怎么样培养对结构概念的感知

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1、怎么样培养对结构概念的感知?托马斯.库恩说：自然科学家以及工程师和社会科学家不太一样，不愿意讨论学科中带根本性的问题，认为这些东西离应用比较远。现在都在谈论创新，结构又是一个印象中最因循守旧的领域，如果根本性的东西不理顺，想创新是很难的。有关结构设计的方法论，林同炎教授曾经有过论述（见其书《结构概念和体系》）。因为现实生活的压力，结构设计人员很难对与其设计生产率关系不大的理论产生多大的兴趣，所以一直以来也鲜见有关这方面的论述。在这里我们先讨论通常的结构设计的理论基础和设计流程，然后指出它的不足，接下来提出一种改进的思路。     首先，大家对常

2、见的结构这个词有什么样的认识呢？一般可能都忽视了。我们常说的有政府结构，社会结构，内部结构，数据结构，分子结构等等。总的来说，结构（structure）研究的是具有某种空间分布形态的系统，该系统的各部分（或其某种特性）的几何组成关系是考察的重点。力学结构系统重点考察材料和质量的空间分布。材料的空间分布经常被抽象为刚度表达。结构分析侧重于研究空间形态已知的系统的性能，而设计的主要任务则与此相反，主要是根据需求推导出某种经济合理的结构布置方案（Solution）。结构就是几何对象的空间组成关系。结构设计者的工作通常是要寻求某种满足给定目标的效能最优

3、几何体系。可见，系统的整体空间形态和各部分的组成关系是结构研究的主要内容。所谓的结构力学现在实际上应该叫结构分析力学，其内容仅仅是分析一个给定的结构系统在外界荷载作用下的反应，研究其计算方法和精度。徐芝纶：“对工科各专业说来，弹性力学的任务，和材料力学、结构力学的任务一样，是分析各种结构物或构件在弹性阶段的应力和位移，校核它们是否具有所需的强度、刚度和稳定性，并寻求或改进它们的计算方法。”这就体现了结构力学的分析观点。但在实践中最有意义的同时也是最有意思的内容应该是如何有意识的去促成结构的优化组成，去主动的调整以形成一个最好的空间几何形式。什么

4、样的结构形式是好的，这一点，自然界提供了很多的例子，是我们学习的丰富材料。结构设计者永远不要把自己限制在工字钢，混凝土，变形和应力中，应该更广泛深入的了解自然。经过漫长的进化，在自然界的动植物中存在合理的结构形态，在那里存在着大自然的非常多的结构杰作。人体本身就是这样的一个杰作（仿生学的一个重要内容）。1）  结构设计的理论基础。目前一般认为力学是结构设计的基础知识。当然力学的范围非常大，具体来说，与工程设计直接相关的各种力学学科包括弹性力学，材料力学以及结构力学及理论力学，对设计人员最熟悉的应该是材料力学和结构力学了。在这些学科中都叙述了足够

5、多的分析的技术，如何求出结构系统中具体构件的内力（结构力学），如何根据内力求出具体构件多个截面危险点的应力（材料力学），总之，都是一种分析的方法，其中心方法论是分解：将大系统分解为相对独立的小系统或构件，然后对构件进行单独的考察。但在实践中其只注意了“拆”的过程，而没有注意“合”的过程，对整体缺乏足够的关心。一般的弹性稳定理论也侧重于单个构件的分析技术，例如梁、柱等，一旦面对构件组成的系统，就缺乏相应的手段了。实际上对单个构件有用的结论应该立即推广到构件系统中，这才是理论应该发挥作用的地方-从具体到抽象，从个别到一般。很多的结构设计者总是试图将

6、结构看作非常特殊的东西，于是会出现象“船舶结构力学”，“建筑结构力学”等特殊名词。他们往往能注意差别，注意了特殊性，却对联系重视不够。多高层建筑中楼面的刚片就是力学中刚体，质点或者理想弹性体与理想流体的一种近似。2）  规范体系。没有规范的昨天我们依据什么东西设计呢？根据最基本的物理力学原理和工程实践的常识，其实这就足够了。规范滥用和误用造成的危害远比没有规范的危害要大。这应了老子的话：“法令滋彰，盗贼多有”。但是现在情况完全变化了，规范成了我们唯一的依据。因为过于强调规范的重要性，大家都忘记了规范是怎么来的，大家都忘记了规范一直在不断发展变化

7、的事实，也忘记了理论永远落后于实践发展这一基本规律。在没有规范或者规范系统不发达的昨天，工程师发挥自己的聪明才智作出了各种各样的结构，现在的市场压力使工程师都成了制造重复产品的工具。现在据说我国的土建规范有3600本，共16万条，可能也没有哪个人能够看完，即使看完也没有任何意义。对规范的应用要看其精神实质而不能仅仅只看字面要求。因为规范实际上规定的只是通常结构的一般情况，实际工程中经常会遇到超出规范范围的问题，如果仅仅只从字面意思上进行评估就会限入教条主义的泥潭。规范的复杂化和烦琐化和工程师处理实际问题的思路尖锐的冲突，越是简单的东西规范中越是

8、规定的详细复杂，但在实际工程中根本不会这么做。在实践中越是复杂而重要的东西，规范要么语焉不详，要么一笔带过。除此之外，规范的体系结构存在如下问题（可能