致敬伟大新时代 唱响住建最强音>>改革人物

习朝位:创新结构设计 助力时代建筑

2018-12-17 18:09:50 来源:河北新闻网
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1979年,习朝位考入河北工学院(现河北工业大学)土木工程系工民建专业,自此便与建筑结构设计研究结下了近40年的不解之缘。

河北建筑设计研究院有限责任公司副总经理习朝位

五倍:办公楼扩建见证河北省建筑设计院发展

从1983年毕业分配到河北省建筑设计院(现河北建筑设计研究院有限责任公司,以下简称“省院”),习朝位一直从事建筑结构设计研究工作,至今35年。

河北省建筑设计院1974年砖混建筑办公楼

1983年的省院在一栋1974年建设的四层砌体结构(砖混结构)办公楼里,面积仅有3000多平方米,全院不足两百人。“当时正值改革开放不久,建筑业刚刚起步,建筑结构设计相对单一,设计工具主要依靠计算器和图板手工绘图来完成。”习朝位说。

现今的省院科研生产楼是1994年套建和2014年改建而成,习朝位作为主要负责人和指导人亲历了两个阶段的设计全过程。

1994年,随着改革开放步伐的不断加快,建筑业走上一条快速发展之路。伴随行业的发展,省院建筑设计工作飞速发展,人员不断增加,原有的四层办公楼已不能满足设计工作的需要,急需增加办公面积,改善工作环境。省院发挥设计技术优势,提出套建加层的建筑方案。此时经过十年工作磨炼,作为中坚力量的习朝位勇挑重任,担纲了在原有四层砖混结构办公楼之上套建6层(局部7层)高层建筑的结构设计工作。套建后建筑总高度为35.70m,局部为39.60m。层高为14.7m,套建建筑跨度为15.2m。

河北省建筑设计研究院科研生产作业楼套建1995

“在原有四层建筑的基础上套建6层(局部7层)高层建筑,这在当时的河北没有先例,其他地方即便有,也达不到这个高度。”回忆起当时的情况,习朝位说。因为是空白领域,所以他需要面对诸多的结构设计难题。

习朝位带领设计组经过多次研究讨论,反复比较各种设计方案,最终决定采用无粘结应力混凝土“桁架斜撑框架”这一方案,解决15.2m大跨套建部分的技术难点。同时,利用东西新建两部分增设的剪力墙,与套建“桁架斜撑框架”形成“桁架斜撑框架”—剪力墙结构体系,有效解决了底部大空间、上刚下柔的问题;采用扩底桩基础和其分步成孔、分步浇筑混凝土施工等措施,有效解决了套建基础施工安全和原建筑使用安全等技术难题;采用纵向带条形基础拉梁并与原建筑基础紧密结合,解决了横向框架柱间不能设置拉梁有效抵抗柱底弯矩和剪力的技术难题;采用四层砖混结构(砌体结构)的顶板作为套建结构一层梁模板的支撑,有效解决了套建结构一层梁支设模板浇筑混凝土的施工难题。这次套建加层在推动建筑结构体系、结构方案、建筑设计理念发展等方面都实现了重大突破,推动了行业的跨步发展。其中,“砖混建筑套建高层技术”这一科研成果,荣获河北省科技进步二等奖,河北省建设行业科技进步一等奖。该建筑“套建设计”荣获建设部优秀勘察设计三等奖,河北省优秀勘察设计一等奖。

河北省建筑设计研究院科研生产作业楼改建2015

2014年,随着省院进一步发展壮大,在第一次套建的基础上,又将套建内的原有四层砖混结构(砌体结构)拆除改建,在套建内增设两列框架柱以减小下部大跨度,并同套建高层连为一个整体,形成有效的抗震结构体系。通过采用小型机械工具解决了四层砌体结构拆除的难题;采用“半逆作法”解决了施工期间套建结构大跨度上刚下柔(从地下室底板起算,一层高度达17m)抗震不利的问题;利用敞开地下室的筏板和侧墙组成U形结构+一层混凝土地面形成“”形钢筋混凝土抗侧力的系统,解决了敞开地下空间影响高层建筑嵌固、有效抵抗地震产生的水平力等技术难题。

“楼中拆楼,楼中建楼也是当时的一项创新技术,在这个项目实施过程中,办公人员仍然可以正常上班。”习朝位说,正是基于在建筑结构设计领域的众多突破,“套建高层建筑改造抗震设计研究”科研成果荣获河北省建设科技进步一等奖。“套建高层建筑改建”设计荣获全国优秀工程勘察设计行业奖建筑工程二等奖,河北省优秀勘察设计一等奖。申报发明专利1项,获得实用新型专利授权5项。

办公楼的改扩建,代表着改革开放40年来河北省院的不断发展壮大,现址的科研办公楼由最初的3000多平方米,扩展到现在的15000多平方米,全院由最初不到200人,发展到现在600余人。

五步:技术手段创新见证建筑设计行业发展变革

40年建筑业的发展,习朝位认为,从设计技术上的变革来说,可大致归纳为五个阶段。

第一阶段是利用计算器进行大量手算,图板手工绘图。回忆起改革开放初期,习朝位说,当时完成一项几层楼的结构计算和设计要投入大量人力、时间和精力,还不能保证计算的精确性。

第二阶段利用早期计算机进行单榀框架结构分析计算,虽然有了很大进步,但仍无法做到结构空间整体抗震计算分析,另外输入数据还要设计人员用打孔机打孔,容易出错,出错后校验也很困难,而且计算工作量大、过程复杂、繁琐。

第三阶段自上世纪九十年代中期开始,利用计算机进行结构空间整体计算分析和绘图设计,直接采用键盘操作,计算精准,设计质量和工作效率大大提高。开始由图板绘图转变为CAD绘图。建设部向勘察设计单位提出“到2000年甩掉图板”的要求,这是一次史无前例的技术手段革命。

第四阶段是河北省院自2008年前后开始的二维协同设计,各专业共用一个平台,可相互传递设计信息,发现问题及时修改,设计效率和设计质量等方面有了更大提高。

第五阶段是BIM技术的应用。BIM技术是建筑领域未来发展的方向。河北省院目前已推广应用该技术,各专业均培养了一批熟练掌握BIM设计的人才。

更高更大更强:建筑设计规模和品质的巨变

改革开放40年,建筑业的巨大变化,从建筑规模上体现的更是直观。

“改革开放初期,一栋建筑也就几千平方米,后来逐渐发展到上万平方米、几万平方米,再到几十万平方米,现在百万平方米的建筑也不再是新鲜事。”习朝位说,在建筑面积不断扩大的同时,建筑高度、结构跨度、建筑类型、建筑品质也都发生了翻天覆地的变化。

建筑高度由最初的十几米,到几十米,再到百米,现在达到两百多米;结构跨度由最初的十几米、几十米,到现在的几百米;建筑复杂程度由单体建筑到双塔、双塔连体建筑、再到多塔建筑,连体建筑跨度和复杂程度日益加大。

在建筑品质上,由改革之初的非节能建筑,到建筑30%节能,40%节能,再到公共建筑65%节能、住宅建筑75%节能,再发展到超低能耗房屋,建筑在绿色节能上实现了巨大飞跃。

建筑材料的变化同样巨大。高强、特种材料层出不穷。建筑三大主材之一的钢筋的发展变化就非常具有代表性。1983年,习朝位工作之初,参与设计的建筑所采用的钢筋主要是I级钢、II级钢,这种钢筋强度低,能耗高。为了改变这一现状,在建筑中实现节能、节材、绿色低碳,上世纪九十年代,习朝位就开始了高强钢筋的工程应用研究,使河北在高强钢筋工程应用方面一直走在全国前列。1998年编制了《HRB400级钢筋应用技术导则》,2001年编制了《HRB500级钢筋应用技术导则》《HRB500钢筋应用技术规程》,HRB500级钢筋在2004年设计的“河北建设服务中心”工程予以应用,该工程作为典型工程收录在《建筑业10项新技术(2010)》一书中。

“HRB500级钢筋比HRB400级钢筋强度设计值提高20.8%,比HRB335级钢筋强度设计值提高45%,理论计算分别节约17.2%和31%。”习朝位说,应用高强钢筋一方面节约钢材、资源、能源,减少污染,另一方面可提高工程质量,增加结构安全储备,利于建筑抗震,使建筑更加安全可靠。此外,高强钢筋方便施工,减少钢筋工程量,改善梁柱节点处钢筋密集分布的状况,方便混凝土浇筑,提高施工效率。高强钢筋的出现对于大型高层建筑和大跨度公共建筑、地震烈度较高或提高设防烈度的重要工程起到了重要作用。

随着我国改革开放走向深入,建筑领域得到飞速发展的同时,对工程建设标准化的需求越来越大。1991年以来,习朝位主持、参与编制,指导或审查的各类标准达60余项。参编了国家标准《消能减震加固技术规程》《热轧带肋高强钢筋在混凝土结构中应用技术导则》等;主持编制了华北六省区市图集“12系列结构标准设计图集”等,这些标准的制定,为推动河北省建筑产业化发展、建筑行业节能减排和调整结构转型升级起到了重要作用。

回顾改革开放40年,建筑业经历了从刚刚起步到日趋成熟的过程。现如今,在建筑的跨度、高度及结构设计等方面均已达到较高水平。但随着建筑方式的变革,建筑在节能、功能、安全性能等方面都面临着新的要求。习朝位说,他们已做好充分准备,拥抱由大数据和科技发展所带来的建筑领域的深度变革,迎接信息化、智能化的未来。

 

责任编辑:王亚楠
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