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【人民网】院士周绪红 助力万丈高楼平地起

人民网作者 : 陈琦、黄军

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摘要
钢筋、混凝土是我们盖房建楼所必须的材料。从前,修100米的高楼都要用国外技术;如今,纽约世贸大厦的重建都要借鉴我们的技术经验。从前,高楼的传统钢结构用钢量大,成本高昂;如今,高层钢-混凝土混合结构可节省约30%-40%的用钢量。是他,用20年潜心研究,带领团队研发系列新型高层混合结构体系并创建高层混合结构的分析理论。

钢筋、混凝土是我们盖房建楼所必须的材料。从前,修100米的高楼都要用国外技术;如今,纽约世贸大厦的重建都要借鉴我们的技术经验。从前,高楼的传统钢结构用钢量大,成本高昂;如今,高层钢-混凝土混合结构可节省约30%-40%的用钢量。

是他,用20年潜心研究,带领团队研发系列新型高层混合结构体系并创建高层混合结构的分析理论;也是他,开发出高效装配化施工技术,引领我国高层混合结构建造技术的发展,在钢结构和钢-混凝土混合结构等新型结构的体系研发、理论研究和工程应用方面做出了突出贡献他,就是中国工程院院士、日本工程院外籍院士、英国皇家结构工程师学会会士、重庆大学教授周绪红。

今日,2019年度国家科学技术进步奖揭晓,周绪红率领团队研究的“高层钢-混凝土混合结构的理论、技术与工程应用”项目获得一等奖。

钢结构快速施工 绿色环保

这项研发成果为高层建筑带来革新发展

1999年,“高层钢-混凝土混合结构的理论、技术与工程应用”项目首次申报国家科研项目资助,在国家科技支撑计划、国家自然科学基金等30余个项目资助下,周绪红团队历时20年,通过大量模型试验、数值模拟、设计理论以及工程实践等,建立了相应的结构体系、设计计算理论与技术方法。

 据周绪红介绍,该项目主要有三大创新,分别是体系、理论以及技术。项目研发了系列新型高层混合结构体系,引领我国高层混合结构的发展;创建高层混合结构的分析理论,形成高层混合结构的设计技术;并开发出高效装配化施工技术,引领我国高层混合结构建造技术的发展。

项目成果包括四种结构体系,即支撑巨型框架-核心筒体系、钢管约束混凝土结构体系、交错桁架结构体系、钢管混凝土异形柱框架体系,分别适用于300-800m地标性建筑、100m以下公共建筑、100m以下住宅。

 四种结构体系基本涵盖了高层建筑的高度和使用功能,有良好的应用前景,可用于地标性建筑、住宅、医院、学校、办公和商业等高层建筑。高层建筑中采用这项技术,既能实现钢结构的快速施工和绿色环保的发展目标,又能有效控制成本,将高层建筑的成本控制在与传统钢筋混凝土建筑成本相当的水平。

筹5万元做世界上第一个相关实验

发表“交错桁架”研究的第一篇文章

项目的研究耗时20年,一开始想要做好,并不容易。

“2002年,我刚调到长安大学时想做个实验,是项目中关于‘交错桁架’方面的,也是需要推、压房屋的破坏性实验。当时世界上没有一个人做过这个实验,所以设计是否合理、结果会怎么样都不晓得,而且做这个实验需要5万元。”周绪红说,当年在这个领域筹到5万元做实验非常难,没人理解也没人支持。但经过努力,多方筹措,筹到了5万元。

功夫不负有心人。成功进行实验后,他得到了一系列数据,并发表了关于“交错桁架”的第一篇文章。

随后2010年,有一家企业看中了周绪红关于“交错桁架”的研究成果,准备用这种方法在宁波盖公司员工的宿舍大楼。结构设计好了、投资也有了,但在最后讨论时被否定了,因为当时还没有形成技术标准就不敢用……一次,一次……像这样的经历还有很多,但却并没有让他灰心,反而激励着周绪红继续完善相关研究。直到2012年,有关“交错桁架”的研究成果正式被编制成了全国通用的技术标准。

 如今,更加完善的新型交错桁架-框架体系也已形成,在基本不增加成本的条件下,就可以将跨度增加到传统建筑的2倍左右,并且室内的使用净高也显著提高。这意味着可以采用这项技术建造出更巨型、更有视觉冲击的城市建筑,既不会大幅度的增加投资,建筑的安全性也能够得到充分保障,同时又丰富了城市的建筑景观。

“尽管在这个过程中做了些无用功,但所有路都不是白走的,一项新的研究成果能被大家认可和采纳,都要有一个这样的过程。”周绪红说。

从前修100米高楼是学国外技术

如今建纽约新世贸大厦借鉴我们

据悉,目前国内的高层建筑中,都主要采用钢筋混凝土结构和钢结构。但如果用传统的钢筋混凝土结构,资源和能源消耗大,施工过程中环境污染较为严重,人工投入大却施工效率低,用于100m以上高度的建筑中,抗震安全性也不够。

“所以在以前还没有研发出‘高层钢-混凝土混合结构’时,我国修建100米以上的高楼全部是用的国外技术。但现在建的纽约新世贸大厦,却都要借鉴我们中国在高层钢-混凝土混合结构方面的设计理论与经验。”项目组成员刘界鹏说。

 对比国外在该领域的技术情况,此项成果与之相比水平和优势在于:一般钢结构能解决钢筋混凝土结构的问题,但成本过高难以大规模采用;而与传统钢筋混凝土结构相比,这项技术可节省约40%-50%的混凝土;与传统的钢结构相比,又可节省约30%-40%的用钢量,综合成本也降低约30%。

“高层钢-混凝土混合结构是充分利用混凝土和钢材两种材料各自的优势,又同时兼具传统的钢筋混凝土结构和钢结构各自的优势,有良好的经济效益和社会效益。”周绪红说。

抗震性提高 安全有保障

未来建筑向绿色化方向发展

 高层建筑的抗震性也是很多人关注的焦点,“高层钢-混凝土混合结构”在这方面也具有优势。

 针对高层混合结构体系的特点,项目组提出了“基于一致倒塌风险的抗震设计理论”,保证高层混合结构在罕遇地震作用下也不发生倒塌,保障人民的生命安全。同时通过精细化的抗震计算和先进的抗震设计技术,保证高层混合结构的成本与传统的现浇钢筋混凝土结构相当,实现很好的经济性。

 在保证安全性与经济性后,地标性建筑将向更高和更大跨度的方向发展。并且在未来的城市中,大部分建筑还要向绿色化方向发展,包括生产和施工过程中的绿色化以及房屋使用过程中的绿色化。

“要实现绿色化的目标,首先就要将建筑工业化作为主要的建造手段,并在工业化的基础上,实现信息化甚至智能化。工业化是信息化的基础,而信息化又是智能化的基础。未来的建筑,就是以工业化、信息化、智能化为基础的绿色建筑。”周绪红说。

来源:人民网

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