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获奖项目名称
预制组合柱-钢梁混合结构体系关键技术研究与应用
主要完成单位
天津大学建筑设计规划研究总院有限公司、中国建筑科学研究院有限公司、中铁建大桥工程局集团建筑装配科技有限公司、中国汽车工业工程有限公司、天津大学、中建六局(天津)绿色建筑科技有限公司、清华大学、天津理工大学
主要完成人
张锡治、丁永君、章少华、贾莉、黄世敏、刘洋、严加宝、李长亭、于敬海、马相、闫翔宇、董泊君、李星乾、赵有山、戴骁蒙
一
项目背景
钢筋混凝土柱-钢梁混合框架结构充分发挥两种材料各自优势，是一种高效经济的结构形式，契合新型建筑工业化和绿色建造的发展方向。传统混合框架的柱现浇施工，梁柱连接节点构造复杂，建造效率低；现浇柱缺少标准化设计，现场模板消耗大，成本高。为解决上述问题，提升混合框架结构标准化设计和工业化建造水平，项目团队历时十余年，研发了基于建筑工业化建造方式下的预制组合柱-钢梁混合结构体系，具有标准化和工业化生产程度高、梁柱连接装配便捷高效、抗震性能优良等特点，符合绿色建造和新型建筑工业化的发展方向。
二
创新成果
1
提出了预制组合柱-钢梁混合框架结构体系。基于离心工艺和工业化生产技术，发明了叠合可靠的预制组合柱，实现了标准化模具的多层连续生产，标准化模具不受层高和梁高变化影响，模具重复利用率和工业化生产水平提升显著。揭示了预制组合柱的压弯剪耦合震损机理，提出了受剪和受弯承载力计算方法；揭示了钢套箍连接梁柱节点的破坏模式和受力机理，提出了节点承载力计算方法；通过结构层次的系统试验，揭示了整体结构的震损演化过程与屈服失效机制，建立了基于性能的抗震设计理论。
图1 预制组合柱-钢梁混合框架结构体系
图2 梁柱连接节点及整体结构抗震性能研究
2
开发了适用于预制组合柱-钢梁混合结构基于延性墙板的抗震性能提升技术，明确了延性墙板与混合框架之间的协同工作机制和耗能机理，实现了结构抗震性能的显著提升。
图3 基于延性墙板的抗震性能提升技术
3
基于损伤控制和抗震韧性理念，提出了混合框架-偏心支撑结构的塑性设计方法，实现结构地震破坏模式可控。阐明了短剪切耗能梁段的耗能机制，揭示了混合框架-偏心支撑结构损伤演化规律和屈服失效机制，基于预期结构合理屈服机制与目标位移，建立了混合框架-偏心支撑结构基于能量平衡的塑性设计方法，显著提升了建筑应对不确定地震风险的响应、适应和恢复能力。
图4 混合框架-偏心支撑结构抗震性能试验与基于塑性的设计方法
三
推广应用
项目获授权发明专利11项，实用新型专利14项，软件著作权2项，发表学术论文29篇，出版学术专著2部，主编标准2部。技术成果具有生产工业化程度高、构件及模具标准化程度高、装配施工高效、连接质量可靠和工期短等优势，体现了高性价比、经济适用和标准化特色，符合我国实现“双碳”目标的发展方向。技术成果在天津、河南、河北、江苏等地工程建筑项目建设中推广应用，经济、社会和环境效益显著。
图5 论文著作、专利及标准
图6 典型工程应用