淳慶 賈肖虎

摘要：建筑結(jié)構(gòu)作為建筑學(xué)、土木工程學(xué)等專業(yè)教學(xué)體系的一部分，一直以來側(cè)重以工科思維向?qū)W生傳授結(jié)構(gòu)概念及原理，而建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史則是結(jié)合歷史學(xué)展示其動態(tài)發(fā)展的過程，不僅涵蓋了不同類型結(jié)構(gòu)基本原理的講解，還涉及材料選用、發(fā)明創(chuàng)造、歷史人物、體系構(gòu)建、地域文化等多重視角的深入解讀。以東南大學(xué)建筑學(xué)院建筑技術(shù)與科學(xué)研究所近年來為碩士研究生開設(shè)的建筑技術(shù)發(fā)展史課程為契機，在建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史課程相關(guān)教學(xué)探索成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)文獻資料與學(xué)科知識，梳理建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)，以期為高校建筑學(xué)專業(yè)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)提供一種全新的視角，為建筑技術(shù)發(fā)展史系列教學(xué)體系建設(shè)注入新時代的活力。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)技術(shù);發(fā)展史概述;教學(xué)框架

中圖分類號：TU-098.6 ? 文獻標(biāo)志碼：A ? 文章編號：1005-2909（2022）01-0093-12

在維特魯威（Marcus Vitruvius Pollio）的《建筑十書》中（圖1），主張一切建筑物都應(yīng)考慮“適用、堅固、美觀”。其中，“堅固”一詞是對結(jié)構(gòu)在建筑物中的關(guān)鍵性作用作出的回應(yīng)。建筑結(jié)構(gòu)作為建筑學(xué)、土木工程學(xué)等專業(yè)教學(xué)體系的一部分，側(cè)重以工科思維向?qū)W生傳授結(jié)構(gòu)概念及原理，而鮮有成體系的建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史教學(xué)體系，為此探索建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史概述及其教學(xué)框架的背景與緣起具有重要的意義。

國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對此進行了相關(guān)研究，羅西子[1]從歷史出發(fā)，以西方現(xiàn)代建筑技術(shù)歷史為研究對象，歸納總結(jié)其發(fā)展的階段性特征。鐘星鳴[2]闡述了建筑結(jié)構(gòu)歷史的發(fā)展過程，從古代木結(jié)構(gòu)到現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)進行了簡要的整理與分析。金永權(quán)[3]對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展歷程進行了研究。金新陽等[4]對國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》編制修訂的發(fā)展歷程進行了回顧。在建筑結(jié)構(gòu)史的教學(xué)方面，高沖平[5]較早就建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史對人才培養(yǎng)的作用進行了初步探討。王駿陽[6]在2015年世界建筑史教學(xué)與研究國際研討會上，從結(jié)構(gòu)和環(huán)境調(diào)控兩個方面論述了建筑技術(shù)史在建筑學(xué)教育與研究中的重要性。葉靜賢[7]試圖提供建造史學(xué)科領(lǐng)域最新研究方向、方法，及其研究動因和未來發(fā)展。

綜上所述，有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史的教學(xué)與研究尚屬空白，亟待展開較為全面而系統(tǒng)的梳理。東南大學(xué)建筑學(xué)科創(chuàng)始人楊廷寶、劉敦楨、童寯?shù)仍诮虒W(xué)過程中非常重視建筑工程中的技術(shù)問題，積極探索建筑技術(shù)和設(shè)計的關(guān)聯(lián)性。自20世紀(jì)30年代劉敦楨、張鏞森等老一輩學(xué)者研究中國古建筑和近現(xiàn)代建筑中的建筑技術(shù)以來，建筑技術(shù)學(xué)科取得了很大發(fā)展。2018年，東南大學(xué)建筑學(xué)院面向碩士研究生首次開設(shè)建筑技術(shù)發(fā)展史課程，由建筑技術(shù)與科學(xué)研究所教師分別授課，主要包含建造技術(shù)、結(jié)構(gòu)技術(shù)、暖通技術(shù)、聲學(xué)技術(shù)發(fā)展史等。以此教學(xué)成果為基礎(chǔ)，對建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史進行概述。從東南大學(xué)建筑學(xué)院對建筑學(xué)碩士研究生的培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)框架及課程體系設(shè)置來看（圖2，括號內(nèi)“必”代表“必修”;“選”代表“選修”），建筑技術(shù)發(fā)展史作為建筑技術(shù)與科學(xué)方向的必修課程之一，面向建筑設(shè)計及其理論、建筑歷史與理論方向的學(xué)生開設(shè)，有助于實現(xiàn)知識層面的多學(xué)科交叉。同時，通過課前閱讀、課內(nèi)講授、課后研討等教學(xué)方式的融合，有助于學(xué)生從宏觀視角認(rèn)知建筑學(xué)科，從而自主開展科學(xué)研究。

由于建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)涵蓋材料技術(shù)、設(shè)計技術(shù)、施工技術(shù)等，概述難以面面俱到，故從時間線索與材料線索出發(fā)，摘取古代至近現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展過程中具有代表性的結(jié)構(gòu)類型，通過對比結(jié)構(gòu)用材、結(jié)構(gòu)設(shè)計及東西方差異，清晰展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展的歷史脈絡(luò)，再通過對教學(xué)材料的初步梳理，結(jié)合教學(xué)過程中的實際情況，形成建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史的教學(xué)框架，從而為相關(guān)教學(xué)綱要與體系的建立提供范式。

一、古代建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展史概述：東西方材料選用與結(jié)構(gòu)體系的對比

古代建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展可從東西方建筑結(jié)構(gòu)談起，對比東西方建筑材料選用及其主要結(jié)構(gòu)體系類型的異同之處。研究對象從較為典型的建筑實例中選取，時間暫以1840年為分界線，1840年之前的時間段視為古代。

（一）東方建筑結(jié)構(gòu)的材料選用與結(jié)構(gòu)體系發(fā)展

東方建筑結(jié)構(gòu)在材料選用上，多以木材為主，少量采用磚石。以中國古代建筑為例：最初建筑用于解決人們居住問題，居住形式分為穴居與巢居，前者逐步發(fā)展為半穴居地面建筑，后者逐步發(fā)展為干闌式地面建筑，最終發(fā)展為以木構(gòu)架為主體結(jié)構(gòu)的建筑。北方官式建筑多用抬梁式結(jié)構(gòu)，即在柱上放梁、梁上放短柱、短柱上再放短梁，逐層累疊，如北京故宮、山西五臺山佛光寺大殿（圖3）等;南方傳統(tǒng)木構(gòu)建筑多用穿斗式結(jié)構(gòu)（圖4），即以柱直接承檁條，柱架間穿枋相連，如皖南民居、蘇州民居等。

傳統(tǒng)木構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)體系主要分為屋面、柱架、臺基三部分，隨著建筑等級的提高，還會在柱架之上設(shè)置鋪作層（斗栱層）。荷載通過梁架屋面?zhèn)鬟f至鋪作層、柱架層，而后通過木柱傳遞至臺基、基礎(chǔ)，傳力路徑較為明確。建筑結(jié)構(gòu)從單層的殿堂、廳堂、余屋等，逐步向多層的樓閣、木塔等轉(zhuǎn)變。目前中國最早的木構(gòu)建筑為山西五臺山南禪寺大殿（公元782年，圖5）;樓閣代表為薊縣獨樂寺觀音閣（公元984年，圖6），上下層柱采用叉柱造交接，是中國現(xiàn)存最早的樓閣式木構(gòu)建筑;木塔代表為山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔（公元1056年，圖7），是中國現(xiàn)存最高最古老的木構(gòu)塔式建筑。

另一類為磚石砌體結(jié)構(gòu)，多應(yīng)用于古墓穴、古寺廟、古橋、城墻等建筑中。利用磚石砌體抗壓性能較好的特征，采用磚石拱券或穹頂?shù)姆绞叫纬煽臻g的跨越和穩(wěn)定的受力，出檐則采用疊澀的砌法層層疊砌向外挑出。典型實例如：中國現(xiàn)存最古老的磚砌佛塔河南登封嵩岳寺塔（公元520年），由糯米汁拌黃土泥做漿、青磚壘砌而成;蘇州開元寺無梁殿（公元1618年），使用磨磚嵌縫縱橫拱券結(jié)構(gòu)，不施木構(gòu)梁柱檁椽;南京溧水蒲塘橋（公元1508年），采用含礫凝灰質(zhì)砂巖用縱聯(lián)分節(jié)并列砌置的方法砌筑而成。

（二）西方建筑結(jié)構(gòu)的材料選用與結(jié)構(gòu)體系發(fā)展

西方建筑結(jié)構(gòu)在材料選用上多以磚石為主。以西方傳統(tǒng)磚石建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展脈絡(luò)為線索，可歸納如下：古希臘建筑采用石材，在柱網(wǎng)之上擱置梁以形成框架體系，由于柱高較大，柱斷面相應(yīng)增大且分段制作后通過直榫相連，上部石梁由于無法跨越較大距離而形成密柱形式，如帕特農(nóng)神廟使用大理石密柱網(wǎng)與石梁（公元前447年開始興建，圖8），許多類似三隴板等木質(zhì)構(gòu)件也使用石材進行雕刻;之后在希臘亞平寧半島附近，由伊特魯里亞人創(chuàng)造了采用規(guī)整石塊錯疊而成的疊澀拱技術(shù)，形成了最初的拱結(jié)構(gòu)原型。

至古羅馬時期，一方面，對疊澀拱結(jié)構(gòu)進行了改進，開始使用楔形石塊砌筑形成拱券結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了石材在長度方向上的跨越。如法國加爾橋是石灰?guī)r砌筑的石拱橋，為古羅馬時期的高空引水渡槽（公元前1世紀(jì)，圖9）。另一方面，由于當(dāng)?shù)厥馁Y源較少，多火山灰，通過火山灰、石灰、砂土調(diào)制而成了最早意義上的“混凝土”，該材料具有水硬性的特點，使得砌筑的結(jié)構(gòu)更加耐久牢固，在古羅馬被廣泛使用。如羅馬斗獸場（公元72—80年），看臺部分采用“混凝土”砌筑筒形拱;羅馬萬神廟（公元120—124年，圖10），最著名的穹頂部分亦由“混凝土”砌筑而成，底部厚6 m，頂部厚1 m，為減輕自重而在內(nèi)表面形成網(wǎng)格狀方形凹格，門廊柱采用花崗石與大理石制作。

隨著時間的推移，又產(chǎn)生了不同風(fēng)格的建筑形式且結(jié)構(gòu)各具特色。一是拜占庭式建筑，誕生于公元395年前后，東羅馬帝國形成的建筑類型，結(jié)構(gòu)采用帆拱（圖11），解決了方形平面向圓形穹頂過渡的問題，如圣索菲亞大教堂（公元532—537年）、圣馬可大教堂（公元829年始建）等。二是哥特式建筑，興盛于中世紀(jì)高峰與末期，結(jié)構(gòu)特點包含尖肋拱頂與飛扶壁，尖肋拱頂（圖12）將拱的推力作用于拱底石，使得拱頂?shù)母叨扰c跨度不受限制;飛扶壁（圖13）起到分擔(dān)拱側(cè)主墻壓力的作用，如法國巴黎圣母院（公元1163年始建）、德國科隆大教堂（公元1248年始建）等。

（三）東西方建筑材料選用與結(jié)構(gòu)體系對比分析

東西方建筑結(jié)構(gòu)在材料選用上存在較大差異，產(chǎn)生這一差別的原因可從其文明發(fā)源地進行分析。東方國家以中國為例，古文明發(fā)源于黃河流域，這一區(qū)域主要為黃土，覆蓋有茂密的森林，故在建造構(gòu)筑物時多采用木材。西方文明發(fā)源于希臘，地處地中海沿岸，地表多裸露的石頭，故建造構(gòu)筑物時多采用石材。材料的易取性決定了主要用材類型。

從東西方國家的建造觀念看：東方建筑營造從選址堪輿開始便呈現(xiàn)出對大自然的敬畏之情[8]，這種觀念也影響到建筑選材，取材于自然，交融于自然，歸隱于自然，于是便形成了以木材為主要建筑材料的狀態(tài);西方國家，從現(xiàn)存的若干古代建筑遺跡可見，大多屬宗教類型建筑，以物質(zhì)的永恒性為出發(fā)點，從而最終選取石材作為主要的建筑材料。從建筑材料自身特性看：木材具有比重輕、強重比高、彈性好、易于加工等優(yōu)點，又因其材料不均勻、不耐潮濕、易腐朽、易變形等缺點而出現(xiàn)若干問題，為此也帶來了建筑結(jié)構(gòu)的演變，如南方潮濕多雨地區(qū)采用底部吊腳、屋檐深遠(yuǎn)、陡坡屋面等方式來減少雨水的蓄流，使木結(jié)構(gòu)免受水分侵蝕。石材具有強度高、耐久性強、導(dǎo)熱儲熱能力強、易于雕刻等優(yōu)點，但由于平砌而成的砌體結(jié)構(gòu)抗拉性能和抗剪性能差，無法實現(xiàn)較大跨度，從而推動了拱砌體結(jié)構(gòu)和穹砌體結(jié)構(gòu)的起源與發(fā)展。

材料的選用間接影響到建筑結(jié)構(gòu)體系的選?。阂灾袊鴤鹘y(tǒng)木構(gòu)建筑為例，為實現(xiàn)大跨度空間，北方多采用抬梁式木構(gòu)架體系，南方多采用穿斗式木構(gòu)架體系，充分利用木材抗彎性能較好的特性;西方國家石質(zhì)建筑多采用梁柱砌體結(jié)構(gòu)、拱砌體結(jié)構(gòu)、穹砌體結(jié)構(gòu)等，充分利用石材抗壓性能較好的特性。由此可見，建筑材料的選用需考慮當(dāng)?shù)匚拿靼l(fā)源地地理特征、建筑營造理念、材料特性等綜合因素，從而形成主要用材類型，再由其材料特性間接影響建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇與演變，并影響著建筑材料與結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展。

二、近現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史概述：砌體—鋼—鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系

（一）砌體結(jié)構(gòu)從古代到近現(xiàn)代建造上的發(fā)展

砌體結(jié)構(gòu)在古代建筑結(jié)構(gòu)體系中便已形成。砌塊主要采用磚塊與石塊，黏結(jié)材料西方多用石灰砂漿、摻火山灰的“混凝土”等，中國古代則多用石灰砂漿、摻桐油或糯米汁的石灰砂漿。以我國砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展為例：最早于公元595—605年建成的河北趙州橋（圖14），是世界上最早修建的空腹式圓弧石拱橋。從北魏時期十二邊形的嵩岳寺塔，到唐代四邊形的大、小雁塔，再到宋元明清大量的八邊形的磚石古塔，見證了中國磚石古塔砌筑工藝的演進過程。明代興起的磚砌無梁殿建筑是我國古代建筑中的特殊樣式，具有特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和獨特的外部仿木構(gòu)殿堂式裝飾構(gòu)造手法，全部由青磚和石灰砂漿砌筑，主要采用磚砌拱券或磚砌穹頂結(jié)構(gòu)支撐建筑，整體結(jié)構(gòu)中沒有木梁和木柱構(gòu)件，通過各種磚砌工藝，模仿傳統(tǒng)木構(gòu)建筑中的藻井、斗栱、出檐、木柱、額枋、柱礎(chǔ)等特色細(xì)部構(gòu)造。

在民國之前，磚的燒制多采用饅頭窯，燒制效率和產(chǎn)量都較低，為縮短制作周期，多使用青磚。民國時期，一方面由于“西風(fēng)東漸”的影響，對于紅磚砌筑的建筑愈發(fā)青睞;另一方面，隨著從西方傳入的霍夫曼窯在全國各地的使用，制磚效率顯著提升，因而紅磚產(chǎn)量有了較為迅速的增長[9]（圖15）。中華人民共和國成立后，建筑墻體主要采用黏土紅磚砌筑，起初多用于單層民用住宅，之后隨著工業(yè)化與經(jīng)濟發(fā)展，逐步用于多層住宅、辦公樓等民用建筑及中小型工業(yè)廠房等。1956年，開始推行標(biāo)準(zhǔn)磚模式，標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸為240 mm×115 mm×53 mm。20世紀(jì)60年代，小型空心砌塊與多孔磚的發(fā)展得到了提升，自此砌塊磚生產(chǎn)中的環(huán)境保護問題開始得到關(guān)注，新型砌塊材料逐漸涌現(xiàn)。20世紀(jì)90年代之后，在學(xué)習(xí)借鑒國外配筋砌體結(jié)構(gòu)研究與實踐成果的基礎(chǔ)上，我國砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計得到了新的發(fā)展，以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法、砌體抗震設(shè)計等多種設(shè)計理論得到了進一步完善。

（二）單層廠房—摩天大樓—異形鋼結(jié)構(gòu)

金屬結(jié)構(gòu)的使用最早可追溯至東漢時期云南景東地區(qū)瀾滄江上的蘭津橋。最初還多以鐵質(zhì)金屬為主，如湖北當(dāng)陽玉泉寺鐵塔（公元1061年，圖16）等。1840年后，隨著鍛鐵技術(shù)的發(fā)展，鑄鐵逐步被鍛鐵取代。1870年后，鋼材軋制技術(shù)已經(jīng)為鋼材的工業(yè)化生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)，鋼材逐步替代了鍛鐵材料。19世紀(jì)到20世紀(jì)早期，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接基本采用鉚釘連接或螺栓連接，直到20世紀(jì)早中期，隨著焊接技術(shù)與高強度螺栓連接方式的出現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展顯著加快。

中國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展與西方國家相比較為緩慢，19世紀(jì)末才逐步引入鋼結(jié)構(gòu)，初期以借鑒國外既有經(jīng)驗為主。中華人民共和國成立后，鋼結(jié)構(gòu)的材料生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、構(gòu)件計算、施工技術(shù)才有了較為明顯的進步。首先廣泛建設(shè)的工業(yè)廠房等，以其輕質(zhì)高強、建造便捷等優(yōu)勢迅速推廣開來;隨后又多用于高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)的建設(shè)中，實現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)在垂直方向上的突破，但因高層建筑鋼結(jié)構(gòu)相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剛度較低，故通常結(jié)合鋼筋混凝土核心筒、剪力墻結(jié)構(gòu)共同實現(xiàn)高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度與穩(wěn)定性需求;再之后，隨著人民生活水平的提高，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工又不斷向“新”而“異”的方向轉(zhuǎn)變：“新”體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)體系之新，不同于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)，跨度大、懸挑大、變化多成為現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計所面臨的新挑戰(zhàn);“異”體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)外形之異，與傳統(tǒng)規(guī)整的建筑形體不同，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑在外形上已發(fā)生了很大變化，結(jié)構(gòu)逐步成為表達建筑個性的重要元素。例如：北京國家體育場鳥巢（2003—2008年，圖17）、北京中央電視臺總部大樓（2004—2012年）、上海中心大廈（2008—2016年，圖18）等。

（三）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展及在我國的引入

1756年，英國工程師約翰·斯密頓（John Smeaton）在修建燈塔（圖19）時意外發(fā)現(xiàn)，將黏土與石灰石按適當(dāng)比例混合后煅燒可形成較高強度的材料，這成為水泥的雛形。1824—1840年，約瑟夫·阿斯普丁（Joseph Aspdin）與威廉·阿斯普?。╓illiam Aspdin）父子，總結(jié)了使用石灰石、黏土、礦渣等配比混合煅燒“水泥”的方法。由于水泥硬結(jié)后的顏色、強度與英國波特蘭島上的天然石材類似，故稱為“波特蘭水泥”，即普通硅酸鹽水泥，最早用于泰晤士河底隧道建設(shè)中。法國、德國分別于1840年、1855年建設(shè)了水泥制造廠，隨后水泥在世界各地迅速推廣使用。

1849年，法國園丁約瑟夫·莫尼爾（Joseph Monier）將鐵絲與混凝土結(jié)合，制作了花盆，解決了混凝土抗拉強度低的問題。此后他又陸續(xù)發(fā)明了鐵筋混凝土管道、水箱、幕墻板等，并在1875年設(shè)計了第一座鋼筋混凝土橋（Chazelet Bridge）。法國工程師弗朗索瓦·埃納比克（Francois Hennebique）受其啟發(fā)，將這種材料推廣至建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，于1892年發(fā)明了全套鐵筋混凝土建筑建造系統(tǒng)（圖20）。至此，開啟了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的探索與研究。1888年，美國工程師杰克遜（P. H. Jackson）提出了預(yù)應(yīng)力混凝土概念，但最初的嘗試并不成功。1928年，法國工程師斐斯奈特（E. Freyssinet）提出必須采用高強鋼材和高強混凝土，以減少預(yù)應(yīng)力損失的影響，并率先采用了極限強度為1 725 MPa的高強鋼絲。之后，他和麥格奈爾（G. Magnel）分別發(fā)明了錐形錨具和麥?zhǔn)闲ㄐ五^具，用于后張法預(yù)應(yīng)力工藝。霍伊爾（E. Hoyer）研究出了不靠錨具的先張法預(yù)應(yīng)力工藝。1950年，國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會FIP成立，借戰(zhàn)后重建的機會，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)大量代替鋼結(jié)構(gòu)，推動了其理論和技術(shù)的蓬勃發(fā)展。1956年，林同炎完成了經(jīng)典著作《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》一書（圖21），提出“荷載平衡法”理論。

中國最早于民國時期開始使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但其結(jié)構(gòu)計算方法基本來源于西方國家，采用容許應(yīng)力法進行計算分析。這種方法將結(jié)構(gòu)材料當(dāng)做理想彈性體，根據(jù)線彈性理論，計算不同荷載下結(jié)構(gòu)應(yīng)力，并規(guī)定構(gòu)件的任一截面上的各點應(yīng)力σ不大于材料容許應(yīng)力[σ]。此法雖然公式簡單、實用方便且易于掌握，卻忽視了材料具備的塑性能力，鋼筋混凝土構(gòu)件中的兩種材料都具有一定程度的塑性能力，因此，采用上述方法進行計算與設(shè)計時，難免有不合理之處。至20世紀(jì)50年代，受蘇聯(lián)規(guī)范HNTY 123—55影響，采用三系數(shù)（荷載的超載系數(shù)、材料的均質(zhì)系數(shù)和構(gòu)件的工作條件系數(shù)）按三種極限狀態(tài)（強度、變形和裂縫）進行設(shè)計。20世紀(jì)60年代初期，在基本按照蘇聯(lián)規(guī)范HNTY 123—55的基礎(chǔ)上，頒布了《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（草案），確定了我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本模式。20世紀(jì)60年代中期，修訂和頒布了BJG 21—66《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，核心內(nèi)容仍參照蘇聯(lián)規(guī)范的規(guī)定，按多系數(shù)極限狀態(tài)計算。1974年，頒布了TJ 10—74《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，內(nèi)容受蘇聯(lián)規(guī)范的影響仍較大，采用綜合安全系數(shù)的計算方法。1991年，頒布了第一部基于自主科研、具有鮮明中國特色的GBJ 10—89《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，采用基于可靠度理論的概率極限狀態(tài)設(shè)計方法。2002年，頒布了修訂后的GB 50010—2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，繼續(xù)補充和完善基本設(shè)計方法，從構(gòu)件計算向結(jié)構(gòu)設(shè)計過渡，增加了結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容，引入了混凝土本構(gòu)關(guān)系及多軸強度準(zhǔn)則，適度提高結(jié)構(gòu)安全度設(shè)置水平及材料強度等。2011年，頒布了修訂后的GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算技術(shù)發(fā)展史概述：從定性判別到定量分析的轉(zhuǎn)變

（一）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算技術(shù)的起步與探索階段

對于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算，東西方國家在早期工程實踐中便有所體現(xiàn)，但這些建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計大多停留在定性判別與經(jīng)驗總結(jié)，還未涉及較為精確的定量判別，尚屬起步與探索階段。

中國自古以來，便注重匠人精神，建筑的營造之法也由一代代工匠心口相傳。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算，從中國建筑史上若干著作中便可窺見一斑。北宋時期由李誡編撰的《營造法式》（圖22），對建筑設(shè)計、施工用料進行了規(guī)定，其中：“凡梁之大小，各隨其廣分為三分，以二分為厚”，即梁的高寬比為3∶2，這種構(gòu)件截面尺度比例受力性能較佳。清雍正1734年刊行的《工程做法則例》（圖23）中記載：“凡里金檁以步架四份定長短。如步架四份深一丈四尺，即長一丈四尺。外加一頭交角出頭分位，按本身之徑一份，又加柱徑半份，得通長一丈五尺一寸五分”，其經(jīng)驗判別暗含了模數(shù)化設(shè)計思路以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面設(shè)計。

西方學(xué)者、建筑師也有對結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的定性判別與方法總結(jié)：西班牙著名建筑師安東尼奧·高迪（Antonio Gaudi）在設(shè)計圣家族大教堂時，采用懸鏈逆吊法（圖24），獲取了合理受力下拱結(jié)構(gòu)的空間形態(tài);達·芬奇（Leonardo da Vinci）在其手稿中研究并討論了柱所能承受的荷載大小;伽利略（Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei）在其《關(guān)于兩種新學(xué)科的對話》中研究了固定端懸臂梁的承載能力問題;馬略特（Edme Mariotte）重新進行了伽利略的懸臂梁試驗，由于在截面上采用的平衡條件不同，故結(jié)果也產(chǎn)生了偏差;雅克比·伯努利（Jacob Bernoulli）開展了關(guān)于梁的研究，即如今的伯努利梁理論。這些對于結(jié)構(gòu)選型、材料力學(xué)方面的研究，奠定了之后混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計計算上的發(fā)展。

（二）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算技術(shù)的發(fā)展與成熟階段

19世紀(jì)初期，隨著建筑工業(yè)化發(fā)展，人們開始設(shè)計各類大規(guī)模工程結(jié)構(gòu)，提出了對其進行精確分析與計算的需求。工程結(jié)構(gòu)的分析理論與方法開始獨立出來。1826年，法國的納維（Claude-Louis-Marie-Henri Navier）提出求解超靜定結(jié)構(gòu)問題的一般方法。1847年之后的數(shù)十年間，學(xué)者們采用圖解法、解析法等研究靜定桁架結(jié)構(gòu)的受力分析，奠定了桁架理論的基礎(chǔ)。19世紀(jì)中期，結(jié)構(gòu)力學(xué)開始成為一門獨立學(xué)科。1864年，英國麥克斯韋（James Clerk Maxwell）創(chuàng)立了單位荷載法和位移互等定理，并用單位荷載法求出了桁架位移，得出求解超靜定問題的方法[10]。

20世紀(jì)初期，大量學(xué)者對動荷載下梁的動力學(xué)理論和自由振動及受迫振動進行了研究。由于航空工程的發(fā)展，促進了對薄壁結(jié)構(gòu)和加勁板殼的應(yīng)力和變形分析，以及穩(wěn)定性問題的研究。1914年，德國的本迪克森（A. Bendiksen）開創(chuàng)轉(zhuǎn)角位移法，以解決剛架和連續(xù)梁問題。20世紀(jì)20年代，從試驗和理論分析兩個層面對動荷載進行了研究，疲勞問題、斷裂問題及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)問題先后進入人們的研究視野。至此，結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算還停留于二維框架層面。到20世紀(jì)中葉，電子計算機和有限元法的問世，使得大型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜計算成為可能，結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究與應(yīng)用從二維分析轉(zhuǎn)向三維計算。

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與手工計算書在當(dāng)下被多種多樣的結(jié)構(gòu)分析計算軟件所替代，如：PKPM、盈建科結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件、廣廈結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件、ETABS、SAP2000、ANSYS、ABAQUS、Midas等，為當(dāng)代復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計與計算提供了便捷（圖25—圖27）。除了對結(jié)構(gòu)的精細(xì)化建模與數(shù)字計算外，還常結(jié)合相關(guān)結(jié)構(gòu)試驗開展分析。為測定材料物理力學(xué)參數(shù)，為理論計算與構(gòu)件設(shè)計提供基礎(chǔ)而進行的材性試驗;為獲得構(gòu)件受力、位移、撓度、裂縫寬度、破壞或失穩(wěn)形態(tài)等進行的構(gòu)件試驗;為確定結(jié)構(gòu)線性動力特性以及結(jié)構(gòu)非線性性能而進行的抗震試驗;為確定復(fù)雜高層建筑體型系數(shù)、測定風(fēng)荷載作用下建筑的整體受力與風(fēng)振響應(yīng)等進行的風(fēng)洞試驗;為了解重復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)的性能及其變化規(guī)律而進行的疲勞試驗等，針對不同結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算出現(xiàn)的問題，選擇相應(yīng)的試驗，有助于掌握結(jié)構(gòu)工作性能的相關(guān)參數(shù)，確定結(jié)構(gòu)對于使用要求的符合程度，檢驗和發(fā)展結(jié)構(gòu)計算理論。

四、建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史的教學(xué)框架梳理

基于上述對建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史教學(xué)內(nèi)容的研究，大致勾勒出了教學(xué)綱要（圖28），同時根據(jù)實際教學(xué)情況對教學(xué)模式進行優(yōu)化，不局限于所涉及的課堂講授內(nèi)容，還應(yīng)將教學(xué)活動適當(dāng)擴展、延伸（圖29）。

在課前，選取較為經(jīng)典的讀物作為切入點，如《中國建筑史》（潘谷西）、《外國建筑簡史》（劉先覺，汪曉茜）、《現(xiàn)代建筑理論》（劉先覺）、《Building the Future》（Pfammatter Ulrich）等中外讀物，從建筑及其設(shè)計視角，梳理不同歷史時期、不同結(jié)構(gòu)類型的建筑的結(jié)構(gòu)技術(shù)，并采用文獻閱讀、小組討論等方式，對感興趣的話題展開深入研究。隨后，進入課程主體即教師講授，該部分包含但不限于上文中梳理的教學(xué)綱要與內(nèi)容，由于課程時長等客觀因素，在課堂講授中著重以時期線索、材料線索、案例線索等方式展開，首先對某一類型結(jié)構(gòu)的發(fā)展脈絡(luò)作概述，而后以重要建筑案例為切入點，探討該類建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)在不同歷史背景條件下的變化與發(fā)展，對這類建筑結(jié)構(gòu)在當(dāng)下的應(yīng)用及其發(fā)展前景進行探討，串聯(lián)起某類建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)從過去、到當(dāng)下，再到未來的整體發(fā)展脈絡(luò)。最后，以小組的形式（2～3人為宜）就前兩階段中感興趣的某一點或幾點展開研究，并以一定的形式進行展示匯報，不限于演示文稿、影音視頻等，可在組間交流匯報，達到組與組之間相互學(xué)習(xí)的目的，最終實現(xiàn)對建筑學(xué)碩士研究生的培養(yǎng)。

不難發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)框架中，教師在整體教學(xué)時長中僅占30%～50%。作為碩士研究生課程，更多應(yīng)強化學(xué)生中外文獻的閱讀能力、知識內(nèi)容的梳理能力、學(xué)術(shù)研究的探索能力、團隊協(xié)作的溝通能力、多元材料的表達能力等。相較于本科生的單方面?zhèn)魇谥R，應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與探索的主觀能動性，教師在此過程中作為第三視角下的引導(dǎo)與觀察者身份，在教學(xué)綱要與內(nèi)容上已對建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史的特征進行了梳理，短時間的課堂教學(xué)無法面面俱到，只能勾勒出關(guān)鍵脈絡(luò)與基本框架。課堂講授中不一定完全遵循“發(fā)展脈絡(luò)→案例切入→應(yīng)用前景”（過去—當(dāng)下—未來）的固定程序，可依據(jù)學(xué)生課前閱讀完成情況，在課后匯報中發(fā)散學(xué)生的思維，采用不同的形式進行匯報，充分挖掘?qū)W生的科研潛力。

五、結(jié)語

通過時間與材料兩條線索對建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史進行了簡要概述，初步展示了建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展史的脈絡(luò)與發(fā)展，并形成了建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史的教學(xué)框架。分別從古代建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展史、近現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展史、結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算發(fā)展史三部分展開，其中穿插以中國為例的東方國家與西方國家在不同歷史時期下建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的脈絡(luò)，并通過典型案例增進學(xué)生對其的理解。

（1）在古代建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展史概述中，對東西方建筑結(jié)構(gòu)材料選用及其內(nèi)在動因進行了分析，分別就以木材為主要結(jié)構(gòu)材料的東方建筑與以石材為主要結(jié)構(gòu)材料的西方建筑結(jié)構(gòu)體系發(fā)展與演變進行了簡要論述。建筑材料的選用與當(dāng)?shù)匚拿靼l(fā)源地地理特征、建筑營造理念、材料特性等綜合因素有關(guān)，由其材料特性間接影響到建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇與演變，并影響建筑材料與結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展。

（2）在近現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展史概述中，就砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)這三大結(jié)構(gòu)類型從材料簡述、建造演變、國內(nèi)進展、典例列舉、規(guī)范完善等方面作了概述。無論是霍夫曼窯的引進、軋制鋼技術(shù)的引入，還是鋼筋混凝土材料的引入、鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范的學(xué)習(xí)，外來文化與建造工藝在一定程度上對我國建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響，隨著我國經(jīng)濟實力水平的提高，在此基礎(chǔ)上發(fā)展并形成了適應(yīng)于我國發(fā)展的建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)設(shè)計方法與技術(shù)。

（3）在結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算技術(shù)發(fā)展史概述中，突出結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算從定性判別、經(jīng)驗積累到定量分析、科學(xué)研究的轉(zhuǎn)變。對結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算在早期工程實踐中便體現(xiàn)出來，但這些建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計大多停留于定性判別與經(jīng)驗總結(jié)，尚屬起步與探索階段。19世紀(jì)之后，從理論層面開展了若干關(guān)于結(jié)構(gòu)計算與設(shè)計的研究。20世紀(jì)中葉，電子計算機和有限元法的問世，使得大型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜計算成為可能，其研究與應(yīng)用從二維分析轉(zhuǎn)向了三維計算，并發(fā)展形成不同目的的結(jié)構(gòu)試驗，以進行結(jié)構(gòu)分析與計算驗證。

（4）本文形成的建筑技術(shù)發(fā)展史概況及教學(xué)框架從學(xué)科角度存在多學(xué)科交叉的特性，將建筑學(xué)中設(shè)計為主的思想、結(jié)構(gòu)學(xué)中理性為主的觀念、歷史學(xué)中人文等因素相融合，與單純講授建筑結(jié)構(gòu)理論不同，從一種更為全方位的視角反觀建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，有助于學(xué)生認(rèn)識建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，厘清建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展流變中的科學(xué)原理，思考未來建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展趨勢。同時與中國建筑史、外國建筑史的理論構(gòu)架也有所區(qū)別，在論述歷史的同時強調(diào)結(jié)構(gòu)在其中的影響與作用，有助于激發(fā)學(xué)生對于建筑結(jié)構(gòu)知識的興趣，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識，促進知識的交融貫通，培養(yǎng)學(xué)生全面、動態(tài)分析問題的能力，并逐步形成建筑技術(shù)史系列教學(xué)活動中的一個重要分支。

以上概述成果及教學(xué)框架為高等建筑院校建筑學(xué)專業(yè)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)提供了一種全新視角，同時也為建筑技術(shù)發(fā)展史系列教學(xué)體系的完善、為傳統(tǒng)建筑學(xué)專業(yè)教學(xué)注入了新活力。所舉之處難免舉一漏萬，但仍可向?qū)W者、讀者提供一種建筑學(xué)教學(xué)視角、一種建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史的教學(xué)方法、一種建筑與結(jié)構(gòu)并行設(shè)計的思維模式。

參考文獻：

[1]羅西子.西方現(xiàn)代建筑技術(shù)發(fā)展及其對新中國建筑影響研究[D].重慶： 重慶大學(xué)， 2017.

[2]鐘星鳴.淺析中國建筑結(jié)構(gòu)史[J].企業(yè)導(dǎo)報， 2011（11）： 231.

[3]金永權(quán).建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展歷程[J].門窗， 2015（6）： 140.

[4]金新陽， 陳凱， 唐意.《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》發(fā)展歷程與最新進展[J].建筑結(jié)構(gòu)， 2019， 49（19）： 49-54， 32.

[5]高沖平.試論建筑結(jié)構(gòu)史及其對人才培養(yǎng)的作用[J].高等建筑教育， 1985（3）： 39-42.

[6]王駿陽.對建筑技術(shù)史教學(xué)和研究的一點思考[J].城市建筑， 2016（1）： 86-88.

[7]葉靜賢.理性之路， 從建造史看傳統(tǒng)走向現(xiàn)代[J].建筑師， 2018（5）： 32-37.

[8]李玲.中國古建筑和諧理念研究[D].濟南： 山東大學(xué)， 2011

[9]李海清.剖面與身體 在中國霍夫曼窯設(shè)計變遷背后可以發(fā)現(xiàn)什么[J].時代建筑， 2019（6）： 132-137.

[10]楊迪雄.結(jié)構(gòu)力學(xué)發(fā)展的早期歷史和啟示[J].力學(xué)與實踐，2007（6）：83-87.

Abstract： As a part of the teaching system of architecture and civil engineering， building structure has always focused on teaching structural concepts and principles to students with an engineering mindset. While the history of the development of building structure technology is combined with historiography to show students the whole process of its dynamic development. It not only covers the explanation of the basic principles of different types of structures， but also involves in-depth interpretation of multiple perspectives such as material selection， invention， historical figures， system construction and regional culture. The course of development history of building technology， which has been offered by the Institute of Building Technology and Science， School of Architecture， Southeast University， for master students in recent years， is taken as an opportunity. Based on the results of the teaching exploration of the course of development history of building structure technology， combined with the relevant literatures and knowledge， the lineage of the development history of building structure technology is integrated. It provides a new perspective for teaching structural courses to students in higher architecture schools， completes the series of teaching system of the development history of building technology and injects the vitality of the new era.

Key words： building structure technology; overview of the development history; teaching framework

（責(zé)任編輯 梁遠(yuǎn)華）