从唐山地震的疑问到超高层的"镇楼神器"——院士吕西林四十年抗震创新之路

城市向高空发展,超高层建筑不断刷新天际线,也把结构安全与灾害韧性推到更突出的位置。

风致摇晃、地震作用、温度应力等多因素耦合作用下,如何让高层建筑既“站得住”,又在灾后尽快“用得上”,成为土木工程领域面向未来的核心命题之一。

近日,中国工程院院士、同济大学教授吕西林将所获2024年度上海市科技功臣奖奖金全部捐赠设立教育基金,明确用于支持青年一代在防灾减灾、智能建造等领域实现突破。

这一举动,折射出我国工程科技界“以创新守护安全、以育人延续创新”的共同追求。

问题:超高层与复杂建筑为何更需要“稳”与“韧” 与传统低多层建筑相比,超高层建筑自重大、柔度高、周期长,在强风环境下更易出现可感知的晃动;在地震作用下,结构的耗能、变形控制与关键节点可靠性要求更高。

与此同时,现代城市功能高度集聚,一栋地标建筑一旦因灾停用,影响将不仅限于结构本身,还会扩散到办公、交通、商业与公共服务等系统层面。

因此,工程界越来越强调“面向性能”的设计理念:不仅要避免倒塌,更要控制损伤、降低维修成本、缩短恢复时间,提升城市运行的连续性和韧性。

原因:从亲历地震到长期攻关,形成“可恢复功能”研究脉络 吕西林的研究起点,来自对地震灾害的切身感受。

1976年唐山地震波及西安,他在校园里与师生露宿操场的经历,使“房子为什么会倒、能否让它不倒”的疑问深埋心中。

此后,他选择在同济大学深造并长期从事结构抗震研究,逐步将关注点从单一强度安全拓展到综合性能控制与功能恢复。

改革开放后我国城市建设加速,尤其浦东开发带动高层建筑密集涌现,给了科研成果走向工程一线的窗口期:科学问题需要在真实项目中接受检验,工程难题也倒逼理论与技术迭代。

影响:关键技术在重大工程落地,推动行业对抗风抗震的再认识 在上海中心大厦等项目中,团队围绕“风与地震引起的摇晃风险”提出系统解决方案。

以上海中心为例,针对超高层在特殊气象条件下可能产生的风致响应问题,团队在方案论证中提出在楼顶设置电涡流阻尼器等消能装置,并通过反复模拟分析与试验比选确定更合适的装置参数与重量配置,最终形成重量约千吨级的阻尼系统。

该设计被认为在国际上具有开创性意义,体现出我国在超高层抗风控制与结构减振方面的自主创新能力,也让“舒适度—安全性—经济性”的综合平衡成为更多项目的共识。

类似思路也体现在复杂气候与结构形态的工程挑战中。

面对重庆来福士广场这类高层综合体,在高温环境与空调低温工况频繁交替的背景下,混凝土结构可能因温度应力与变形约束出现裂缝风险。

传统“加粗梁柱”虽能增强承载力,却可能带来工期拉长、成本上升、使用面积受限等问题。

团队结合工程条件给出“滑动支座+黏滞阻尼器”的组合式隔震减振方案,使塔楼顶部与连廊间在地震时通过装置实现相对运动与耗能控制,达到“允许动、但不失控”的效果,在提升抗震能力的同时兼顾效率与经济性。

该类组合系统随后在多个工程中推广应用,显示出可复制、可工程化的技术路径。

对策:把科研、工程与公共安全责任贯通起来 抗震减灾不仅是计算与试验室里的科学问题,更直接关联生命安全与城市治理能力。

汶川地震发生后,住房和城乡建设部组织房屋应急评估专家奔赴灾区,吕西林担任同济大学专家组领队,在短时间内对大量受损建筑开展快速评估,为后续安置与修复提供依据。

实践表明,灾后评估需要既懂理论又熟悉工程现场的复合型人才,也需要标准化方法、快速检测技术与信息化工具的支撑。

面向未来,完善以性能为导向的设计规范体系、加快消能减震装置与监测技术的工程应用、推动结构健康监测与数字化运维联动,将是提升城市韧性的关键抓手。

在人才培养层面,吕西林将奖励资金全部捐出设立教育基金,旨在支持青年科研与工程人才成长,具有鲜明的导向意义:重大工程能力的形成,离不开长期主义的基础研究、持续迭代的工程实践以及一代代人的接力。

面向防灾减灾与智能建造融合发展的趋势,加强跨学科培养、强化实验平台与真实工程场景结合,将更有助于青年团队产出面向实际需求的创新成果。

前景:从“抗倒塌”走向“可恢复”,城市安全能力将持续升级 随着我国超高层与城市群建设迈向更高水平,工程安全的评价维度正在发生变化:不仅看极限状态下是否安全,更看中小震后是否可用、强震后能否快速修复。

消能减震、隔震控制、材料与构造创新、结构监测与数据驱动运维等技术将加速融合,推动高层建筑从“被动承受”转向“主动控制”,从“灾后修复”转向“损伤可控、功能可恢复”。

同时,极端天气增多、城市复合风险上升,也要求工程界在设计、施工、运维全生命周期中前置韧性理念,形成更完善的系统性防护能力。

从唐山地震的见证者到建筑抗震的守护者,吕西林用毕生研究诠释了科技工作者的责任与担当。

在城市化与气候变化双重挑战下,其团队研发的创新技术不仅为中国建造保驾护航,更为全球建筑安全贡献智慧。

这种将个人理想融入国家需求的科学家精神,正是推动高质量发展的核心动力。