高性能和新型主次结构体系及其设计理论

Primary and secondary structure system can take advantage of the material properties and has great lateral stiffness, overall working performance and reasonable yield mechanism, which meet the special requirements of the building and the use of functional and morphological realization construction, maintenance and green building easy removal features, high performance and new building architecture. The project intends to study the scientific issues to primary and secondary structure system such like, the space and mechanism, mechanisms and yield formation and stiffness, mechanical model of large-size components of nodes, plastic distribution and ease of installation methods to removal connected nodes, the internal forces re-shaping distribution and seismic failure mechanism, architecture evaluation and seismic nonlinear design methods and so on. Based on these purposes, the proposal plans to establish geometric composition and spatial topological relations to primary and secondary structural system, optimize the transmission mechanism of system and yield failure modes, develop mechanical model of large-size complex node, plasticity development theory and assembly connection form, and propose seismic stability and large seismic performance evaluation methods, establish seismic nonlinear design theory of primary and secondary system. The proposal intends to complete the innovative research theory of high-performance work system to primary and secondary structural system, green construction and update methods to primary and secondary structure, seismic performance evaluation and nonlinear design theory, which provide theory and methods to high-performance primary and secondary structural system for their promotions and applications.

主次结构体系可充分发挥材料性能，具有巨大抗侧刚度、整体工作性能和合理屈服机制，可满足特殊形态和使用功能的建筑要求及实现绿色建造、维护、拆除等绿色建筑特性，是高性能和新型建筑结构体系。本项目拟研究主次结构体系的空间和力学机理，刚度形成机制和屈服延性机理，大尺寸构件节点的力学模型、塑性分布规律和易安装可拆卸节点机械传力机理，结构体系的塑形内力重分布规律和地震失效机理，结构体系损伤传递、稳定域和失效模式等科学问题。为此建立主次结构体系的几何构成及空间拓扑关系，优化体系的传力机制与屈服失效模式，发展大尺寸复杂节点的力学模型、塑性发展理论及装配连接形式，提出结构抗震稳定性和大震性能评价方法，系统建立主次结构体系大震非线性设计理论。取得高性能主次结构体系实现整体工作性能的体系建立理论、绿色建造和更新方法、大震性能评价和非线性设计理论等创新性研究成果，为推广和应用高性能主次结构体系提供系统理论和方法。

主次结构体系可提供巨大抗侧刚度及整体工作性能，兼顾建筑功能和绿色建筑实现，是高性能和新型建筑结构体系，具有重要的应用价值。本项目依据重点项目研究计划，建立了主次结构体系的几何构成及空间拓扑关系，优化了体系的传力机制与屈服失效模式，发展了大尺寸复杂节点的力学摸型、塑性发展理论及装配连接形式，提出了结构抗震稳定性和大震性能评价方法，系统建立了主次结构体系大震非线性设计理论，具体研究成果为：（1）明确了主次结构模块的可拓展性和组合性、连接方式的多样性，揭示了易修复耗能元件的机理和可拆卸构成原理，提出了主次结构体系的易安装可拆卸方法；（2）揭示了主次结构竖向和侧向传力路径、结构受力机理及其关键影响因素，明确了各类型结构构件合理的屈服顺序，确立了主次结构合理地震失效模式；（3）明确了大尺寸复杂节点非线性分布规律，建立了大尺寸复杂节点的多尺度力学模型，提出了主次结构模块化拼接方法及其易安装可拆卸构造方式；（4）提出了体系抗震多道防线概念，揭示了主次结构动力相互作用机理，明确了基于主次结构性能控制的概念指标，揭示了基于抗震概念的延性耗能机制；（5）提出了多重结构体系的整体稳定性计算方法，明确了整体结构稳定性及影响因素，并给出了整体结构稳定的判别方法；（6）提出了基于构件不同破坏模式的主次结构大震性态评价方式，明确了基于材料损伤的典型构件失效模式，并建立了基于构件损伤的结构整体大震失效描述方法；（7）基于体系与构件失效控制状态的量化性能控制指标，系统提出了主次结构体系基于失效模式的大震非线性设计方法。.本项目研究成果为高性能主次结构体系及其设计提供了系统理论和方法，基于该研究成果发表论文40余篇，宣读大会特邀学术报告31次，申请专利16项，授权软件著作权6项，出版专著1部，主编规范1部，获省部级科技进步一等奖2项，直接应用于实际工程2项，取得了显著的社会和经济效益。