中国尊是怎样过关的

中国尊过关小记

 

前言:中国尊是世界上8度设防区第一个超过500m的建筑物,地震力是上海中心的1.7倍,难度甚至超过了哈里发塔,其设计过程也是充满了挑战、挫折、争执、妥协、喜悦,最终取得了辉煌的业绩,在结构上获得多项世界第一和国内第一,是技术、科研、工程的集成创新成果,特写此文向团队成员至以敬意。

 

2013 12 5 日,在中国建筑科学研究院的建筑安全与环境国家重点实验室,中国尊的缩尺模型经受了一场大考,国内最大的三维地震振动台在下午输入了 3 8 度大震时程波,模拟了地震加速度400gal的振动台实验(126日模拟了地震加速度510gal的实验),中国尊主体结构模型在大幅摆动之后,巍然耸立在基础之上,实现了“8 度大震不倒”的预定性能目标。这是世界第一个 8 度设防区超过 500m的建筑物振动台试验,也是中国尊主体结构的一次里程碑事件,标识着中国尊主体结构顺利通过了振动台的大考。中信、奥雅纳、北京院、建研院等单位的相关人员来到了试验现场,并为试验结果的成功而庆祝。

 

这个成功是非常不易的,是中国尊整个结构团队经过将近 3 年 的讨论、计算、绘图、论证、修改实现的。作为中国尊的结构设计总监,我既是中信的一员,也是中国尊结构设计团队的一员,由于位置比较特殊,对结构设计的情 况了解较其他同志可能多些,一些朋友再三建议写些东西,与大家分享经验。回想往事感慨万千,特写本文与大家分享中国尊结构设计的过程与成果。

一、棒喝

其实中国尊的结构设计是相当不顺利的,第一次超限审查预审会就迎来了专家组的当头棒喝。至今我还记得 2011 8 18 日在中信京城大厦的超限审查会议的情景,当时在合作单位的主导之下,中国尊的结构体系为下部交叉支撑上部密柱框架的巨型组合结构,结构地震总重量接近80万吨,但是位移角不足1/500,剪重比约 1.7%, 上述重要指标均不能满足国家标准。该设计受到了专家的严厉质疑,徐培福主任(超限委主任,专家组组长)、容柏生院士等先后提出了质疑和反对意见,尤其是结 构体系遭到了质疑,大多数专家持否定态度,部分专家明确指出:“体系太乱了”,“这个体系我觉得明显的反应出刚度突变。……(刚度)突变,特别是高烈度 区,是危害性很大的。”

中国尊结构设计遇到了严重的危机,而且是最根本的结构体系遭到质疑。

 

二、逆转

2011 10 月份,中信与合作方进行工作交接,我作为结构设计总监(前期为结构副总工)开始正式全面管控本项目的结构设计工作。当时情况极其严峻:

1. 难度大

中国尊是世界上 8 度抗震设防区第一个超过 500m 的建筑物,且从下至上是一个大--大的亚腰形超高层建筑物,更加加剧了抗震和抗风的技术难度,结构难度空前。同时本大楼要严格控制成本和进度,如何即实现结构安全又要经济合理是一个极大的挑战。今年(2014)我在广州与容柏生院士聊到这个项目,容总认为这个项目难度超过哈里发塔。

2. 时间短

结构设计是施工、报规等的前提条件,处于关键路径上,直接制约工程进度。经过调研,国内 500m 以上的超高层超限审查时间在方案确定之后约需要 18 个月,中国尊在 2012 2月份才确定了建筑初步方案(方尊、圆尊),期间方案不断调整,最终在 2013-2-7 日完成所有审批工作,远少于其他项目的时间。

3. 经验少

中国在2011年之前只有天津117、上海中心、深圳平安三栋建筑物超过500m。中国尊是世界上8度区第一个超过500m的建筑物,地震基底剪力约是上海中心的1.7倍,难度空前。

尽管中国尊结构设计团队有着arup、北京院、武汉院、华东院等国际、国内一流的队伍,然而做过500m以上结构实际设计的人员却只有刘鹏、姚攀峰等少数几人。相对住宅等普通项目而言,具备相关经验的专业人员很少。

有将近百年开发经验的合作方已经在第一次超限预审会中铩羽而归,同样由国际一流团队设计的平安中心被迫在过程中修改了结构体系。中国尊能行吗?当时我的压力很大。

作为中国尊结构设计团队,有条件要上;没有条件,创造条件也要上。2011-10月,建筑方案是方尊还是圆尊的大方向还没有确定,结构团队已经开始了工作,对剪重比、剪力分配比、刚度、时程波、风洞试验参数等进行了一系列的研究和讨论,并同时开展了多方案的探索和桩基设计的相关工作,采取了一系列的措施,例如:降低核心筒的自重;增加斜撑从4 区到细腰处 5 区,减少刚度突变;不同结构耗能机制的分析等。

丘 吉尔首相在二战期间有一段名言:“若问我们的政策是什么?我的回答是:在陆上作战,在海上作战,在空中作战……”这一段话非常合适用于中国尊结构团队。当 时我们在北京作战、在上海作战、在武汉作战、在纽约作战;我们在白天作战,在晚上作战,在工作日作战、在周六周日作战。正式和非正式的研讨会举行了几十 场,邮件和电话交流更是难以准确计量。

2012-4-17 日,召开了第二次超限预审会,这是一个令我印象极其深刻的日子,同一个结构体系,中国尊的结构设计得到了超限委专家的认可,实现了大逆转。

三、追击

第 二次超限审查得到了专家认可之后,结构团队没有松懈,继续努力,乘胜追击。第三次超限审查期间,中信经过多方面权衡,取消了中国尊顶部的公寓和酒店,作为 一个纯高端写字楼。这对结构而言是一个利好消息,结构团队当即决定,根据新的业态调整结构设计,交叉斜撑一直延伸到顶部第七区,并采用了多边多腔钢管钢筋 混凝土巨柱等新技术。在短短的一个多月,完成了修改后的结构设计。本次振动台试验表明,细腰处明显较柔,顶部的斜撑有效地提高了结构的安全性,倘若仍然按 照老设计,也可能存在难以预料的风险。

2012-8-18 日,举行了第三次超限审查预审会,多位专家非常认同修改后的结构设计,给予了高度评价,部分专家甚至认为可以直接举行正式审查。

四、三折

也许中国尊关注度太高、也许中国尊难度太大、也许前面的工作太顺利,中国尊注定要经受更加严格的考验。第四次超限审查原计划 11 月中举行,后来推迟到11 月底,再后来推迟到 12-19 日。

为了慎重起见,我们按照原定计划,把这次会议开成了预审会。预审会上一度比较紧张,部分计算数据、节点构造遭到了质疑。尽管专家认为修改补充后可举行正式超限审查会议,满足了预定目标,这次会议效果不好,也是我主管以来较为严重的一次挫折。

五、盒饭

痛定思痛,只有用更扎实的分析、设计、构造等才能真正获得专家的认可,才能真正提高大楼的安全性和经济性。结构团队在各方的支持下,我们加快了与专家和顾问单位的沟通。2013-2-5,不到 1.5 个月,中间还有元旦的法定节假日,我们又来了,充满信心的举行了正式超限审查会(第五次超限审查会),建委的领导、各顾问单位结构老总都到了现场,汇报顺利进行,答辩顺利进行。当本项目审查组组长徐培福主任宣布“通过”的时候,全场响起了热烈的掌声。

没有鲜花、没有美酒,结构团队按照国家的管理规定,以盒饭、茶水庆祝了正式超限审查的顺利通过。

2012-2-7 日,仅 2 天时间,建委正式审批通过了本工程超限审查,在第一时间,我把这个喜讯作为新春贺礼通告给了相关人员,大家过了一个愉快的春节。

六、成果

中国尊结构设计从 2012-2 月份建筑方案确定,到2013 2 月份结构超限审查正式通过,整个超限审查时间仅为一年,较同类项目减少了约 6 个月以上的时间。结构超限审查绝不仅仅是 2 15 日的一次专家审查会,更是中国尊结构设计从雏形到初步设计基本完成的复杂过程,较第一次结构预审会,最终的结构初步设计成果有了质的飞跃。1. 安全性有了质的提高,结构体系合理,位移角、剪重比等均可满足国家标准,不但能够抗大震,而且能够抗巨震(峰值加速度510gal);2. 成本大幅度下降,保守估计创造综合经济效益高达 10多亿元;3. 超限审查的周期创造了国内同类项目的记录。中国尊结构设计取得了辉煌的战果!

七、奉献

根据相关合约规定,中国尊结构设计的知识产权属于中信集团,但是我认为荣誉属于整个结构设计团队。在中国尊项目中,所有参与结构设计、咨询、审核的人员做了相关工作和努力,是他们的奉献造成了这座丰碑。他们是结构设计团队的一员,是中国尊的英雄,鲜花属于他们!

由 于种种原因,许多人想深入了解设计团队成员在本项目起到的具体作用和表现。由于中国尊项目的特殊性,与大家通常认识不太相同,为了减少误解,同时也表示我 对设计团队的尊重,我查询了之前的资料,简单谈一下自己的认识。该项目是由中信、奥雅纳、北京院、华东院、中信总院、森大厦等共同完成的结构设计,中信方 面主要是姚攀峰等人,奥雅纳方面主要是刘鹏、殷超等人,北京院主要是齐五辉等人,顾问单位主要有华东院姜文伟、森大厦郭献群(超限审查之后参与)等,超限 审查组主要有徐培福、容柏生等专家;中航堪、北堪、建研院和rwdi等 单位做了勘察、相关实验等工作。其中方案到扩初阶段在结构设计上起到关键作用的人员有刘鹏、殷超、姚攀峰等人,在施工图深化阶段在技术上起到关键作用的人 员有齐五辉、姚攀峰等人(由于篇幅有限,未全部列出参与人员名单,其他同志也可能起到重要作用)。刘鹏、殷超、齐五辉等人所作的具体事情可以直接向他们本 人咨询,奥雅纳和北京院内部人员具体起到的作用可咨询刘鹏和齐五辉先生,至于我本人做的具体事情,作为设计总监,除了结构设计管理和技术审核之外,可以简 述为“一体四块多风险”。

一体:我在天津117基础上提出了巨型支撑框架+高延性双连梁核心筒结构体系,并把整合式抗震全方位地贯彻到整个工程中去,得到了实施。

“四块”:1.桩筏,我提出桩承载力15000KN左右,并要求试桩达到40000KN2012),创造了北京单桩承载力的记录,得到了实施;2.巨柱,在第二轮中,巨柱为钢骨柱,我提出多边多腔钢管钢筋混凝土巨柱(姚攀峰,2009,又称姚氏巨柱)并得到了实施;3.核心筒:我提出了高延性双连梁核心筒方案(2011,北京),并和建研院薛彦涛等提出下连梁采用耗能梁方案(2012,厦门),得到了实施;4.梁板体系,2014年我对梁板体系进行了优化,得到了实施。

“多风险”:由于本工程的复杂性,在设计实施过程中我发现了多处风险并有效控制了相关风险。

 

 

看到振动台试验验证了当时设计的理念,想起了当年的汗水、委屈、争执、快乐,感慨万千,也为之自豪!在此再次感谢结构设计团队的无私奉献和努力。

 

中国尊简介:

 

是位于北京市朝阳区CBD核心区Z15地块的一幢超高层建筑。建成后将是北京市最高的地标建筑。该项目西侧与北京目前最高的建筑国贸三期对望,建筑总高528米,未来将被规划为中信集团总部大楼。

尊, 古之礼器。意为敬奉,起时双手捧至顶,行顶天立地之势。所以设计者以“中国尊”为北京第一高度建筑的寓意:建筑高耸直入云端,表现出顶天立地之势,与 “尊”的表现不谋而合。而且以尊为建筑形态,也有别于北京超高层建筑常见的直线形态,使这一建筑林立在CBD核心区的摩天楼群中也能明显体现出庄重的东方 神韵。

当然,“中国尊”的意味不仅体现在建筑的形态上,由于其位于特殊地理位置和身负北京第一高度的重任。因此其建筑本身也具有“尊”的内涵:在以世界级城市为发展目标的北京CBD 核心区内的城市最高地标性建筑取“尊”之意,寓意这座建筑是以“时代之尊”的显赫身份奉献“华夏之礼”。“中国尊”的建筑设计方案在竞标中是以专家评审总 分第一名的成绩脱颖而出。能够受到专家的如此青睐,不仅在于建筑形态的大气之美,符合中国人传统的审美观,同时又不失时尚之气,因此被很多专家高度评价为 是极具中国审美、又体现出世界潮流的当代建筑风格

 

由于时间仓促,可能存在遗漏或者错误,烦请指正,也欢迎结构设计团队成员补充更加精彩的故事。

应李治(中信总院)等人要求,未在文中列出其名字。

姚攀峰2014-10-21


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