2015年度国家科学技术进步奖二等奖获奖者白国良及其团队

一混凝土组合结构协会（ＡＳＣＣＳ）原
主席松井千秋、国际组合结构领域权 威专家日本南宏一教授、英国Ｄｏｕｇｌａｓ Ｇｏｏｄ教授等的高度评价。 ２０００年，依托博士期间的研究成
果，白国良出版了专著《型钢钢筋混凝 土原理与设计》，对当时型钢混凝土结
构的理论研究和工程应用产生了非常 积极的作用，受到科研工作者和设计人 员的青睐．主要研究内容也纳入２００１ 年施行的我国首部《型钢混凝土组合 结构技术规程》。
状桁架构成的三维巨型框架结构一钢 筋混凝土核心筒结构一伸臂钢桁架结
构组成的三重结构体系，是典型的混 合结构。其节点部位，巨型斜撑和带状 桁架弦杆与钢柱厚板互相连接，是决 定整个结构抗侧刚度和水平承载力的 关键点。 北京市朝阳区中央商务区（ＣＢＤ）
等科研院所、工程设计与建设单位深入
系统地合作研究，项目组收获了多项创 新成果。 高含钢率是指含钢率超过规范限 值１５％的型钢混凝土构件，是解决超高 层结构巨型构件承载力和抗震性能不 足的重要途径，目前在国际工程界鲜有
长期缺乏研究，当时国内亦未建立指导
工程应用的设计标准，缺乏自主设计 技术。 彼时的白国良风华正茂、意气风 发。急国之所需、社会所需，他将自己 的研究方向定为型钢混凝土结构及与 其复合的混合结构体系研究。为夯实基 础理论、培养学术思维与创新意识，他 先后师从结构工程与抗震领域知名教 授童岳生、姜维山、赵鸿铁和我国工程 结构裂缝专家王铁梦教授。成为我国 型钢混凝土组合结构和混合结构体系 研究领域毕业的首批博士研究生。 求学期间，他在导师的引导下，为 弥补我国在型钢混凝土组合结构工程 应用方面缺乏指导性技术规范的缺陷 作出了重要贡献，在深入分析、对比研 究苏联、日本、美国及欧共体相关国外
试验验证基础上，系统建立了符合我 国可靠度水准并与大规范体系一致的 复合受力下型钢混凝土构件的计算理 论与设计方法。研究成果受到国际钢
结构创新助力工业技术
火力发电一直在我国能源结构中 占有重要地位。一座座现代化的大型 火力发电厂突兀而起。高耸的烟囱直冲 云天，雄伟壮观的大型厂房、日夜轰鸣 的发电机组嗡嗡作响……交织出一幅 展现国力昌盛的现代工业立体画面。 近年来，在“节能减排”“上大压小” 的能源政策指导下，工业工艺“扩容 量”“增吨位”使得火电厂结构向大型 化发展，传统钢筋混凝土框排架结构 及其设计技术已不满足高烈度地区、场 地条件差的抗震安全需求。 针对这一系列技术难题，白国良带 领科研团队展开了一场“火电厂结构” 研究之战。他们先后深入神头电ｒ鞍 钢齐大山铁矿、平顶山姚孟发电ｒ托克 托电ｒ通辽电ｒ霍州电厂等数十个企 业生产车间。对其主厂房框排架结构进
理和设计方法；结合设备特点首次提出
了该类工业结构体系的性能水准划分 方法。确定了结构的性能水准和性能指
标；引入空冷钢一混凝土混合承重结
构体系基于结构内容物性能的抗震设
西安建筑科技大学组合与混合结构科研团队
白国良与团队部分成员在施工现场
万方数据
ＣＨｌＮＡ ＡＷＡＲＤＳ ＦＯＲ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
行实地考察调研、检测评估和结构性能
分析，之后进行了大比尺钢筋混凝土框 排架结构模型及内部复杂关键构件系 列抗震试验研究和理论分析。创新性地
提出了型钢混凝土框架一钢筋混凝土
分散剪力墙混合结构体系，建立了该结
构体系的设计计算方法、不同容量机组 主厂房的选型原则和采用ＳＲＣ柱一ＲＣ
剪力墙主厂房结构体系的适应条件。解 决了高烈度区大型、复杂混凝土框排架 工业结构体系应用的难题，丰富了我国 电力行业土建设计规范相关内容。 空冷工艺采用空气作为冷却介质 代替传统循环水冷却。应用于“富煤缺 水”地区的发电厂对于就地转化、变
奖励故事・风采Ｉ
Ｍｉｅｎ
品刚柔之美聚结构之力
——记２０１ ５年度国家科学技术进步奖二等奖获奖者白国良及其团队
本刊记者胡芳
与型钢混凝土的结缘史
２０１５年度国家科学技术进步奖二 等奖授予由西安建筑科技大学结构工 程与抗震教育部重点实验室主任白国
■ ■Ｉ
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良等人完成的“钢一混凝土组合结构
与混合结构体系关键技术及其工程应 用”项目。 上世纪８０年代中末期。适应于 大跨、重载、超高层的型钢混凝土 （ＳＲＣ）结构因刚度大、承载力高、抗 震性能好及显著的技术经济综合优势，
与计算方法、钢一混凝土组合结构与混
合结构抗震性能和抗震设计技术等方 面的研究取得了丰硕成果，为修订和编 制指导我国工程应用的规范、规程提供 了大量的原始数据和科学依据。 白国良出生于１９５５年，与同年代 的人一样．长在红旗下，经历了文化大
６０中国科技奖励ＣＨＩＮＡ ＡＷＡＲＤＳ 万方数据
ＦＯＲ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
革命。１９７８年，２３岁的他幸运地搭上
高考恢复的“第二班车”，顺利考入西 安建筑科技大学，开启了他与这所学 校、与结构工程和工程抗震一生的“情 缘”，先后获得工民建专业学士和结构 工程学科硕士、博士学位。 其问，恰逢我国经济快速发展，一 批高层建筑的建造使得组合结构的大 范围应用迫在眉睫。一面是巨大的工 程技术需求，一面却是不得不直面的 尴尬：因我国对型钢混凝土组合结构
院士和副主任周绪红院士、我国钢一混
凝土组合结构的带头人聂建国院士都 认为。相关成果应用于大型复杂公共 建筑和工业结构，极大地促进了型钢 混凝土结构在我国的发展。
土构件力一位移响应全过程曲线。建立 了高含钢率构件复杂受力条件下承载 力计算方法及提高钢一混凝土协同工
作性能的构造技术。相关技术在ＣＣＴＶ 主楼的建设中发挥了重要作用。 型钢混凝土疲劳性能及其抗疲劳 破坏是研究领域的关键问题，国内外 研究几乎为空白，项目组首次研究了型 钢混凝土梁、连梁连接节点的疲劳破 坏规律与损伤机理，揭示了型钢混凝 土疲劳裂纹萌生位置和扩展路径，建立 了监测型钢疲劳裂纹扩展全过程的技
技术规范和计算方法后，结合我国实
际情况，在国内最早系统地开展了大 量实腹式、空腹式型钢混凝土构件在 压（拉）、弯、剪、扭及其复合受力下的 低周反复加载抗震性能试验和设计方 法研究。为确保试验结论的准确性。
度的培养，并总结心得体会凝结成毕生
的从业准则：“工程技术研究应为工程 应用服务，并以致力于推动工程技术的 革新、促进社会的发展为目标。”正是因 为有了这一目标的指引。才有了他之后 切入实际工程应用的系列创新成果。
截面，其含钢率远超规范要求，该高含
钢率ＳＲＣ组合柱的性能是整体结构设计 计算及抗震性能评价的关键内容。 此外，陕西法门寺合十舍利塔、西 安咸阳国际机场２｝｝航站楼、京沪高铁 上海虹桥客运站、广西贵港中银大厦、
在高烈度地震区的应用和自主化设计，
打破了国外技术垄断；同时节约了大量
中石油新疆指挥中心等大型建筑的成 功耸立，都与“钢一混凝土组合结构
壁管柱、空间钢一混凝土复合节点的拟
静力系统试验；针对抗震性能差的“高 脚鸡腿式”结构。根据我国材料性质和 结构在高烈度地震作用下的反应性状。 研发了更省钢材且抗震性能更好的新 型伞撑式空冷结构体系；系统建立了 直接空冷结构体系的地震作用计算原
界最高的平顶式大楼——Ｅ海环球金
融中心，是由巨型柱、巨型斜撑以及带
０ 睡
舅型
白国良
被学界和工程界逐渐重视。钢一混凝
土组合结构与混合结构体系也因此被 广泛应用于我国的大型公共建筑及特 殊、重载、复杂的工业结构中。 但您知道吗？我国关于型钢混凝 从数学上讲。“１＋１＝２”适用于任 何完全可加的事物，但如果将其意义推 而广之，是否存在“Ｉ＋Ｉ＞２”的事实？ 经济社会的发展，人口数量的增 长及工程技术的进步等因素促进人类 的生存空间逐渐立体化、集成化，促 使建筑结构竖向发展（高层／超高层建 筑）、横向发展（大体量复合式公共建 筑及大型混合式工业厂房）。传统的单 一材料（混凝土或钢材）或单一结构类 型的设计方法已不能满足结构安全性 和适用性的需求。 “混凝土”与“钢材”的组合，似 乎为这一需求提供了一条合理的解决 思路，组合后的结构与混合后的结构体 系在某些方面的性能有了明显的增强 与改善。但是，随着技术研究的深入和 工程应用的扩大，一系列科学问题接踵 而来。 陕西法门寺合十舍利塔工程、西安 咸阳国际机场２｝｝航站楼、上海市环球 金融中心、央视（ＣＣＴＶ）新主楼工程、 京沪高铁上海虹桥站、华电宁夏灵武电 厂（全球首台１ ０００ＭＷ机组）空冷结构 等大型公共建筑、复杂工业结构典型工 程的竣工，与白国良教授带领的团队和 科研合作者的基础研究及关键技术难 题的攻克是密不可分的。 土组合结构的研究，在解放前几乎是空 白。２０世纪５０年代后期，在“苏联老大 哥”的带动下建造了一批组合结构的典 型工程，７０年代末期才对相关技术问题 逐渐开始消化、吸收、再创新。历经３０ 年磨砺，伴随一批科技工作者的努力和 艰辛工作，我国在型钢混凝土基本理论
他和团队成员严格按照“理论研究一
试验验证一校正分析—工程示范”的 模式进行，创新性地提出“混凝土刚心
输煤为输电和节约水资源，具有显著的 经济效益与社会效益。但空冷结构属
于特殊、大型、复杂的工业结构。其质 量和刚度分布极不均匀，结构体系高端 的风致效应及与大直径风机涡旋风耦
区”“平截面修正假定”“粘结一滑移
构体系设计的空白，计算理论和设计方 法已被电力行业设计标准采用。 相关研究成果应用于华能国际电 力铜川电厂空冷结构、华电宁夏灵武发 电厂（我国首台１ ０００ＭＷ机组）空冷结 构、通辽电厂空冷结构、河北定州电厂 空冷结构等３０余个大型电厂空冷岛工 程的建设中。研究成果实现了空冷结构
中央电视台新大楼同样高耸云端。它造
研究和应用。项目组发明了大尺寸、大 吨位和大变形条件下的实验加载装置 和测试设备，获得了高含钢率型钢混凝
土木、水利与建筑工程学部主任周福霖
探索性研究工作，获得国家级优秀教学 成果奖二等奖１项、省部级优秀教学成 果奖３项。 从早年求学于西安建筑科技大学 到之后留校执教于这所大学。白国良把 自己的青春、成长印记都留在了这所我 国著名的“建筑老八校”之一。所以每
界限条件”等理念，在大量理论分析和
万方数据
２０１６．０１总第１９９期６１
奖励故事・风采Ｉ
Ｍｉｅｎ
合的作用大，大温差（一３００Ｃ～＋３０℃） 环境和不均匀沉降对设备系统运行影 响大。属下柔上刚的“高脚鸡腿式”钢
计概念。该研究成果填补了我国抗震
来自百度文库
核心地带．有“超级钢铁巨无霸”之称的
规范关于空冷钢一混凝土混合承重结
此后。他与团队成员又开展了钢一
混凝土共同工作机理和界面粘结滑移 性能研究。通过研发的内置式滑移传感 器直接测量型钢混凝土界面粘结应力 和界面滑移，首次建立了考虑位置函数 的粘结滑移本构关系及粘结强度计算 方法；并进行了型钢混凝土框架结构在 地震作用下的抗震性能试验和理论研 究，获得了高烈度地区应用此类结构时 内力分布规律、结构破坏模式等灾变 机理及其设计对策。为相应工程的设 计和推广奠定了坚实的基础。 万丈高楼平地起，从２０世纪８０年 代初涉型钢混凝土结构研究到新世纪 初获阶段性成果，从无到有，一步一个 脚印走来，白国良和他的团队付出了常 人难以想象的艰辛。如今回首．他最看 重的。依然是经验的累积和严谨科学态
型独特、结构新颖，存在诸多技术难题， 其抗侧力结构体系中外侧的型钢混凝土 组合柱尺寸大，截面形式为多空腔箱型
一混凝土竖向混合结构体系。对结构
抗震非常不利。 如何在如此复杂、恶劣的环境下保 证大型火电厂空冷结构的安全性能。是 工程技术研究人员面临的一大难题。而 相关设计及建造技术长期被国外垄断。 则成为制约我国工业生产向大容量、高 效率和绿色节能方向发展的瓶颈。 为确保研究的工程应用价值，白 国良组织科研团队与电力设计、施工企 业开展产学研合作，针对直接空冷钢
与混合结构体系关键技术及其工程应 用”项目的关键技术应用，与白国良和
投资和水资源，经济效益、环境效益和
社会效益显著。
一混凝土竖向混合结构体系，进行了大
缩尺比模型的拟动力试验和大直径薄
同舟共济共渡难关
矗立于上海市陆家嘴金融中心，世
他的合作伙伴的辛勤汗水不无关系。 凭借前期打下的坚实基础，白国良 及其团队所在的西安建筑科技大学与 同济大学、长安大学、陕西建工集团总 公司、华东建筑设计研究院有限公司、 上海建工集团股份有限公司、广西大学