[01427225]新型高性能钢结构体系关键技术研究及工程应用

针对当前应用的钢结构体系中存在的抗震薄弱环节和设计理念等难题,依托部分高烈度地区开展的性能化设计项目和装配式钢结构建筑应用等试点工程,历经多年的产学研校企合作等协同攻关,提出了钢结构体系在应用中的一些关键技术,主要包括高性能钢结构体系、新型建筑工业化体系以及灾害下钢结构连续倒塌与抗火性能设计等成套技术,推动了行业科技的进步。 1. 高强钢构件稳定承载力设计方法 推导了高强钢压弯构件翼缘和腹板弹塑性屈曲系数,提出弹塑性腹板高厚比限值计算公式,建立压弯构件的弯矩作用平面内整体稳定计算方法,提出压弯构件的弯矩作用平面内相关稳定计算公式。并参编我国行业标准《高强钢结构设计标准》的编制。 2.多种新型装配式钢结构体系成套技术 研发具有钢制耗能器-普通钢框架梁-高强钢框架柱三重抗震工作机制的高性能钢框架-支撑结构体系,并提出该体系相应的抗震性能目标及性能化设计方法,为钢结构在抗震区的应用提供了一套可行的解决方案。部分技术已经应用在宿迁京东大楼、苏州现代传媒广场等项目。 研发新型SMA自复位耗能装置,并将该装置应用于铰接钢框架-支撑结构,形成承载力高、耗能能力优以及自复位能力理想的高性能结构体系,推动了SMA在土木工程中的应用技术进步。相关成果发表在知名期刊 Journal of Earthquake Engineering、Journal of Aerospace Engineering（ASCE）等。 研发装配式异形束柱钢结构住宅体系、桁架式多腔体组合钢板剪力墙结构体系等新型装配式钢结构建筑体系,解决了传统钢结构体系现场焊接较多、施工复杂、标准化以及剪力墙结构体系建造效率低下等问题,通过一系列的试验、理论和有限元研究建立了上述体系在应用中的抗震设计理论。相关成果应用于江苏徐州丰县安置房项目、江苏新蓝天钢结构有限公司办公楼、徐州飞虹网架建设有限公司办公楼以及东南网架绿色建筑基地宿舍楼等项目中,经济效益显著。主编行业标准《桁架式多腔体组合剪力墙结构技术标准》和地方标准《装配式异形束柱钢结构住宅技术标准》,还参编《装配式钢结构建筑技术标准》及《单元整体式钢结构建筑技术规程》等国家及地方技术规范。 3. 构建了极端工况下钢结构体系的性能评估方法与控制设计方法。 针对当前钢结构抗连续倒塌评估设计方法不够完善、缺乏专门针对结构连续倒塌的模拟分析手段等问题,通过试验、理论和有限元分析建立了基于位移/能量准则的钢框架结构连续倒塌性能评估与控制设计方法,完善既有钢框架抗连续倒塌控制设计理论。 针对大空间钢结构在火灾下研究较少的问题,在国内外研究中,进行首个缩尺工业厂房火灾试验,提出羽流模型中心线温度计算扩展模型以及大空间钢结构抗火性能直接分析方法,建立了基于实际火灾全过程的大空间钢结构抗火性能理论体系,弥补了当前抗火设计的不足。 项目发表论文30余篇,获国家发明专利10项,主编行业标准1部,参编8部,成果直接用于多个钢结构建筑项目等,创造直接经济效益达3.6亿,部分成果达到国际先进水平,引领学科前沿,推动我国在钢结构建筑体系中关键技术的提升和进步。