[01246593]高层建筑非常规钢-混凝土组合结构关键技术与应用

钢管混凝土结构是指在钢管中填充混凝土而形成的结构，型钢混凝土结构是指在混凝土中主要配置型钢（轧制或焊接成型），并且配有一定的的受力钢筋及构造钢筋的结构。

钢管混凝土结构和型钢混凝土结构作为钢-混凝土组合结构的典型结构形式，相比钢结构与钢筋混凝土结构具有更多优点，在世界范围内得到了广泛应用，并已成为多地震国家和高层建筑的首选结构形式。

我国钢管混凝土结构技术的开发和应用已有50多年的历史。1966年，钢管混凝土结构应用于北京地铁站工程，70年代又在单层工业厂房、重型构架中得到了成功的应用。型钢混凝土结构在我国已有70年应用历史，如北京国际贸中心、香格里拉饭店和京广大厦等超高层建筑的底部几层都是型钢混凝土结构。1999年建成的上海金茂大厦是采用型钢混凝土组合结构的超高层建筑，并已成为上海著名的标志性建筑物。

虽然在过去的几十年中，围绕常规钢-混凝土组合结构的工作机理、构件设计理论、承载力计算方法、施工关键技术等问题开展了系统研究，取得了一批高水平的科研成果，但这些研究还不能涵盖和解决我国建筑行业快速发展对新出现的非常规钢-混凝土组合结构应用领域提出的新问题，仍有许多关键技术难题亟需解决。

“高层建筑非常规钢-混凝土组合结构关键技术与应用”课题依托国家自然科学基金项目“异形截面钢管混凝土柱-钢梁节点力学性能与设计方法研究”、“钢管混凝土桁架节点力学性能与设计方法研究”、“弯曲弦杆的钢管混凝土相贯节点静动力性能与设计方法研究”、“SRC框架-RC核心筒混合结构地震倒塌机理及倒塌控制策略研究”;

湖北省自然科学基金项目“钢管混凝土结构住宅设计方法与试验研究”和“组合异形截面钢管混凝土柱力学性能研究”等项目，开展组合异形截面钢管混凝土柱，内置钢骨的组合异形截面钢管混凝土柱，不锈钢钢管混凝土柱，非对称配钢型钢混凝土柱的构造方法、受力性能、设计计算理论及关键施工技术研究;

组合T形截面钢管混凝土柱-钢梁框架边节点和角节点，组合十字形截面钢管混凝土柱-钢梁框架中节点和空间节点、平面X形圆（方）形钢管混凝土节点，型钢高强高性能混凝土框架节点，非对称配钢型钢混凝土框架节点的受力性能、设计计算理论及关键施工技术研究;

圆钢管混凝土桁架结构，L形钢管混凝土柱框架结构的受力性能、设计计算理论及关键施工技术研究，研究成果对于丰富钢管混凝土结构设计理论，解决实际工程中的问题，编制相关规范规程具有重要意义。

型钢混凝土结构通过钢与混凝土的协同作用充分利用了两种材料的承载能力，是一种具有优异抗震性能的结构体系，而且其耐火性能和耐久性能均优于钢结构，具有良好的经济效益。

钢管混凝土和型钢混凝土结构的优点主要有承载力高、塑性性能好、抗震性能好、经济效益显著、施工工期短和有利于采用高强混凝土等。

“高层建筑非常规钢-混凝土组合结构关键技术与应用”课题主要研究特殊截面形式、特殊构成方式、特殊使用部位的钢-混凝土组合结构，探讨这种非常规的结构的受力机理、设计方法和关键施工技术。

研究成果形成了以适用于高层建筑的非常规钢-混凝土组合柱、节点和框架结构为研究主线，集受力机理、破坏机制、计算理论和设计建议为一体的非常规钢-混凝土结构受力性能与抗震设计方法，研究具有系统性和创造性。

研究成果在国内外核心期刊及重要学术会议上发表论文101篇，其中EI收录37篇，出版专著教材2部，获批国家发明和实用新型专利6项。

在加拿大University of Toronto、英国Oxford University和中国华中科技大学主办的国际会议上做了大会交流。研究成果丰富了钢-混凝土组合结构理论与分析方法。

钢管混凝土和型钢混凝土结构以其优越的性能广泛应用于高层、超高层建筑，大跨桥梁和地铁站房中，是主要的竖向承重结构体系国内外针对此类结构的研究成果较多，各国都颁布了相关规范，对于普通钢管混凝土和型钢混凝土结构的研究已经相对成熟。

但是近年来，风格独具和造型各异的高层建筑又给钢-混凝土组合结构体系提出了新的挑战，即常规的钢管混凝土和型钢混凝土结构已经不能完全满足工程需求，针对非常规钢-混凝土组合结构的受力性能、抗震性能与计算方法亟待发展。

本课题以传统的钢-混凝土组合结构理论方法为基础，以非常规钢-混凝土组合结构为研究对象，取得一系列研究成果，解决了多个工程难题，保证了工程安全。研究成果已在小高层、高层、超高层建筑的关键部位设计中应用，提出的组合异形截面钢管混凝土结构、圆截面钢管混凝土桁架结构、非对称配钢型钢混凝土柱、型钢高强高性能混凝土框架节点及其承载力计算方法被多个设计单位所采纳，解决武汉保利文化广场、重庆市江北城国金中心、长江防洪模型大厅、滨湖时代广场、成都华置广场、武汉泛海城市广场等一批工程设计、施工中的技术难题，在建筑工程界有较大影响。

项目组许成祥、张继承被邀请参加《异形钢管混凝土结构设计规程》编写，研究提出的组合异形钢管混凝土柱压、弯、剪承载力计算方法，组合异形截面钢管混凝土柱-钢梁节点承载力计算方法及构造措施等，将被吸收编入《异形钢管混凝土结构设计规程》，相关成果在工程中得到应用但也还存在研究成果推广和转化的难题。