超高層建筑機電工程施工技術與管理

2015年，世界第二的超高層建筑——上海中心大廈正式對外營業(yè)，其總高度為632米。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至今年為止，我國仍是世界上擁有超高層建筑最多的國家。同時，作為地震多發(fā)國家，我國60%以上地區(qū)處于地震設防區(qū)域，超高層建筑的抗震性能受到極大關注。

在土木工程業(yè)內(nèi)人士看來，超高層建筑地震災變機理和控制技術成為超高層建筑結構設計與分析的關鍵。在國家自然科學基金委員會資助的重大研究計劃“重大工程的動力災變”（以下簡稱“重大計劃”）中，研究人員通過八年努力，在這一領域?qū)崿F(xiàn)了多項突破性進展。

該重大計劃集成項目“重大建筑與橋梁結構地震災變集成研究”負責人、大連理工大學和沈陽建筑大學土木工程學院教授李宏男向記者介紹，集成項目建構了超高層建筑結構材料與構件模型，對超高層建筑結構地震災變機理開展了試驗研究與數(shù)值模擬，同時對超高層建筑地震災變過程開展了控制研究，相關研究成果在工程實踐中得到了成功應用。

在超高層建筑結構材料與構件模型方面，研究人員圍繞鋼筋混凝土材料本構關系，針對混凝土材料構成性質(zhì)的隨機性和受力行為非線性開展了研究工作?！皩⒒炷岭S機損傷力學的新型理論應用于混凝土材料、構件和結構的非線性分析，可以更加準確地模擬混凝土的非線性行為?！毖芯咳藛T表示，鋼筋混凝土構件動力恢復力模型也是該項工作的重點。他們圍繞地震作用下材料的應變率效應對鋼筋混凝土構件和結構動力響應的影響，開展了一系列試驗研究，并基于國內(nèi)外133個構件的靜、動力加載試驗數(shù)據(jù)，建立了不同地震速率下鋼筋混凝土構件動力加載的開放性實驗數(shù)據(jù)庫。

在超高層建筑結構地震災變機理分析與數(shù)值模擬方面，研究人員開展了復雜混凝土空間結構動力災變機理分析，建立了重大建筑地震災變數(shù)值模擬方法。研究發(fā)現(xiàn)，地震作用的隨機性會導致超高層建筑結構發(fā)生不同倒塌破壞模式。李宏男指出：“這是由于在結構發(fā)生初始損傷后，后續(xù)損傷路徑隨地震動作用路徑的隨機性改變而改變。”此外，他們還在國際上首次實現(xiàn)了600米級超高層建筑地震倒塌全過程模擬，深入揭示了超高層建筑的地震災變機理；提出了建筑結構非線性分析新方法——擬力法，其計算效率較商業(yè)軟件有較大提升。

模擬機理取得進展后，研究人員圍繞超高層建筑地震災變過程控制開展了諸多研究。例如，基于最新功能材料研發(fā)了包括納米流體阻尼器、壓電自集能性磁流阻尼器、金屬橡膠緩沖阻尼器等新一代高性能阻尼器。同時，進行了電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器對高層結構的振動控制研究，為設計提供了依據(jù)，最終在上海中心超高層建筑中得到應用。

此外，研究團隊在此基礎上開發(fā)的新型高性能組合剪力墻和組合柱構件已在北京中國尊、天津117、大連國貿(mào)中心大廈等重大工程中得到了應用，開發(fā)的可更換連梁的剪力墻在天津117、北京三才堂大樓、西安市中大國際項目等高層住宅建筑得到應用。

在業(yè)內(nèi)人士看來，八年來，研究團隊走過了一條從理論到應用、從機理模擬到工程實踐的道路，為我國超高層建筑的抗震設計及相關規(guī)范編制提供了堅實的理論基礎。