的设计施工难题提供重要选择。

图1  深圳北站彩虹大桥

装配式建筑结构体系

近年来，我国装配式建筑发展迅速，但一些装配式建筑并没有采用合适的结构体系，比如混凝土叠合楼板中预制板的“胡子筋”造成预制板制作成本增加，现场铺设难度大；传统钢骨节点构造复杂，施工不方便……而混凝土叠合楼板、双向混凝土叠合板，预制混凝土空腔柱连接、预制混凝土墙的侧向连接、混凝土柱与组合楼盖的连接节点创新等新技术、新工艺和新方法，为装配式建筑实现施工方便、质量可控、性能可靠、实用经济提供了新的思路。

装配式建筑在我国符合需求、值得发展，但应稳步推进、合理应用、加强研究、注重创新、更新理念、突破传统、重视构造、关注施工。要发展适用于装配式建筑的结构体系，并实现高性能、高性价比、全寿命费用低的目标。

图2   广州新白云火车站叠合楼盖

结语

• 工程结构要想实现可持续发展，精细化设计是源头、精细化施工是措施、精细化管理是保障，而创新是促进高性能工程结构可持续发展的根本。

• 设计师乃至广大工程结构科技工作者需要具备专业良知、社会责任和担当精神，应该看到存在的不一定是合理的，合理的不一定是先进的。因为工程结构往往受限于当时的工程科技水平，所以作为设计师，一定要时常反思自己的设计，保持批判和质疑的精神，从实际问题出发进行创新，解决现实难题。

• 创新需要结合需求、突出特色、解决问题，不能为创新而创新，更不能为了创新而产生新问题，好的技术一定是简单的。科研要做到源于工程、服务工程、高于工程、引领工程。