多层冷弯薄壁型钢—混凝土混合结构受力性能与设计方法研究

Cold-formed steel-concrete hybrid structure is a vertical irregularity combination structural system in which the upper structure uses lightweight cold-formed steel framing while the lower one is a conventional concrete framed structure. The structural behavior of multi–storey cold-formed steel-concrete hybrid structure will be investigated through theoretical analysis, finite element analysis and experimental study in this project. It mainly includes the following aspects: the simplified structural aseismatic design method and the finite element analysis of cold-formed steel-concrete hybrid structure, the shaking table tests for the whole cold-formed steel-concrete hybrid structure, and the connection performance between the cold-formed steel and concrete framing. The load-transferring mechanism, failure mechanism, dynamic characteristics and seismic performance of the cold-formed steel-concrete hybrid structure will be revealed. Through this study，the requirements about the structural composition and plane and vertical arrangement will be put forward.The aseismatic design theory, design formula and earthquake-resistant detailing requirements of multi–storey cold-formed steel-concrete hybrid structure will also be proposed. It is anticipated that the research results will provide a reliable reference for the future national design standard on cold-formed steel-concrete hybrid structure. As a new type of structural system, cold-formed steel-concrete hybrid structure has important significance in terms of improving the technology innovation ability of light steel structures, promoting the development process of residential industrialization, and improving people's residential conditions.

冷弯薄壁型钢―混凝土混合结构是指由上部轻型冷弯薄壁型钢结构和下部混凝土结构形成的竖向不均匀混合结构。本课题拟采用理论分析、有限元分析和试验研究相结合的方法对多层冷弯薄壁型钢―混凝土混合结构的受力性能进行研究，内容包括：多层冷弯薄壁型钢―混凝土混合结构的简化抗震设计方法研究、整体结构受力性能的有限元数值分析、结构的振动台试验研究，以及冷弯薄壁型钢结构与混凝土结构间的连接节点受力性能研究等，揭示多层冷弯薄壁型钢―混凝土混合结构的传力机理、破坏特征、动力特性和地震作用响应等。通过研究提出多层冷弯薄壁型钢―混凝土混合结构的组成、结构平面和竖向布置要求、抗震设计理论和计算方法，以及抗震构造措施等，为编制国家或行业设计标准提供可靠依据。本项目研究的新型冷弯薄壁型钢―混凝土混合结构体系，对提升我国轻钢结构住宅技术的创新能力、促进住宅产业化进程、改善人民的居住条件具有重要意义。

多层冷弯薄壁型钢―混凝土混合结构是一种新型的结构体系，本项目在国家自然科学基金的资助下，采用理论分析、有限元分析和试验研究相结合的方法对多层冷弯薄壁型钢―混凝土混合结构的受力性能进行研究。项目基于小比例冷弯薄壁型钢结构模型振动台试验、带斜撑冷弯薄壁型钢结构组合墙体和冷弯薄壁型钢板剪力墙的抗剪性能试验、上下刚度比不同的两层混合结构墙体抗剪性能试验、节点连接试验以及足尺模型的振动台试验，观测结构的传力机理、破坏特征、动力特性和地震作用响应等。通过大量数值模拟及理论计算，提出了冷弯薄壁型钢剪力墙的抗剪承载力设计方法、多层冷弯薄壁型钢―混凝土混合结构的抗震设计理论和计算方法。通过不同系统层面的试验和有限元分析，提出了薄弱层墙体的连接构造要求、上部冷弯薄壁型钢结构墙体和楼盖的构造要求。项目执行中，项目组成员参加7次学术会议，其中境外国际会议1次，做大会报告3次。项目成果共发表期刊论文16篇，其中SCI收录5篇，EI收录7篇；获授权实用新型专利2项。培养硕士研究生6名，博士研究生2名。项目很好地完成了预期目标。研究成果为促进冷弯薄壁型钢―混凝土混合结构的分析和设计水平提供了理论依据。