主题：【原创】钢结构和高层建筑设计的演化 -- Swell

同样的，只是针对安全这一块大概说一下。

过去工程师的看家本领就是计算。我姥爷就是根正苗红的共和国培养的第一代桥梁工程师。我还留着他的几本工作笔记作为纪念。上边有一个他的设计，最简单那种桥梁，我大概看了一下有20多个自由度吧，就理解成解一个20乘20的的线性方程组吧。大概就是4，50十页的笔记，大概就算了十几天。而且是三个工程师同时算，把结果对到一起，全都一致了才算过关。想来解一个20乘20的方程也用不了那么久，但是每一步都很小心，反复验算，差不多也需要那么多时间。我还听他说伪满洲国时期一个日本工程师设计一个桥还是楼啊，设计错误，发现之后直接自杀了。想来这压力也是巨大。

几十个自由度尚可一算，再多就真的很难了。所以过去大量采用现在所谓的子单元法，凝聚自由度法。就是把一块结构假设为一个荷载加到主梁或柱上。在高层建筑中有个形象的说法叫“糖葫芦”。这么做自然就是过于保守。往往很大一部分面积被梁和柱占了。另外建筑还有防震的要求，其实就是针对材料的塑性和破坏部分。如果有一个很大的外力，能不能做到不垮塌，不死人（当然不能做到毫无影响，照常使用，那成碉堡了）。过去这种计算是不可能的，就直接加一个系数，一个系数都不大，比如1.2， 1.5。有时候几个系数乘到一起就很可怕了。

计算力学的核心就是有了解大规模线性方程组的能力，几百万个自由度也就是标配，上亿个也不是什么大问题。框架结构就成为主流了。原有的“糖葫芦”的那些设计连教科书都不讲了。进一步的发展就是利用有限元去定量的解决这些塑性破坏问题，倒逼原有的过于保守的设计标准。另外发现合理的减轻自重更能事半功倍。现在开始流行的钢-木混合高层建筑便是一例。这里的木其实应该理解成木质复合材料了。效果非常好，自重很轻但是刚度强度都不逊色。经过处理防火效果也很好。在建筑行业也希望减少碳排放的前提下很有市场。

有时候看新闻说很多老的桥和楼炸起来很费劲，评论都是当年的人有良心如何如何。其实从设计的角度这不是什么好事情。应该100块钱做的事情，200块钱做好了没什么好骄傲的。我姥爷设计的桥梁也有这个情况。他当年设计的一座铁路桥，后来废弃了就留在那里做普通桥梁。一年发大水，怕它威胁下游新建的桥梁安全，就决定炸了。结果计划赶不上变化。上游水库提前放水，大水过后桥梁啥事没有。这事完了之后还是决定炸了，结果炸了两次才勉强坍塌。怕不是当年设计的时候有过坦克的要求把。