近年来,西安一栋栋摩天大厦个性鲜明、形状迥异,不断刷新“西安高度”和“西安跨度”,也考验着建筑设计者尤其是结构设计师的功力和爆发力,如何保证这些建筑的适用、舒适、美观,尤其是地震下的安全,是每一位结构工程师的使命,中国建筑西北设计研究院有限公司的辛力便是其中一员。
突破,挑战传统,百米高度的空中走廊
中银(陕西)大厦坐落于西安西南二环交汇处,造型大气优美。该项目下部分一大一小两个主体,二者在结构顶部3层跨越40米相连,形成一个复杂双向高位连体结构,这对处于高烈度区的西安来说,抗震设计是大忌。
如何将两个刚度、质量、平面布置完全不同的分散主体在高位连接,形成一体,是摆在辛力面前的一道难题。经过认真权衡,辛力和他的团队决定采取连廊与两侧主体结构“刚接”的连接方案,通过两道钢“臂膀”,将主体合二为一,形成“大手拉小手、共担荷载”的受力体系。
连接是否可靠?变形能否协调?损伤是否可控?修复是否困难?种种问题又迎面而来。
为确保连廊的安全性,辛力和他的团队突破了传统“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防思路,对连廊部位的设计目标做了提高。同时通过理论推导,对当时规范刚引入的“性能化设计方法”做了简化处理,通过调整设计参数,快速实现了运用传统软件实现性能化抗震设计。
争先,敢于尝新,以柔克刚的太极之道
平凉博物馆主塔地上5层,层层向上收进,二层以上四角设四个副塔。该项目由西北设计研究院有限公司张锦秋院士设计,仿汉唐风格。
“大震时,馆内文物不能破坏”。这是业主交给辛力和他的团队的一项艰巨任务。面对难题,辛力决定将隔震技术引入该项目,通过在结构底部设置156个直径600-1000的橡胶隔震支座,给结构穿上滑板鞋,大幅降低地震加速度的上传效率。同时通过地震动仿真模拟分析,研究了博物馆不同楼层、不同位置、不同文物的加速度反应,对文物进行分类整理,并对其倒塌模型做了多项测试分析,对每项文物均提出了防护建议,保证其在大震时不受损伤。
创新,思维碰撞,源于实践的理论升华
辛力常常把科研和设计结合运用。结构安全取决于三个因素:刚度、强度、稳定性,出现一个短板就会功亏一篑,但这三个因素很难拉平。诸如延长石油科研中心外围框架结构的“H”形钢梁,若根据刚度需求全部采取3cm的厚翼缘,则存在严重强度浪费,通过思考,辛力设计出一种“新型钢与混凝土组合梁”专利,将钢与混凝土材料巧妙结合,形成高性能组合体系,让结构三要素协调统一。辛力还设计出一项“预制纤维增强混凝土耗能墙”专利,运用在外围框架结构,增强框架刚度且不额外占用空间,地震时能起到消耗地震能量、保护主体结构的作用。
辛力坚信,通过西北院提供的广阔平台,以及诸多前辈的悉心指导,加之自身努力,他和他的团队一定会利用后发优势实现弯道超车,在陕西省追赶超越的历史步伐中留下属于自己的印迹!
(本报记者 杨海琴)