上期文章《结构工程师升值之一（向硅藻大师学习）》中，我们见识了单细胞硅藻的神奇结构，了解到大自然“超级计算机”决定了硅藻的惊人外壳。建筑结构设计的精细程度由当前算力决定，算力提高将显著推动结构专业技术进步，而持续的技术进步才能保证结构工程师的价值和地位。本期文章我们讨论一下如何在算力的持续发展中保持专业技术进步？
《西游记》第五十回“情乱性从因爱欲 神昏心动遇魔头”中写道:
行者转身欲行，却又回来道：“师父，我知你没甚坐性，我与你个安身法儿。”即取金箍棒，幌了一幌，将那平地下周围画了一道圈子，请唐僧坐在中间，着八戒沙僧侍立左右，把马与行李都放在近身，对唐僧合掌道：“老孙画的这圈，强似那铜墙铁壁，凭他甚么虎豹狼虫，妖魔鬼怪，俱莫敢近。但只不许你们走出圈外，只在中间稳坐，保你无虞；但若出了圈儿，定遭毒手。千万千万！至嘱至嘱！”三藏依言，师徒俱端然坐下。
孙悟空给唐僧画地为牢的故事很有趣，深入思考这段故事也会有所感悟：
“舒适圈”是把双刃剑，既保证了安全，
也限制了成长。我们在工作和生活中不也经常这样吗？圈里的“自在”很舒服，圈外的“自由”很艰苦，我们该选择哪个？
前提假定就是结构专业技术进步的“圈”，前提假定既是好朋友，曾经帮助过我们，但也可能成为“牢笼”，阻碍技术进步。来看几个例子：
（1）刚性楼板假定
我们曾用四期文章讨论过刚性楼板假定，大致概况一下：
① 采用刚性楼板假定是为提高建筑结构的计算效率，设计时采用“梁刚度放大”等方式应对刚性楼板假定潜在问题并不足够，且会衍生出新问题，问题挺大且仍被普遍忽视；
② 增大柱弯矩和配筋的“强柱弱梁”设计调整方法未显著提高柱刚度，也难以避免柱铰形成，这种普遍的认知偏差源于刚性楼板假定误导，“弱柱强楼盖”才是普遍客观的震害现象；
③ 大量现有建筑结构试验未正确考虑楼板作用，单榀（单片）试验时若忽略楼板作用即为默认采用了刚性楼板假定，其试验结果可能误导科学认知，科研成果的工程实用价值也会因此打折；
④ 改进刚性楼板假定的最佳路径是彻底取消它，算力的进步早已具备彻底取消刚性楼板假定的技术基础，但由于专业习惯和技术更新缓慢，我们仍然在普遍采用刚性楼板假定，甚至已经意识不到其潜在问题。
（2）粘滞阻尼假定
式中：
（摘自《结构动力学》Chopra）
在建筑结构中，粘滞阻尼就是个假定。这个观点恐怕在目前的研究生教学中也鲜有提及，上面的结构动力学方程实在是太“优美”和“经典”了，美的谁要质疑它都会让人难以接受。我们曾用四期文章讨论过粘滞阻尼假定，重复备忘一下结论：
① 粘滞阻尼是建筑结构中的人为假定，而非科学事实，引入粘滞阻尼假定是为方便实现系统能量耗散的统一表达，进而继续引入线弹性假定以方便结构动力学方程的简洁列式和高效求解；
② 现行标准规范中阻尼比的取值多样而散乱，阻尼比取值在1%~8%之间变化，考虑影响因素众多；
③ 建筑结构的实测阻尼比随外界作用变化显著，且阻尼比与外界作用不呈简单线性关系，阻尼比对设计地震作用影响显著，实测小震阻尼比一般不超过2%，设计阻尼比采用了中震对应的5%，二者最大地震作用相差27%；
（3）线弹性假定
（摘自《结构动力学》Chopra）
线弹性假定是建筑结构中最普遍采用的基本假定，给我们带来的益处很大，产生的问题也很突出。对线弹性假定的每一次突破，都会带来显著的技术进步。我们也曾用几期文章讨论过线弹性假定，简单总结如下：
① 世界是非线性的（包括建筑结构），而我们的思维以线性化为基础；
② 微积分的伟大之处在于可以让非线性问题实现线性化求解；
③ 在算力不足的年代，线弹性假定帮助我们粗糙认知建筑结构；在算力充足的年代，我们可以更加准确地了解建筑结构性能，实现精细化的建筑结构分析与设计；
④ 当前算力已经比较充足，但我们仍然习惯于线弹性假定的舒适圈，这已很大程度上制约了结构专业的技术进步，值得深入思考和有所行动。
举两个例子说明：
（1）钢结构稳定设计
我们曾用四期文章讨论过钢结构稳定问题，结论如下：
① 通过静力法、动力法或变分法，对应求解常微分方程、偏微分方程或积分方程，均可得到如下简单而优美的欧拉稳定公式：
② 《钢结构设计标准》GB 50017-2017第8.2.1条规定了实腹式压弯构件稳定性计算方法，计算公式不漂亮但比较可靠，因它依靠算力提前给出了计算长度系数和稳定系数设计表格，可满足一般情况下钢框架构件的设计需要，体现了前辈结构工程师和学者们的智慧；
③ 对于复杂钢结构，《钢结构设计标准》GB 50017-2017第5.5节规定了直接分析设计法，进一步突破了设计方法中的前提假定，代价是需要算力提供支撑，好处是可满足复杂钢结构设计或精细化设计需求。
（2）钢筋混凝土正截面承载力设计
我们曾用四期文章讨论过钢筋混凝土压弯构件正截面承载力设计方法，结论如下：
① 钢筋混凝土压弯构件正截面承载力设计方法中存在较多前提假定，包括混凝土受压理想塑性本构假定和隐含的钢筋受压不屈曲假定，这些前提假定简化了设计方法，同时也使得现有设计方法存在适用范围，一些特殊情况下可能存在隐患；
② 《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010附录E给出了任意截面双偏压正截面承载力计算方法，该方法依靠算力进步，可实现直接从材料非线性本构出发进行混凝土构件设计；
③ 钢筋混凝土结构设计从标准规范、设计软件和工程应用等方面对当前算力发展的适应均存在明显滞后，钢筋混凝土结构设计方法存在较大进步空间，值得我们共同努力去推动。
（1）建筑结构的分析设计方法中普遍存在前提假定，前提假定由算力决定，限定了分析设计方法的适用范围与准确性；
（2）当前标准规范、设计软件与工程应用中，存在较多明显滞后于算力发展的前提假定，阻碍了结构专业的技术进步；
（3）突破前提假定的束缚，将显著推动结构技术进步，也将持续提升结构工程师的价值与地位。
下期文章我们给标准规范的进步提点建议。
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