钢竹组合网架结构的研究

Built upon the principal investigator’s previous research establishment on glued laminated bamboo, the proposed research project will study and develop steel and bamboo spatial truss system for long-span structures. The project will include analysis and testing to study the mechanical behaviors of steel-bamboo composite spatial trusses with different spans and length-depth ratios, and monitor the deformation of key nodes and truss elements of a model structure. Various failure modes under gravity and seismic loads will be investigated and the most ductile behavior will be identified. The BIM (Building Information Modeling) will also be applied to establish the families for bamboo elements and joints for design, manufacture, construction and usage management of the innovative composite structure. Besides publishing academic journal papers and applying patents, the deliverable of the project will also include design and construction guidelines for promotion of the environmentally friendly bamboo in future construction.

在申请人课题组前期对胶合竹材性能以及竹结构建筑较系统研究和示范工程的基础上，本项目将重点研发钢竹组合网架结构体系。本项目将通过理论分析和试验研究不同跨度、不同长宽比的钢竹组合平面网架结构的基本受力性能，动力模态，变形和破坏模式，以及在地震荷载作用下的性能，并拟建造一个小型示范网架，对关键节点的变形和关键杆件的应力变化进行长期监测。研究还将运用BIM技术建立钢竹网架的杆件，节点和体系的模型，以便于设计、加工、施工和使用管理。通过本项目的研究，课题组除了将在本学科一流的国内外学术期刊发表一系列高水平论文外，还将申请相应的发明专利，撰写竹结构建筑施工指南，并建造示范性工程，为竹结构相关规范和标准的出台奠定基础，进一步推广竹材这种新型环保材料的应用。

根据现有的研究成果，大跨度钢竹组合屋架的研究处于空白阶段。国内外对钢竹组合网架的结构性能研究非常少，对其在静力及动力荷载下的工作机理及性能，在极限荷载下的破坏模式及极限承载计算方法尚不明确。基于上述情况，本项目对大型钢竹组合网架关键连接件的性能进行试验研究，同时对大跨度钢竹组合网架的基本性能进行试验研究。通过不同的加载方式，网架实现了不同的破坏模式，并在此基础上提出了延性设计方法。基于前期研究成果，并结合建筑信息模型技术，设计并建造了两座示范建筑。本项目的研究成果为钢竹组合网架的设计、加工、建造提供了理论依据以及实用案例。钢竹组合网架具有有自重轻、承载能力大、现场施工方便快捷的特点，满足装配化施工的要求，具有广泛的市场前景与用途。