■本報記者 甘曉
2015年，總高度為632米的上海中心大廈正式對外營業，這是世界第二的超高層建築。截至目前，我國是世界上擁有超高層建築最多的國家。
同時，作為地震多發國家，我國60%以上地區處於地震設防區域，超高層建築的抗震性能受到極大關注。在土木工程業內人士看來，超高層建築地震災變機理和控制技術成為超高層建築結構設計與分析的關鍵。
在國家自然科學基金委員會資助的重大研究計劃「重大工程的動力災變」（以下簡稱「重大計劃」）中，研究人員通過八年努力，在這一領域實現了多項突破性進展。
該重大計劃集成項目「重大建築與橋梁結構地震災變集成研究」負責人、大連理工大學和瀋陽建築大學土木工程學院教授李宏男向《中國科學報》記者介紹，集成項目建構了超高層建築結構材料與構件模型，對超高層建築結構地震災變機理開展了試驗研究與數值模擬，同時對超高層建築地震災變過程開展了控制研究，相關研究成果在工程實踐中得到了成功應用。
在超高層建築結構材料與構件模型方面，研究人員圍繞鋼筋混凝土材料本構關係，針對混凝土材料構成性質的隨機性和受力行為非線性開展了研究工作。「將混凝土隨機損傷力學的新型理論應用於混凝土材料、構件和結構的非線性分析，可以更加準確地模擬混凝土的非線性行為。」研究人員表示，鋼筋混凝土構件動力恢復力模型也是該項工作的重點。他們圍繞地震作用下材料的應變率效應對鋼筋混凝土構件和結構動力響應的影響，開展了一系列試驗研究，並基於國內外133個構件的靜、動力加載試驗數據，建立了不同地震速率下鋼筋混凝土構件動力加載的開放性實驗資料庫。
在超高層建築結構地震災變機理分析與數值模擬方面，研究人員開展了複雜混凝土空間結構動力災變機理分析，建立了重大建築地震災變數值模擬方法。研究發現，地震作用的隨機性會導致超高層建築結構發生不同倒塌破壞模式。李宏男指出：「這是由於在結構發生初始損傷後，後續損傷路徑隨地震動作用路徑的隨機性改變而改變。」此外，他們還在國際上首次實現了600米級超高層建築地震倒塌全過程模擬，深入揭示了超高層建築的地震災變機理；提出了建築結構非線性分析新方法——擬力法，其計算效率較商業軟體有較大提升。
模擬機理取得進展後，研究人員圍繞超高層建築地震災變過程控制開展了諸多研究。例如，基於最新功能材料研發了包括納米流體阻尼器、壓電自集能性磁流阻尼器、金屬橡膠緩衝阻尼器等新一代高性能阻尼器。同時，進行了電渦流調諧質量阻尼器對高層結構的振動控制研究，為設計提供了依據，最終在上海中心超高層建築中得到應用。
此外，研究團隊在此基礎上開發的新型高性能組合剪力牆和組合柱構件已在北京中國尊、天津117、大連國貿中心大廈等重大工程中得到了應用，開發的可更換連梁的剪力牆在天津117、北京三才堂大樓、西安市中大國際項目等高層住宅建築得到應用。
在業內人士看來，八年來，研究團隊走過了一條從理論到應用、從機理模擬到工程實踐的道路，為我國超高層建築的抗震設計及相關規範編制提供了堅實的理論基礎。
《中國科學報》 (2017-03-27 第6版 基金)