高性能结构工程研究

高性能结构工程研究

陈彦旭

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摘要：目前，我国建筑业飞速发展，人们对于建筑工程的结构稳定性和整体功能要求越来越高。发展以高安全性能、高使用性能、高施工性能、高环保性能、高维护性能、高耐久性能等为特征的高性能结构工程是我国未来结构工程发展的核心战略，也是实现我国结构工程可持续发展的必由之路。本文主要对高性能结构工程的现状优势展开分析，并从工程建造体系和科技研发体系两个方面提出实现高性能结构工程战略目标的对策建议。

关键词：高性能结构；钢结构；结构工程；结构性能

引言

在20世纪90年代，高性能钢材（HPS）得到了很大的发展。尤其是近十多年来，随着冶金和焊接技术的发展，HPS在工程中的应用取得了很好的成绩。材料的进步是桥梁向大跨度发展的重要动力之一。美国、日本及欧洲的一些国家早就开始在桥梁工程中应用HPS，他们积极建设了一批高性能钢桥而且取得了良好的经济效益和社会效益。因此，HPS及高性能钢桥的研发、应用值得人们共同关注。

1我国结构工程面临的严峻挑战

改革开放以来，我国大规模基础设施建设对结构工程产生巨大需求。随着一大批标志性重大工程在我国建成、结构规模以及复杂程度不断刷新，我国结构工程在材料、结构体系、结构设计与分析、以及施工等各个方面的科技水平取得了突飞猛进的发展，达到了前所未有的高度。随着中央城镇化工作会议将新型城镇化建设作为中国未来发展的重要战略，城镇与基础设施建设将成为中国未来经济社会发展的重要引擎，这必将有力推动我国结构工程新一轮的飞速发展，并为我国结构工程学科水平跻身国际前列提供前所未有的契机。然而，我国工程建设虽然取得了巨大的成就，但在资源能源消耗、环境保护、使用寿命、安全可靠、抗灾能力等方面仍存在很多亟待解决的迫切问题，已成为我国结构工程领域当前面临的重大挑战。我国存在大量建筑、桥梁等基础设施远未达到设计使用年限就严重劣化，耐久性堪忧。我国工程事故频发，桥梁垮塌、脚手架坍塌等时有发生，表明安全可靠这一最基本的结构性能要求仍未完全解决。作为世界上自然灾害多发的国家之一，我国面临的灾害风险日趋严重，其中工程作为灾害的主要载体，负有难以推卸的责任。

2高性能结构工程的优势

2.1环保节能

当下，利用钢结构技术进行工程建设，是一种较为节能环保的方式。主要是因为，第一方面，采用钢结构技术，不仅可以使工作量大大降低，并且在一定程度上减少了噪音以及污染。第二方面，在工程中采用钢结构技术，有利于拆迁时的回收。近年来，我国对环境保护越来越重视，人们较为关注人与自然和谐相处。因此，建筑过程中使用钢结构技术受到人们的广泛欢迎。第三方面，伴随着科学技术的不断发展，不管是在钢结构的材料质量还是保存上，均得到了很大的提升，并且有着较低的成本。第四方面，钢结构所占据的空间较小，并且在一定程度上降低了工程对环境的污染。

2.2性能好

在传统建筑工程中，使用的建筑材料是混凝土，混凝土使用过程中会出现裂缝的问题，而裂缝的原因由很难诊断，往往是多方面共同因素造成的，因此限制了混凝土的发展。安全性和经济性则是结构工程师工作的重要职责之一，安全性不仅关系到经济问题，对于人们的生命财产安全也具有直接影响，因此结构工程师应在满足安全性能的基础上尽可能的降低工程造价，提高结构工程的经济性。但安全性和经济型并不是两个不可协调的目标，可以通过合理的选择结构方案、施工方案以及施工技术等来达到安全与省钱两个目的。从结构工程的使用性能来说，结构工程作为人们生活环境的重要部分，应在保证安全、适用、经济和耐久的基础上来追求美观。其次，耐久性是结构工程的重要性能之一，过早地进行工程的拆除和重建，会造成资源的极大浪费，环境的破坏。

2.3提高施工速度

进行工程建设的过程中，一般采用的是沙、石等材料，使用这类材料很可能由于天气等外界环境等的影响，延长施工工期。当下，在工程建设过程中使用钢结构，可以极大的缩短工期。一般的工程施工采用的钢结构均是从厂家直接送到施工工地的，运输的成本较低，并且保存较为容易。另外，进行工程施工过程中，经常会采用混凝土楼板和钢结构交叉的方式进行。因此对外部装修时，还可以对钢结构进行安装。采用这样的施工方式，可以在很大程度上加快施工速度。

3实现高性能结构工程战略目标的对策建议

3.1应尽快建立健全重大工程方案阶段的论证决策机制

重大工程建设涉及多个专业相互协同，目前的现状为：建筑专业为龙头，其他专业作配合，建筑方案首先确定，其他专业再围绕既定的建筑方案进行深化设计，那么一旦建筑方案不合理，其他专业再努力弥补也是杯水车薪。建筑方案如此重要，其甄选本应慎之又慎，但目前这个环节却缺乏科学严格的论证决策机制。为此建议：超过一定投资规模的重大工程建设项目必须在方案阶段启动严格的论证决策机制，组织包括规划、建筑、结构、施工、环境等一系列相关专业的专家开展论证，其最终决策应遵循重大行政决策的法定程序。

3.2提升结构工程建设标准体系的顶层设计，对现有的机制进行进一步的改革

由于现阶段我国工程建设顶层设计编制等方面仍存在一些不足之处，对于先进的技术发展具有一定的阻碍作用，由于在进行各类标准的修订时周期过长，很难及时地反映最新的科技成果，具有一定的滞后性。其次，在进行工程标准的撰写和修订过程中，由某些固定的部门来进行主持，缺少相互之间的沟通与协调，进而导致不同的规范内容之间出现重叠和交叉等问题，甚至是存在一定的矛盾，很难充分的利用先进技术。对于标准性的关键条文缺少深入和长期的基础研究和调查研究，导致科学性和严谨性有一定缺失。因此笔者建议，应合理地降低标准修订的年限，尽可能地将修订年限控制在五年之内。其次负责撰写标准的单位应面向各类部门和单位。最后国家针对标准的关键加大资金投入，开展深入的基础研究和调查研究。

3.3应加速推进工程设计-施工总承包

当前我国工程的“设计”和“施工”分别独立承包、相互割裂，这种模式的弊端已日益突出：①直接阻碍从全寿命的角度评价项目的优劣，容易造成建造各环节的总体浪费。例如：设计方案只单纯控制设计阶段的材料成本，其施工措施费、建成后的维养费、以及工期等包含的隐性费用却可能很高，而许多更先进的方案虽然在设计阶段的材料成本较高，但全寿命造价却很低，而按目前的承包模式，这些先进方案均无竞争力；②直接影响项目建设的综合质量。设计方不熟悉或不重视施工，不考虑施工的可行性和安全性，而施工方不熟悉设计过程，采取违背设计意图的施工措施，最终导致质量、工期和造价失控。为此建议：①尽快健全完善设计-施工总承包配套法律法规，加强设计-施工总承包政策引导，推行全寿命周期成本控制评价标准，激发总承包企业的积极性；②培育高水平的具备设计施工综合素质以及统筹协调管理能力的总承包企业及相应的人才队伍，调整勘察、设计、施工、监理企业的经营结构，增强其综合竞争实力。

结语

随着建筑工程用高性能钢的越来越深入地研究开发，必将会使应用范围越来越广泛，应用的建筑工程越来越多。必将会显著提高建筑工程的设计施工质量，使建筑工程更加安全可靠。必将会显著减少因设计、施工质量低劣而造成的建筑工程、坍塌、倒楼恶性事件的发生。这对于建设节约型社会、环境友好型社会，以及实现经济可持续发展有很大的意义。

参考文献

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