建筑结构丨天大院安海玉：知常明道厚积薄发

Original 安海玉建筑结构

2024-09-08

知常明道厚积薄发

“夫物芸芸，各复归其根。归根曰静，是谓复命。复命曰常，知常曰明。设计是结构人终生的修行，需要理论结合实践，从实践中总结规律，透视本质，不断积累，提升认知，并用于指导进一步实践，周而复始，循环往复，以明其道。”

引言

”

本期受访嘉宾：

安海玉 天津大学建筑设计规划研究总院总工程师，研究员

No.1 求学经历

缘起

1987年的秋天，我在太原市北郊中学开启了高中生活，北郊中学是一所农村高中，实力不强，但同学们学习都非常刻苦，住校的同学为了延长自己的学习时间，甚至在熄灯后依然秉烛夜读。我属于走读的那一部分，比较自由，走的是“快乐学习”的路子，每天的必修课是在村口的棋摊杀上两盘，沉浸在“运筹帷幄，决胜千里”的感觉中，导致母亲对我的前途一度很担心。幸好运气更加眷顾快乐的人，我在三年的高中学习中成绩一路遥遥领先。

大学选择土木工程专业源于我的父亲——一位认真敬业的建筑工程施工技术人员，从小的耳濡目染，使土木工程不知不觉在我的心中生了根，在高考填报志愿时发芽了。填报志愿时，还发生了一段小插曲，我获得了省级三好学生、奥林匹克数学竞赛优胜者、省化学竞赛二等奖，由于这些在高考中是有加分的，老师们纷纷建议我冲击全中国学子心目中的圣殿——清华大学，为此专门约谈了我的父亲，最后还是父亲力排众议，填报了更加有把握的天津大学，专业自然是我们父子共同的心仪专业——土木工程。

当时山西省填报志愿是在高考之前，并且高校录取遵循的是顺序志愿，虽然高考成绩揭晓后我对自己充满信心，但等待还是伴随着一丝忐忑。直到手捧录取通知书的那一刻，高中生涯正式画上了一个完美的句号。

求索

1990年9月5日，我怀揣着无限憧憬踏入了天津大学的校门。系主任于庆荣教授热情洋溢的演讲，鼓舞了我们每一个人，当得知我们的专业名称是独特的“土建结构工程”而不是大多数院校的“工业与民用建筑”时，竟莫名有些激动，尤其是发放土木系独一无二的礼物——印有天津大学土木工程系标识的“系包”时，迎新会气氛达到了顶点，会场每一个角落都洋溢着油然而生的自豪感。

▲ 图1 天津大学

▲ 图2 土木工程系

大学最大的魅力在于无处不在的“蕴”，她总是在不经意间荡涤着我的心灵。同学们都很优秀，就在我潜心感受学校每一个角落韵味的时候，学习成绩却悄然下滑，第一学期的成绩居然仅仅排名中游。接下来的日子里，我不得不增加了自习时间。功夫不负有心人，成绩回到了应该的位置，我获得了校级三好学生、优异生等称号，尤其是“优异生”的权益太有用了，可以比其他同学享有更多地图书馆资源，这也让我更加感受到了图书馆的“博大精深”。

随着学习的深入，也更加喜欢自己的专业，并且清晰了专业知识和技能所能解决的问题，第一次意识到原来喜欢真的可以当饭吃。与土木工程的两情相悦，还给我带来了额外的礼物——保送硕士研究生，就这样，我在天津大学一呆就是七年。

▲ 图3 本科毕业

▲ 图4 研究生答辩

1994年毕业设计时，从指导教师张祖光教授（图2后排中间）那里第一次听说了消能减震的概念，而授课老师赵彤博士（图2后排左1）研究的课题恰恰是《高层框架-核心筒体减震结构模型试验研究》，通过与赵博士交流，我对结构减震技术有了一些模糊的认识，研究生期间从文献中进一步了解了减隔震领域的相关知识，但由于不是我的研究方向，学习并不深入。

No.2 职业生涯

1997年终于走上了工作岗位，入职了天津大学建筑设计研究院（现更名为天津大学建筑设计规划研究总院有限公司），真正开始靠专业吃饭。

“中日建筑结构技术交流会”日方专家的精彩报告如醍醐灌顶，我才真正从工程角度对减隔震技术有了较全面的了解。试图真枪实弹地做一个减隔震项目，可惜减隔震技术曲高和寡，始终得不到建设方的支持。

“汶川地震”震碎了坚冰，2009年迎来了我的第一个减隔震工程——卧龙一贯制学校和卧龙镇中心小学。此后，工程实践越来越多，对减震隔震技术也越来越熟悉，学术技术交流活动也日益频繁，尤其是李爱群教授、曾德民教授的讲座使我眼前豁然开朗，与冯德民博士的交流也令人受益匪浅。

▲ 图5 卧龙一贯制学校

▲ 图6 卧龙镇中心小学

No.3 项目与感悟

夫物芸芸，各复归其根。归根曰静，是谓复命。复命曰常，知常曰明。设计是结构人终生的修行，需要理论结合实践，从实践中总结规律，透视本质，不断积累，提升认知，并用于指导进一步实践，周而复始，循环往复，以明其道。每个新项目都是在原有认知指导下的又一场修炼，必然会产生新的感悟或提升原有认知，下面结合三个具体工程案例，感悟结构设计的繁简相倚、动静相待、正奇相生，体会设计之道的乐趣。

案例一

中新天津生态城1B地块高中位于天津市滨海新区生态城中部片区，总建筑面积35300平米，地下1层，地上5层，结构高度22.2m，采用钢筋混凝土框架结构，重点设防类，抗震设防烈度8度（0.20g），设计地震分组第二组，IV类场地。

▲ 图7 生态城1B高中

该项目面临的难点是：

（1）使用功能和建筑形象不允许地上贴临的五个独立结构单元间设置较宽的隔震缝；

（2）IV类场地采用隔震方案工程经验较少；

（3）设防标准高，地震作用按8度（0.30g）取值。

为了满足使用功能，做到隔震方案合理、有效，采用了如下几方面的措施：

（1）“被迫”采用整体隔震层，形成大底盘多塔楼隔震结构，这样一来，地上各结构单元间缝宽仅满足普通防震缝宽度即可；

（2）参考天津地区实际地震记录的频谱特性确定场地特征周期并选用地震波，准确反映软弱场地特征，并充分估计隔震层位移；

（3）设计隔震结构周期远离场地特征周期，避免发生共振；

（4）选用大直径隔震支座以满足高烈度地震作用下隔震层较大的位移，并降低支座拉应力；

（5）作为预备措施，必要时在隔震层设置黏滞阻尼器，以减小隔震层位移（注：由于隔震支座满足隔震层位移的要求，最后设计中未设置黏滞阻尼器）。

最终，结构的抗震性能和经济性获得双丰收。“大底盘多塔楼隔震”这个看似不得已而化简为繁的“昏招”却成为画龙点睛的“妙笔”，不但轻描淡写地化解了缝宽问题，简化了上部结构设计，同时增大了隔震层整体抵抗矩，从而有效减小了支座拉应力，也大大简化了隔震层设计，因而使整个结构设计得以简化，表面的繁蕴含本质的简。

当然决定采用这样的方案也不是心血来潮，而是有意为之，是对之前工程实践的借鉴和发扬。而采用大直径隔震支座，耐受较大的隔震层位移，不再设置黏滞阻尼器则是直接“去繁就简”。这个项目的设计过程诠释了结构设计中“繁”与“简”的辩证统一。结构设计需要“归根以知常，观往以知来”。

▲ 图8 1B高中分区图

案例二

天津市第三中心医院（东丽院区）门急诊住院综合楼位于天津市东丽区程林地区，总建筑面积26万平米，地下两层，地上9层，结构高度41.2m，采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构和钢筋混凝土框架结构，重点设防类，抗震设防烈度8度（0.20g），设计地震分组为第二组，Ⅲ类场地。

▲ 图9 天津市第三中心医院（东丽院区）

该项目面临的难点是：

（1）需要满足设防地震作用下正常使用的要求，性能目标要求较高，同时业界对设防地震作用下正常使用的结构设计缺乏经验和统一认识；

（2）由于转换桁架的存在，结构侧向变形形态不佳，有变形集中的倾向；

（3）被《建设工程抗震管理条例》半渡而击，结构构件调整受到功能需求和机电设备布置的制约；

（4）由于建设计划和审批的要求，时间紧迫，没有反复调整的机会。

针对以上不利条件，采用了如下技术措施：

（1）合理确定结构抗震性能目标，采用《抗规》“性能2”；

（2）参考国际、国内相关标准，确定非结构构件的性能要求（位移和加速度要求）；

（3）采用多种类型消能器（屈曲约束支撑、黏滞流体消能器、粘弹性消能器）混合减震方案，同时降低位移和加速度响应，改善结构受力、变形形态；

（4）主体结构和消能部件一体化设计，高效发挥消能部件作用；

（5）采用“三水准、三阶段”设计。

三军用命，一击中的，两周内该项目的消能减震设计顺利完成，混合减震的方案不但解决了中震正常使用的问题，同时还改善了原结构自身存在的一些缺陷，取得了良好的效果。

这个项目设计演绎的是“动”与“静”，多种类型消能器混合减震，快速完成，展示的是“动”——快速、灵活；避免反复，最终确定的消能器布置、数量、参数与最初的预估几乎完全一样，体现的是“静”——准确、沉稳；动静之间，相得益彰。静为动君，支撑台前行动“疾如风”的是幕后 “徐如林” 的长期总结和积累，从结构抗震性能设计到非结构构件性能要求，从国际、国内技术标准到各类消能器的性能特点，从结构分析到一体化设计，如此等等，概莫能外。结构设计更加需要博观而约取，厚积而薄发。

▲ 图10第三中心医院分区图

案例三

仁和天成医院改造项目位于天津市滨海新区，建筑面积4.2万平米，地下1层，地上8层，结构高度34.8米，采用框架-剪力墙结构。该项目原设计为酒店，抗震设防烈度为8度（0.2g），第一组，Ⅳ类场地，主体建成后，需要改造为医疗建筑。

▲ 图11 仁和天成医院

结构改造面临三个较大的困难：

（1）建筑抗震设防类别由标准设防类提高至重点设防类，即框架抗震等级由二级提高至一级，所有抗侧力构件的构造措施均不能满足要求；

（2）《天津市防震减灾条例》规定医院建筑需要提高一档进行抗震设防，即地震作用取值由8度（0.20g）提高至8度（0.30g），令本就捉襟见肘的改造工作雪上加霜；

（3）建设方的信任，他们坚信这个山芋不烫手，我们一定有办法不大动干戈，既省钱，又省时间的完成任务。

如果采用传统的方法，必然需要全楼加固，有负建设方的信任，因此纯加固方案还没萌芽就被我们自己扼杀了。首先想到的是隔震方案，但旋即建设方对托换、增加隔震层、构造复杂表现的忧心忡忡，机电专业也一副“心有戚戚焉”的样子，其实结构团队也被相邻建筑困扰，于是顺势从百宝囊中祭出另一个法宝——消能减震，具体采取了如下对策：

（1）采用消能减震方案，消能器选用黏滞流体消能器，从多遇地震就开始发挥作用；

（2）减震与非减震结构剪力比控制在50%以下，以降低一度采取抗震构造措施；

（3）采用肘节式放大装置，以减少阻尼器数量，降低对使用功能的影响。

通过以上措施，完美地解决了问题，除了安装阻尼器的部位，其他构件几乎不需要加固，于是各方表现出了空前的满意。能够干净利落的解决问题，原建设单位和设计单位也功不可没，结构具有该有的安全裕度，为良心企业点赞！兵无常势，水无常形，结构设计不应该是程式化的流水线作业，而是应该展现特有的灵动，为满足结构性能要求这一目的，不拘一格地采用层出不穷的技术手段，以最优方法解决问题，所谓“以奇胜，以正合”。

No.4 减隔震领域的研究聚焦

减隔震结构领域的研究应立足于把设计还给结构工程师，把技术还给工程需要。

首先，应与工程应用紧密结合，实际工程应用场景下的减隔震装置性能应是研究重点，必须彻底摆脱“理论上性能优良，实际震害中表现差强人意”的现象。

其次，减隔震产品的研发应与材料的开发应用紧密结合，开发更多的性能优良、工作稳定的产品。

第三，应重视减隔震装置与主体结构共同工作、相互影响的研究，提高效率，同时更加合理地确定产品应用场景，不必“一刀切”地对产品提出很严苛的要求。

第四，结构设计分析和软件开发应以准确、定量模拟减隔震装置和结构力学状态为目的，急功近利、限制思考、一键完成之类的行为对行业发展是有害的。

第五，技术规范的编制应回归技术本身，应真正成为大量的技术研究成果和工程实践经验的总结，成为技术人员的指路明灯，避免层层加码，避免成为变相的行政法规。

No.5 期待及寄语

万法归一，抗震、隔震、减震最终应该走向一体化，各种技术均是用于提升结构性能的手段，是一个有机的整体。减隔震装置可以单独用来消能减震，也可以组合应用，作为增加结构变形能力、改善受力状态、缓解应力集中等的手段，灵活应用，道法自然。只有减隔震装置像钢筋、型钢一样，根据结构需要作为零件自由选用，减隔震技术才能真正的发扬光大。

希望结构工程师都能够在设计中归根知常，笃静明道，涓滴成河，乐在其中！

作者简介：

安海玉

天津大学建筑设计规划研究总院总工程师，研究员，国家震后应急评估专家、国家科技专家库专家、全国隔震减震专家工作部委员、全国性能化抗震设计专家工作组委员、天津市超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会副主任委员、天津市建设领域（资深）科技专家、天津市施工图审查技术委员会委员、天津市危大工程论证专家。

长期致力于复杂结构、结构效率、隔减震、工程抗震、性能化设计等方面的设计研究。主持各类大型项目70余项，获得各类优秀设计奖60余项，其中国家银奖1项，行业奖12项。参与编制国家及地方标准10余部，取得国家专利20项，发表多篇科技论文，编著专著3部，获省部级科学技术奖2项。积累了大量设计经验并研发了相关的技术成果。获中国建筑学会“当代中国杰出工程师”称号。

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