探究结构工程的挑战及发展

　　摘要：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。文中分析我国结构工程面临的严峻挑战，提出以高性能结构工程为核心理念的发展战略，具体讨论制约我国高性能结构工程发展的一些主要问题，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； 结构工程； 土木工程； 可持续发展； 发展战略；
　　 　　Abstract:Developing the high-performance structural engineering that is characterized by excellent performance in safety,serviceability,workability,environmental protection,maintainability,and durability etc. is the core strategy for the future development of structural engineering in China,and is also an inevitable course for realizing the goal of sustainable development in structural engineering. This paper analyzes the severe challenges of structural engineering in China,and puts forward the development strategy with the core concept of high-performance structural engineering. Some key issues restricting the development of high-performance structural engineering in China are also discussed. Finally,several suggestions for achieving the strategic objective of high-performance structural engineering are recommended from the aspects of both the engineering construction system and the scientific research system.
　　
　　Keyword:high-performance; structural engineering; civil engineering; sustainable development; development strategy;

　　
　　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土木工程在我国建成、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，我国土木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。2009年，中国工程院战略咨询项目“土木学科发展现状及前沿发展方向研究”综合报告[1] 指出：“我国的建筑能耗占国家全部能耗的32%,已经成为国家单项能耗最大的行业；每年我国消耗全球一半的钢铁和水泥用于建筑业，而水泥和钢铁的碳排放量占到总排放量的30%以上；我国大规模的基础设施建设产生了大量的建筑垃圾，我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%~40%”.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。浙江大学于2004年开展的结构耐久性调查[2] 表明，我国东南沿海地区兴建的大量公路桥梁存在严重的耐久性问题，兼顾不同的建成年份、结构型式和规模选择的37座代表性桥梁中基本完好的仅2座。我国土木工程事故频发，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，其中土木工程作为灾害的主要载体，负有难以推卸的责任。
　　
　　结构工程近年来暴露出来的上述种种问题，和当今世界可持续发展（sustainable development）的大潮流是不相称的，不仅难以保持结构工程本身的长期协调发展，而且还将损害子孙后代的长远利益。可持续发展战略是人类社会经历近半个世纪的教训与争论所逐渐形成的共识。1962年，雷切尔·卡逊发表《寂静的春天》[3] 第一次唤起人类对环境保护的关注。随着1968年罗马俱乐部发表《增长的极限》[3-5] 和1987年世界资源与环境委员会发表《我们共同的未来》[3,5-6] ,可持续发展逐渐成为了人类世界发展的新纲领。1992年的联合国大会正式描绘了可持续发展战略的目标蓝图，把“可持续发展”定义为：既符合当代人类的需求，又不致损害后代人满足其需求能力的发展[3] .随即1996年国际桥梁与结构工程协会发出了国际工程界的第一声“可持续发展宣言”[5] .但是，2002年联合国大会的宣言中却明确指出：“1992年联合国会议所确定的目标没有实现”[3] ,并且直到今天，环境污染、资源短缺等问题仍非常严峻，这其中土木工程师责任重大，因为土木工程是对自然界影响最大的一项人类活动。结构工程师创造的每一项土木工程作品究竟会对我们的子孙后代产生怎样的影响，值得我们认真反思。
　　
　　2、我国对高性能结构工程的迫切需求
　　
　　面对我国结构工程领域的重大挑战，需要从源头上变革结构工程的发展模式。“性能”（performance）是结构工程核心价值的体现，结构工程从业人员（包括科技工作者）应当不断追求结构工程性能的提升，并以此作为他们职业发展的目标和判断作品优劣的依据。结构工程师应当以追求结构性能的提升为己任，而不应以满足规范要求为目标。正如2009年陈肇元院士所指出，我国长期采用的基于规范的指令式或处方式[7] 的简单粗放设计模式，使结构工程师逐渐迷失了“性能”这一结构工程的根本目标。因此，在当前形势下，大力呼吁回归结构工程的本质，将“高性能结构工程”（high-performance structural engineering）放在结构工程未来发展的战略高度上，极为迫切和必要。
　　
　　“高性能结构工程”的内涵需要随着时代的发展不断拓展。过去，结构工程的“性能”主要指安全性能，尤其关注构件的安全性能。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。“高性能结构工程”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，一项结构工程虽然很难在上述各个方面同时达到高性能，但应力争达到综合高性能，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。
　　
　　实现“高性能结构工程”,必须坚持“安全、适用、经济、耐久、美观”的建设方针。早在1956年，国务院常务会议通过的《国务院关于加强设计工作的决定》[8] 首次提出了我国建设方针：“在民用建筑设计中，必须全面掌握适用、经济，在可能条件下注意美观的原则。”到20世纪90年代，我国的建设方针修改为“安全、适用、经济、美观”,进入21世纪，随着结构工程的耐久性问题得到越来越多的关注，建设方针又进一步修改为“安全、适用、经济、耐久、美观”.从建设方针的变迁可以清楚地看到结构工程的发展趋势。首先，无论哪个时期，对“适用”的要求始终没有改变，因为建造土木工程的核心目的不是用来观赏，而是要被人使用、为人服务，实现预期的功能。其次，安全和省钱是结构工程师最重要的职责，而结构安全又是重中之重，关系人民生命财产安全。结构工程师应当在保证结构安全的前提下努力降低造价，提高结构设计的经济性。许多时候，安全和经济并不是不可调和的矛盾，不合理的结构方案可能会导致“花钱买不安全”,而合理的结构方案往往能做到安全与省钱双赢。再次，无论哪个时期，美观总是放在最后。土木工程作为人类生存环境的一部分，自然需要视觉外观上的和谐，但过分追求美观，甚至不惜以牺牲安全、适用、经济、耐久为代价追求视觉冲击，就是舍本逐末、华而不实。最后，土木工程是百年大计，因耐久性问题导致过早拆除和重建，将极大地浪费资源、破坏环境，因此“耐久”正逐渐成为结构工程非常重要的设计准则。
　　
　　“高性能结构工程”具体表现为：
　　
　　（1）方案合理---包括建筑方案和结构方案，确保土木工程的“优生”;
　　
　　（2）分析计算准确---分析计算模型能准确反映实际结构的受力特征，为精细化设计提供依据；
　　
　　（3）受力性能好---避免裂缝、裂纹、失稳以及脆性破坏；
　　
　　（4）材料利用率高---充分发挥不同材料的各自优势，扬长避短，促进节约资源、节能环保；
　　
　　（5）整体牢固性好---通过合理的构造措施防止倾覆、倒塌和脱落，是结构工程减灾的核心策略；
　　
　　（6）自重轻---除少数需要增强抗倾覆能力或减轻振动的场合，减轻自重有利于减少下部结构造价，提升结构跨越能力，减小地震作用，提升结构抗震性能；
　　
　　（7）构造简单，施工方便---倡导复杂问题简单化，有利于确保工程质量，降低劳动强度，减少用工数量；
　　
　　（8）全寿命费用低---实现绿色、低碳、可持续要求。
　　
　　“高性能结构工程”并不针对某种特定的结构形式，而是倡导用“性能”来衡量结构工程的优劣。对于任何结构形式，都应采取包容的态度，不应轻易否定某种结构形式，更不应过度夸大某种结构形式的优势，应当在搞清每种结构形式各自优缺点和适用范围的前提下，根据不同的设计条件以及对结构性能的需求选择最恰当的结构形式。事实上，没有最好的结构，只有合适的结构，只要满足基本设计原则、符合高性能结构工程特征的结构就是合适的结构。譬如，距今已有1400多年历史的赵州桥，充分发挥了石材抗压性能好的优势，在漫长的岁月中，经过无数次洪水冲击、风吹雨打、冰雪风霜的侵蚀和8次地震的考验，却仍然挺立在清水河上[9] ,虽然跨度仅37m,但它无疑是高性能结构的杰出代表。相反，有些标榜采用“现代技术”建造的桥梁，虽然跨度很大，规模很大，但通车不过几年就出现各种病害，有的甚至出现桥面垮塌、缆索断裂等恶性事故，这样的结构难以称得上高性能结构。高性能结构的对象不仅包括大型复杂土木工程，而且还应包括量大面广的土木工程，如学校建筑、医院建筑、商业建筑、住宅建筑、中小跨径桥梁等，我们不能因关注重大土木工程而忽视惠及民生的一般土木工程，不能顾此失彼，所有土木工程结构都应以高性能作为发展目标。
　　
　　3、制约我国高性能结构工程发展的主要问题
　　
　　3.1 重建筑、轻结构，重外观、轻功能
　　
　　近年来，我国完成了许多重大土木工程建设，很多项目由于过分注重视觉效果，盲目追求建筑方案的标新立异，产生了一批不合理的结构和奇奇怪怪的建筑。用极高的代价实现这些不合理的建筑，导致资源消耗大、能耗大、使用功能差、抗灾能力弱、施工难度大、工程隐蔽部分质量存疑、安全隐患突出等一系列问题，浪费的是全社会的资源，贻害的是子孙后代。重大土木工程建设影响重大，瞄准社会政治、经济、文化活动的重大需求，建成后对社会长期发展影响深远，必须以“百年大计”、“千秋大业”的高度论证实施。建筑方案是源头，其确定本应慎之又慎，但我国目前的现状是：建筑方案首先确定，结构专业围绕既定的建筑方案转，建筑方案阶段结构论证薄弱，结构专家意见不受重视，建筑方案导致结构不合理，最终的结果必定是高昂的结构代价。近年来饱受争议的是，在北京这样一个高度拥挤的城市，8度设防的区域，全国的政治经济文化中心，竟能允许修建“形体极端古怪并对抗震极其不利的病态建筑”[7] ,可见建筑方案的决定全然不顾结构的合理性和可行性，甚至可以说是轻率的，相关法律法规和制度建设是多么薄弱，长此以往中国只能沦为国外建筑师的试验田。
　　
　　将美观放在第一位，将结构性能统统抛在脑后，将土木工程建设作为装点门面的摆设，我国近年来大量兴建的博物馆就是典型一例。北京市政府委托的《首都博物馆新馆建设工程后评价报告》举例说：有的博物馆建筑成覆斗状或陈列展厅呈扇形，既不利展陈布置，又浪费空间面积；有的博物馆建筑设计不能满足展陈的要求，其主题意境被全部破坏，整体方案失败，结果推倒重来，耗费人力、财力、时间。这些结构，并不满足“高使用性能”的要求，也不满足“适用”的建设方针。
　　
　　3.2 重结构施工图，轻结构方案
　　
　　如果结构方案不合理，施工图做得再精细也于事无补，这就好比要使一个孩子健康成长，首先要做的就是“优生”,如果先天不足后天再怎么弥补可能也是徒劳的。结构方案的确定应当非常慎重，应经过反复推敲和科学论证，尽可能充分考虑可能遇到的各种问题，详细比较不同方案的优劣，一旦结构方案确定，后续的施工图设计就是一些按部就班的细化工作。需要指出的是，合理的建筑方案和结构方案是确保结构“优生”的两大基石，两者缺一不可。应当看到，一些不合理的结构方案并不是由建筑方案引起的，而是结构工程师的疏漏和责任心的缺失所致。
　　
　　某研究报告曾比较过一组跨度在500~550m的桥梁结构，由于采用不同的结构方案，用钢量最大达47000t,最小仅为10790t,其中某桥通过对结构方案进行优化，用钢量节省了约50%,结构方案的重要性可见一斑。横跨同一道路的两座大跨人行天桥，由于采用不同的结构方案，截面高度相差31%,总用钢量相差33%,造价相差26%.某跨路口桥梁，原结构方案必须在路中设墩，严重影响桥下交通，后改用组合结构方案，则顺利去掉了这一桥墩。某高位连体结构[10] ,不同的结构方案梁截面高度相差30%,而结构自重竟相差73%.以上数据充分表明选择合理结构方案的重要性。
　　
　　近年来，正交异性钢桥面在国内一些城市的立交桥中得到较多应用让人担忧。这种结构用钢量大，造价高，现场焊缝量大，尤其是U肋的拼接非常复杂，施工难度大，工期甚至比现浇混凝土桥还要长，外露焊缝景观效果差，桥面铺装和疲劳问题突出，维护费用高。优秀的钢结构设计，应当工厂制作，现场高强螺栓连接，尽可能避免现场焊接，因为现场焊接质量难以保证，现场焊接后涂装防护困难，涂装质量也难以保证。而在城市立交中应用正交异性钢桥面，严重影响钢结构的形象，是典型的“花钱买不安全”.某主跨60m的立交桥，采用正交异性钢桥面方案每平米用钢量达546kg,而采用组合结构方案每平米用钢量可降至349kg,笔者完成设计的某主跨96m的连续组合梁桥，每平米用钢量也可控制在500kg左右。
　　
　　3.3 考虑施工的可行性和方便性不足，理论联系实际不够
　　
　　结构工程师应当十分重视施工的可行性，因为结构工程的成果最终是要通过施工这个环节来具体实现，如果无法施工，再好的构想也只能是纸上谈兵。笔者在长期的结构工程实践中曾遇到许多工程设计，虽然理论上可行，但构造复杂、施工难度很大，如果不从设计上加以改进，不仅施工成本高，而且施工质量难以保证，从而给工程埋下安全隐患。许多结构形式之所以难以在工程界广泛推广，施工困难是其中的重要原因，所以不考虑施工的设计是不完整的设计。我国当前的工程建造体系，设计和施工往往是独立承包、相互割裂的，结构工程师深入现场不够，科技研发人员深入实际调研不足，对施工现状缺乏充分了解，不考虑施工的可行性和方便性的情况比较普遍，常常造成质量、工期和造价的失控。因此，很有必要在土木工程领域重提加强理论联系实际。某研究报告曾调研了跨度基本相同的三座桥梁，令人吃惊的是它们的施工用钢量差别非常大，一座40000t,一座11000t,一座仅4000t,因此，施工阶段乃至维护阶段所需的资源消耗及其产生的费用必须在最初论证结构方案时就予以充分的考虑，否则全寿命综合造价低但直接材料费略高的方案难以在方案竞争中脱颖而出。
　　
　　3.4 重投资、轻耐久，重建设、轻维护
　　
　　凡是能经历历史长河考验而屹立不倒的着名土木工程作品，都是“精耕细作”的结果。悉尼歌剧院的混凝土薄壳结构从设计到施工总共耗时16年，竣工至今依然完好。而国内建造的许多结构，设计使用寿命50年甚至100年，但使用10年就出现开裂、破损等病害，不得不加固甚至推倒重建。我国结构工程所面临的耐久性问题与日俱增，反映的是“中国速度”的背后对“质量”的牺牲。耐久性问题的出现对结构工程师提出了更高的挑战，因为结构工程师必须熟悉从材料制备、到施工、再到维养的一系列知识，并应用到他的设计中，同时还需要设计、施工、运营、管理各方努力提高各自工作的精细化程度，因为任何一个环节的疏漏都可能导致结构使用寿命的大幅缩短。例如：混凝土养护不达标、混凝土养护时间不足、混凝土保护层厚度施工偏差[7] 等，可谓“细节决定成败”.
　　
　　当然，结构体系的创新仍然是从根源上解决耐久性问题的重要途径之一。例如，大跨桥梁中正交异性钢桥面的疲劳裂纹和铺装劣化问题是长期以来困扰桥梁工程界的耐久性问题。近年来，我国通过结构体系的创新，将组合桥面系引入大跨桥梁[11] ,并进一步通过超高性能混凝土和钢结构的组合减轻桥面系自重[12-13] ,可从源头上有效解决大跨桥梁桥面系的耐久性问题。
　　
　　3.5 重规范、轻创新，新思想、新理念、新技术应用不足
　　
　　规范标准体系本来应当是促进技术创新的推动力，而在我国有时却成为了阻碍科技创新的枷锁。我国的规范修订周期太长，很多新思想、新理念、新技术等到进入规范早已落伍。我国的《高层民用建筑钢结构技术规程》，自1998年修订后直到2014年才再版，间隔16年，期间我国所有的高层建筑都是在一成不变的1998版规程指导下建成的。难怪我国混合结构的用钢量已达到或高于北美纯钢结构的用钢量，经济性显着落后国际水平[14] .问题同样存在于桥梁工程界，并且似乎更为严重。我国1986年颁布的《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，直到2015年才改版，间隔时间长达29年。此外，如何定位规范的作用非常值得深思。我国在编制规范的时候，要求仅纳入成熟的技术，对于一些尚未经过工程实践充分检验的新技术往往被拒之门外，但另一方面，新技术要应用于实际工程又受制于规范，一旦突破规范，工程师怕担责任往往望而却步，审查过程也非常繁琐严格，最终顺利实施的少而流产的多。因此，新技术在土木工程领域的推广应用目前在我国变得非常困难，因为新技术没有工程应用就进不了规范，而没有规范的允许又无法工程应用。如此恶性循环造成这些问题的根本原因还是我们没有弄清楚结构设计的主体是人，是结构工程师，而不是规范，规范不能代替人来承担设计的责任，规范的作用是为人服务，促进结构工程师的创新思维，帮助结构工程师更好地完成设计。
　　
　　3.6 重国外、轻国内
　　
　　我国土木工程科技发展起步比西方发达国家晚，在许多方面较国际水平有差距，十分必要向国外同行虚心学习，吸取经验教训。但这并不意味着“国外的月亮总比中国的圆”,只要是国外引进的技术都是先进的。中国当前结构工程的发展可谓史无前例、世无先例，遇到的问题也前所未有，因此我们必须在借鉴国外可用的、合适的先进成果基础上，依靠我国土木工程从业人员的智慧解决我们所遇到的难题。应当看到，面对国外引进的技术，我们引进消化再创新不够，囫囵吞枣不分析的偏多，独立思考不够，人云亦云偏多，这一现状严重阻碍了我国结构工程领域的科技创新。因此，必须坚持“不唯书，不唯他，不唯上，不唯洋，只唯实”,坚持大胆的怀疑、小心的求证，争取通过自主创新逐渐引领国际结构工程的潮流。
　　
　　组合结构负弯矩区混凝土板的抗裂问题一直以来是制约组合结构体系发展的瓶颈难题，国际上提出采用群钉技术来解决这一难题，然而经过笔者对该技术进行深入研究后发现：采用群钉技术时预制板槽口构造复杂，结构整体性不足，相邻群钉间缺乏有效的抗掀起措施，同时活载效应、收缩徐变、温度作用等长期效应导致正常使用阶段混凝土板中拉应力仍然无法得到有效释放，群钉截面仍然容易开裂，也就是说群钉技术并不完美，仍有很大的创新空间。于是，笔者从组合结构的基本原理出发，基于“抗放结合”新理念，提出了“抗拔不抗剪连接”新技术[15] ,在实际工程实践中取得了非常满意的抗裂效果。
　　
　　波形钢腹板组合梁最早由一名法国工程师提出，其出发点是减轻预应力混凝土箱梁的自重，并提高其上下翼缘混凝土的预应力导入度。这种结构形式后来在日本得到较多应用，近年来被引进到中国，但始终没有得到很好推广。中国引进的波形钢腹板组合梁完全照搬日本技术，采用开孔板连接件，下翼缘混凝土板悬挂于两片很柔的波形钢腹板之下，现场施工极为复杂，混凝土浇筑质量也难以保证，而在正弯矩区下翼缘混凝土板受拉易开裂，又增加了桥梁自重，完全成为了负担，另外，波形钢腹板的工厂涂装在安装运输和施工过程中容易遭到损伤。笔者为此提出了一系列改进型和新型波形钢腹板组合梁[16] ,逐渐被工程界所接受。
　　
　　3.7 重计算、轻构造，整体牢固性亟待加强
　　
　　天灾人祸最大的特点是不可预见性，计算能解决的只是可预见的部分，而不可预见的部分则必须由完善的构造措施来解决。
　　
　　近年来，我国的桥梁垮塌事故频发，仔细分析这些事故可以发现一个共同的特点，那就是事故都不是因为结构的刚度或承载力不足而导致的，却几乎都是构造措施不足导致桥梁整体落梁或倾覆。如果在支座处预先对上部结构采取一些强有力的限位措施，加强结构的整体牢固性，这些桥梁事故完全可以避免。结构工程师应当从这些桥梁垮塌事故中吸取足够的教训，而不应一味把事故推脱给“超载”.
　　
　　人类应当对自然多生敬畏之情，不要总是想着如何对抗自然，而应尽可能适应自然和利用自然。汶川地震告诉我们，重大地震灾害发生的区域遭受到的实际地震作用往往远超出规范规定的设防烈度，无限制地“抗灾”是任何一个国家的社会经济实力所无法承受的，结构工程师需要想办法的是如何在遭受超出预期的重大灾害时尽可能减轻人员伤亡和财产损失。汶川地震的震后调查结果表明，地震中绝大部分建筑和桥梁的倒塌并不是因为某个构件的刚度或承载力不足，而是由于合理构造措施的缺失导致结构整体牢固性不足。笔者在震后调查中发现，地震中某些整体牢固性好的桥梁，上面堆满了大量滑坡石块，但仍然没有倒塌，可见目前我国结构设计中构件承载力计算的富裕度还是比较大的，而良好的结构整体牢固性才能充分发挥结构本身的承载潜力。因此，正如陈肇元院士所呼吁的，加强结构整体牢固性应当成为我国建筑物减灾的核心策略[7,17] .
　　
　　3.8 重构件、轻体系
　　
　　许多人认为只要材料是高性能、构件是高性能，组装在一起的结构体系必定也是高性能，其实不然。我国的高层建筑通常采用混合结构体系，由于近年来丰富的研究成果作支撑，我们已经能够设计出高性能的梁、柱以及节点等，但在结构体系层面需要满足的剪重比、外框剪力分担率、周期等一系列整体控制指标由于缺乏足够的科学依据，规定得过死过细，导致我国高层建筑的经济性仍远逊色于国际先进水平[14] ,离高性能的目标差距显着。
　　
　　我国的土木工程教育，教授给学生的大部分知识仍然是有关构件设计计算的知识，对学生关于结构体系的概念设计、方案比选等方面的训练明显不足；我国的土木工程科研，构件层面的研究仍然居多，往往是构件试验很热闹，构件计算方法很详细，但一到结构体系就草草收场了；我国的土木工程规范，大量的篇幅谈论构件的设计，却很少谈论结构体系的选型及其创新。这种“重构件、轻体系”的大环境必然导致结构工程师的构件计算能力强、而装配集成能力弱。
　　
　　3.9 结构实际受力状态与计算模型差距大
　　
　　必须承认，我国当前的结构工程计算仍然是比较粗糙的，主要表现为结构实际受力状态与计算模型差距大。例如，楼板是建筑结构中非常重要的构件，也是受力状态非常复杂的构件，在实际工程的计算中往往无法充分考虑楼板作用，这将可能导致高估自振周期、低估地震作用和结构位移响应、错判结构整体变形特征、薄弱楼层位置、出铰位置和顺序、破坏机制、塑性损伤深度等[18] ;汶川地震中发现大量建筑物“强柱弱梁”的设计意图没有实现，究其原因之一是因为没有充分考虑楼板对梁端抗弯承载力的贡献；某超高层建筑由于考虑了楼板作用对外框抗侧刚度的贡献，在满足同等外框刚度的要求下，相比不考虑楼板作用贡献的方案节省用钢量1800余吨。连梁是超高层建筑在地震作用下的重要耗能原件，但往往由于其高跨比大，剪切非线性和滑移非线性效应显着，破坏形态复杂，然而实际工程中仍普遍采用传统梁单元来计算，由此将造成结构体系地震耗能计算结果的显着偏差。
　　
　　基于仿真的工程科学（simulation-based engineering science）将成为未来各国工程科技抢夺的全新制高点[19] ,但我国目前实际工程中的结构计算还远远没有达到“仿真”的高度，其中最具“仿真”味道的结构弹塑性分析由于和计算者的素质关系极大、同时又缺乏统一的实施标准，至今仍处在非常辅助的地位。因此，大力发展结构体系精细化模拟的高效数值模型已成为我国结构工程领域非常紧迫的任务。
　　
　　3.1 0 治标多、治本少，标本兼治不够
　　
　　在结构工程领域，面对许多长期以来未得到妥善解决的工程难题，我们有必要反思是否从根源上思考形成这些难题的原因，并尝试从源头上加以解决。如果我们只注重表面功夫，治标不治本，亦或是“头痛医头，脚痛医脚”,那么我们将始终无法在结构工程重大工程难题方面取得突破性进展。
　　
　　正交异性钢桥面的疲劳问题就是典型一例，有许多学者专注于U肋以及横隔板处的局部构造，取出各类疲劳细节进行大量试验研究，或是动用大型疲劳试验机对桥面结构进行疲劳加载试验，还有学者将该问题怪罪于频繁超载，并建议进一步增加桥面板板厚来应对这一问题。当然，这些努力对改善正交异性钢桥面的疲劳性能起到了一定的作用，但未从根源上予以解决，因为这一问题反映的是正交异性钢桥面这种结构形式的固有缺陷，必须从结构形式的原始创新入手，才能实现“标本兼治”.大跨度混凝土连续桥或刚构桥的长期下挠问题是困扰桥梁工程界的另一难题，这也是全世界普遍存在的难题[5] ,目前主要采用施工阶段严格控制线形、设置预拱度等方式加以控制，同时还有学者提出优化预应力束布置、改进混凝土收缩徐变计算、加强变形监控与合拢控制等建议，但笔者认为，如果不从结构形式本身加以革新，很难彻底解决这一问题。
　　
　　4、实现高性能结构工程战略目标的对策建议
　　
　　4.1 对我国工程建造体系的建议
　　
　　首先，应尽快建立健全重大土木工程方案阶段的论证决策机制。重大土木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土木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。
　　
　　其次，应加速推进土木工程设计-施工总承包。当前我国土木工程的“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。
　　
　　最后，应加强土木工程建设标准体系的顶层设计，改革现有标准编撰机制。目前土木工程建设标准体系由于在顶层设计和编撰机制方面存在不足，制约了标准的先进性及其引领作用的发挥：①标准的修订周期过长，无法反映最新科技成果，严重滞后工程实践的需求；②我国土木工程标准的编撰和修订组织工作长期被某些固定部门或单位主持，且相互之间缺乏协调和沟通，由此导致技术标准体系不清，不同规范间内容交叉重叠甚至存在矛盾，先进技术难以被充分吸收；③针对标准关键条文缺乏长期深入的原创性基础研究和广泛充分的调研，编撰时缺乏严谨的科学论证。为此建议：①缩短标准修订周期，理想的修订周期宜控制在五年内；②标准的编撰工作应向全社会各部门或单位开放；③国家科技项目应加强专门针对标准关键条文的基础研究和调研投入；④规范发行所获利润宜用于标准的建设工作，以改变目前参编标准人员“自带餐票”的尴尬局面。
　　
　　4.2 对我国工程科技研发体系的建议
　　
　　首先，应注重科研成果的创新性、系列性、系统性和完整性，坚持科研工作源于工程、服务工程、高于工程、指导工程、引领工程。当前，我国结构工程领域的科研成果主要存在如下问题：①只注重工程个性，简单围绕某类工程展开重复研究；②立项滞后于工程迫切需求，成果常常为设计施工过程的简单总结；③闭门造车，不结合工程需求，为了创新而创新；④原始创新不够，形式创新偏多；⑤成果实用性不强，推广应用困难；⑥碎片式成果多，大成果、系统成果少，达不到应用水平；⑦成果转化渠道不畅通，其中过时的标准规范是屏障之一。当前，我国每个重大土木工程都设立科研项目支持攻关，看似十分热闹，但重复研究比较多且水平有待提高，许多关键技术研究投入不少，但没有很好地解决工程的同类问题，原因是没有出系统的成果。
　　
　　其次，科研工作应紧密结合中国国情，突出中国特色，解决中国问题。与西方国家相比，我国社会文化不同、国土资源不同、地理环境不同、发展阶段不同、发展水平不同、经济基础不同，因此简单照搬国外经验是解决不了中国的问题，必须自力更生。“洋为中用”必不可少，但一些“洋”不一定适用于中国，要避免“吃国外的药不治中国的病”.“科学无国界”千真万确，但必须承认“科学家有国籍”的事实，任何一个国家的科学家的任务都是要首先服务于本国科技、社会、经济发展中遇到的难题，尤其是土木工程科技专家，更有服务本国基础设施建设的责任和义务，在紧密结合国家需求的基础上做出引领的成果。着名经济学家、教育家陈岱孙先生1926年在美国哈佛大学完成的博士论文题目为：“马萨诸塞州地方政府开支和人口密度的关系”,充分体现了科研工作紧密结合国家和地方的发展需求，而这样的科研经历同样成就了陈岱孙先生享誉海内外的经济学家地位。
　　
　　最后，科技政策应遵循科技工作的基本规律。①在科研立项方面，应鼓励原始创新，跟踪国际热点很重要，但创造热点更重要，创造热点有可能成为引领者，加强对可能成为引领者的关注和支持，这就需要在确定科技项目立项指南时注重前瞻性、开放性、包容性、延续性和可持续性，鼓励独立思考，百家争鸣，不可急功近利，尽可能营造“十年磨一剑”的科研氛围，建立鼓励“十年磨一剑”的长效机制。土木工程的科技工作必须坚持不赶时髦，不随大流，不凑热闹，不凑数量；②在项目管理方面，应创新“出大成果、出系统成果、出专家”的管理机制，进一步完善同行评议和考评机制，充分发挥专家作用，弱化行政干预，简化项目申请程序，适当延长考评（评估）周期，简化考评环节，确保科技工作者的科研时间；③在科技成果及工程科技人才评价方面，应充分考虑结构工程学科实践性强的特点，避免照搬欧美等国基础学科指标（例如SCI论文数、影响因子、H因子等）来单一而机械化地评价结构工程的成果和人才水平，鼓励出综合成果，出系统成果，出大成果，解决大问题。梁思成和林微因先生从20世纪30年代到40年代，用15年时间，走遍190个县，对2738处古建进行实地考察勘测，住过寺庙，最终写成了《中国建筑史》，长期艰苦的实践成就了这部鸿篇巨着，而我国的结构工程学科恰恰缺少的是这样的大成果，究其原因是由于深入实践不足，纸上谈兵偏多。
　　
　　5、结语
　　
　　发展以高安全性能、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、高抗灾性能、高耐久性能等为特征的高性能结构工程将成为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。土木工程属于社会作品，是人类的共同财富，结构工程从业人员应该以高度的社会责任感和使命感、高尚的职业道德以及对子孙后代高度负责的态度，履行自己的相关职责，使土木工程更安全、更适用、更经济、更绿色、更耐久、更美观。许多前辈和专家一直以来都在强调我国土木工程需要从“粗放”走向“精细”,从“大国”迈向“强国”,笔者经过长期的现场调研和反复深入的思考，建议还应强调从“感性”到“理性”,从“繁荣”到“文明”,因为我国当前一些土木工程很感性，但并不理性，我国当前土木工程规模之大前所未有，看似一片“繁荣”景象，但距离“文明”仍有差距，另外，我国土木工程同样还需要从“制造”走向“创造”.
　　
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