绿色装配式钢结构研究现状与展望

2020-02-16师广财

江西建材 2020年8期

师广财

铜陵有色设计研究院，浙江铜陵 244000

1 引言

当下，我国建筑业每年会产生近15亿t的建筑垃圾，其中能二次利用的建筑垃圾占比不足5%，这些不能回收利用的建筑垃圾对环境造成了极大的危害。此外，世界钢铁协会的统计数据显示我国的钢材产量在2016年就已经占据全世界钢材产量的49.6%，但我国钢结构建筑的总面积占比却不足5%，国外欧美等发达国家这一比例早已经超过40%。

绿色装配式钢结构是将工厂内加工生产好的预制构件运送至施工现场直接通过高强度螺栓连接装配成的整体结构，其具备施工周期短、能耗低、工厂化生产等优势。李克强总理在2016年9月14日主持召开了国务院常务会议，会议认为大力发展钢结构、混凝土等装配式建筑，具有发展节能环保新产业、提高建筑安全水平、推动化解过剩产能等一举多得之效［1］。因此，推广绿色装配式结构是我国实现从建筑产业大国向建筑产业强国转型的关键一步。

2 研究现状

当前，国内外学者对绿色装配式钢结构的研究成果主要集中于对其整体抗震性能、结构力学性能（连接节点、框架梁、三板体系等）方面的研究，主要进展如下。

2.1 整体抗震性能

绿色装配式钢结构是近年来提出的新型结构形式，目前的研究主要集中于数值模拟及模型试验两个方面。

在数值模拟方面，刘学春等［2］运用有限元软件对远大S30酒店的结构体系进行受力分析，结果表明该结构体系的侧向刚度较大，但延性较差，破坏模式符合“强柱弱梁”的抗震原则。王化杰等［3］通过有限元软件分析了不同构造措施对结构抗侧刚度的影响，结果表明侧向辅助拉索对结构侧向刚度贡献更加明显。

在模型试验方面，伍云天等［4］对两个大比例钢梁-预制混凝土柱-基础组合框架子结构试件进行了低周往复加载试验，研究结果表明合理设计后的装配式钢梁-预制柱组合框架结构在强度、侧移延性和屈服后变形能力等方面均能满足抗震要求。刘学春等［5］通过对不同斜支撑布置和构件截面尺寸框架进行受力性能对比后发现该体系的破坏模式符合“强柱弱梁”的抗震原则，结构抗侧刚度较大，但延性较差。

2.2 连接节点力学性能

在梁柱连接节点方面，为实现快速化和绿色化施工，全螺栓常被用于连接装配式钢结构的梁柱节点，其与传统的焊接相比具备更佳的延性。张爱林等［6］的研究成果显示装配式斜支撑节点钢框架具备较佳的延性和水平荷载抵抗能力。刘学春、徐阿新［7］提出了一种全新的装配式钢结构连接节点，并采用有限元与试验相结合的方法对其极限承载能力和抗弯刚度进行分析，结果表明该节点的转动刚度较大，极限承载能力高。郭志鹏等［8］采用有限元与试验相结合的方法分析了螺栓孔径大小等参数对Z字形装配式钢结构连接节点抗震性能的影响。

钢管柱间通常通过法兰试件来进行连接，法兰试件的受力性能直接关系到连接可靠性，是学者们研究的热点。刘学春等［9］研究了多种组合变形条件下法兰连接试件的受力特性，获得了法兰厚度、螺栓边缘距离等参数对试件力学性能的影响规律，在此基础上提出了屈服承载力的计算公式。王鹤翔［10］对11个方钢管柱与柱座法兰连接的受力性能进行了有限元分析，获得了连接节点的力学性能与法兰厚度、螺栓边缘距离、螺栓孔直径等参数之间的关系。

2.3 框架梁力学性能

桁架梁和组合梁是两种最常见的框架梁结构形式。桁架梁的优势是能够提高建筑物的层高，组合梁的优势是可以充分利用构件截面多样性的特点。目前国内外学者对桁架梁的研究主要集中于对其整体及局部稳定性的分析，对组合梁的研究更多体现在构件的等效简化计算。

倪真［11］采用有限元分析与试验相结合的手段研究了桁架梁的跨度、平面钢度内及弦杆尺寸等参数对桁架梁力学性能的影响。张爱林等［12］对双槽钢组合截面梁的整体稳定性进行了试验研究，得出了不同荷载类型下的弹塑性稳定系数计算公式。

2.4 三板体系受力性能

在外墙板方面，国内外学者的研究主要集中于对外挂墙板与框架连接处性能及方式的改良，实现改良后的结构与装配式高层钢结构整体体系的融合；在装配式楼板方面，现有的研究主要分析了楼板模块的连接方式对楼板整体性能的影响规律。

胡婷婷［13］对比总结了市场上存在的装配式钢结构体系住宅配套外墙产品，提出了外墙板的材料选取原则和节点连接要求。赵越［14］的研究成果表明在叠合板中使用发泡水泥几乎不会提高其截面钢度，故而在楼板设计时可忽略发泡水泥预制层的影响。刘学春等［15］提出了两种新型节点用于外挂墙板与框架的连接并开展了相关试验研究，结果表明外墙板与框架结构整体兼具良好的保温性能和抗震性能。