新型装配式钢节点混合框架结构及配套体系关键技术研究与应用

一、立项背景  

二、研究内容  

为解决上述问题，本项目从框架结构体系、设计方法、配套预制楼（屋面）板、配套内外墙板四个层面进行全面系统的研究和创新，提出了新型装配式钢节点混合框架结构体系，形成了相应的设计方法，开发了免支撑、免模板、免吊顶的配套预制楼（屋面）板体系，研发出集多功能一体化、绿色节能的配套内外墙板，以促进装配式混凝土建筑的广泛应用。     

1.新型装配式钢节点混合框架结构体系的研发      

预制混合梁

预制混合柱

混合框架结构连接节点示意  

       

       

       

       

       

       

预制混合梁、柱构件免支撑施工照片

本项目在确定体系构造的基础上，重点对梁-柱节点、柱-柱节点的抗震性能进行了理论分析和试验研究，基于研究和工程实践，提出了装配式钢节点混合框架结构体系设计方法，包括结构分析方法、构件设计方法和连接节点设计方法等。具体工作内容及成果如下：  

①对混合框架梁-柱节点、柱-柱节点开展了数值模拟，主要根据模型破坏模式分析了不同形式节点构造的可行性和合理性。在此基础上，对拟采用的节点构造开展了抗震性能试验研究，分析了不同构造试件的承载能力、变形能力、刚度、延性及耗能能力等指标，揭示了新型钢连接节点的传力机制和结构破坏模式，明确了连接节点以及节点与梁、柱构件之间的细部构造。

柱-柱节点有限元模拟  

柱-柱节点拟静力试验

②基于结构抗震概念设计和混合结构系统思维，结合试验研究和理论分析，推导建立了系统的钢连接节点和混合梁、柱构件的抗震设计方法。依托实际工程，针对混合框架结构提出了采用传统设计软件的弹性及弹塑性实用分析方法。  

混合框架实用结构分析方法

为配套具有免支撑优势的混合框架结构，开发了3类新型预制楼（屋面）板，分别为：免拆底模钢筋桁架楼承板、可拆底模钢筋桁架楼承板和预应力混凝土钢筋桁架叠合板。  

本项目研发的免拆底模钢筋桁架楼承板，是将传统水泥纤维板底模改为高性能混凝土底模，通过工厂埋置一次成型将钢筋桁架与底模连接成整体，现场浇筑混凝土形成的一种新型组合楼板。

高性能混凝土免拆底模钢筋桁架楼承板

②可拆底模钢筋桁架楼承板  

可拆底模钢筋桁架楼承板构造

本项目研发的预应力混凝土钢筋桁架叠合板，除在预制底板内设置预应力筋以外，还将钢筋桁架上弦杆采用直径14mm~16mm的粗钢筋，不仅进一步提高了预制底板刚度，使得底板厚度仅为40mm，跨度3m以内能实现施工免支撑，适用跨度最大可到9m；预应力钢筋采用板端不出筋技术，安装时设置板端附加连接钢筋，便于现场安装；预制底板内除桁架方向的预应力筋以外，还设有横向受力钢筋，由于底板拼缝为密拼接缝，接缝处设置附加连接钢筋即可，无需通长配置。

针对上述3类新型预制楼（屋面）板与混合框架结构的支座进行了节点构造优化，同时为适应不同建筑类别和不同楼板跨度，给出了混合框架结构体系的配套楼板优选方案。  

研发了3种集多功能一体化、绿色节能的配套内外墙板体系，分别为蒸压加气混凝土保温装饰复合外墙板、钢丝网架夹心泡沫混凝土外墙板和装配式自装饰分体式隔墙板。  

蒸压加气混凝土保温装饰复合外墙板和钢丝网架夹心泡沫混凝土外墙板体系，集保温、隔热、防火、防水、耐候、装饰等多功能一体化，并在工厂整体预制成型，无需现场组装。250mm厚墙板传热系数低于0.35[W/(m ² ·K)]，供暖空调能耗比我国建筑节能标准降低10%，实现了外围护系统低能耗的高性能指标；墙体材料中消纳石粉、炉渣、沙子、建筑垃圾等固体废弃物的综合配比达50%以上，均为可循环利用的绿色建材，实现了节材的高性能指标。

装配式自装饰分体式隔墙板体系，墙体内部空腔可用于布置管线，实现了墙体与管线、装修一体化以及管线分离；200mm厚装配式自装饰分体式隔墙板的空气声计权隔声量可达50dB，满足高性能住宅分户墙隔声指标要求；墙体材料以硅砂为主，可实现节材的高性能指标，综合性能达到隔墙绿色建材三星级指标要求。

     

     

蒸压加气混凝土保温装饰复合外墙板    

     

     

钢丝网架夹心泡沫混凝土外墙板  

  装配式分体式隔墙板性能研究  

三、关键技术和创新点  

四、作用意义  

山东淄博周村区新材料产业园工程现场  

项目完成单位近三年新增合同额65580万元、新增利润7870万元；在山东淄博周村区新材料产业园、山东东营国科数智产业港、海口市国际免税城、北京通州区丁各庄公租房及北京瀛海镇区级统筹租赁住房等项目中成功应用，总应用面积115.1万平方米。具有良好的经济效益。