解密 | 入围世界结构大奖的"中国尊"是如何诞生的？

来源：钢结构 作者：姚攀峰

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世界结构大奖（The Structural Awards）自1968年开始由英国皇家结构工程师学会（The Institution of Structural Engineers）发起，旨在表彰出色的、有创造力的结构建筑师以及展示当今世界上最前沿的工程成就，到今年已经是第51届。

此次，“中国尊”进入了2019世界结构大奖“高耸或细长结构奖”的入围名单，让我们为该项目的结构工程师们点赞，祝愿他们最终能够有所斩获！

评委点评：

“'中国尊'因其高难度的外形设计（顶部渐宽）、处于地震多发带和高达528米的高度，给该项目的结构工程师们带来了多重挑战。他们巧妙地将多种结构体系融入设计中，提出了一套具有创新性施工方法的设计方案。”

“中国尊”项目的结构设计总监姚攀峰曾撰文《中国尊过关小记》，回忆了该项目的结构设计过程，在此与大家分享。

姚攀峰

教授级高级工程师；

国家一级注册结构工程师、国家注册岩土工程师；

提出了“广义郎肯土压力理论”、“巨震，（避难单元）不倒”、

“多腔钢管钢筋混凝土结构”等新理论新技术，设计了天津117、“中国尊”等项目，已经获得发明专利10 多项。

曾经为“中国尊”抗震做出贡献的戴国莹研究员与程懋坤大师已先后离世，我也从两位前辈那里受益匪浅（ 冠盖京华——程懋堃大师）。仅以此文献给两位前辈大师及所有为“中国尊”做出奉献的专家、设计、施工、监理、顾问、实验人员，也献给在项目一线辛勤工作的农民工朋友。

                                                                                                                                ——姚攀峰 2018-12-25

图1 中国尊（摄影：姚攀峰，2018）

2013 年 12 月 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 向 8 度大震时程波，模拟了地震加速度400gal的振动台实验（12月6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。

图2 中国尊振动台试验

（中间为作者，左1束伟农，左2杨蔚彪，左3齐明，右1张相勇，右2殷超，右3王建）

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（可参见拙著从117到中国尊）。

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 年 8 月 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 年 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-小-大的亚腰形超高层建筑物，更加剧了抗震和抗风的技术难度，结构难度空前。同时大楼要严格控制成本和进度，如何既实现结构安全又要经济合理是一个极大的挑战。2014年，我在广州与容柏生院士聊到这个项目时，容院士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 年 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年2月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年4月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。

在 2012年8月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月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年2月5日，不到 1个半月，中间还有元旦的法定节假日，我们又来了，充满信心地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。

图3 超限审查会现场1

（图中为徐培福、容柏生等审查专家）

图4 超限审查会现场2

（左侧为容柏生院士，右侧为作者）

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年2月7日，仅两天时间，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年2月建筑方案确定，到2013年2月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月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！

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。

（本文成文于2014年，局部调整）

八、建造

图5 实验桩现场（2011年）

图6 风洞试验

（前排右2是作者，其他为项目组同事）

图7 中国尊施工（摄影：姚攀峰 2013年）

图8 中国尊施工（摄影：姚攀峰 2013年）

图9 中国尊施工（摄影：姚攀峰 2014年）

图10 中国尊施工（摄影：姚攀峰 2015年）

图11 中国尊施工（摄影：姚攀峰 2017年）