矩形鋼管混凝土組合柱房屋結(jié)構(gòu)及模塊建筑

1、報告人：陳志華天津大學矩形鋼管混凝土組合柱房屋結(jié)構(gòu)及模塊建筑一、產(chǎn)業(yè)化政策二、方鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)體系三、模塊建筑體系報告內(nèi)容一、產(chǎn)業(yè)化政策1.1 國家級政策 國家對于裝配式建筑發(fā)展提出的相關(guān)政策文件發(fā)布時間政策文件2013年1月1日國務(wù)院辦公廳關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委住房城鄉(xiāng)建設(shè)部綠色建筑行動方案的通知（國辦發(fā)20131號）2014年3月16日國務(wù)院出臺國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014-2020年）2014年7月1日住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于推進建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干建議（建市201492號）2014年9月1日住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于印發(fā)工程質(zhì)量治理兩年行動方案的通知（建市2014130號）2014年5月15

2、日國務(wù)院印發(fā)2014-2015年節(jié)能減排低碳發(fā)展行動方案2016年2月2日國務(wù)院關(guān)于深入推進新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的若干意見（國發(fā)20168號）2016年2月6日中共中央國務(wù)院關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見（中發(fā)20166號）2016年9月30日關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見（國辦發(fā)201671號）一、產(chǎn)業(yè)化政策天津市北京市上海市寧夏回族自治區(qū)安徽省浙江省江蘇省河北省湖北省湖南省河南省福建省云南省四川省海南省吉林省國家政策1.2 地方政策部分省市地區(qū)對于裝配式建筑發(fā)展提出的政策文件一、產(chǎn)業(yè)化政策地區(qū)政策文件北京市關(guān)于印發(fā)關(guān)于推進本市住宅產(chǎn)業(yè)化的指導意見的通知（京建發(fā)2010125號）；

3、關(guān)于加快發(fā)展裝配式建筑的實施意見京政辦發(fā)20178號天津市關(guān)于加快推進我市建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展（2015-2017年）實施意見的通知（津建科2015543號）上海市關(guān)于加快推進本市住宅產(chǎn)業(yè)化若干意見的通知（滬府辦發(fā)201133號）；關(guān)于本市進一步推進裝配式建筑發(fā)展若干意見的通知（滬府辦201352號）；關(guān)于印發(fā)關(guān)于進一步強化綠色建筑發(fā)展推進力度提升建筑性能的若干規(guī)定的通知（滬建管聯(lián)2015417號）河北省關(guān)于印發(fā)關(guān)于推進全省住宅產(chǎn)業(yè)化工作的意見的通知（冀建房2010723號）；關(guān)于印發(fā)關(guān)于加快推進全省住宅產(chǎn)業(yè)化工作的指導意見的通知（冀建房20135號）；河北省人民政府關(guān)于推進住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的指導

4、意見（冀政發(fā)20155號）。涉縣涉縣人民政府關(guān)于支持和加快綠色建筑和住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展意見吉林省吉林省人民政府關(guān)于加快推進住宅產(chǎn)業(yè)化工作的指導意見（吉政發(fā)201328號）黑龍江省黑龍江住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳關(guān)于加快推進住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化工作的指導意見（黑建住宅產(chǎn)業(yè)20124號）江蘇省江蘇省政府關(guān)于加快推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化促進建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的意見（蘇政發(fā)2014111號）；江蘇省關(guān)于印發(fā)2015年全省建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化工作要點的通知（蘇建筑產(chǎn)業(yè)辦20152號）一、產(chǎn)業(yè)化政策地區(qū)政策文件浙江省浙江省人民政府辦公廳關(guān)于推進新型建筑工業(yè)化的意見（浙政辦發(fā)2012152號）；浙江省人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)浙江省深化推進

5、新型建筑工業(yè)化促進綠色建筑發(fā)展實施意見的通知（浙政辦發(fā)2014151號）安徽省安徽省人民政府辦公廳關(guān)于加快推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的指導意見（皖政辦201436號）福建省福建省人民政府辦公廳關(guān)于推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化試點的指導意見（閩政辦201568號）河南省河南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳關(guān)于推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的指導意見（豫建201578號）湖南省湖南省人民政府關(guān)于推進住宅產(chǎn)業(yè)化的指導意見（湘政發(fā)201412號）湖北省湖北省人民政府關(guān)于加快推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的意見（鄂政發(fā)20167號）海南省海南省關(guān)于促進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的指導意見（瓊府辦201648號）四川省四川省人民政府關(guān)于推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的指導

6、意見（川府發(fā)201612號）云南省云南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳關(guān)于加快發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑的指導意見陜西省陜西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳關(guān)于推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化工作的指導意見（陜建發(fā)2014221號）寧夏回族自治區(qū)關(guān)于印發(fā)關(guān)于進一步推進全區(qū)住宅產(chǎn)業(yè)化工作的意見的通知（寧建（辦）字20094號）；關(guān)于進一步推進住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化提高住宅品質(zhì)意見的通知（寧政辦發(fā)2011192號）一、產(chǎn)業(yè)化政策二、方鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)體系三、模塊建筑體系報告內(nèi)容2.1 組合異形柱研究焊接綴條連接式 焊接鋼板連接式 增大了房間的使用面積，方便房間的布置 節(jié)約鋼材、降低造價、較好的抗震性能、防腐性和防火性單肢間距可進行調(diào)整，易實現(xiàn)對兩主軸

7、的等穩(wěn)定性以較小的截面形式獲得較大的抗彎剛度 直接裝配式 間接裝配式 基于試驗回歸的一體化的方鋼管混凝土構(gòu)件計算理論 統(tǒng)一理論基于鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的方鋼管混凝土計算理論 擬鋼理論極限平衡理論 擬混凝土理論強度疊加理論 疊加理論四種矩形鋼管混凝土柱計算理論 將填充混凝土和鋼管兩部分的承載力進行疊加，作為鋼管混凝土構(gòu)件整體的承載力。對于受壓彎荷載共同作用的鋼管混凝土柱，通常將容許彎矩-軸力曲線疊加起來，作為容許承載力曲線。物理概念明確，計算公式簡便2.1 組合異形柱研究疊加理論的試驗驗證1、鋼管混凝土柱及節(jié)點與剖切試驗-大構(gòu)件2、矩形鋼管混凝土柱的推出試驗和反復推出試驗2.1 組合異形柱研究（1）軸壓試

8、驗研究綴條式連接方鋼管混凝土異形柱軸壓長柱研究（2）軸壓試驗有限元模擬填充混凝土使極限承載力提高44%，剛度也有提高。2.1 組合異形柱研究加載裝置連接板開孔式方鋼管組合異形柱軸壓試驗2.1 組合異形柱研究試件1（填充混凝土）破壞形態(tài)試件2（空鋼管）破壞形態(tài)試件1：單肢頂部四面鼓曲，破壞時發(fā)生巨響后，承載力下降明顯；試件2：單肢頂部與1/4柱高處發(fā)生屈曲，兩面鼓曲，兩面凹陷，過程中沒有明顯聲音。試驗現(xiàn)象與破壞形態(tài)2.1 組合異形柱研究試件1（單向壓彎）破壞形態(tài)邊肢-1（受壓單肢）的局部鼓曲變形邊肢-2的彎曲變形整體彎曲變形連接板開孔式方鋼管組合異形柱壓彎試驗2.1 組合異形柱研究試件1（填充混

9、凝土）破壞形態(tài)試件2（空鋼管）破壞形態(tài) 兩個試件的破壞形態(tài)基本相同，兩邊肢在中部發(fā)生很大的平面外彎曲，連接板發(fā)生平面外鼓曲，主要是局部屈曲，未發(fā)生整體失穩(wěn)；混凝土的填充提高了試件的極限承載能力和剛度。 有限元數(shù)值模擬連接板開孔式方鋼管組合異形柱壓彎試驗2.1 組合異形柱研究單板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能 研究長細比的變化對異形柱破壞形態(tài)以及承載力的影響 隨著長細比的不斷增加，單肢柱的局部鼓曲不斷減小，異形柱的破壞形態(tài)逐漸趨向于整體失穩(wěn)破壞。此外，通過對邊肢平面外撓度的量測可以發(fā)現(xiàn)。隨著長細比的不斷增加，邊肢柱的平面外撓度更加接近，基本呈現(xiàn)對稱分布。試件1（1m）試件2（1.5m）試件3（2m

10、）試件4（2.5m）2.1 組合異形柱研究有限元模型短柱長柱 有限元得到的數(shù)值略大于試驗值，但誤差均在10%以內(nèi)，說明所建立的有限元模型能夠有效地預(yù)測鋼板連接式方鋼管混凝土組合異形柱的極限荷載。有限元數(shù)值模擬：單板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能2.1 組合異形柱研究 試件 LCFST-3.75-100，高2000mm，連接板厚度為3.75mm,連接板寬度為100mm。試件在破壞時呈現(xiàn)整體失穩(wěn)的破壞模態(tài)，并未發(fā)現(xiàn)有局部鼓曲的試驗現(xiàn)象。由于初始缺陷的影響，試件發(fā)生向內(nèi)整體彎曲。 研究連接板的寬度和厚度對異形柱破壞形態(tài)以及承載力的影響試件前后左右四個視圖破壞對比單板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能2.1

11、組合異形柱研究 試件 LCFST-7.75-100，高2000mm，連接板厚度為7.75mm,連接板寬度為100mm。試件發(fā)生向外的整體彎曲。前視圖左視圖右視圖后視圖單板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能2.1 組合異形柱研究 試件 LCFST-5.75-150，高2000mm，連接板厚度為5.75mm,連接板寬度為150mm。隨著連接板寬度的增加，連接板對單肢柱的約束作用減弱，此試件在破壞時各單肢獨立變形，邊肢柱L1與邊肢柱L3的平面外變形明顯不同，邊肢柱L1平面外變形較大，邊肢柱L3平面外變形較小。此外，在C2面的柱頂出現(xiàn)局部鼓曲。 左視圖 右視圖 后視圖 局部破壞圖 單板連接方鋼管組合異形柱軸

12、壓性能2.1 組合異形柱研究有限元數(shù)值模擬破壞形態(tài)試件LCFST-3.75-100試件LCFST-7.75-100試件LCFST-5.75-150 有限元和試驗數(shù)據(jù)非常接近，誤差在5%以內(nèi)，說明所建立的有限元模型可以很好地預(yù)測鋼板連接式方鋼管混凝土組合異形柱的極限荷載。單板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能2.1 組合異形柱研究單板連接方鋼管組合異形柱壓彎性能L-0LBE-60LBE-120偏心矩為0、60mm、120mm的異形柱的整體彎曲變形。正向壓彎模型破壞對比研究繞弱軸正向偏心對異形柱破壞形態(tài)以及承載力的影響2.1 組合異形柱研究單板連接方鋼管組合異形柱壓彎性能 研究繞弱軸負向偏心對異形柱破壞

13、形態(tài)以及承載力的影響L-0邊柱1/4處焊縫破壞圖LBE-60邊柱1/2處焊縫破壞圖LBE-120邊柱1/2處焊縫破壞圖實驗表明：L-0、 LBE-60、LBE-120三者對比， 三者彎曲方向相同，彎曲沿弱軸正向， L-0、LBE-120焊縫位置在邊柱1/4柱高處，而LBE-60焊縫位置在邊柱柱中位置，弱軸的負向壓彎都出現(xiàn)了焊縫的脆性斷裂，響聲較大，但斷裂均發(fā)生在荷載峰值以后。負向壓彎模型破壞對比2.1 組合異形柱研究 提出了壓彎荷載作用下的計算公式2.1 組合異形柱研究耐火試驗過程中，考慮工程實際狀態(tài)，外鋪具有良好防火效果的ALC板。爐內(nèi)最高溫度是1100，在保持軸力0.77R不變的情況下，柱

14、子軸向位移為0.65mm；在0.9R軸力下柱子軸向位移為1.7mm。柱子軸向位移遠小于受火高度3000mm的百分之一，進而表明單板連接方鋼管混凝土異形柱的耐火性能滿足國家抗火規(guī)范的要求。試驗后整體試驗前整體異形柱包防火板單板連接方鋼管混凝土組合異形柱耐火試驗2.1 組合異形柱研究進行了火后軸壓試驗及實驗與數(shù)值模擬對比 柱子圍繞弱軸XX發(fā)生整體彎曲，固定端的混凝土被壓碎，鋼管鼓曲開裂，異形柱喪失承載力。（b）L1處頂部破壞 （c）L2處頂部破壞火后軸壓實驗應(yīng)力云圖 耐火實驗前疊加理論計算所得承載力和有限元結(jié)果與實驗后試驗結(jié)果接近，誤差都在4%以內(nèi)，表明柱子的極限承載力并未因為火燒而有所明顯的降低

15、。（a）L0處頂部破壞實驗與數(shù)值模擬對比圖2.1 組合異形柱研究 試件加載圖 1)研究異形柱在軸壓實驗下受力形式、破壞形式；2)對比四種不同的連接形式產(chǎn)生的影響；3)研究連接長度不同（100mm，150mm） 對雙 板連接異形柱承載能力的影響；4)分析是否有必要焊接水平肋板。雙板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能2.1 組合異形柱研究 水平肋板的設(shè)置可以延緩局部屈曲的發(fā)生，對連接板的變形有一定的限制作用。連接板內(nèi)部填充混凝土，可以延緩連接板的局部屈曲，從而延緩連接板側(cè)向撓曲發(fā)展，較大程度提高試件的軸向剛度和穩(wěn)定性。雙板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能2.1 組合異形柱研究水平肋板的對初始剛度有所提高，對

16、承載力的提高幫助很小。連接板內(nèi)部填充混凝土，對試件的變形和承載能力作用明顯。連接板的長度會對異形柱的剛度、承載力產(chǎn)生影響,長度增加會使承載力得到提高。試驗荷載-位移曲線(a) A-100, B-100 (b) C-100, D-100 (c) A-150, B-150, C-150 (d) 試件的 Nm雙板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能2.1 組合異形柱研究 荷載位移曲線對比A-150B-150D-100A-150B-150D-100有限元模型與試驗結(jié)果吻合較好雙板連接形式比單板連接形式承載力提高25%以上，適合應(yīng)用于承載力要求較高的建筑中。雙板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能2.1 組合異形柱研究

17、 研究長細比的變化對異形柱破壞形態(tài)以及承載力的影響1）研究異形柱在軸壓實驗下的受力形式、破壞形式;2）對比七種長細比對異形柱力學性能產(chǎn)生的影響;3）研究長細比大小的變化，對雙板連接異形柱承載能力的影響；4）將變量擴展到鋼管尺寸和厚度、連接板厚度寬度，考慮其他變量對于雙板式 異形柱的影響加載裝置圖雙板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能2.1 組合異形柱研究長細比增加對試件的整體變形影響較大。隨著長細比的增加，試件的整體彎曲程度明顯，局部屈曲程度減輕。鋼管越長對內(nèi)部混凝土約束作用越小。長柱的彎曲部位主要在中部。雙板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能2.1 組合異形柱研究進行試驗結(jié)果和有限元位移荷載曲線對比取S

18、J-2、SJ-4、SJ-6試件進行有限元分析雙板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能2.1 組合異形柱研究雙板連接異形柱軸壓承載力公式 在軸壓作用下，LCFST-D柱的承載力為三根方鋼管混凝土柱和兩根矩形鋼管混凝土柱承載力的疊加，同時，考慮鋼管、連接板對混凝土的約束作用，進行軸壓承載力計算。軸壓作用下的變形鋼板對內(nèi)部混凝土的約束作用雙板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能2.1 組合異形柱研究雙板連接方鋼管組合異形柱軸壓性能根據(jù)疊加原理，LCFST-D 柱的軸壓承載力如下：其中：2.1 組合異形柱研究各試件破壞形態(tài)雙板連接方鋼管組合異形柱壓彎性能 雙板連接異形柱在壓彎作用下破壞形態(tài)以及承載力的影響整體屈曲大都

19、發(fā)生在柱中部的位置，未填充混凝土的試件局部屈曲明顯大于填充了混凝土的試件，且連接板兩面鼓曲，兩面凹陷。2.1 組合異形柱研究考慮研究偏心距對試件破壞形式和承載力的影響D-0有明顯的平面外變形，D-40、D-80均表現(xiàn)為繞著X-X軸的彎曲屈曲。隨著偏心距增大，承載力降低，荷載位移曲線彈性段斜率減小，剛度減小，屈服位移增大，下降段更平緩。不同偏心距下試件破壞圖雙板連接方鋼管組合異形柱壓彎性能2.1 組合異形柱研究 試驗考慮因素： 軸壓比、截面尺寸、 連接板長度、連接板厚度 完成了5種不同尺寸的異形柱的擬靜力試驗。其破壞形式:柱整體傾斜；柱底鼓曲；單支鼓曲的底部被撕裂；鋼管內(nèi)混凝土被壓碎；部分連接板

20、撕裂 認為連接板傳力性能可靠；雙板連接可以保證單支柱之間的協(xié)同工作。雙板連接方鋼管組合異形柱擬靜力試驗研究2.1 組合異形柱研究滯回曲線飽滿，呈現(xiàn)一定的非對稱性，具有良好的耗能能力2.1 組合異形柱研究骨架曲線平緩，數(shù)值模擬結(jié)果吻合良好2.1 組合異形柱研究 結(jié)果與試驗基本一致，破壞模態(tài)為以局部屈曲的塑破壞為主，柱底部應(yīng)力最大變形最大；在滯回荷載下，軸壓比越大，柱的延性變差，對承載力并無明顯提高，因此對SCFT柱的軸壓比應(yīng)予以限制。鋼管尺寸增大對提高承載力幫助較大。鋼管厚變大，承載力提高，延性也有所提高。連接板的厚度增加，柱子的承載能力也相應(yīng)提高。有限元分析2.1 組合異形柱研究鋼結(jié)構(gòu)住宅體系

21、的關(guān)鍵及難點-梁柱節(jié)點國內(nèi)形勢 內(nèi)隔板節(jié)點：性能差 外環(huán)板節(jié)點：用鋼量大，美觀不足 國外進展 新型節(jié)點形式：研究還處于起步階段亟待提出新型節(jié)點形式實現(xiàn)高效節(jié)能、安全經(jīng)濟、綠色環(huán)保、輕盈美觀2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究加楔形板剛接的內(nèi)隔板節(jié)點四種加強型隔板貫通節(jié)點及內(nèi)隔板節(jié)點試驗一般剛接的隔板貫通式節(jié)點梯形外伸隔板貫通式節(jié)點加楔形板剛接的隔板貫通節(jié)點2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究隔板貫通點與內(nèi)隔板節(jié)點比較 加工制作安裝焊接殘余應(yīng)力使用范圍節(jié)點剛度隔板貫通式節(jié)點方便方便較小不受柱邊長限制大內(nèi)隔板節(jié)點一般一般大受柱邊長限制小2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究構(gòu)造簡單，避免現(xiàn)場焊接工作抗震性

22、能優(yōu)良、螺栓連接易保證工程質(zhì)量減少焊接工作量、人工費低、工期短施工便捷結(jié)構(gòu)安全經(jīng)濟高效節(jié)點平面示意圖 節(jié)點剖面圖全螺栓連接節(jié)點效果圖全螺栓隔板貫通節(jié)點2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究完成6個全螺栓隔板貫通節(jié)點足尺擬靜力試驗試驗裝置示意圖試驗裝置現(xiàn)場圖片2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究下栓上焊隔板貫通節(jié)點 為了解決施工安裝精度問題，研發(fā)下栓上焊隔板貫通節(jié)點并在工程中得到應(yīng)用。2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究完成3個下栓上焊隔板貫通節(jié)點足尺擬靜力試驗2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究角節(jié)點（外肋環(huán)板節(jié)點）擬靜力破壞試驗現(xiàn)象Joint typeSpecimenB (mm) t (mm)ls (

23、mm)Concreten0Corner JointCJ-H300-1100640Hollow0.28CJ-H300-27580Filled0.28CJ-H300-310060Filled0.28 進行了不同節(jié)點類型、軸壓比、鋼管內(nèi)混凝土、豎向肋板高寬比及內(nèi)伸長度等不同對比參數(shù)對節(jié)點抗震性能的影響。通過對試驗結(jié)果的深入分析，研究了節(jié)點的破壞機理、滯回曲線、骨架曲線、承載力退化、剛度退化、耗能能力和應(yīng)變演化規(guī)律等。對于異形柱節(jié)點進行擬靜力試驗2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究 邊節(jié)點（外肋環(huán)板節(jié)點）擬靜力試驗破壞現(xiàn)象Joint typeSpecimenB (mm) t (mm)ls (mm)Con

24、creten0Exterior JointEJ-H300-11006150Filled0.28EJ-H300-2758150Filled0.28對于異形柱節(jié)點進行擬靜力試驗2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究中節(jié)點（一側(cè)外肋環(huán)板節(jié)點，一側(cè)擴翼緣端板連接節(jié)點）擬靜力試驗破壞現(xiàn)象Joint typeSpecimenB (mm) t (mm)ls (mm)Concreten0Interior JointIJ-H300-1100640Filled0.28IJ-H300-2100640Filled0.14對于異形柱節(jié)點進行擬靜力試驗2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究外肋環(huán)板節(jié)點優(yōu)化分析骨架曲線編號說明H3

25、00-0基本試件，對應(yīng)試驗試件CJ-H300-1H300-T楔形的豎向肋板模型H300-P平翼緣豎向肋板模型H300-RBSD20鋼梁翼緣削弱節(jié)點模型，圓弧倒角D=20H300-RBSD40鋼梁翼緣削弱節(jié)點模型，圓弧倒角D=40H300-BFCPT10鋼梁翼緣連接板增厚2mm，即T=10mmH300-BFCPT12鋼梁翼緣連接板增厚2mm，即T=12mmH300-BFCPT20H300-TH300-FH300-RBSD20H300-RBSD40H300-BFCPT102.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究鋼管翼緣與外肋環(huán)板組成的”鋼板框架”的抗剪三折線模型屈服狀態(tài)：極限狀態(tài)：(b) 邊節(jié)點(a)

26、角節(jié)點角節(jié)點：邊節(jié)點：角節(jié)點：邊節(jié)點：L-CFST柱-鋼梁節(jié)點核心區(qū)抗剪承載力-剪切變形曲線2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究核心區(qū)混凝土的剪力-剪切變形骨架曲線屈服狀態(tài)：極限狀態(tài)：邊節(jié)點角節(jié)點角節(jié)點：邊節(jié)點：角節(jié)點：邊節(jié)點：單肢柱節(jié)點核心混凝土應(yīng)變狀態(tài)L-CFST柱-鋼梁節(jié)點核心區(qū)抗剪承載力-剪切變形曲線2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究剪力-剪切變形骨架曲線及抗剪承載力計算公式屈服狀態(tài)：極限狀態(tài)：極限抗剪承載力與有限元和試驗結(jié)果對比剪力-剪切應(yīng)變?nèi)c折線圖L-CFST柱-鋼梁節(jié)點核心區(qū)抗剪承載力-剪切變形曲線2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究L-CFST柱-鋼梁節(jié)點擴翼緣連接抗彎承載力計算

27、公式屈服狀態(tài)：極限狀態(tài)：端板及柱翼緣在受拉作用下的屈服機制端板平面外變形示意圖2.2 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點研究方鋼管混凝土組合異形柱框架試驗 3榀方鋼管混凝土組合異形柱H型鋼梁框架在低周反復荷載作用下的試驗。 以梁柱線剛度比和軸壓比為參數(shù)，同時研究該類結(jié)構(gòu)的破壞特征、滯回性能和變形能力。2.3 異形柱-鋼梁框架體系研究方鋼管混凝土組合異形柱框架支撐試驗研究SCFST框架-支撐結(jié)構(gòu)在水平低周反復荷載作用下各構(gòu)件及節(jié)點的破壞次序與破壞特征。2.3 異形柱-鋼梁框架體系研究方鋼管混凝土組合異形柱框架偏心支撐試驗耗能梁段扭轉(zhuǎn)，帶動節(jié)點板外翻2.3 異形柱-鋼梁框架體系研究汶川映秀鎮(zhèn)漁子溪村民居工程，

28、241棟 已有相關(guān)工程2.4 工程應(yīng)用北京順義民居十二五國家科技支撐項目示范工程2.4 工程應(yīng)用河北易縣易水嵐庭鋼結(jié)構(gòu)住宅2.4 工程應(yīng)用 天津市鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化聯(lián)合研究院三層示范樓2.4 工程應(yīng)用 滄州恒大悅府7號樓項目2.4 工程應(yīng)用 河北省滄州市榮盛名邸1#樓項目2.4 工程應(yīng)用中建鋼構(gòu)上善頤園項目2.4 工程應(yīng)用框架支撐結(jié)構(gòu)框架剪力墻結(jié)構(gòu)2.4 工程應(yīng)用河北滄州?？导覉@公租房（大元集團）專利成果1間接裝配式鋼管混凝土組合異形柱及其制作方法（天津市專利獎金獎）ZL200910069037.9已授權(quán)發(fā)明專利2矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點ZL201410157630.x已授權(quán)發(fā)

29、明專利3高層模塊建筑空間的主次模塊單元組合結(jié)構(gòu)及連接方法ZL201310404544.x已授權(quán)發(fā)明專利4矩形鋼管混凝土柱鋼梁下栓上焊外肋環(huán)板節(jié)點施工方法ZL201310050949.8已授權(quán)發(fā)明專利5矩形鋼管混凝土柱-箱梁全螺栓連接節(jié)點及施工方法ZL201210540287.8已授權(quán)發(fā)明專利6矩形鋼管混凝土柱-鋼梁全螺栓連接節(jié)點ZL201210073686.8已授權(quán)發(fā)明專利7間接裝配式鋼管混凝土組合異形柱及其制作方法ZL200910069037.9已授權(quán)發(fā)明專利8方鋼管混凝土組合異形柱套筒式梁柱節(jié)點及其制作方法ZL200910068322.9已授權(quán)發(fā)明專利2.5 成果科技獎勵2008年度天津市

30、科學技術(shù)進步一等獎2013年“中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會科學技術(shù)獎”特等獎2016年中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會科學技術(shù)一等獎2.5 成果2017年天津市專利金獎主編矩形鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS）（在編）參編異形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS）（在編）聯(lián)合主編河北省多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)規(guī)程（DB）（在編）參編鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（全文強制性國家標準）（在編）參編鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)標準（JGJ）（在編）主編矩形鋼管混凝土節(jié)點技術(shù)規(guī)程（T/CECS 506-2018）主編圖集鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造（GJCT-088/14CG18）主編天津市矩形鋼管混凝土節(jié)點技術(shù)規(guī)程（DB29-186-2011,J11202

31、-2011）主編天津市鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計規(guī)程（DB/T29572016）參編裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標準 (GB/T51232-2016)參編輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)規(guī)程（JGJ209-2010）參編鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計規(guī)范（CECS261-2009）相關(guān)規(guī)程編寫2.5 成果一、產(chǎn)業(yè)化政策二、方鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)體系三、模塊建筑體系報告內(nèi)容模塊建筑概念 模塊建筑是將傳統(tǒng)房屋以單個房間或一定的三維建筑空間為建筑模塊單元進行劃分，其每個單元都在工廠內(nèi)完成預(yù)制且進行精裝修，單元運輸?shù)焦さ剡M行裝配連接而成的一種新型建筑形式。3.1 模塊建筑基本概念及現(xiàn)狀模塊建筑及其建造方式 模塊建筑的特點及優(yōu)勢高效化：單元在工廠可

32、制作成標準化的產(chǎn)品，現(xiàn)場快速拼裝完成后業(yè)主可以直接拎包入住，縮短了建設(shè)工期；簡易化：由于絕大部分的建造過程均放在工廠環(huán)境下進行，現(xiàn)場施工過程大大簡化，節(jié)約了人力物力的投入；精細化：工廠環(huán)境可以實現(xiàn)精細化加工，部品部件可以具備很高的加工精度，減少施工誤差，有利于提高工程質(zhì)量；綠色化：更容易控制固體廢棄物和工業(yè)污染，減小對施工現(xiàn)場周圍環(huán)境的影響，有利于推動綠色建筑的發(fā)展。3.1 模塊建筑基本概念及現(xiàn)狀 模塊單元的分類 模塊建筑的單元可分別從不同角度進行分類。其中根據(jù)受力方式：墻承重模塊單元、柱承重模塊單元、非承重模塊單元。墻承重模塊單元豎向荷載主要由四面墻體承擔，多采用冷彎薄壁型鋼等輕鋼構(gòu)件柱承重

33、模塊單元豎向荷載全部用模塊的4根角柱承擔，多采用熱軋鋼結(jié)構(gòu)框架；可以創(chuàng)建更大的開放式空間非承重模塊單元主要為廚房、浴室等特殊功能的房間，僅能承擔自重，但不承擔或傳遞單元外部的荷載。3.1 模塊建筑基本概念及現(xiàn)狀 模塊建筑的連接節(jié)點模塊建筑的節(jié)點主要包括單元內(nèi)部的連接節(jié)點、模塊單元間的連接節(jié)點、模塊單元和其他抗側(cè)力體系的連接節(jié)點。其中模塊單元間的連接節(jié)點是其結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點，成為各高校、設(shè)計院和企業(yè)的研發(fā)熱點。 焊接連接：接近于剛接節(jié)點，抗側(cè)能力較高，但是增加了現(xiàn)場的焊接工作量； 螺栓連接及借助機械連接件連接：主要傳遞剪力和拉力，屬于鉸接節(jié)點或者半剛性節(jié)點，現(xiàn)場操作較為簡便，更易實現(xiàn)快速拼接。下圖

34、為課題組提出的幾種新型連接節(jié)點，目前已完成部分理論分析及試驗研究。自鎖式榫卯連接節(jié)點梁梁連接節(jié)點預(yù)應(yīng)力連接節(jié)點旋轉(zhuǎn)角件式連接節(jié)點3.1 模塊建筑基本概念及現(xiàn)狀 模塊建筑的結(jié)構(gòu)體系分類 模塊單元自身是具有一定抗側(cè)剛度的系統(tǒng)，即由模塊梁和模塊柱形成的框架承擔水平荷載，但是當建筑高度較大或者抗震設(shè)防烈度較高時，全部由模塊單元組合進行抗側(cè)時，連接節(jié)點域存在較大內(nèi)力，對于單元間連接提出很高的要求。為了保證模塊建筑具有更廣泛的適用高度，通常需要借助額外的抗側(cè)力體系。模塊建筑結(jié)構(gòu)體系全模塊結(jié)構(gòu)體系模塊-鋼框架(支撐)混合結(jié)構(gòu)體系模塊-筒體混合結(jié)構(gòu)體系嵌入式模塊結(jié)構(gòu)體系3.1 模塊建筑基本概念及現(xiàn)狀 模塊建筑

35、國外典型工程實例自從住宅67作為蒙特利爾世界博覽會的一個重要主題展示項目開創(chuàng)了三維預(yù)制居住單元的先河后，日益受到建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的重視和關(guān)注。最開始模塊建筑采用混凝土作為建筑材料，隨著鋼材在抗震性能方面的材料優(yōu)勢以及自身具備的工業(yè)化特點，目前鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑的應(yīng)用最為普遍，模塊建筑在發(fā)達國家較廣泛地應(yīng)用于具有較多形狀大小基本相同的重復房間的住宅、酒店、學校及商業(yè)等建筑中。如圖所示為國外典型的模塊建筑示例,可見模塊建筑目前已應(yīng)用于高層乃至于超高層建筑中。 英國 蒙特利爾“住宅67” 日本 東京中銀艙體樓英國 伍爾弗漢普頓學生公寓美國 紐約 B2住宅大廈澳大利亞 墨爾本 拉特羅布住宅大廈 3.1

36、模塊建筑基本概念及現(xiàn)狀 模塊建筑國內(nèi)典型工程實例 國內(nèi)模塊建筑發(fā)展已有10年左右的時間，在國家“十二五”推行住宅產(chǎn)業(yè)化以及“十三五”進一步發(fā)展裝配式建筑的形勢下，國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑工程應(yīng)用如雨后春筍般出現(xiàn)，并且從低層模塊建筑過渡到多高層模塊建筑，呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?.1 模塊建筑基本概念及現(xiàn)狀雄安市民服務(wù)中心（2-3層）鎮(zhèn)江新區(qū)港南路公租房小區(qū)（18層）深圳前海創(chuàng)新商務(wù)中心（2-4層）天津靜海子牙尚林苑項目（5層、局部6層）北京城市副中心辦公樓項目（2層）南京仙林湖商品住宅（11層）結(jié)構(gòu)體系設(shè)計基本參數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限：50年結(jié)構(gòu)安全等級：二級基本風壓：0.5kN/m2(n=50)地面粗糙

37、度：B類地震設(shè)防烈度：7度（0.15g）設(shè)計地震分組：第2組場地類別：類3.2 工程概況及技術(shù)背景本項目為天津市靜海區(qū)和天津匯京投資有限公司委托，天津大學與天津中天建都市建筑設(shè)計有限公司聯(lián)合設(shè)計，天津大學負責本項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用以集裝箱形式為基礎(chǔ)的帶有特殊角件的模塊單元。模塊采用旋轉(zhuǎn)式連接件進行連接。模塊單元在工廠預(yù)制，裝修完畢后運送到現(xiàn)場直接安裝。單元選型3.2 工程概況及技術(shù)背景節(jié)點專利技術(shù) 旋轉(zhuǎn)式角件連接節(jié)點包括角件和連接件，操作簡單，施工高效便捷。三.連接件設(shè)計連接件螺桿螺母角件旋轉(zhuǎn)件連接板3.2 工程概況及技術(shù)背景連接節(jié)點試驗研究3.2 工程概況及技術(shù)背景 根據(jù)歐洲規(guī)范（Euroc

38、ode 3）節(jié)點分類，從節(jié)點自身的轉(zhuǎn)動剛度特性來看，角件旋轉(zhuǎn)式連接節(jié)點可按鉸接設(shè)計。單元間連接節(jié)點抗彎試驗連接節(jié)點試驗研究3.2 工程概況及技術(shù)背景 對單元間連接節(jié)點沿X、Y兩個方向進行靜力抗剪試驗，得到極限承載力分別為 540kN、445kN。單元間連接節(jié)點抗剪試驗施工流程3.3 建造技術(shù)模塊建筑工程項目施工流程圖施工流程a）地基與基礎(chǔ)施工基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土承臺，在樁承臺上現(xiàn)澆混凝土短柱，澆筑混凝土時預(yù)埋埋件與模塊基礎(chǔ)角件連接。地基與基礎(chǔ)BIM圖預(yù)埋件與基礎(chǔ)角件的連接3.3 建造技術(shù)施工流程b）模塊的工廠制作以本項目為例，模塊生產(chǎn)廠家日均生產(chǎn)鋼框架7個，裝修成品4個，單棟建筑157個模塊

39、單元可在45天內(nèi)制作完成，通過工廠化生產(chǎn)，達到毫米級質(zhì)量控制。模塊制作工藝流程：可分為四步，分別為模塊就位、水電裝配、內(nèi)部裝配、內(nèi)部配飾，詳見下圖。模塊制作工藝流程圖3.3 建造技術(shù)施工流程b）模塊的工廠制作主體框架制作模塊單元水電裝配3.3 建造技術(shù)施工流程b）模塊的工廠制作模塊單元內(nèi)部裝配模塊單元內(nèi)部配飾3.3 建造技術(shù)施工流程c）模塊的現(xiàn)場安裝施工首層模塊安裝 首先進行基礎(chǔ)角件安裝，然后進行連接件固定安裝，最后進行模塊安裝。安裝過程如下圖所示：首層模塊安裝示意圖3.3 建造技術(shù)施工流程c）模塊的現(xiàn)場安裝施工標準層模塊安裝 標準層模塊的安裝需重新對模塊進行定位放線，確認無誤后開始進行連接件

40、安裝施工，連接件安裝時首先對連接件進行復測，確保施工精度。安裝過程如下圖所示：標準層模塊安裝示意圖3.3 建造技術(shù)施工流程c）模塊的現(xiàn)場安裝施工頂層模塊安裝頂層模塊安裝與標準層安裝基本類似，區(qū)別在于頂層安裝完成后需對模塊頂部角件進行焊接。安裝過程如圖所示：頂層模塊安裝示意圖3.3 建造技術(shù)施工流程c）模塊的現(xiàn)場安裝施工外延裝飾及工程驗收模塊單元安裝完畢后項目最終建成圖（外延裝飾完成后）3.3 建造技術(shù)結(jié)構(gòu)建模分析及設(shè)計方法研究3.4 鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑工作進展天津國綠模塊辦公大樓天津國綠模塊公寓樓 天津某公司辦公樓項目位于天津市濱海新區(qū)旅游區(qū)中央大道西側(cè)。建筑層數(shù)為3層，局部4層，建筑高度16.4

41、m，其中首層層高為5.4m，標準層層高為3.9m，未設(shè)地下空間，屬于多層建筑，結(jié)構(gòu)形式為底層鋼框架，上部鋼結(jié)構(gòu)模塊體系。 天津某公司辦公樓項目位于天津市塘沽天津中新生態(tài)城航海道300號，建筑層數(shù)為11層，屬于高層建筑，結(jié)構(gòu)形式為底層鋼框架，兩側(cè)布置鋼桁架剪力墻，中部為普通鋼框架，其余部分為鋼模塊。結(jié)構(gòu)建模分析及設(shè)計方法研究3.4 鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑工作進展濱海新區(qū)保障性住房項目設(shè)計北京浩石綜合辦公宿舍樓 北京浩石綜合辦公宿舍樓項目天津市寧河縣，建筑功能為辦公+住宿。建筑面積3661.32m2。地上層數(shù)4層，局部5層，建筑高度為17.5m。建筑整體呈L形，按兩個分區(qū)設(shè)計，門廳部分結(jié)構(gòu)為底部鋼框架；其余均為鋼模塊。 本項目為濱海新區(qū)保障性住房試點項目，建筑層數(shù)為11層。該項目每層分為A、B、C三種戶型，各戶型采用23個鋼模塊組合而成，核心筒布置在樓、電梯間及通道等公共區(qū)域，結(jié)構(gòu)體系上屬于模塊-筒體混合結(jié)構(gòu)體系。梁梁連接節(jié)點研究理論分析及節(jié)點試驗適用于模塊建筑的梁梁連接節(jié)點研究3.4 鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑工作進展節(jié)點簡化 節(jié)點簡化：上下模塊柱之間用無限剛短柱相連，中部鉸接且對鉸接節(jié)點進行平動自由度耦合。上下梁之間的螺栓連接用一根拉桿替代。 設(shè)計了12個試件（6個邊節(jié)點、6個中節(jié)點），4個進行靜力試驗，8個進行低周反復加載試驗。參數(shù)包括軸壓比、雙梁線剛度比、有無加勁肋板等指標。有限元