浅谈结构工程中的科学技术方法论

浅谈结构工程中的科学技术方法论摘要:自然辩证法中的科学技术方法论是关于自然界各个学科领域的普遍存在的科学技术理论、规律、方法。科学技术观和科学技术方法论是自然辩证法体系中重要的组成部分，自然辩证法属于马克思主义哲学范畴，自然科学技术方法论也属于哲学范畴，而结构工程属于实际应用工程范畴，本文主要探讨了在结构工程中存在的关于科学技术方法论的哲学思想，以及怎样利用哲学思想来促进结构工程将来的发展的问题，另外，也有一些衍生的问题。关键字:结构工程自然辩证法科学技术方法论发展1自然辩证法以及科学技术方法论1.1自然辩证法自然辩证法是辩证唯物主义的自然观和科学观，它是探讨自然界存在的普遍的客观规律的哲学，同时它又是探究、改造自然途径的方法论，依据所发觉的自然科学理论创建处能完成既定任务或者改造自然的详细方法理论。自然辩证法是马克思主义哲学的重要组成部分，它的探讨对象与探讨范围包括如下领域：自然界、科学、技术、社会。与此相适应，自然辩证法的体系和主要内容有：自然观、科学观、技术观、科学技术与社会。1.2科学技术方法论自然辩证法中的科学技术方法论，精确的说，科学技术方法论的说法是不正确的，因为科学与技术是两个不同的概念。科学的重点发觉规律与理论，而技术重在探讨如何改造自然的详细技术理论，最终的目标是要把所发觉的理论物化为方案、方法、工具、设备等，以实现对自然的干脆改造。然而由于科学技术的快速发展，二者的联系越来越亲密，以致于在有些领域或者方面无法区分究竟是技术还是科学。现在我所要谈的科学技术方法论大部分是关于技术的方法论，其中也有科学观和科学方法论的内容。因为在结构工程中，大部分内容是关于技术层面的东西，是关于结构设计理论、模型构造、施工技术等方面的学科。2结构工程中的科学技术方法论2.1技术相识的基本程序之结构工程体现结构工程是一个探讨各类建筑物受力特性及对其进行结构设计的学科。包括分析一个建筑物的受力体系，分析各种荷载对建筑物结构的作用特点，依据力学理论和建筑材料的受力性质对结构进行合理设计以满意结构在各种环境作用下的平安性要求。人类早期的建筑设计主要依靠于人们长期积累下来的阅历和技术，基本上没有理论支持。随着人类自然科学的进步，数学、力学理论、计算机技术得到了巨大的发展。力学学科的不断进步为结构受力分析供应了理论支持，使得建筑结构设计走向理论化、技术化。因为结构工程主要是探讨结构内部内力、变形的分布规律及其发展规律，而力学正是探讨自然界普遍存在的力和变形的学科，加上材料科学、试验技术、计算机理论等方面取得的丰硕成果，使得结构工程走向了现代化的发展道路。结构工程的三大力学课程是理论力学、材料力学、结构力学。它们是结构工程赖与发展和进步的力学理论基础。目前关于结构工程的专业理论依据不同建筑结构类型可分为砌体结构设计原理、钢筋混凝土结构设计原理、钢结构设计原理、高层建筑结构设计原理。它们都是应用力学理论，并考虑建筑材料的性质，通过理论推导、试验视察、实践检验。最终建立起来的正确的能干脆被人们加以利用的技术理论和方案。它是符合技术相识的基本程序的。首先，必需考虑到社会的须要，从人们的现实须要动身，提出课题。也就是课题规划阶段。其次个阶段是方案的构思与设计。包括提出技术原理和解决问题的基本思路。以钢筋混凝土结构的出现为例，简洁说明结构工程中技术相识的途径或者步骤。在钢筋混凝土结构没有出现之前，世界大部分的结构为砌体结构和木结构，其中砌体结构的自重太大，抗震性能差，并且它的建筑材料砖的制作会对生态造成很大的破坏，木结构也有对生态破坏的缺点，并且防火性能很差。正是在这样的建筑背景下，人们须要一种更优良的建筑材料来取代上述传统建筑材料。起初，人们是不知道采纳何种材料作为主要建筑材料的，建筑界依据传统结构的缺点提出课题：独创一种新型的建筑结构材料。这样就确立了探讨课题。下面要做的就是要提出解决问题的思路，人们依据对建筑的受力特性（结构构件无外乎要具有确定的抗压、抗剪、抗拉、抗扭实力），然后探讨不同材料的受力性能，看哪种材料的受力性能最好，为此科学家们作了许多试验，发觉混凝土的抗压强度比较好，也就是混凝土材料擅长承受压力。同时发觉钢筋的抗拉强度很高，远远大于混凝土的抗拉强度，甚至是它的几百倍。混凝土的抗拉强度特别小，几乎是很小的拉力就能使材料产生裂缝，最终导致结构快速破坏。这样通过大量的试验结构人们建立了对两种材料的科学相识。同时考虑到建筑物中梁是一个受弯构件，即梁截面的上部受压，下部分受拉（这是依据一般的力学规律推导出来的），科学家依据上述科学理论与材料相识，充分发挥创建思维（创建思维在技术原理形成过程中起着至关重要的作用），人们就创建性的把两种材料结合起来，创建了一种目前广泛运用的建筑材料（钢筋混凝土）。针对梁的受力特点，这种新的建筑材料恰恰是既充分的利用了混凝土的抗压强度，又充分利用了钢筋的抗拉强度。使二者的效用能够发挥到最大。第三个阶段就是试验、实施阶段。就是依据提出的技术原理进行结构模型的设计。由于土建工程一般是比较浩大的工程，因此这个阶段主要是在试验室内进行建筑局部结构构件的受力试验，详细就是用两种材料制成钢筋混凝土梁，然后仿照真实建筑物中结构梁的受力施加荷载，视察梁的受力破坏特点、破坏特点。发觉二者能够较好的协调一样的工作，是一种难得的优良的建筑材料。最终这项新技术在小范围内推广，发觉钢筋混凝土结构能够很好的反抗各种荷载。实践证明钢筋混凝土建筑材料是建筑史上重大的一项独创。为目前建筑业的辉煌进步奠定了基础。然而，随着人类科技的巨大进步，人们研发了高强度混凝土、高强度钢筋，还有具有特别性能的混凝土。这些高性能的出现无疑促进了钢筋混凝土结构的发展。这点也体现了各学科、各技术之间是相互联系的。以上我是针对技术相识的基本程序，结合钢筋混凝土结构设计理论简洁地谈了一下其详细操作模式和步骤程序。2.2技术方法的特点之结构工程体现下面我将结合现今建筑结构的发展状况对技术方法的特点作简要介绍。技术方法具有许多特点，其中包括目的性和客观性、功利性与折中性、多样性与专用性、社会性与综合性。目的性与客观性技术是人们有目的地创建人工自然的活动。技术方法总是与人们的确定目的相对应的。目的性反映了技术方法的应用是以达到目的为前提和归宿的。技术方法具有客观性，它以与客观因果性相符合为前提。高层建筑结构的抗震设计这项技术就是为了达到建筑物能够反抗确定地震作用，同时建筑物本身不能发生彻底性性垮塌破坏的目的。它是严格依据地震作用原理，依据抗震等级的不同来进行抗震设计的，抗震设计必须要以敬重客观规律为前提。2.2.2功利性与折中性功利性意在说明一项技术是否有效。因此一项技术必需具有功利性。折中性的主旨在于追求技术最大效用的同时要兼顾到人与环境、长期利益与短期效益、经济效益与社会效益等方面内容。在建筑设计领域，折中性得到了很好的体现，详细是在进行结构设计中人们不能为了一味的追求建筑物具有确定的平安等级而不顾经济效益，不能为了一味的满意人们的生活须要不顾及生态环境的爱护，也不能一味追求经济效益忽视了建筑物的平安性。总之，建筑设计要兼顾到平安、运用、经济、生态四个方面，不行偏颇一方，无论哪个方面都不能盲目的追求最大利益，相反也不能忽视任何一方面。必需是四者相互统筹协调的一个设计过程。可见，它充分体现了技术方法的折中性。多样性与专用性意思是说实现同一个目的有多种技术途径。举建筑物抗震设计为例。为了达到建筑物具有确定抗震性能的目的，可以有不同的抗震设计理论。详细的有框架抗侧力体系、剪力墙抗侧力体系、框架—剪力墙抗侧力体系、框架核心筒抗侧力体系、筒中筒抗侧力体系、束筒抗侧力体系等，可以很据建筑物的不同要求选取不同的抗侧力体系。专用性是指不同的技术领域有属于自己的特别技术方法，这一点在结构领域中是确定成立的，比如说施工领域与设计领域是两个完全不同的领域，它们的许多技术方法是没有关联的。社会性与综合性社会性和综合性是指技术本身不仅要考虑到自然规律，同时也要考虑社会规律。在结构设计中的体现就是设计中在敬重客观规律（即确定的设计原理、设计规范）的前提下，假如遇到难于用量化标准来进行设计时，要适当的依据设计专家的阅历来进行设计。综合性是指要综合考虑各种偶然因素进行分析，例照实际工程设计中往往要考虑某些偶然荷载的作用的。3怎样运用科学技术方法论促进结构工程的发展由上述分析可知，在结构设计中几乎到处都能找到自然辩证法的影子。我们知道自然辩证法是探讨自然界普遍存在的一般规律的科学。详细到科学技术领域中有科学理论、技术理论及其方法论的研发。如何把这些普遍规律运用到工程结构设计中，以更有效地促进结构设计的进步与发展呢？结合我所学自然辩证法的基本学问，我认为有几项重要工作不容忽视。以下简要做一下介绍：3.1要重视基础探讨要求国家要加大资金投入，加强科研机构的建设，培育一大批先进的科学理论专家。在做好本专业领域的工作的同时，更重要的是要加强各个学科的技术沟通，因为不同学科之间往往存在确定联系，可以把其他学科的理论运用到或者移植到建筑设计领域中去，有时还要经过必要的修改和创新。例如可以利用计算机学科的理论，开发探讨结构设计程序、方法、软件。目前结合计算机理论开发的专业软件有AutoCAD、天正建筑、PKPM、探究者等。随着计算机科技的高速发展，一些理论的新发觉，都将为结构工程设计的发展供应丰富好用的理论基础，然而这是须要特地科研人员来结合两学科或者更多学科的特点，发挥创新实力，最终把这些理论物化为能解决实际工程问题的方案、方法。因此，作为科研人员有必要刚好驾驭计算机领域先进的科学技术理论。目前各个学科都处于攻坚阶段，在短时期内很难在某一个领域取得重大发觉和理论进展，这个时期，加强各个学科、不同领域之间的理论互通、学习沟通，常常开展两个或者更多学科之间的沟通，有条件的可以设立一些特地研发机构，我认为这对于科学技术理论的新发觉有很大的作用。3.2要建立一个特地的视察机构对已建成的重大工程的各项技术参数进行不断地监测，以便从中发觉问题，找出技术理论存在的种种缺陷，进而提出问题、提出新课题，供研发机构探讨并作进一步的探讨，从而达到消退技术缺陷的目的。三压迫重视人才队伍的建设，完善科学技术社会体制化，加强科学技术专家角色的确立。不但要注意科学家人才队伍的建设，更要促进技术专家队伍的建设，因为技术专家在社会生产中比科学家有更多更显见的经济功能，可以干脆把理论转化为现实生产力。总之，要实现建筑结构工程学科的跨越式发展，势必要综合结合各种因素，并提倡一种良好的研发学术风气，充分发挥科学家的理论创新实力。4结构工程之杰作：当今世界人类史上最高建筑物近几年，世界最高建筑的记录不断被刷新，这也显示了结构工程已经取得了巨大的成就和飞速的发展。熟识结构设计的人不难发觉，目前，高层建筑的设计理论无外乎有那几种抗侧力体系（前面已经提过），也就是说在高层建筑结构设计理论上几乎没有产生新的发展。然而，现今是高科技飞速发展的时代，完全可以把其他领域的先进技术理论运用到建筑工程中，因为建筑工程是一个浩大的工程体系，可以说是现代高科技的一个展示平台。这也充分体现了科学技术各个学术界的互动，在当今这种互动越来越频繁。互动可以提高效率，可以推动科学技术的发展。科学技术界的互动创建的工程奇迹不见少数。最近刷新了世界最高建筑的迪拜塔就是一个鲜活的例子。下面我将简要介绍一下学科互动在这个人类宏大工程中的运用。迪拜塔是一个充分体现了科学技术综合利用的宏大工程。体现了科学技术的巨大社会价值。迪拜塔的结构体系并不困难，是一种高层建筑常采纳的束筒结构。总高828米，有160个楼层，比台北101足足高出310米。可见它是一个多么雄伟的工程项目。在它面前无人不叹服先进科技的进步，无人不为人类的才智叹服。首先在材料方面，它用的不是一般的钢筋混凝土，而是特地设计的高强混凝土、钢筋。这体现了建筑材料的研发实力，使人们人们建立高层建筑成为可能。假如没有这些材料是完全不能建立如此高的建筑的。其次，对于高层建筑来说，风荷载是不能忽视的荷载，建筑物在建立过程中会受到相当大的风荷载，所以建筑物会发生水平、垂直方向的摇摆，假如幅度超过确定范围，建筑物就会倾倒破坏。迪拜塔在全程建立过程中采纳了全球卫星定位系统进行跟踪监测，在建设期间可以实时驾驭结构的偏移，以保证施工的精度和平安。假如没有先进的卫星通信技术作支持，施工的精确度是很难得到保证的。另外在建筑物内部设置了700多个传感器实时监测建筑物在重力作用下的改变状况。它还有一个巨大的挑战就是把混凝土运到570米以上的高度，并且不影响混凝土的基本性能，因此必需在混凝土没有凝固之前把它运到浇注的位置。迪拜塔采纳了液压千斤顶，建筑工程师用一个起重实力达我所了解的迪拜塔利用的高科技主要就是这些方面，确定还有许多其他方面的高科技。在这个人类史上最高建筑物身上有许多高科技的影子，这高科技都是建筑领域之外的技术，可以说其他学科科学技术的进步极大地推动了建筑结构工程的发展。5结语结构工程中自然有许多关于本学科的先进科学技术，它们的提出都是符合自然辩证法中科学技术的研发规律的。然而，我认为在当今科学技术快速发展的当代，充分利用其他领域取得的理论与技术、成果，充分利用各学科之间的技术信息沟通，对于促进各个专业学科的发展有不行估量的作用。因为科学技术从总体上是一个相