[00332412]型钢混凝土异形柱结构体系关键技术及其工程应用

1.任务来源： （1）国家自然科学基金“强震作用下型钢混凝土异形柱框架结构体系性能及设计方法研究”（50978217）; （2）国家自然科学基金”双向反复荷载型钢混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏机理研究”（50908057）; （3）教育部高等学校博士学科点专项科研基金“强震作用下型钢混凝土异形柱框架性能及设计方法研究”（20096120110005）; （4）广西自然科学基金”型钢混凝土异形柱框架节点受力性能研究”（桂科青0832004）; （5）陕西省教育厅专项科研计划项目“型钢混凝土异形柱抗震承载力及变形性能研究”（07JK307）; （6）陕西省教育厅专项科研计划项目“型钢混凝土异形柱框架地震损伤机理及抗震设计方法研究”（2013JK0979） 2.应用领域和技术原理： 本项目研究成果属于土木建筑科学领域。型钢混凝土异形柱结构兼具异形柱结构和型钢混凝土组合结构的优点,应用前景广阔。但与矩形柱相比,截面的不同使异形柱的承载力计算方法也不同,同时异形柱截面具有柱肢细长的特点,梁柱节点如何连接以及其抗震性能等问题都是亟待解决的。因此,进行了型钢混凝土异形柱的低周反复加载试验,分析了抗震性能指标,编制了正截面承载力计算程序,建立了受剪承载力计算公式;进行了型钢混凝土异形柱框架节点（平面和空间模型）的低周反复加载试验,分析了节点核心区的受剪机理,提出了弯剪及剪扭作用下的承载力计算公式;进行了型钢混凝土异形柱框架的低周反复加载试验,建立了结构基于性能的抗震设计方法。 3.与国内外同类技术比较： 项目组首次提出了型钢混凝土异形柱结构体系,并对该新型体系进行了系统研究。在型钢混凝土异形柱方面,提出了混凝土保护层厚度和轴压比限值,建立了单向和双向受剪的受剪承载力计算公式,以及不同柱高处型钢与混凝土的粘结滑移本构关系;在型钢混凝土异形柱框架节点方面,提出了核心区的抗剪及剪扭承载力计算公式,以及不同形式的节点连接构造措施;在型钢混凝土异形柱框架方面,进行了抗震性能研究及参数分析,建立了基于位移的抗震设计方法。上述研究,大多数为国内外首次进行,国外目前尚未发现相关研究,国内个别单位对该结构进行了相关研究,但试验试件数量少,考虑的影响因素不全面,没有给出系统全面的设计方法。 4.成果的创造性、先进性： （1）创新性提出了型钢混凝土异形柱结构体系; （2）首次提出了型钢混凝土异形柱的混凝土保护层厚度限值和轴压比限值,并设计了型钢混凝土异形柱的三种截面配钢形式及型钢混凝土异形柱与钢梁、混凝土梁的连接构造形式; （3）首次系统地完成了型钢混凝土异形柱、梁-柱节点（平面模型与空间模型）和整体框架的低周反复加载试验,获取了构件、节点和结构的抗震性能指标及其影响因素; （4）首次提出了型钢混凝土异形柱的正截面承载力和斜截面抗剪承载力计算方法及节点核心区的抗剪承载力计算方法,建立了型钢混凝土异形柱中型钢与混凝土的粘结滑移本构关系; （5）首次提出了型钢混凝土异形柱框架的性能水平及其对应的层间位移角限值,建立了基于位移的抗震设计方法。 5.作用意义：型钢混凝土异形柱结构能够避免房间柱楞突出,美观适用,“得房率”高,与传统的矩形柱框架结构相比,房间的实际使用面积提高5%～8%,相应地为用户节约了5%～8%的购买开支,这就为广大消费者创造了可观的经济效益。以100平方米的住宅建筑为例,采用型钢混凝土异形柱结构能够为住户提供了额外的3～5平方米的使用面积,以4000元/平方米的市场价位计算,变相地为住户节约了2.0-3.2万元。型钢混凝土异形柱结构还可以采用隔热、保温、轻质、高效的墙体材料作为框架填充墙及内隔墙,具有显著的社会效益。根据本项目研究,西安、宝鸡、渭南、南宁、天津、日照、成都等地的多项实际工程中采用了型钢混凝土异形柱结构,取得了良好的经济与社会效益。 6.推广应用的范围和前景：随着人们生活水平的提高,对居住环境的要求越来越高,对房屋的抗震性能也越来越关注。异形柱结构柱棱在室内不凸出、建筑观瞻好、房间使用面积大、便于家具布置和室内装修,能够满足人们居住环境的需求,同时,采用隔声、隔热、轻质高效的材料作填充墙,又符合国家建设节约型社会的要求。型钢混凝土结构承载能力高,抗震性能好,可以使房屋安全性的问题得以解决。型钢混凝土异形柱结构体系,既具有异形柱结构的优点,又具有型钢混凝土结构的优越性,因而扩大了异形柱结构的应用范围,在高地震烈度区及高层建筑中有良好的应用前景,深得房地产开发商和用户的青睐,并得到了国家的大力支持。