科技成果汇编-钢混凝土组合结构设计关键技术研究(陈才华)

钢－混凝土组合结构设计关键技术研究

主要完成单位：中国建筑科学研究院参加单位：北京工业大学、哈尔滨工业大学、中国建筑设计研究院主要完成人员：王翠坤、田春雨、陈才华、曹万林、王玉银、范重本文执笔：陈才华

钢－混凝土组合结构是一种高性能的结构型式，可充分利用钢结构强度高、施工速度快、抗震性能好和混凝土结构刚度大、成本低的优点，能有效地减小构件尺寸，既节省材料、降低成本，同时又增大了建筑物使用空间，综合效益明显，因此在高层建筑特别是超高层建筑中得到大量的应用。为攻克钢—混凝土组合结构结构设计的关键技术，完善设计理论和方法，促进钢－混凝土组合结构的发展应用，自2007年开始，中国建筑科学研究院作为课题组织单位，联合北京工业大学、哈尔滨工业大学和中国建筑设计研究院，针对工程应用需要，对组合结构构件到组合结构体系，都进行了大量的试验研究和理论分析。主要研究内容分为以下三个方面：1）高效组合结构体系研究开发多种高效组合结构体系，包括组合框架-混凝土核心筒结构、组合框架-防屈曲支撑结构、组合框架-钢板组合剪力墙结构体系，对其各自的工作机理、抗震性能、破坏形态以及设计方法等进行了深入的研究。2）多重组合混凝土剪力墙抗侧力体系研究开发多重组合混凝土剪力墙抗侧力体系，包括内藏钢桁架的组合剪力墙、设软钢板竖向耗能带的组合剪力墙和采用型钢与高性能混凝土组合的剪力墙，研究其抗震性能、非线性分析理论、构造措施、合理的设计参数以及实用设计计算方法。3）新型组合构件研究开发多种新型组合构件，包括异形型钢混凝土柱、钢管约束型钢混凝土短柱、钢板剪力墙和带耗能键组合剪力墙等，对其受力性能、抗震性能、构造措施、以及实用分析设计方法等进行了深入的研究。课题组严格按照计划和设定的目标完成了预期研究内容，研究开发高效组合结构体系、多重组合高性能混凝土剪力墙抗侧力体系和新型组合构件三项关键技术，解决了组合结构设计中的多项难题，取得了下列主要成果：1）完成了型钢混凝土框架-混凝土核心筒拟静力以及振动台试验，并对其工作机理进行了分析；对其在地震作用下的破坏模式、楼层剪力分配规律、结构抗倾覆能力及结构整体抗震性能等给出定量解答，并对其力学规律进行归纳与总结，给出了设计建议。2）完成了带防屈曲支撑钢管混凝土框架结构的拟静力试验研究和有限元分析，研究了结构的破坏过程与破坏机制，分析了结构体系的抗侧刚度、承载能力以及延性性能，提出了防屈曲支撑与组合框架刚度的合理取值，为工程设计提供参考。3）分析了钢管混凝土框架－两边连接钢板剪力墙体系、型钢混凝土框架－四边连接钢板剪力墙体系的抗震性能，研究其塑性铰的产生和发展过程；给出了剪力墙与组合框架抗侧刚度的合理匹配范围以及连接构造方式。4）完成了内藏钢桁架和设软钢板竖向耗能带的多重组合混凝土剪力墙抗侧力体系的抗震性能试验研究及理论分析，较系统的揭示了其承载力、刚度及其退化过程、延性、抗震耗能能力、屈服机制和破坏特征等；并提出了相应的抗震设计方法和结构构造措施。

5）完成了新型组合墙板、内藏钢板剪力墙和带耗能键的剪力墙，异型截面钢管混凝土柱以及钢管约束钢骨混凝土柱等新型组合构件的试验研究和理论分析。较系统的揭示了这些新型组合构件的受力机理，提出了实用的计算方法和合理的设计构造建议。2010年12月30日，中国建筑科学研究院在北京组织召开了“钢-混凝土组合结构设计关键技术研究”专家验收会。与会专家一致认为课题的研究成果具有先进性和创造性，促进了组合结构技术的进步，为相关规程和标准的修编、新型组合结构体系及新型组合结构构件的推广应用提供了技术支持；在实际工程中具有推广应用价值，经济效益和社会效益显著。研究成果达到国际先进水平。本课题的研究成果为新型组合结构体系及新型组合结构构件的推广应用奠定坚实的基础。部分研究成果已在一些超高层及大跨度重大工程中得到应用，取得良好的经济效益和社会效益。其中，新型组合核心筒已应用于北京财富三期工程和大连国际会议中心，钢管约束钢筋混凝土结构已应用于大连体育馆工程，新型巨型支撑结构体系应用于青岛海洋中心，配筋巨型钢管混凝土柱和超厚型钢混凝土剪力墙应用于深圳京基金融中心，钢管混凝土转换桁架结构应用于天津响锣弯开发区的内蒙古大厦。随着组合结构在高层及超高层建筑中的广泛应用，课题的研究成果必将拥有更为广阔的应