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【恒维钢结构记】结构设计历史追溯记

人类最早的结构大概是利用天然条件的巢居和穴居，后来发展为自己凿户建房而住。我国早在三千年之前的《周礼》这部书的《考工记》中就已经记载了各种建筑的形制。到了汉代在王延寿的《鲁灵光殿赋》中说：“于是详察其栋宇，观其结构。”出现了结构的专名词。所以说结构工程是人类文明的脊梁。

随着人类文明的发展，人类所建造的结构种类愈来愈多，愈来愈复杂。继房屋结构之后，又出现了道桥、车船、水利、机器、飞机、火箭、兵器、化工设备、输电等各色各样的结构。无论是东方还是西方，在使用钢、混凝土为主要建筑材料之前，时间最长的是以石、木、砖为建筑材料。具体来说，我国和东方各国多以砖、木为建筑材料而西方多以石料作建筑材料。木结构不耐火，也不耐腐蚀，所以我国存世古建筑历史很长的不多。

应县佛宫寺释迦塔（公元1056年）

雅典女神庙，坐落于雅典卫城，建于438B.C.是古希腊建筑的典型例子

随着结构种类的多样化和复杂化，结构的概念也在扩展。目前，所谓结构，是指凡是能够承受一定荷载的固体构件及其系统的人造物都统称为结构。从更广义的意义上说，凡是承受一定载荷的固体构件及其系统自然物，如植物的根、茎、叶、动物的骨骼、血管、地壳、岩体等也可以看作结构。

19世纪中叶之后，炼钢技术得到普及于是在结构上普遍采用钢铁。1859年英国建成世界上第一艘钢船。1846年英国在北威尔士建成布瑞塔尼亚铁路大桥（1846，铁管）1873年英国伦敦建成跨泰晤士河的阿尔伯特吊桥，最大跨度384英尺。慢慢的钢结构建筑开始出现了。

在人类有了水泥、钢铁等现代材料之后，结构的形式速度复杂化。它的基础是经典力学、弹性力学、塑性力学、弹性体的振动与波的理论、以及弹性体平衡的稳定性理论。9世纪和以前的结构力学研究.在结构力学研究的历史上，最早是静力学的研究，因为在以砖石木为主要结构材料的时代主要遇到的问题是结构的平衡问题。结构力学，一直是结构设计的理论基础。后来才发展到有关强度的研究。

结构力学的内容十分广泛，吊桥、拱、桁架、梁、弹性地基、挡土墙等等。他的应用又涉及铁路、公路、造船、机械、水利、等众多的工程部门。所以随着现代工业的发展它的内容也逐渐丰富了起来。随着人类文明的发展，结构变得越来越复杂。从本世纪开始，从建筑、造船、航空、桥梁、车辆、起重机械、大型水坝、隧道与地下结构等等方面不断提出越来越复杂的结构课题，需要对它们的强度进行分析。


板壳理论到乐甫时代，就已经建立了，到20纪30-40年代又有一个大发展的阶段。这时提出与解决了一批新的问题，如稳定性问题、非线性板壳问题、板壳的一般理论问题等。例如，拱坝是一种比较复杂的结构，要想准确分析它，需要求解变厚度壳的方程，那是十分复杂的计算工作。美国在1929年采用了一种称为“拱贯梁”的近似方法，这种方法是把坝在水平方向分为若干条拱，在铅直方向分为若干条梁，然后利用载荷分配的方法逐步近似求解。结构的复杂化是沿着两个方向发展的，一个方面是构件简单，例如梁与杆，但是用它组成越来越复杂的系统，未知量成百上千，另一方面是发展复杂的构件，板、壳及其组合系统。在电子计算机出现后，拱贯梁法已经被淘汰，但它的确在历史上起过重要作用。

 
 在适应于计算机求解力学问题节约程序人力方面，最成功的就是有限元方法的产生与发展。它的产生也是计算力学作为力学一个独立的分支学科形成的标志。 计算机登上历史舞台后，首先在力学中与结构分析结合形成计算力学。这时又提出结构优化问题与结构控制问题。近年来，一种能在电信号刺激下可以很快产生应变反应的材料出现了，人们称之为电流变材料或智能材料，将这种材料用于结构上，给它一定的电信号，结构就可以迅速作出所需要的反应，这种结构也被称为智能结构。自有史以来人类发明的各种工具，都是延长人的器官，如望远镜、显微镜是延长人的眼。而计算机则是延长人的脑。所以人们又把计算机称为“电脑”。计算机从它的原理、设计、制造与应用已经形成了一个新的庞大的学科群，这就是计算机科学。即在给定的荷载与功能要求的条件下借助于计算机寻求最优的结构形式与结构参数，或在一定的外力条件下寻求最优的控制力使结构的内力或位移符合要求。计算机的产生使力学学科发生了巨大变化。结构分析、弹道计算、空气动力计算、数值天气预报、渗流与地下水的运动规律、天体力学中的轨道计算等等越来越多、越复杂的问题都可以交给计算机计算了对于智能结构的研究是近年来兴起的一个重要研究方向。

通常这类问题是非线性的，而且计算量非常大，只有靠计算机的帮助才能解决。在钱令希（1916－）教授的大力提倡、组织与推动下，大连理工大学的程耿东、钟万勰得到了一些重要结果，优化的研究在我国有很好的发展。结构的优化设计是计算力学中一个重要的非线性研究领域，它的主要目的是在满足一系列条件下（这些条件也被称为约束）寻求结构最优参数。

为了克服这一困难，对于高维系统中的平衡解的静分叉以及霍普夫分叉，人们又发展了一系列的方法，但是在实践上还不能说已经彻底解决了。在有限元的通用程序中，对于结构稳定性的问题，通常是将问题化归于一个特征值问题，它的基础还是线性理论。关于高维系统的同宿轨道与异宿轨道的计算，以及高维系统向混沌转化的计算，迄今仍是难题。求解非线性问题紧接着而来的是遇到分叉的问题。在用非线性程序来求解时，往往由于遇到分叉而不能前进。这是因为在分叉点结构的总体刚度矩阵退化问题无法继续求解。

以上是结构力学的发展的简单历史介绍！而我们公司是专业做钢结构工程这一部分的！钢结构工程在学习的过程中也会学到结构力学！！！