建筑安全和经济保障：优化的结构设计

　　“建筑结构设计是建筑工程中的关键环节，会直接地影响到建筑安全、质量与经济性。”李兆凡明确地指出。建筑结构优化设计不仅能够降低资源消耗、节约建设成本，还能够在资源有限的条件下使建筑效率和功能最大化，从而提高空间的利用率，发挥资源的最大功效。结构设计优化符合可持续性发展的要求，可以实现资金、土地资源、建筑质量与性能的合理优化，对于建筑行业的发展以及未来的经济可持续发展都有着很重要的作用。

　　李兆凡是中国知名的建筑结构设计专家，也是建筑结构设计的革新者，开创了一系列领先的创新结构设计方法。他提出了高层钢框架新型抗震梁柱节点，采用非线性有限元理论来研究并提出了通过增大焊接孔的尺寸改善节点抗震性能的方法，他提出的钢框架梁柱节点恢复力模型可以用于钢结构的抗震弹塑性分析，他提出的模拟混凝土结构中挠曲延伸影响的方法等等。李兆凡先生的这些创新一方面融入到自己的建筑结构设计作品中，通过了超限审查会的审查并得到了建筑公司认可，造就了很多国际知名的大项目如保利北京国际广场，昆明俊发春之眼超高层项目，绿地浦口超高层项目等等。另外，这些创新也发表到了国内国际一流的建筑杂志上如Structural Engineering International，《建筑结构》，《建筑结构学报》上，被国内外同行和专家广泛地借鉴和应用。其中关于抗震设计方法的创新纳入到《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》和《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》，并为修订《钢结构设计规范》、《高层民用建筑钢结构技术规程》有关节点和连接的技术条文提供了重要参考依据。当然这些创新在优化结构抗震设计理论和方法以及促进钢结构的应用方面也有重要的工程应用价值，被业界广泛应用，对钢结构结构发展起到了极大地推动作用。这样，李兆凡在建筑结构创新方面拥有一定的发言权。

　　在城市化高度发展的今天，社会对建筑工程设计提出了更高的要求。另外，近年来中国城市中的高层建筑越来越多，高度越来越高，体型越来越复杂，应对风荷载、雪荷载、地震作用的要求就越高，其中抗震设计是其中最复杂、最困难的。创造型结构工程师正是中国大量渴求创新的建筑师所期待合作的工程师类型。随着技术的进步，结构工程也在设计过程中融入了创新和新的设计元素。结构工程师不仅要满足建筑设计的要求，还要通过结构分析了解结构在风、地震下的反映，既保证结构安全，又要尽可能少用材料，以提高效率和可持续性，这就需要结构优化。结构优化设计是（optimum structural design）在给定约束条件下，按某种目标（如重量最轻、成本最低、刚度最大等）求出最好的设计方案。比如渐进结构优化法（EvolutionaryStructural Optimization，简称ESO）通过逐渐去除结构中低应力材料，使余下的结构最终进化为最优的形态。ESO可以与一些商业的有限元分析（FEA）软件进行互连，如“ABAQUS”和“ANSYS”；同时它还可以和一些流行的计算机辅助设计软件整合使用，如犀牛（Rhinoceros）和玛雅（Maya）。这些方法和工具比较复杂，但是可以带来创新的优化设计。“作为一名结构工程师，必须能够利用最新的工具，产品具有创新性、创造性和实用性，才能实现卓越的设计。”李兆凡提到。

　　随着经济实力的提高，超高层建筑、钢结构建筑会作为城市建筑的主要结构形式。减少占地需求、环保、节能、抗震性能优越是建筑必备条件。那如何在建筑结构设计中很好地融合创新性，创造性和实用性呢？李兆凡总结道：一种是内修，创新地使用新技术来改善结构性能。比如昆明俊发春之眼项目，在立面的支撑里面选取角度比较缓和的位置布置BRB支撑，既不影响重力荷载传递，还可以提高抗震性能。绿地丝路国际中心，通过在上部两个伸臂桁架outriggertruss楼层布置粘滞阻尼器，将传统的伸臂桁架进行了革新，使得伸臂桁架和粘滞阻尼器结合起来共同工作，极大地增强了建筑在地震中消耗地震能量而结构不发生破坏的能力。另一种是外练，思考如何将结构更广泛地与建筑设计要素相融合，以便更好地为建筑设计服务，如浦口绿地国际金融中心项目，通过拱结构进行重力柱的转换，将一个通常在桥梁等大跨度结构中的结构元素巧妙运用到了超高层建筑，而且在外立面可见。既实现了高效率的转换结构，又成为建筑设计的特色和亮点。在这里，结构本身就成为了优美的建筑设计。上海临港项目，采用屋顶桁架将塔楼柱子全部悬挂起来，而屋顶的W形桁架也成为建筑语言的一部分，受到业主的大力称赞。

　　建筑设计看似传统行业，但是创新的设计在全球各地丛出不穷，不断有让人耳目一新的地标性建筑建成。创新地采用新技术、新材料、新方法，通过优化的设计建造更安全、更具可持续性、更智能的下一代建筑，是李兆凡的梦想，他一直在为这个梦想努力着。（曹嵩）