鳥巢、中央電視臺主樓、世界第一高塔順利建成,離不開這個陝西人

近年來,我國鋼結構事業的迅速發展,為國家大劇院、鳥巢、水立方等傳奇式建築的出現提供了可能。然而,在鋼結構美好的發展前景中,存在著一個亟待解決的核心問題:鋼結構的失穩。儘管這一問題已研究多年,但層出不窮的新型構件以及新型結構體系使新的穩定問題接連出現。畢業於

西安冶金建築學院(現西安建築科技大學)的郭彥林和他的團隊則長期深耕於此,為鋼結構設計及工程應用提供了重要依據。

鳥巢、中央電視臺主樓、世界第一高塔順利建成,離不開這個陝西人

1978年,郭彥林成為恢復高考後的第一屆大學生。懷揣著對知識的渴望以及對科研的熱情,他考入西安冶金建築學院,一路從本科讀到博士。在這裡,他師從我國鋼結構學界泰斗陳紹蕃教授,並花費了整整十年的時間,踐行著"學不可以已"的治學態度。

畢業後,郭彥林先是在西北工業大學任教,爾後還前往德國、日本等地擔任研究員…….這些經歷,為他進入我國最高學府——清華大學任教奠定了堅實的基礎,同時也為其攻克國內外重大工程中的技術難題提供了有力保障。

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正是因為長期以來勤鑽苦學的精神以及在實際工程實踐中的累積與思考,使得郭彥林不斷在輕鋼結構、高層鋼結構等領域有了很高的造詣——他先後參與國內外多項大型鋼結構工程項目的建設。特別是在中央電視臺新址主樓、廣州新白雲國際機場航站樓、廣州新電視塔、國家體育場(鳥巢)等鋼結構工程項目的建設中,分別解決多項關鍵技術難題,從而保障了工程設計和建造的順利進行。

廣州新電視塔

廣州新電視塔又名海心塔,因其外型呈兩端粗中間細的錐形狀框筒結構,遠遠看去宛如一位纖腰素束的少女,楚楚動人,因此人們也常稱它為"小蠻腰"。

鳥巢、中央電視臺主樓、世界第一高塔順利建成,離不開這個陝西人

然而,海心塔奇妙的建築造型為結構設計留下了難題:塔體中部"纖纖細腰",正是受力最不利的部位,最小直徑不到30米。如何保證塔身外筒在各種荷載作用下的穩定性,成為結構設計最關注的問題之一。為了解決這一難題,郭彥林和他的學生們不僅進行了多荷載工況的有限元承載力數值模擬分析,還進行了腰部與底部鏤空區的穩定性模型試驗研究,研究了群柱面外失穩時的相關及環狀構件的彎弓效應,為廣州新電視塔的外筒結構穩定設計提供了依據。如今,廣州新電視塔已於2009年9月順利竣工,取代加拿大的西恩塔成為世界第一高塔,併成為了廣州市的新地標。然而,郭彥林和他的學生們並沒有滿足於解決這一實際工程項目的設計難題,而是將這一課題上升到理論層面進行研究,在考慮群柱相關作用和橫向構件彎曲效應的基礎上,提出了通高區群柱面外穩定性計算的通用計算方法與設計理論。

廣州新白雲機場航站樓

廣州新白雲機場主航站樓立面粗壯高大、起支承作用的鋼鐵人字形佈置的梭形鋼管格構柱印象深刻,其構型可謂別具一格,簡潔有力中盡顯技術創新的色彩。這便源於郭彥林的另一重要課題:

對多肢梭形鋼管格構柱屈曲性能的研究與應用。

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首先,這些梭形鋼管格構柱由三根鋼管分肢與聯繫三根鋼管的平置鋼板組成,當時國內外對於這種構件穩定性的研究基本是空白。郭彥林和他的學生們在分析梭形格構柱失穩機理時,發現了一個有趣的現象:一般兩端鉸接的柱子,在受壓時其失穩模態呈現單波形,而兩端小中間大的梭形柱受壓時的失穩波形卻是S形的。

起初,這樣的計算結果讓郭彥林覺得不可思議,但後來經過反覆的分析與推算,郭彥林認為梭形柱的失穩機理確實有別於一般軸心受壓構件的失穩機理,二者的穩定性計算方法完全不同。機場航站樓建設與設計單位對這一項目非常重視,郭彥林帶領學生對航站樓三種不同高度 (19米,23米和29米)的梭形鋼管格構柱進行了 1:1的足尺寸破壞試驗。試驗結果非常理想,實際測試出的承載力及失穩變形與計算結果比較吻合,為實際結構設計提供了重要依據。此後,郭彥林及其學生們對各種梭形格構柱失穩機理與承載力的研究拓展到更廣闊的範圍,為這類構件的設計提出了更通用的計算方法。

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在科研領域嚴肅認真的郭彥林,私下裡卻總是掛著含蓄親切的笑容。多年來,作為一名老師,他一直潛心施教,甘於奉獻,為我國鋼結構領域培養了一批又一批的青年翹楚;作為一名學者,他一直在自己的領域內兢兢業業、不斷深耕,取得了一系列的驕人成果。也許,這就是奮鬥人生中,最為簡單而滿足的幸福!

人物小傳:

郭彥林,陝西人,畢業於西安建築科技大學建築工程系,清華大學教授,博士生導師。曾參與天津117大廈、中國動漫博物館(杭州)、騰訊大廈(北京)、CCTV新臺址主樓、廣州新電視塔、 國家體育場(鳥巢)、廣州珠江新城西塔、廣州(新)白雲國際機場、天津泰達市民文化廣場、深圳市世界大學生運動會體育中心體育場、深圳市寶安體育場、南通體育會展中心等多項建築工程設計與建設工作。

本文素材來源:西安建築科技大學甲子六書、清華大學官網


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