模块化装配式高层钢结构体系创新基础研究

System innovation is a crucial bottleneck for the industrialization of high-rise steel structure housing in China. And it still remains blank to realize the standard, modular, industrialized and fabricated production and construction. For the innovations of modular assembly high-rise steel structure system, basic research is carried out systematically in this project. Aiming at key problems in the compositions of typical modules, connections, columns, floorslabs and lateral force resisting systems, related performance are obtained through theoretical analysis, model experiment and engineering case, such as stability, load-carrying capacity, deformations under earthquake action and failure modes. New design and calculation methods are also proposed, providing scientific support for the revise of design standards and specifications. This structure system is environmental friendly, and can be disassembled, recycled and reconstructed in another place conveniently. Further more, it significantly reduces steel consumption, construction cost and duration, proving to be of remarkable economic and social benefits.

解决我国高层钢结构房屋实现产业化瓶颈问题的途径只有创新高层钢结构体系，使其实现标准化、模块化、工业化、装配式加工制作和施工建设，而目前基本处于研究空白状态。本项目系统地开展模块化装配式高层钢结构体系创新基础研究，针对模块化装配式高层钢结构新体系典型模块组成、连接节点组成、柱子组成、楼板组成、抗侧力体系构成创新研发关键问题，通过理论分析、模型试验、工程实例验证研究得出连接节点、柱子、楼板及抗侧力体系的稳定性能、地震作用下变形性能、破坏模式、承载力等变化规律，提出模块化装配式高层钢结构新体系计算理论和设计方法，为设计标准规范修订提供科学依据。该结构体系能够循环利用，可拆卸异地重建，同时大幅度节省钢材、降低造价，缩短施工工期几倍，经济效益和社会效益将十分显著。

模块化装配式钢结构建筑由工厂生产的标准化模块现场拼装，实现标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理。有效地缩短工期，减小劳动强度，降低造价，降低对环境的影响。其在国内外已有广泛的发展和应用，但主要应用于低层住宅结构，我国需要装配化的高层建筑，其技术在国内外尚处于起步阶段。.本课题提出了模块化装配式角钢桁架梁-方管柱高层钢结构新体系，基于样板工程，进行了体系组成、限元分析和模型试验研究，系统研究了体系的力学性能和抗震性能。主要取得如下创新研究成果：（1）提出了模块化装配式角钢桁架梁-方管柱高层钢结构新体系。（2）通过装配式角钢桁架梁的拼接解决了模块间的装配问题，得到装配式桁架承载力和破坏机理。（3）根据结构稳定理论，推导出框架柱的计算长度系数，解决了框架柱子的弹性设计问题。（4）通过典型的梁柱焊接节点、半焊半螺栓节点和全螺栓连接节点的静力和抗震试验和有限元分析，提出了节点设计公式，可用于实际工程设计。（5）采用该体系在北京建造了一个足尺两层样板工程。.本课题与长沙远大科技有限公司合作进行装配式斜支撑节点钢框架结构体系研发、分析、试验及工程应用。分别采用目前国内通用的有限元设计分析软件Etabs、Midas/GEN、SAP2000、ANSYS进行结构分析（包括静力分析、反应谱分析、弹性时程分析）与设计，并且进行了大量试验验证。获得了高层装配式斜支撑钢框架结构的受力机理、设计建模方法和设计公式及设计控制指标，编制了湖南省地方标准《装配式斜支撑节点钢框架结构技术规程》，研究成果在湖南、山东、山西等地获得推广应用。.研究成果获得中国铁道建设总公司科学技术奖一等奖，中国施工企业管理协会科学技术奖一等奖。发表论文25篇，其中SCI检索4篇，EI检索7篇，申请发明专利10多项，, 培养博士研究生3名，硕士研究生5名，完成项目研究计划。