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銅陵有色設(shè)計研究院，浙江 銅陵 244000

1 引言

當(dāng)下，我國建筑業(yè)每年會產(chǎn)生近15億t的建筑垃圾，其中能二次利用的建筑垃圾占比不足5%，這些不能回收利用的建筑垃圾對環(huán)境造成了極大的危害。此外，世界鋼鐵協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示我國的鋼材產(chǎn)量在2016年就已經(jīng)占據(jù)全世界鋼材產(chǎn)量的49.6%，但我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的總面積占比卻不足5%，國外歐美等發(fā)達(dá)國家這一比例早已經(jīng)超過40%。

綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)是將工廠內(nèi)加工生產(chǎn)好的預(yù)制構(gòu)件運送至施工現(xiàn)場直接通過高強度螺栓連接裝配成的整體結(jié)構(gòu)，其具備施工周期短、能耗低、工廠化生產(chǎn)等優(yōu)勢。李克強總理在2016年9月14日主持召開了國務(wù)院常務(wù)會議，會議認(rèn)為大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)、混凝土等裝配式建筑，具有發(fā)展節(jié)能環(huán)保新產(chǎn)業(yè)、提高建筑安全水平、推動化解過剩產(chǎn)能等一舉多得之效［1］。因此，推廣綠色裝配式結(jié)構(gòu)是我國實現(xiàn)從建筑產(chǎn)業(yè)大國向建筑產(chǎn)業(yè)強國轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵一步。

2 研究現(xiàn)狀

當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者對綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)的研究成果主要集中于對其整體抗震性能、結(jié)構(gòu)力學(xué)性能（連接節(jié)點、框架梁、三板體系等）方面的研究，主要進(jìn)展如下。

2.1 整體抗震性能

綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)是近年來提出的新型結(jié)構(gòu)形式，目前的研究主要集中于數(shù)值模擬及模型試驗兩個方面。

在數(shù)值模擬方面，劉學(xué)春等［2］運用有限元軟件對遠(yuǎn)大S30酒店的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行受力分析，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度較大，但延性較差，破壞模式符合“強柱弱梁”的抗震原則。王化杰等［3］通過有限元軟件分析了不同構(gòu)造措施對結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的影響，結(jié)果表明側(cè)向輔助拉索對結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度貢獻(xiàn)更加明顯。

在模型試驗方面，伍云天等［4］對兩個大比例鋼梁-預(yù)制混凝土柱-基礎(chǔ)組合框架子結(jié)構(gòu)試件進(jìn)行了低周往復(fù)加載試驗，研究結(jié)果表明合理設(shè)計后的裝配式鋼梁-預(yù)制柱組合框架結(jié)構(gòu)在強度、側(cè)移延性和屈服后變形能力等方面均能滿足抗震要求。劉學(xué)春等［5］通過對不同斜支撐布置和構(gòu)件截面尺寸框架進(jìn)行受力性能對比后發(fā)現(xiàn)該體系的破壞模式符合“強柱弱梁”的抗震原則，結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較大，但延性較差。

2.2 連接節(jié)點力學(xué)性能

在梁柱連接節(jié)點方面，為實現(xiàn)快速化和綠色化施工，全螺栓常被用于連接裝配式鋼結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點，其與傳統(tǒng)的焊接相比具備更佳的延性。張愛林等［6］的研究成果顯示裝配式斜支撐節(jié)點鋼框架具備較佳的延性和水平荷載抵抗能力。劉學(xué)春、徐阿新［7］提出了一種全新的裝配式鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點，并采用有限元與試驗相結(jié)合的方法對其極限承載能力和抗彎剛度進(jìn)行分析，結(jié)果表明該節(jié)點的轉(zhuǎn)動剛度較大，極限承載能力高。郭志鵬等［8］采用有限元與試驗相結(jié)合的方法分析了螺栓孔徑大小等參數(shù)對Z字形裝配式鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點抗震性能的影響。

鋼管柱間通常通過法蘭試件來進(jìn)行連接，法蘭試件的受力性能直接關(guān)系到連接可靠性，是學(xué)者們研究的熱點。劉學(xué)春等［9］研究了多種組合變形條件下法蘭連接試件的受力特性，獲得了法蘭厚度、螺栓邊緣距離等參數(shù)對試件力學(xué)性能的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提出了屈服承載力的計算公式。王鶴翔［10］對11個方鋼管柱與柱座法蘭連接的受力性能進(jìn)行了有限元分析，獲得了連接節(jié)點的力學(xué)性能與法蘭厚度、螺栓邊緣距離、螺栓孔直徑等參數(shù)之間的關(guān)系。

2.3 框架梁力學(xué)性能

桁架梁和組合梁是兩種最常見的框架梁結(jié)構(gòu)形式。桁架梁的優(yōu)勢是能夠提高建筑物的層高，組合梁的優(yōu)勢是可以充分利用構(gòu)件截面多樣性的特點。目前國內(nèi)外學(xué)者對桁架梁的研究主要集中于對其整體及局部穩(wěn)定性的分析，對組合梁的研究更多體現(xiàn)在構(gòu)件的等效簡化計算。

倪真［11］采用有限元分析與試驗相結(jié)合的手段研究了桁架梁的跨度、平面鋼度內(nèi)及弦桿尺寸等參數(shù)對桁架梁力學(xué)性能的影響。張愛林等［12］對雙槽鋼組合截面梁的整體穩(wěn)定性進(jìn)行了試驗研究，得出了不同荷載類型下的彈塑性穩(wěn)定系數(shù)計算公式。

2.4 三板體系受力性能

在外墻板方面，國內(nèi)外學(xué)者的研究主要集中于對外掛墻板與框架連接處性能及方式的改良，實現(xiàn)改良后的結(jié)構(gòu)與裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)整體體系的融合；在裝配式樓板方面，現(xiàn)有的研究主要分析了樓板模塊的連接方式對樓板整體性能的影響規(guī)律。

胡婷婷［13］對比總結(jié)了市場上存在的裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系住宅配套外墻產(chǎn)品，提出了外墻板的材料選取原則和節(jié)點連接要求。趙越［14］的研究成果表明在疊合板中使用發(fā)泡水泥幾乎不會提高其截面鋼度，故而在樓板設(shè)計時可忽略發(fā)泡水泥預(yù)制層的影響。劉學(xué)春等［15］提出了兩種新型節(jié)點用于外掛墻板與框架的連接并開展了相關(guān)試驗研究，結(jié)果表明外墻板與框架結(jié)構(gòu)整體兼具良好的保溫性能和抗震性能。

3 結(jié)論與展望

推廣綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)是解決我國環(huán)境污染、鋼材產(chǎn)量過剩的有效途徑。綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)的未來發(fā)展應(yīng)著重在以下幾個方面：

（1）鋼材的焊接及混凝土的澆筑工作應(yīng)放在工廠內(nèi)進(jìn)行，施工現(xiàn)場利用全螺栓對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接連接，減少現(xiàn)場濕作業(yè)，提高施工效率。

（2）將綠色的發(fā)展理念與鋼結(jié)構(gòu)建筑相結(jié)合，使鋼結(jié)構(gòu)建筑從規(guī)劃設(shè)計、工廠生產(chǎn)、現(xiàn)場施工、后期使用均能滿足綠色化和信息化的要求。

（3）現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已然不能滿足綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展需求，企業(yè)和高校應(yīng)在政府有關(guān)部門的指導(dǎo)下協(xié)同創(chuàng)新，深化產(chǎn)學(xué)研合作，完成對綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范的編制。

（4）未來綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)在連接節(jié)點的材料、形式、設(shè)計方法方面實現(xiàn)創(chuàng)新，在保證安全的前提下提高其經(jīng)濟性。