矩形钢管混凝土组合柱房屋结构及模块建筑课件.ppt

1、矩形钢管混凝土组合柱房屋结构矩形钢管混凝土组合柱房屋结构及模块建筑及模块建筑一、产业化政策一、产业化政策二、方钢管混凝土组合异形柱结构体系二、方钢管混凝土组合异形柱结构体系三、模块建筑体系三、模块建筑体系1.1 1.1 国家级政策国家级政策 国家对于装配式建筑发展提出的相关政策文件国家对于装配式建筑发展提出的相关政策文件发布时间发布时间政策文件政策文件20132013年年1 1月月1 1日日国务院办公厅关于转发发展改革委住房城乡建设部绿色建筑行动方国务院办公厅关于转发发展改革委住房城乡建设部绿色建筑行动方案的通知案的通知（国办发（国办发2013120131号）号）20142014年年3 3月月

2、1616日日国务院出台国务院出台国家新型城镇化规划（国家新型城镇化规划（2014-20202014-2020年）年）20142014年年7 7月月1 1日日住房城乡建设部住房城乡建设部关于推进建筑业发展和改革的若干建议关于推进建筑业发展和改革的若干建议（建市（建市201492201492号）号）20142014年年9 9月月1 1日日住房城乡建设部关于印发住房城乡建设部关于印发工程质量治理两年行动方案工程质量治理两年行动方案的通知（建的通知（建市市20141302014130号）号）20142014年年5 5月月1515日日国务院印发国务院印发2014-20152014-2015年节能减排低碳

3、发展行动方案年节能减排低碳发展行动方案20162016年年2 2月月2 2日日国务院关于深入推进新型城镇化建设的若干意见国务院关于深入推进新型城镇化建设的若干意见（国发（国发2016820168号）号）20162016年年2 2月月6 6日日中共中央国务院中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见（中发（中发2016620166号）号）20162016年年9 9月月3030日日关于大力发展装配式建筑的指导意见关于大力发展装配式建筑的指导意见（国办发（国办发201620167171号）号）天津市北京市上海市宁夏回族自治区安徽省浙江省江苏

4、省河北省湖北省湖南省河南省福建省云南省四川省海南省吉林省国家政策1.2 1.2 地方政策地方政策部分省市地区对于装配式建筑发展提出的政策文件部分省市地区对于装配式建筑发展提出的政策文件地区地区政策文件政策文件北京市关于印发关于推进本市住宅产业化的指导意见的通知（京建发2010125号）；关于加快发展装配式建筑的实施意见京政办发20178号天津市关于加快推进我市建筑产业现代化发展（2015-2017年）实施意见的通知（津建科2015543号）上海市关于加快推进本市住宅产业化若干意见的通知（沪府办发201133号）；关于本市进一步推进装配式建筑发展若干意见的通知（沪府办201352号）；关于印发关

5、于进一步强化绿色建筑发展推进力度提升建筑性能的若干规定的通知（沪建管联2015417号）河北省关于印发关于推进全省住宅产业化工作的意见的通知（冀建房2010723号）；关于印发关于加快推进全省住宅产业化工作的指导意见的通知（冀建房20135号）；河北省人民政府关于推进住宅产业现代化的指导意见（冀政发20155号）。涉县涉县人民政府关于支持和加快绿色建筑和住宅产业现代化发展意见吉林省吉林省人民政府关于加快推进住宅产业化工作的指导意见（吉政发201328号）黑龙江省黑龙江住房和城乡建设厅关于加快推进住宅产业现代化工作的指导意见（黑建住宅产业20124号）江苏省江苏省政府关于加快推进建筑产业现代化促

6、进建筑产业转型升级的意见（苏政发2014111号）；江苏省关于印发2015年全省建筑产业现代化工作要点的通知（苏建筑产业办20152号）地区地区政策文件政策文件浙江省浙江省人民政府办公厅关于推进新型建筑工业化的意见（浙政办发2012152号）；浙江省人民政府办公厅关于印发浙江省深化推进新型建筑工业化促进绿色建筑发展实施意见的通知（浙政办发2014151号）安徽省安徽省人民政府办公厅关于加快推进建筑产业现代化的指导意见（皖政办201436号）福建省福建省人民政府办公厅关于推进建筑产业现代化试点的指导意见（闽政办201568号）河南省河南省住房和城乡建设厅关于推进建筑产业现代化的指导意见（豫建20

7、1578号）湖南省湖南省人民政府关于推进住宅产业化的指导意见（湘政发201412号）湖北省湖北省人民政府关于加快推进建筑产业现代化发展的意见（鄂政发20167号）海南省海南省关于促进建筑产业现代化发展的指导意见（琼府办201648号）四川省四川省人民政府关于推进建筑产业现代化发展的指导意见（川府发201612号）云南省云南省住房和城乡建设厅关于加快发展钢结构建筑的指导意见陕西省陕西省住房和城乡建设厅关于推进建筑产业现代化工作的指导意见（陕建发2014221号）宁夏回族自治区关于印发关于进一步推进全区住宅产业化工作的意见的通知（宁建（办）字20094号）；关于进一步推进住宅产业现代化提高住宅品质

8、意见的通知（宁政办发2011192号）一、产业化政策一、产业化政策二、方钢管混凝土组合异形柱结构体系二、方钢管混凝土组合异形柱结构体系三、模块建筑体系三、模块建筑体系2.1 组合异形柱研究焊接缀条连接式 焊接钢板连接式 增大了房间的使用面积，方便房间的布置 节约钢材、降低造价、较好的抗震性能、防腐性和防火性单肢间距可进行调整，易实现对两主轴的等稳定性以较小的截面形式获得较大的抗弯刚度 直接装配式 间接装配式 u基于试验回归的一体化的方钢管混凝土构件计算理论 统一理论u基于钢结构规范的方钢管混凝土计算理论 拟钢理论u极限平衡理论 拟混凝土理论u强度叠加理论 叠加理论四种矩形钢管混凝土柱计算理论四

9、种矩形钢管混凝土柱计算理论 将填充混凝土和钢管两部分的承载力进行叠加，作为钢管混凝土构件整体的承载力。对于受压弯荷载共同作用的钢管混凝土柱，通常将容许弯矩-轴力曲线叠加起来，作为容许承载力曲线。物理概念明确，计算公式简便物理概念明确，计算公式简便2.1 组合异形柱研究叠加理论的试验验证叠加理论的试验验证1、钢管混凝土柱及节点与剖切试验-大构件2、矩形钢管混凝土柱的推出试验和反复推出试验2.1 组合异形柱研究（1）轴压试验研究缀条式连接缀条式连接方钢管混凝土异形柱方钢管混凝土异形柱轴压长柱轴压长柱研究研究（2）轴压试验有限元模拟填充混凝土使极限承载力提高44%，刚度也有提高。2.1 组合异形柱研

10、究加载装置 连接板开孔式连接板开孔式方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压轴压试验试验2.1 组合异形柱研究试件1（填充混凝土）破坏形态试件2（空钢管）破坏形态试件1：单肢顶部四面鼓曲，破坏时发生巨响后，承载力下降明显；试件2：单肢顶部与1/4柱高处发生屈曲，两面鼓曲，两面凹陷，过程中没有明显声音。 试验现象与破坏形态试验现象与破坏形态2.1 组合异形柱研究试件1（单向压弯）破坏形态边肢-1（受压单肢）的局部鼓曲变形边肢-2的弯曲变形整体弯曲变形 连接板开孔式连接板开孔式方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱压弯压弯试验试验2.1 组合异形柱研究试件1（填充混凝土）破坏形态试件2（空钢管）破坏形态 两

11、个试件的破坏形态基本相同，两边肢在中部发生很大的平面外弯曲，连接板发生平面外鼓曲，主要是局部屈曲，未发生整体失稳；混凝土的填充提高了试件的极限承载能力和刚度。 有限元数值模拟 连接板开孔式连接板开孔式方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱压弯压弯试验试验2.1 组合异形柱研究 单板连接单板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能 研究长细比的变化对异形柱破坏形态以及承载力的影响 随着长细比的不断增加，单肢柱的局部鼓曲不断减小，异形柱的破坏形态逐渐趋向于整体失稳破坏。此外，通过对边肢平面外挠度的量测可以发现。随着长细比的不断增加，边肢柱的平面外挠度更加接近，基本呈现对称分布。试件1（1m）

12、试件2（1.5m）试件3（2m）试件4（2.5m）2.1 组合异形柱研究有限元模型短柱长柱 有限元得到的数值略大于试验值，但误差均在10%以内，说明所建立的有限元模型能够有效地预测钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱的极限荷载。有限元数值模拟： 单板连接单板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能2.1 组合异形柱研究 试件 LCFST-3.75-100，高2000mm，连接板厚度为3.75mm,连接板宽度为100mm。试件在破坏时呈现整体失稳的破坏模态，并未发现有局部鼓曲的试验现象。由于初始缺陷的影响，试件发生向内整体弯曲。 研究连接板的宽度和厚度对异形柱破坏形态以及承载力的影响试件

13、前后左右四个视图破坏对比 单板连接单板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能2.1 组合异形柱研究 试件 LCFST-7.75-100，高2000mm，连接板厚度为7.75mm,连接板宽度为100mm。试件发生向外的整体弯曲。前视图左视图右视图后视图 单板连接单板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能2.1 组合异形柱研究 试件 LCFST-5.75-150，高2000mm，连接板厚度为5.75mm,连接板宽度为150mm。随着连接板宽度的增加，连接板对单肢柱的约束作用减弱，此试件在破坏时各单肢独立变形，边肢柱L1与边肢柱L3的平面外变形明显不同，边肢柱L1平面外变

14、形较大，边肢柱L3平面外变形较小。此外，在C2面的柱顶出现局部鼓曲。 左视图 右视图 后视图 局部破坏图 单板连接单板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能2.1 组合异形柱研究有限元数值模拟破坏形态试件LCFST-3.75-100试件LCFST-7.75-100试件LCFST-5.75-150 有限元和试验数据非常接近，误差在5%以内，说明所建立的有限元模型可以很好地预测钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱的极限荷载。 单板连接单板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能2.1 组合异形柱研究 单板连接单板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱压弯性能压弯性能L-0LBE

15、-60LBE-120偏心矩为0、60mm、120mm的异形柱的整体弯曲变形。正向压弯模型破坏对比研究绕弱轴正向偏心对异形柱破坏形态以及承载力的影响2.1 组合异形柱研究 单板连接单板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱压弯性能压弯性能 研究绕弱轴负向偏心对异形柱破坏形态以及承载力的影响L-0边柱1/4处焊缝破坏图LBE-60边柱1/2处焊缝破坏图LBE-120边柱1/2处焊缝破坏图实验表明：L-0、 LBE-60、LBE-120三者对比， 三者弯曲方向相同，弯曲沿弱轴正向， L-0、LBE-120焊缝位置在边柱1/4柱高处，而LBE-60焊缝位置在边柱柱中位置，弱轴的负向压弯都出现了焊缝的脆性

16、断裂，响声较大，但断裂均发生在荷载峰值以后。负向压弯模型破坏对比2.1 组合异形柱研究 提出了压弯荷载作用下的计算公式123312123xyNNNNNeN nN mN mNeN nN mN m32()3abmabn1233311()()xyNNNNNeN nm NNNeN nm NN123()yxyxemNNmnnmeeNNmnemNNmn123min,()uuuuyxyxmnmnmnNNNNemnmeeem2.1 组合异形柱研究耐火试验过程中，考虑工程实际状态，外铺具有良好防火效果的ALC板。炉内最高温度是1100，在保持轴力0.77R不变的情况下，柱子轴向位移为0.65mm；在0.9R轴力

17、下柱子轴向位移为1.7mm。柱子轴向位移远小于受火高度3000mm的百分之一，进而表明单板连接方钢管混凝土异形柱的耐火性能满足国家抗火规范的要求。单板连接方钢管混凝土异形柱的耐火性能满足国家抗火规范的要求。试验后整体试验前整体异形柱包防火板 单板连接方钢管混凝土组合异形柱单板连接方钢管混凝土组合异形柱耐火试验耐火试验2.1 组合异形柱研究进行了火后轴压试验及实验与数值模拟对比进行了火后轴压试验及实验与数值模拟对比 柱子围绕弱轴XX发生整体弯曲，固定端的混凝土被压碎，钢管鼓曲开裂，异形柱丧失承载力。（b）L1处顶部破坏 （c）L2处顶部破坏火后轴压实验应力云图 耐火实验前叠加理论计算所得承载力和

18、有限元结果与实验后试验结果接近，误差都在4%以内，表明柱子的极限承载力并未因为火烧而有所明显的降低。（a）L0处顶部破坏实验与数值模拟对比图2.1 组合异形柱研究 试件加载图 1)研究异形柱在轴压实验下受力形式、破坏形式；2)对比四种不同的连接形式产生的影响；3)研究连接长度不同（100mm，150mm） 对双 板连接异形柱承载能力的影响；4)分析是否有必要焊接水平肋板。 双板连接双板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压轴压性能性能2.1 组合异形柱研究 水平肋板的设置可以延缓局部屈曲的发生，对连接板的变形有一定的限制作用。连接板内部填充混凝土，可以延缓连接板的局部屈曲，从而延缓连接板侧向

19、挠曲发展，较大程度提高试件的轴向刚度和稳定性。 双板连接双板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能2.1 组合异形柱研究 水平肋板的对初始刚度有所提高，对承载力的提高帮助很小。 连接板内部填充混凝土，对试件的变形和承载能力作用明显。 连接板的长度会对异形柱的刚度、承载力产生影响,长度增加会使承载力得到提高。试验荷载-位移曲线(a) A-100, B-100 (b) C-100, D-100 (c) A-150, B-150, C-150 (d) 试件的 Nm 双板连接双板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能2.1 组合异形柱研究 荷载位移曲线对比A-150B-15

20、0D-100A-150B-150D-100有限元模型与试验结果吻合较好双板连接形式比单板连接形式承载力提高25%以上，适合应用于承载力要求较高的建筑中。 双板连接双板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能2.1 组合异形柱研究 研究研究长细比的变化长细比的变化对异形柱破坏形态以及承载力的影响对异形柱破坏形态以及承载力的影响1）研究异形柱在轴压实验下的受力形式、破坏形式;2）对比七种长细比对异形柱力学性能产生的影响;3）研究长细比大小的变化，对双板连接异形柱承载能力的影响；4）将变量扩展到钢管尺寸和厚度、连接板厚度宽度，考虑其他变量对于双板式 异形柱的影响加载装置图 双板连接双板连

21、接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能2.1 组合异形柱研究 长细比增加对试件的整体变形影响较大。 随着长细比的增加，试件的整体弯曲程度明显，局部屈曲程度减轻。 钢管越长对内部混凝土约束作用越小。长柱的弯曲部位主要在中部。 双板连接双板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能2.1 组合异形柱研究进行试验结果和有限元位移荷载曲线对比取SJ-2、SJ-4、SJ-6试件进行有限元分析 双板连接双板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能2.1 组合异形柱研究双板连接异形柱轴压承载力公式双板连接异形柱轴压承载力公式 在轴压作用下，LCFST-D柱的承载力为三根方钢

22、管混凝土柱和两根矩形钢管混凝土柱承载力的叠加，同时，考虑钢管、连接板对混凝土的约束作用，进行轴压承载力计算。轴压作用下的变形钢板对内部混凝土的约束作用 双板连接双板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能2.1 组合异形柱研究 双板连接双板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱轴压性能轴压性能根据叠加原理，LCFST-D 柱的轴压承载力如下：其中：2.1 组合异形柱研究各试件破坏形态各试件破坏形态 双板连接双板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱压弯性能压弯性能 双板连接双板连接异形柱在异形柱在压弯作用压弯作用下破坏形态以及承载力的影响下破坏形态以及承载力的影响整体屈曲大都发生在柱中

23、部的位置，未填充混凝土的试件局部屈曲明显大于填充了混凝土的试件，且连接板两面鼓曲，两面凹陷。2.1 组合异形柱研究考虑研究考虑研究偏心距偏心距对试件破坏形式和承载力的影响对试件破坏形式和承载力的影响D-0有明显的平面外变形，D-40、D-80均表现为绕着X-X轴的弯曲屈曲。随着偏心距增大，承载力降低，荷载位移曲线弹性段斜率减小，刚度减小，屈服位移增大，下降段更平缓。不同偏心距下试件破坏图 双板连接双板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱压弯性能压弯性能2.1 组合异形柱研究 试验考虑因素：试验考虑因素： 轴压比、截面尺寸、轴压比、截面尺寸、 连接板长度、连接板厚度连接板长度、连接板厚度 完成了

24、5种不同尺寸的异形柱的拟静力试验。其破坏形式:柱整体倾斜；柱底鼓曲；单支鼓曲的底部被撕裂；钢管内混凝土被压碎；部分连接板撕裂 认为连接板传力性能可靠；双板连接可以保证单支柱之间的协同工作。 双板连接双板连接方钢管组合异形柱方钢管组合异形柱拟静力试验研究拟静力试验研究2.1 组合异形柱研究滞回曲线饱满，呈现一定的非对称性，具有良好的耗能能力2.1 组合异形柱研究骨架曲线平缓，数值模拟结果吻合良好2.1 组合异形柱研究 结果与试验基本一致，破坏模态为以局部屈曲的塑破坏为主，柱底部应力最大变形最大；在滞回荷载下，轴压比越大，柱的延性变差，对承载力并无明显提高，因此对SCFT柱的轴压比应予以限制。钢管

25、尺寸增大对提高承载力帮助较大。钢管厚变大，承载力提高，延性也有所提高。连接板的厚度增加，柱子的承载能力也相应提高。有限元分析有限元分析2.1 组合异形柱研究 钢结构住宅体系的关键及难点钢结构住宅体系的关键及难点- -梁柱节点梁柱节点u国内形势国内形势 内隔板节点：性能差内隔板节点：性能差 外环板节点：用钢量大，美观不足外环板节点：用钢量大，美观不足 u国外进展国外进展 新型节点形式：研究还处于起步阶段新型节点形式：研究还处于起步阶段亟待提出新型节点形式亟待提出新型节点形式实现高效节能、安全经济、绿色环保、实现高效节能、安全经济、绿色环保、轻盈美观轻盈美观2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究加楔形

26、板刚接的内隔板节点四种加强型隔板贯通节点及内隔板节点试验四种加强型隔板贯通节点及内隔板节点试验一般刚接的隔板贯通式节点梯形外伸隔板贯通式节点加楔形板刚接的隔板贯通节点2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究 隔板贯通点与内隔板节点比较 加工制作加工制作安装安装焊接残余焊接残余应力应力使用范围使用范围节点刚度节点刚度隔板贯通式节点隔板贯通式节点方便方便方便方便较小较小不受柱边不受柱边长限制长限制大大内隔板节点内隔板节点一般一般一般一般大大受柱边长受柱边长限制限制小小2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究构造简单，避免现场焊接工作构造简单，避免现场焊接工作抗震性能优良、螺栓连接易保证工程质量抗震性能优良、螺

27、栓连接易保证工程质量减少焊接工作量、人工费低、工期短减少焊接工作量、人工费低、工期短施工便捷施工便捷结构安全结构安全经济高效经济高效节点平面示意图 节点剖面图全螺栓连接节点效果图全螺栓隔板贯通节点全螺栓隔板贯通节点2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究完成完成6 6个全螺栓隔板贯通节点足尺拟静力试验个全螺栓隔板贯通节点足尺拟静力试验试验装置示意图试验装置示意图试验装置现场图片试验装置现场图片2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究 下栓上焊隔板贯通节点下栓上焊隔板贯通节点 为了解决施工安装精度问题，研发下栓上焊隔板贯通节点并在工程中得到应用。2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究完成完成3 3个下栓上焊隔板

28、贯通节点足尺拟静力试验个下栓上焊隔板贯通节点足尺拟静力试验2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究角节点（外肋环板节点）拟静力破坏试验现象角节点（外肋环板节点）拟静力破坏试验现象Joint typeSpecimenB (mm) t (mm)ls (mm)Concreten0Corner JointCJ-H300-1100640Hollow0.28CJ-H300-27580Filled0.28CJ-H300-310060Filled0.28 进行了不同节点类型、轴压比、钢管内混凝土、竖向肋板高宽比及内伸长度等不同对比参数对节点抗震性能的影响。通过对试验结果的深入分析，研究了节点的破坏机理、滞回曲线、骨

29、架曲线、承载力退化、刚度退化、耗能能力和应变演化规律等。 对于对于异形柱异形柱节点进行节点进行拟静力拟静力试验试验2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究 边节点（外肋环板节点）拟静力试验破坏现象边节点（外肋环板节点）拟静力试验破坏现象Joint typeSpecimenB (mm) t (mm)ls (mm)Concreten0Exterior JointEJ-H300-11006150Filled0.28EJ-H300-2758150Filled0.28 对于对于异形柱异形柱节点进行节点进行拟静力拟静力试验试验2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究中节点（一侧外肋环板节点，一侧扩翼缘端板连接节点）中

30、节点（一侧外肋环板节点，一侧扩翼缘端板连接节点）拟静力试验破坏现象拟静力试验破坏现象Joint typeSpecimenB (mm) t (mm)ls (mm)Concreten0Interior JointIJ-H300-1100640Filled0.28IJ-H300-2100640Filled0.14 对于对于异形柱异形柱节点进行节点进行拟静力拟静力试验试验2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究外肋环板节点优化分析外肋环板节点优化分析骨架曲线编号说明H300-0基本试件，对应试验试件CJ-H300-1H300-T楔形的竖向肋板模型H300-P平翼缘竖向肋板模型H300-RBSD20钢梁翼缘削

31、弱节点模型，圆弧倒角D=20H300-RBSD40钢梁翼缘削弱节点模型，圆弧倒角D=40H300-BFCPT10钢梁翼缘连接板增厚2mm，即T=10mmH300-BFCPT12钢梁翼缘连接板增厚2mm，即T=12mmH300-BFCPT20H300-TH300-FH300-RBSD20H300-RBSD40H300-BFCPT102.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究钢管翼缘与外肋环板组成的钢管翼缘与外肋环板组成的”钢板框架钢板框架”的抗剪三折线模型的抗剪三折线模型屈服状态：屈服状态：极限状态：极限状态：MblQblMbrMscuNMscbN0QbrQpbQpbQpcQpcQscuQscbMbrM

32、scuNMscbN0QbrQpbQpcQpcQscuQscb(b) 边节点(a) 角节点4sfyfray cjbbfMVHt fray cjmcwy u4sffrau cjbbfMVHt cfraujmcwu 8sfyfray ejbbfMVHt fray ejmcwy 角节点：角节点：边节点：边节点： min,sfymcfyvsybfyMMMM 其其中中，, ,角节点：角节点：边节点：边节点：8sfyfray ejbbfMVHt fray ejmcwy umin,sfmcfuvsubfuMMMM 其其中中，, ,Hb-tbfVfrayMsfyMsfyMsfyMsfyMsfyMsfyMsfyM

33、sfyVfraySteelbeamwebSteelbeamwebInternalshortbeamweb L-CFSTL-CFST柱柱- -钢梁节点核心区抗剪承载力钢梁节点核心区抗剪承载力- -剪切变形曲线剪切变形曲线2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究核心区混凝土的剪力核心区混凝土的剪力- -剪切变形骨架曲线剪切变形骨架曲线屈服状态：屈服状态：极限状态：极限状态：边节点角节点角节点：角节点：边节点：边节点：角节点：角节点：边节点：边节点：dHbtbfBmctmcLMbrQbrMblHbddtbfLLMblQblMbrQbrBmctmc单肢柱节点核心混凝土应变状态单肢柱节点核心混凝土应变状态2-

34、0.8() (2)cos0.24(2)cy cjccymcmccmcmcVfd Btf Bt 2-2 0.8() (2)cos0.48(2)cy ejccymcmccmcmcVfd BtfBt ()0.8ccycff 其其中中，2-cj(2)cos0.3(2)cucmcmccmcmcVf d BtfBt 2-ej2(2)cos0.6(2)cucmcmccmcmcVf d BtfBt Hb-tbfVfrayMsfyMsfyMsfyMsfyMsfyMsfyMsfyMsfyVfraySteelbeamwebSteelbeamwebInternalshortbeamweb L-CFSTL-CFST柱柱

35、- -钢梁节点核心区抗剪承载力钢梁节点核心区抗剪承载力- -剪切变形曲线剪切变形曲线2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究剪力剪力- -剪切变形骨架曲线及抗剪承载力计算公式剪切变形骨架曲线及抗剪承载力计算公式V0yuVmcyVcuVmcuVjyVjuVsbwyVsbwuVfrayVfrau屈服状态：屈服状态：极限状态：极限状态：jumcwusbwufraucuVVVVV jymcwysbwyfraycyVVVVV 极限抗剪承载力与有限元和试验结果对比剪力-剪切应变三点折线图 L-CFSTL-CFST柱柱- -钢梁节点核心区抗剪承载力钢梁节点核心区抗剪承载力- -剪切变形曲线剪切变形曲线2.2 钢管

36、混凝土柱-钢梁节点研究 L-CFSTL-CFST柱柱- -钢梁节点扩翼缘连接抗弯承载力计算公式钢梁节点扩翼缘连接抗弯承载力计算公式屈服状态：屈服状态： 055142tanepbfmcayepbfmcPYmcepmc mcmcymcbybbfmc mcwfeBtBmBtBMtBB tfB mHtB tf h l 055142tanepbfmcauepbfmcPUmcepmc mcmcumcbubbfmc mcwfeBtBmBtBMtBB tfB mHtB tf h l 极限状态：极限状态：端板及柱翼缘在受拉作用下的屈服机制214aep epmf t 214bmc mcmft 端板平面外变形示意图

37、2.2 钢管混凝土柱-钢梁节点研究方钢管混凝土组合异形柱方钢管混凝土组合异形柱框架框架试验试验 3榀方钢管混凝土组合异形柱H型钢梁框架在低周反复荷载作用下的试验。 以梁柱线刚度比和轴压比为参数，同时研究该类结构的破坏特征、滞回性能和变形能力。2.3 异形柱-钢梁框架体系研究方钢管混凝土组合异形柱方钢管混凝土组合异形柱框架支撑框架支撑试验试验研究SCFST框架-支撑结构在水平低周反复荷载作用下各构件及节点的破坏次序与破坏特征。2.3 异形柱-钢梁框架体系研究方钢管混凝土组合异形柱方钢管混凝土组合异形柱框架框架偏心偏心支撑支撑试验试验耗能梁段扭转，耗能梁段扭转，带动节点板外翻带动节点板外翻2.3

38、异形柱-钢梁框架体系研究汶川映秀镇渔子溪村民居工程，汶川映秀镇渔子溪村民居工程，241241栋栋 已有相关工程2.4 工程应用北京顺义民居十二五国家科技支撑项目示范工程2.4 工程应用河北易县易水岚庭钢结构住宅2.4 工程应用 天津市钢结构住宅产业化联合研究院三层示范楼2.4 工程应用 沧州恒大悦府7号楼项目2.4 工程应用 河北省沧州市荣盛名邸1#楼项目2.4 工程应用中建钢构上善颐园项目2.4 工程应用框架支撑结构框架剪力墙结构2.4 工程应用河北沧州福康家园公租房（大元集团）专利成果专利成果1间接装配式钢管混凝土组合异形柱及其制作方法（天津市专利奖金奖）ZL200910069037.9已

39、授权发明专利2矩形钢管混凝土柱与H型钢梁栓焊混合连接节点ZL201410157630.x已授权发明专利3高层模块建筑空间的主次模块单元组合结构及连接方法ZL201310404544.x已授权发明专利4矩形钢管混凝土柱钢梁下栓上焊外肋环板节点施工方法ZL201310050949.8已授权发明专利5矩形钢管混凝土柱-箱梁全螺栓连接节点及施工方法ZL201210540287.8已授权发明专利6矩形钢管混凝土柱-钢梁全螺栓连接节点ZL201210073686.8已授权发明专利7间接装配式钢管混凝土组合异形柱及其制作方法ZL200910069037.9已授权发明专利8方钢管混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点

40、及其制作方法ZL200910068322.9已授权发明专利2.5 成果科技奖励科技奖励2008年度天津市科学技术进步一等奖2013年“中国钢结构协会科学技术奖”特等奖2016年中国钢结构协会科学技术一等奖2.5 成果2017年天津市专利金奖1.主编矩形钢管混凝土组合异形柱结构技术规程（CECS）（在编）2.参编异形钢管混凝土结构技术规程（CECS）（在编）3.联合主编河北省多高层钢结构住宅技术规程（DB）（在编）4.参编钢结构技术规范（全文强制性国家标准）（在编）5.参编钢结构住宅技术标准（JGJ）（在编）6.主编矩形钢管混凝土节点技术规程（T/CECS 506-2018）7.主编图集钢管混凝

41、土组合异形柱结构构造（GJCT-088/14CG18）8.主编天津市矩形钢管混凝土节点技术规程（DB29-186-2011,J11202-2011）9.主编天津市钢结构住宅设计规程（DB/T29572016）10. 参编装配式钢结构建筑技术标准 (GB/T51232-2016)11. 参编轻型钢结构住宅技术规程（JGJ209-2010）12. 参编钢结构住宅设计规范（CECS261-2009）相关规程编写相关规程编写2.5 成果一、产业化政策一、产业化政策二、方钢管混凝土组合异形柱结构体系二、方钢管混凝土组合异形柱结构体系三、模块建筑体系三、模块建筑体系模块建筑概念模块建筑概念 模块建筑是将传

42、统房屋以单个房间或一定的三维建筑空间为建筑模块单元进行划分，其每个单元都在工厂内完成预制且进行精装修，单元运输到工地进行装配连接而成的一种新型建筑形式。3.1 模块建筑基本概念及现状模块建筑及其建造方式模块建筑及其建造方式 模块建筑的特点及优势u高效化：单元在工厂可制作成标准化的产品，现场快速拼装完成后业主可以直接拎包入住，缩短了建设工期；u简易化：由于绝大部分的建造过程均放在工厂环境下进行，现场施工过程大大简化，节约了人力物力的投入；u精细化：工厂环境可以实现精细化加工，部品部件可以具备很高的加工精度，减少施工误差，有利于提高工程质量；u绿色化：更容易控制固体废弃物和工业污染，减小对施工现场

43、周围环境的影响，有利于推动绿色建筑的发展。3.1 模块建筑基本概念及现状 模块单元的分类 模块建筑的单元可分别从不同角度进行分类。其中根据受力方式受力方式：墙承墙承重模块单元重模块单元、柱承重模块单元柱承重模块单元、非承重模块单元非承重模块单元。墙承重模块单元墙承重模块单元竖向荷载主要由四面墙体承担，多采用冷弯薄壁型钢等轻钢构件柱承重模块单元柱承重模块单元竖向荷载全部用模块的4根角柱承担，多采用热轧钢结构框架；可以创建更大的开放式空间非承重模块单元非承重模块单元主要为厨房、浴室等特殊功能的房间，仅能承担自重，但不承担或传递单元外部的荷载。3.1 模块建筑基本概念及现状 模块建筑的连接节点模块建

44、筑的节点主要包括单元内部的连接节点、模块单元间的连接节点、模块单元和其他抗侧力体系的连接节点。其中模块单元间的连接节点是其结构设计的重点，成为各高校、设计院和企业的研发热点。 焊接连接：接近于刚接节点，抗侧能力较高，但是增加了现场的焊接工作量； 螺栓连接及借助机械连接件连接：主要传递剪力和拉力，属于铰接节点或者半刚性节点，现场操作较为简便，更易实现快速拼接。下图为课题组提出的几种新型连接节点，目前已完成部分理论分析及试验研究。自锁式榫卯连接节点自锁式榫卯连接节点梁梁连接节点梁梁连接节点预应力连接节点预应力连接节点旋转角件式连接节点旋转角件式连接节点3.1 模块建筑基本概念及现状 模块建筑的结构

45、体系分类 模块单元自身是具有一定抗侧刚度的系统，即由模块梁和模块柱形成的框架承担水平荷载，但是当建筑高度较大或者抗震设防烈度较高时，全部由模块单元组合进行抗侧时，连接节点域存在较大内力，对于单元间连接提出很高的要求。为了保证模块建筑具有更广泛的适用高度，通常需要借助额外的抗侧力体系。全模块结构体系模块-钢框架(支撑)混合结构体系模块-筒体混合结构体系嵌入式模块结构体系3.1 模块建筑基本概念及现状 模块建筑国外典型工程实例自从住宅67作为蒙特利尔世界博览会的一个重要主题展示项目开创了三维预制居住单元的先河后，日益受到建筑师和结构工程师的重视和关注。最开始模块建筑采用混凝土作为建筑材料，随着钢材

46、在抗震性能方面的材料优势以及自身具备的工业化特点，目前钢结构模块建筑的应用最为普遍，模块建筑在发达国家较广泛地应用于具有较多形状大小基本相同的重复房间的住宅、酒店、学校及商业等建筑中。如图所示为国外典型的模块建筑示例,可见模块建筑目前已应用于高层乃至于超高层建筑中。 英国 蒙特利尔“住宅67” 日本 东京中银舱体楼英国 伍尔弗汉普顿学生公寓美国 纽约 B2住宅大厦澳大利亚 墨尔本 拉特罗布住宅大厦 3.1 模块建筑基本概念及现状 模块建筑国内典型工程实例 国内模块建筑发展已有1010年左右年左右的时间，在国家“十二五”推行住宅产业化住宅产业化以及“十三五”进一步发展装配式建筑进一步发展装配式建

47、筑的形势下，国内钢结构模块建筑工程应用如雨后春笋般出现，并且从低层低层模块建筑过渡到多高层多高层模块建筑，呈现出巨大的发展潜力。3.1 模块建筑基本概念及现状雄安市民服务中心（2-3层）镇江新区港南路公租房小区（18层）深圳前海创新商务中心（2-4层）天津静海子牙尚林苑项目（5层、局部6层）北京城市副中心办公楼项目（2层）南京仙林湖商品住宅（11层）结构体系设计基本参数结构设计使用年限：50年结构安全等级：二级基本风压：0.5kN/m2(n=50)地面粗糙度：B类地震设防烈度：7度（0.15g）设计地震分组：第2组场地类别：类3.2 工程概况及技术背景本项目为天津市静海区和天津汇京投资有限公司

48、委托，天津大学与天津中天建都市建筑设计有限公司联合设计，天津大学负责本项目的结构设计。采用以集装箱形式为基础的带有特殊角件的模块单元。模块采用旋转式连接件进行连接。模块单元在工厂预制，装修完毕后运送到现场直接安装。单元选型3.2 工程概况及技术背景节点专利技术 旋转式角件连接节点包括角件和连接件，操作简单，施工高效便捷。三.连接件设计连接件连接件螺杆螺杆螺母螺母角件角件旋转件旋转件连接板连接板3.2 工程概况及技术背景连接节点试验研究3.2 工程概况及技术背景 根据欧洲规范（Eurocode 3）节点分类，从节点自身的转动刚度特性来看，角件旋转式连接节点可按铰接设计。单元间连接节点抗弯试验连接

49、节点试验研究3.2 工程概况及技术背景 对单元间连接节点沿X、Y两个方向进行静力抗剪试验，得到极限承载力分别为 540kN、445kN。单元间连接节点抗剪试验 施工流程3.3 建造技术模块建筑工程项目施工流程图 施工流程a）地基与基础施工基础采用现浇钢筋混凝土承台，在桩承台上现浇混凝土短柱现浇混凝土短柱，浇筑混凝土时预埋埋件与模块基础角件连接预埋埋件与模块基础角件连接。地基与基础BIM图预埋件与基础角件的连接3.3 建造技术 施工流程b）模块的工厂制作以本项目为例，模块生产厂家日均生产钢框架7个，装修成品4个，单栋建筑157个模块单元可在45天内制作完成，通过工厂化生产，达到毫米级质量控制。模

50、块制作工艺流程：可分为四步，分别为模块就位、水电装配、内部装配、内部配饰，详见下图。模块制作工艺流程图3.3 建造技术 施工流程b）模块的工厂制作主体框架制作模块单元水电装配3.3 建造技术 施工流程b）模块的工厂制作模块单元内部装配模块单元内部配饰3.3 建造技术 施工流程c）模块的现场安装施工首层模块安装 首先进行基础角件安装，然后进行连接件固定安装，最后进行模块安装。安装过程如下图所示：首层模块安装示意图3.3 建造技术 施工流程c）模块的现场安装施工标准层模块安装 标准层模块的安装需重新对模块进行定位放线，确认无误后开始进行连接件安装施工，连接件安装时首先对连接件进行复测，确保施工精度