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變“站立廢墟”為“安心家園”——赌博平台“高性能隔震建筑系列關鍵技術與工程應用 ”項目榮獲北京市科技進步一等獎

部門:黨委宣傳部 供稿:高蕾 解琳琳 審核:高蕾 發布時間:2020-09-10 閱讀次數:

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9月10日,北京市召開科學技術獎勵大會,赌博平台副校長李愛群教授帶領團隊申報的“ 高性能隔震建筑系列關鍵技術與工程應用 ”項目獲得2019年度北京市科技進步一等獎,這是土木建筑領域唯一獲得一等獎的項目。

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圖1:李愛群教授在北京市科學技術獎勵大會現場

李愛群教授,國家級教學名師、國家杰出青年基金獲得者、北京學者。主要從事土木工程結構抗震隔震減振、結構健康監測與安全評估和既有建筑性能提升改造等方向的研究。

“我從1987年開始從事土木工程結構抗震科研工作,深知這項工作意義重大,關乎人民生命財產安全和社會可持續發展,因為責任重大所以我們時刻不敢松懈。”回憶起30余年的工作經歷,李愛群感觸頗深。


“以柔克剛”有效抵御地震災害

1998年12月,李愛群應邀來到臺灣參加學術會議,同時考察和領略了寶島臺灣的美麗風光。

時間在繼續,臺灣的迷人風光和文化傳承,在他的心中還未散去。

1999年9月21日,臺灣南投發生20世紀末最大的地震,地震震級為里氏7.6級,震源深度8公里,全過程持續102秒,此次因車籠埔斷層錯動而造成的地震,在地表造成長達105公里的斷裂帶。

在新聞報道里看到阿里山被摧毀、日月潭被掏空、大量的房屋倒塌和人員傷亡……即便是沒有倒塌的建筑也發生了結構開裂、變形和損壞,成了名副其實的“站立的廢墟”。這些都對矢志從事抗震研究的李愛群教授的內心產生了強烈的沖擊。

“地震是自然現象,對于地震的預測是一個國際性難題。”李愛群說,“面對不可預知的自然災害,我們只有讓建筑具有抵御地震災害的能力,才能避免類似的悲劇再次發生。”

于是,李愛群就帶領團隊開始更加堅定、更加系統地研究土木工程結構抗震隔震減振技術。團隊先從關鍵隔減震裝置研發和產業化入手,研發出具備國際領先水準的隔震支座系列產品和功能可調控的系列黏滯阻尼器。

 

圖2:隔震建筑

“隔震建筑的主要原理是在基礎和上部結構之間設置隔震支座和耗能裝置,形成隔震層,將建筑物與地面隔離。”團隊年輕成員解琳琳副教授介紹說,“由于隔震層相比于其它樓層更“柔”,因此隔震技術被譽為“以柔克剛”抵御地震災害的有效手段。”

時間來到了2011年,上海綠地集團在成都建設10棟高層住宅樓群項目,考慮到2008年5月汶川大地震對成都造成的巨大恐慌影響,集團在全國尋找建筑結構隔減震設計團隊,李愛群教授團隊脫穎而出,受邀主持該建筑群的設計,并提供關鍵性減震裝置產品。這個使用了高性能減震技術的樓盤內部裝修完工的時間是2013年4月。

北京時間2013年4月20日,雅安市蘆山縣發生7.0級地震。震源深度13千米。四川省成都市、雅安市、樂山市,陜西省寶雞市、漢中市、安康市等地均有較強震感。這個樓盤的周圍的許多建筑都出現了不同程度的結構開裂、變形、損壞,而這個樓盤從建筑到結構到內部裝修均毫發無損。這一實際工程案例,讓李愛群深感欣慰,也讓團隊更加堅信隔減震技術對于提升建筑物抗震能力的功效。

經實際地震檢驗,采用隔震技術的建筑物在地震發生時,建筑物主要發生水平方向的平動,結構受到的地震作用僅相當于未采用隔震技術時的1/5~1/6,建筑物及其附屬人員和設施的安全可以得到有效保障。地震時和地震后,隔震建筑可做到完好無損,從而保全人民群眾生命財產,保障社會的平穩安全運行。


“突破局限”隔震技術升級迭代

高性能隔減震技術經歷了實際地震的檢驗,這也更加堅定了團隊持續深化相關研究,并應用于實際工程的信心。

在接下來的科學研究和工程實踐中,他們發現目前的隔震技術應用范圍局限于多層常規建筑,難以滿足現代城市發展所催生的超高、超限、超大規模的大型復雜建筑的建設需求。

現有的隔震建筑設計理論是否還適用于大型復雜建筑?如何可靠和高效地對大型復雜隔震建筑進行設計?目前常用的隔震支座和阻尼器等隔震層關鍵裝置是否能滿足大型復雜隔震建筑對這些裝置的高性能要求?如何保證隔震建筑中關鍵裝置和整體結構的施工質量?

面對這些城鎮化水平的不斷提升和城市群建設的快速發展提出的一系列實際難題,團隊在李愛群的帶領下,在大型復雜隔震建筑的設計理論、設計方法、裝置研發和技術標準等方面進行持續科研攻關,構建了高性能隔震建筑系列關鍵技術體系,實現了隔震技術的全方位升級迭代。

 

圖3:系列高性能隔震裝置

項目組首次研制了處于國際領先水平的高性能橡膠支座;研發了性能參數可調控的黏滯阻尼器,可有效控制建筑物在地震中的變形;首次提出了隔震層柔性管道參數設計方法,并編制了國家行業標準,填補了該領域的空白;實現了上述技術裝置的產業化,支撐相關企業獲得“國家火炬計劃重點高新技術企業”。同時,項目組還主編了《建筑隔震橡膠支座》、《建筑隔震柔性管道》和《建筑隔震工程施工及驗收規范》3部國家行業標準,相關成果被7部國家級和省部級標準采納,解決了行業缺乏隔震建筑施工驗收技術標準的瓶頸問題,促進了高性能隔震建筑的高質量建設。

除此之外,項目組還在國際上首次提出了高層隔震建筑的高精度、少迭代、整體設計方法,解決了復雜高層隔震結構設計中面臨的隔震層高效設計的難題。這些設計方法是結構設計師的有力法寶,設計師采用這些方法可以可靠、精確、高效地完成各類大型復雜隔震建筑的設計工作。


“大顯身手”服務國家和首都建設

隨著國家城鎮化步伐的不斷邁進、京津冀地區的快速發展,超限超高、超大規模的地鐵上蓋建筑應運而生。因此對超高、超限、超大規模建筑的減震隔震技術需求也愈加迫切,項目組完成的高性能隔震建筑系列關鍵技術在服務國家和首都城市建設、為維護人民群眾生命財產安全大顯身手,發揮了不可替代的作用。

“地鐵上蓋”是以公共交通為導向開發、實現城市集約用地的有效手段,可高效提高土地使用效率、緩解日趨緊張的城市土地資源,又能夠密切聯系軌道交通與上蓋物業,不僅能緩解城市交通,還能夠拉動城市經濟的快速發展,提升城市整體競爭力,是未來城市集約發展的必然趨勢。

目前,我國城市軌道交通飛速發展。數據顯示,我國目前有26個城市開通城市軌道交通,共計116條線路,運營線路總長度達3618公里,在建城市軌道交通線路長度達4448公里。

車輛段是指每條地鐵線路中專門修建用于車輛停放、維護的地方,一個地鐵車輛段占地面積約為20~30公頃。以北京市為例,目前大部分地鐵車輛段都在地面,土地無法利用,用地總量預計為750公頃。

 

圖4:地鐵上蓋隔震建筑多目標一體化設計

“地鐵上蓋”建筑的特征是在大規模的單體地鐵車庫建筑上修建若干高層建筑,由于其功能的特殊性,需要實現“上部建筑無損傷、下部車庫建筑損傷可控、多座上部建筑免碰撞和震后變形可復位”的四大抗震性能目標,設計難度很高。為此,項目組在國際上首次建立了“地鐵上蓋”層間隔震建筑的多目標一體化設計方法和精細化設計控制體系,實現了這類復雜隔震建筑的多目標一體化設計。

 

圖5:代表性應用——北京地鐵上蓋層間隔震建筑群

北京地鐵6號線琨御府(五路居車輛段)、8號線公園悅府(平西府車輛段)和16號線北安河上蓋等地鐵上蓋隔震建筑項目都應用了本項目的系列技術,是國際上總面積最大的地鐵上蓋層間建筑群,有效提升了“地鐵上蓋”建筑的日常使用性能和抗震能力,實現了宜居和防災的高效結合。

據悉,三個新建地鐵車輛段上蓋項目總開發規模達148萬平方米,增加政府土地收益39.5億元,同時額外獲得34萬平方米保障房,分攤了33億元地鐵成本,還可解決地鐵站點及周邊土地開發利用問題,社會經濟效益巨大。

圖6:代表性應用——國際上最高抗震設防要求的高層隔震住宅群

赌博平台“高性能隔震建筑系列關鍵技術與工程應用 ”項目組發揮學科專業優勢,適應國家和首都城鄉建設的需求,因勢而動、順勢而為、乘勢而上,研發的隔震建筑設計方法和隔震裝置達到國際領先水平。項目組共發表論文 126 篇(SCI 論文 40 篇,EI 論文 36 篇),獲發明專利 22 項,出版著作 4 部。成果應用于國際上總面積最大的地鐵上蓋層間隔震建筑群(北京市 6、8 和16 號線,約 89 萬平米)、國際上最大面積的高層隔震住宅群(河北燕郊天洋創新城, 約 114 萬平米)和國際上最高抗震設防要求的高層隔震住宅群(四川西昌領地項目,9 度區近斷層地震放大系數 1.5)等 50 余項重要工程,總建筑面積約 311 萬平米,直接經濟效益約 16.8 億元,為北京建設國際一流和諧宜居之都、實施京津冀協同發展重大國家戰略提供了地震安全保障,讓人民真正住上了“安心的家園”。





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