2008年5月12日14时28分04秒^[1] ，四川省阿坝州汶川县发生8.0级地震，地震造成87150人死亡或失踪，374643人受伤。——中华人民共和国民政部

这是一个所有中国人应该铭记在心的日子，也是改变中国结构界的日子！汶川地震之前，我做专业负责人已经将近5年了，负责或者参与设计了UHN、国贸三期等项目，天天忙碌于协调、设计、分析、绘图、处理现场问题……然而2008-5-12日，改变了许多人，也改变了我。地震来了！

砌体结构是造成汶川地震死亡人数最多的结构，由于砌体延性差、强度低、离散性大等问题，尽管我国以周炳章先生为代表的老一代专家学者提出了设置圈梁构造柱的二代砌体结构，有效提高了砌体的抗震性能，这仍然是结构界面临的难题，因此我拟先解决砌体结构抗震问题。在5月的下半旬，不知道什么时间，我突然想出了一种新型结构能够解决这个问题。 “本结构型式有下列优点：1.房屋抗震性能大幅度提高，本结构结合了钢筋混凝土筒体结构的优势，较普通的砌体房屋抗震性能大幅度提高，使得房屋在地震中不易倒塌。2.提供了最近距离的抗震避难所，钢筋混凝土筒体本身的抗震性能高于砌体部分，在地震中不易倒塌，可以为其中人员提供避难场所，由于是该避难所在室内，人员完全可以有时间逃到其中。……”——砌体-混凝土筒体结构(2008年6月30日版本)。这个版本中已经蕴含了地震逃生、避难单元、允许非避难单元倒塌等概念的萌芽。这种新型结构面临着严峻的考验，存在以下问题：1.违背了“规则、均匀、连续”等结构抗震基本概念；2.与《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）相关条文直接冲突；3.内力分析过程中面临刚度矩阵奇异等难题；4.需要地震逃生等非结构学科的支撑。

砌体-钢筋混凝土筒体结构成立的前提之一在于使用人员具有逃生能力，然而地震逃生在当时远非一门科学。在2008年下半年，我开始展开了对地震逃生的科学研究，提出了逃生的安全目标、目标安全区、地震逃生安全函数等，进行了上百次的地震逃生模拟实验，结合实际逃生案例，针对农村单层砌体房屋居民给出了不同情况下的逃生建议。在地震逃生研究的基础上，在2008年年底，2009年年初我形成了“小震不坏、中震可修，大震不倒，巨震，（避难单元）不倒”的“四水准”抗震理念，2009年4月份上述成果正式发表在《建筑结构》上。从2009年至今，我们进一步完善了“四水准，多阶段”的理念，引入了“避难单元面积比”等，在地震逃生领域提出了“综合逃生法”等，两者相辅相成，不但适用于砌体结构，而且可以推广应用到钢筋混凝土、钢结构等各种结构。如果说“耗能支撑”宛如人的锁骨，起到保护主结构的作用，那么“避难单元”宛如人的颅骨，是主结构要保护的核心部件。上述理念在中国尊项目中得到了部分尝试和实践。在众多专家学者的推动下，部分成果被引入了国家标准[y1] 。上述成果可详见本书 “房屋抗震篇”中相关论文。

研究固然重要，然而结构设计才是我的本职工作。国贸三期结构封顶之后，我收到Arup的邀请。2009年5月，我正式加入Arup，开始了从117到中国尊的征途。天津高银117项目位于天津市西青区，结构高度596.2m，是中国真正的第一高楼，比哈里发塔的结构高度也只低4.8m，由于建筑方案的不同，结构难度甚至高于哈里发塔。如果说在国贸三期项目中我更多的是向Arup这种国际一流的公司学习，在做117的过程中，我有更多机会与Arup顶级专家面对面的交流、切磋，并有机会实践自己的一些新理念。作为天津117的主要设计成员之一，我先后涉及了天津117的桩基、筏板、巨柱、巨撑、桁架、现场配合等，并按照公司要求给多位工程师进行了具体的技术指导和支撑。天津117是巨型结构，只有4个巨柱，直接关系到整个大楼的安危，在整个工程设计中难度最大的就是巨柱设计。巨柱地上部分最大截面面积达到45平方米，是世界上首个超过30平方米的巨柱，没有任何先例。当时世界上20平方米以上的超大截面巨柱均为钢骨柱，如上海环球金融中心等。概念方案设计阶段，香港总部的方案为钢骨柱。进入初步设计阶段，我发现原钢骨柱延性低、钢板过厚等不足，开始考虑新的解决方案。在深入设计的过程中，我逐步形成了多边多腔钢管混凝土巨柱的思想和具体概念，尝试了几十种柱身设计方案，终于设计出来当时较为满意的巨柱柱身截面，在初步设计第一次超限审查会议上，新结构得到了容柏生院士、程懋坤总、陈富生总等专家的支持和认可。在前期工作基础上，我带领部分同事，一鼓作气完成了巨柱的关键节点、柱脚、地下部分等设计。多边多腔钢管钢筋混凝土巨柱后来被推广应用到中国尊等多个项目，这也是我国结构工程界人士[y2] 的重大原创之一，部分专家学者甚至称之为姚氏巨柱。在117项目中，在同事的协助之下，我的部分工作创造了多项世界记录：第一次系统完成多边多腔钢管钢筋混凝土巨柱设计、世界上第一个超过30平方米巨柱设计、第一个超过1.5米厚的多腔钢管钢筋混凝土剪力墙……

2011年我开始做中国尊项目。相比于天津117，中国尊的难度更大，高528m，是世界上8度抗震区首个超过500m的建筑物，而且为尊形，顶部尺寸变大为69m×69m。中国尊的地震基底剪力约是上海中心的1.7倍，天津117的1.25倍。由于种种原因，中国尊的第一次超限审查的设计成果相当不理想，部分专家明确指出：“（刚度）突变，特别是高烈度区，是危害性很大的。”受命于危难之间，我和顾问团队共同努力，迅速扭转了局面。我们采用了巨型支撑框架+高延性双连梁核心筒结构体系、多边多腔钢管钢筋混凝土巨柱等新技术，攻克了多个难题，通过了多次内审和外审。在2013年12月进行了振动台实验，实验证明证明，中国尊结构体系合理，位移角、剪重比等均可满足国家标准，不但能够抗大震，而且能够抗约7500年一遇的巨震，安全性能良好。中国尊创造了多项世界记录和国内记录，取得了10亿元以上的综合效益。相关内容可参见本书“天津117项目”“中国尊项目”“结构工程篇”等章节。为了便于读者了解国内超高层设计发展的过程，我特意收录了“国贸三期A项目”。

半开挖地基基础是常见的实际工程问题，规范中缺乏相应的地基承载力计算公式，我基于Prandtl假定，推导了相应的计算公式，给出了工程中比较实用的地基承载力计算公式。非饱和土是广大结构工程师比较陌生的领域，然而非饱和土在我国分布广泛，许多工程问题就是对非饱和土理解不足造成的。非饱和土的基础理论之一是抗剪强度理论，Fredlund 教授是该领域的权威，提出了扩展的摩尔库仑破坏准则。我在该领域持续工作8年之后，基于3个独立的实验，分析了扩展的摩尔库仑破坏准则的不足，给出了改进的摩尔库仑破坏准则，用极端实验验证了新准则的合理性。相关内容可参见“地基基础篇”的章节。

在漫长的研究、实践过程中，我得到了陈肇元院士、容柏生院士、聂建国院士、李广信教授、刘金砺大师等许多前辈、同事、同行的支持和帮助，得到了建工社沈元勤、王梅、刘瑞霞、李天虹等同志的支持，也得到了我爱人及家人的全力支持，在此向他们表示感谢。在这里，我想对周炳章先生致以特殊的敬意，周先生已经在2015年2月仙逝，以周先生为代表的专家学者提出了著名的圈梁构造柱技术并进行了系列研究，把砌体结构提升到了二代技术，大大减少了地震中砌体房屋居民的伤亡。这是我国近代房屋结构领域为数不多的重大原创，在近代结构工程中占有一席之地。让我们新一代土木人，继承前辈心愿，在世界房屋结构、抗震领域占据一席之地，让汶川悲剧不再重演，为社会创造出更多的价值[y3] 。

姚攀峰2015-07-05