《裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計開發(fā)及建造關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》項目總結(jié)報告一、項目概況項目名稱:裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計開發(fā)及建造關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用立項時間：2016年7月項目編號：BY2016076-06項目負(fù)責(zé)人：陸金鈺主持單位：東南大學(xué)合作企業(yè)：江蘇賽特鋼結(jié)構(gòu)有限公司項目經(jīng)費：60萬元，其中省撥專項經(jīng)費30萬元，單位自籌30萬元。主要研究內(nèi)容：裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)體系開發(fā)及其節(jié)點/組件連接技術(shù)研究；裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)連接節(jié)點/組件抗震性能研究；裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法及其力學(xué)性能研究。具體包括：1.裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)體系研發(fā)；2.適用于快速裝配的節(jié)點連接及單邊緊固螺栓研發(fā)；3.高延性、易裝配的鋼板剪力墻組件研發(fā)及其抗震性能研究；4.裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)性能化抗震設(shè)計研究；5.裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能研究。二、項目實施情況本項目組建了由東南大學(xué)與江蘇賽特鋼結(jié)構(gòu)有限公司共同組成的研發(fā)團(tuán)隊。東南大學(xué)主要負(fù)責(zé)裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)體系開發(fā)、連接節(jié)點形式、高性能鋼板剪力墻抗震性能、結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法及其力學(xué)性能等關(guān)鍵技術(shù)研究。與江蘇賽特鋼結(jié)構(gòu)有限公司合作，對相關(guān)研究成果進(jìn)行應(yīng)用。項目組成員分工明確，定期召開交流討論會，按照既定研究方案和技術(shù)路線有序完成項目的各項任務(wù)，并對研究生、企業(yè)員工等相關(guān)研發(fā)人員開展培養(yǎng)與培訓(xùn)，項目的各項指標(biāo)順利完成。經(jīng)過校企雙方聯(lián)合攻關(guān)，本項目開發(fā)出了裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)體系，并實現(xiàn)了優(yōu)化選型及相關(guān)配套技術(shù)研制；給出了裝配式連接節(jié)點形式及單邊連接緊固件，解決閉口截面構(gòu)件快速裝配問題；研發(fā)出了不等高開縫裝配式鋼板剪力墻、基于折紙理念的折痕鋼板剪力墻，滿足體系抗側(cè)剛度及耗能要求；給出了新型高性能鋼板剪力墻的抗震性能、穩(wěn)定性能指標(biāo)，通過精細(xì)化有限元分析及模型試驗揭示其破壞形態(tài)及機(jī)理；提出裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)性能化抗震設(shè)計方法，揭示整體結(jié)構(gòu)的塑性發(fā)展過程和損傷演化機(jī)理；研究了偶然荷載下鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能。本項目達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。項目經(jīng)費共計60萬元，其中省撥專項經(jīng)費30萬元，單位自籌30萬元。項目經(jīng)費計劃中省撥款、自籌資金已按計劃到位。項目承擔(dān)單位對科技撥款、單位自籌嚴(yán)格按照科技經(jīng)費的有關(guān)規(guī)定，?？顚Ｓ?，有力地保障了本項目的順利完成。項目總經(jīng)費支出57.872263萬元，其中省撥款支出27.872263萬元、自籌經(jīng)費支出30萬元，結(jié)余2.127737萬元。三、項目技術(shù)情況主要研究成果如下：1）裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)體系開發(fā)及其節(jié)點/組件連接技術(shù)研究A．裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)體系開發(fā)、優(yōu)化選型及配套技術(shù)開發(fā)了裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)體系，開展了結(jié)構(gòu)受力性能研究。綜合考慮層數(shù)、建筑總高度、空間布置、結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)等多因素影響，優(yōu)化結(jié)構(gòu)選型，提出鋼板剪力墻的合理布置方式，并提出了新型帶縫鋼板剪力墻-框架結(jié)構(gòu)簡化設(shè)計方法。B．鋼板剪力墻與鋼框架裝配式連接節(jié)點及其連接件開發(fā)研究給出了鋼板剪力墻與框架梁裝配式連接形式，提出了一種可實現(xiàn)不等高開縫鋼板剪力墻與鋼框架兩邊連接的構(gòu)造，以及一種可用于雙層預(yù)折痕鋼板剪力墻的兩邊連接方法，連接方法減少了鋼板墻與柱子的連接，避免框架柱失穩(wěn)?；跈C(jī)構(gòu)原理，設(shè)計出了兩種新型單邊緊固螺栓，與基于材料特性原理的單邊螺栓相比，不依賴材料變形形成支撐，機(jī)構(gòu)支撐受力更為直接可靠。同時提出了3種套管約束折疊鋼板耗能支撐，給出了相關(guān)構(gòu)造。C．新型高性能裝配式鋼板剪力墻開發(fā)研究研發(fā)出2類新型高性能鋼板剪力墻：不等高開縫鋼板剪力墻、基于折紙理念的折痕鋼板剪力墻，并提煉出鋼板的重要設(shè)計參數(shù)，給出了鋼板剪力墻與框架梁的快速連接構(gòu)造。2）裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)連接節(jié)點/組件抗震性能研究A．開展了裝配式帶縫鋼板剪力墻力學(xué)性能參數(shù)化數(shù)值模擬提出了梭型、蝶型不等高開縫形式，對這類新型開縫鋼板剪力墻進(jìn)行了耗能性能及穩(wěn)定性能數(shù)值模擬。采用數(shù)值模擬，借助ANSYS對邊緣加勁帶縫鋼板剪力墻的滯回性能進(jìn)行研究，系統(tǒng)分析了加勁肋剛度比、加勁肋寬厚比、墻板高厚比、開縫參數(shù)等各種特征參數(shù)對墻板抗側(cè)剛度、極限承載力、延性系數(shù)及耗能能力等的影響，考察了該耗能組件的耗能機(jī)理、滯回性能及破壞模式，并在此基礎(chǔ)上提出設(shè)計建議。B．建立了裝配式帶縫鋼板剪力墻彈塑性簡化分析模型提出了側(cè)邊加勁帶縫鋼板剪力墻的彈塑性簡化分析模型，基于帶縫鋼板剪力墻的基本受力特點和變形特征，提出了一種彈塑性簡化分析模型，并分別定義了模型的幾何參數(shù)與非線性參數(shù)。為驗證簡化模型的正確性，分別對帶縫鋼板剪力墻以及鋼框架-帶縫鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行Pushover分析。分析結(jié)果表明：簡化模型計算得到的荷載-位移曲線與試驗及有限元分析結(jié)果較為接近，可反映帶縫鋼板剪力墻的主要受力特征；簡化模型可較為準(zhǔn)確地反映協(xié)同工作時墻板對周邊框架的附加作用力。C.開展了裝配式帶縫鋼板剪力墻試驗研究 開展了試驗試件的低周往復(fù)加載試驗，研究了不等高開縫鋼板剪力墻的破壞模式、受力性能、延性、滯回性能以及耗能性能，并與傳統(tǒng)等高開縫鋼板剪力墻進(jìn)行對比。試驗表明：相對傳統(tǒng)帶縫鋼板剪力墻，不等高開縫鋼板剪力墻在保證墻板耗能不降低的情況下，具有較高的側(cè)向剛度和極限承載力。對試驗試件的有限元分析結(jié)果顯示：循環(huán)荷載下，試件滯回曲線、骨架曲線與試驗結(jié)果吻合良好。D.開展了裝配式折痕鋼板剪力墻抗震性能研究基于折紙理念，提出了3種具有塑性鉸引導(dǎo)機(jī)制的新型鋼板剪力墻，分析了折痕單元的受力機(jī)理和變形趨勢，并利用ABAQUS有限元分析軟件分別對折痕鋼板剪力墻進(jìn)行了彈塑性屈曲性能研究，給出了塑性鉸開展機(jī)制，分析了初始剛度、極限承載力、延性系數(shù)等各項指標(biāo)，并與平鋼板剪力墻和壓型鋼板剪力墻進(jìn)行了對比。引入折紙原理后，有效避免了鋼板剪力墻的整體面外失穩(wěn)。塑性鉸率先出現(xiàn)在鋼板剪力墻折痕處，且折痕引導(dǎo)了塑性開展過程。3種折痕鋼板剪力墻的延性比壓型鋼板剪力墻均有不同程度的提高，最高可達(dá)到壓型鋼板剪力墻的5.2倍，平鋼板剪力墻的8.2倍。對折痕鋼板剪力墻的滯回特性開展研究。通過對比折痕鋼板剪力墻的滯回曲線、骨架曲線以及耗能系數(shù)等特征參數(shù)，分析疊紙機(jī)構(gòu)單元的參數(shù)變化對折痕鋼板剪力墻滯回性能影響。結(jié)果表明，疊紙機(jī)構(gòu)的引入可提升鋼板剪力墻的耗能性能。3）裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法及其力學(xué)性能研究A.開展了不等高開縫（及折痕）鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)抗震分析將這不等高開縫鋼板剪力墻應(yīng)用于鋼框架結(jié)構(gòu)中，采用數(shù)值模擬的方法對其滯回性能及耗能性能進(jìn)行研究，并與內(nèi)嵌傳統(tǒng)等高開縫鋼板剪力墻的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析。將壁式框架等代模型用于模擬不等高開縫鋼板剪力墻受力特性，并將計算結(jié)果與ABAQUS殼單元計算結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明：相對于傳統(tǒng)開縫鋼板剪力墻而言，內(nèi)嵌新型開縫鋼板的框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和極限承載力均有顯著提高，且具有良好的耗能性能。壁式框架等代模型可以準(zhǔn)確地模擬不等高開縫鋼板剪力墻的受力特性。建立純框架、平板式鋼板剪力墻-框架及折痕鋼板剪力墻-框架三種模型，并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行pushover對比分析，考察了折痕鋼板剪力墻與框架協(xié)同工作時對框架性能的提升。B．裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)性能化抗震設(shè)計研究針對裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了基于性能的抗震設(shè)計研究，給出了抗震設(shè)計流程。對裝配式帶縫鋼板剪力墻—自復(fù)位鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行pushover和滯回性能研究。C．鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能研究建立偶然荷載作用下鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)倒塌分析精細(xì)化模型，采用抽柱法，對結(jié)構(gòu)開展動力非線性分析，研究其可能存在的失效倒塌模式，并考察了鋼板剪力墻的影響。四、合同任務(wù)指標(biāo)完成情況本項目開發(fā)了裝配式鋼板剪力墻-鋼框架住宅結(jié)構(gòu)體系，包括高性能鋼板剪力墻、新型連接緊固件的設(shè)計、開發(fā)及其構(gòu)造；完成了抗震與抗倒塌分析設(shè)計方法、裝配施工全過程分析研究。實現(xiàn)裝配式鋼板剪力墻-鋼框架住宅結(jié)構(gòu)體系建造技術(shù)及構(gòu)配件標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化，為實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)支持。已完成全部合同內(nèi)容。項目申請國家發(fā)明專利6項（授權(quán)4項）；授權(quán)實用新型5項；發(fā)表論文13篇。五、項目績效分析本項目面向多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)功能及性能要求，研究開發(fā)出的新型高性能鋼板剪力墻及裝配式鋼板剪力墻-鋼框架結(jié)構(gòu)體系，在保證鋼框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和抗震性能的同時具有較高裝配程度，促進(jìn)了住宅鋼結(jié)構(gòu)體系的技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng)新，為其在實際工程中的推廣應(yīng)用提供有力的技術(shù)保障。項目的實施將產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為合作企業(yè)的生產(chǎn)帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益，也將在一定程度上助力我省建筑工業(yè)化發(fā)展，將進(jìn)一步推動住宅鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計建造的標(biāo)準(zhǔn)化、部榀化、工廠化。六、存在問題、有關(guān)建議及下一步研究設(shè)想隨著我國鋼結(jié)構(gòu)市場不斷擴(kuò)大和建筑工業(yè)化的不斷深入，鋼結(jié)構(gòu)建筑已成為拉動國民經(jīng)濟(jì)增長的重要環(huán)節(jié)，需要不斷的科研與攻關(guān)。本項目基于對各類新型鋼板剪力墻的開發(fā)分析，針對裝配式鋼板