25岁大学毕业-25岁大学毕业
张锡治
-
高强混凝土预制管柱
-
钢梁混合装配式框架结构体系
的研究与应用
编号
天
津
市
建
委
科
技
项
目
开
题
报
告
书
项目名称
高强混凝土预制管柱
-
钢梁混合装配式框
架结构体系的研究与应用
承担单位（盖章）
天津大学建筑设计研究院
协作单位（盖章）
天津港航工程有限公司
项目负责人
张
锡
治
天津市城乡建设和交通委员会
填报日期
二○一五年
五月十一日
1
．国内外研究概况及水平，存在的问题，本研究的主要内容。
国内外研究概况及水平
预制装配式结构是以预
制构件为主要构件，经装配、连接、部分现浇而成的混凝
土结构。具有劳动生产率高，整
体质量高，降低物耗等优点，并适应建设“省地、节
能、环保型”建筑的要求。
预制装配式结构在日本、
美国、
欧洲、
新加坡、
香港等发达国家和地区起步较早。
日本
在
1955
年起开始开发预制住宅技术，
1956
年开发出低层的预制大板式住宅。
1970
年，
HPC(
预制混凝土高层结构
)
工法被应用到
14
层的高层住宅。目前日本已经
形成了包括剪力墙式预制钢筋混凝土（
W-PC
）、剪力墙式框架预制钢筋混凝土
（
WR-P C
）
及现浇同等型框架预制钢筋混凝土
（
R-PC
）
等多种预制装配式结构体系。
目前日本在装配式结构方
面已经有了一套很成熟的设计、施工、组织、管理的体系。
美国装配式
结构目前主要有两个发展方向，
分别为低层装配式别墅建筑和后张无
粘结
预应力结构。在低层装配式别墅建筑中，美国住宅用构件和部品的标准化、系列
化、专业
化、商品化、社会化程度很高，几乎达到
100
％。混凝土构件和制品、轻质
板材、室内外装修以及设备等产品十分丰富，品种达几万种。这些构件的特点是结构
性能好，用途多，有很大通用性，也易于机械化生产。
但其广泛 应用于低层建筑，
与我国地少人多情形不同，借鉴意义不大。
后张无粘结预应力结构为美国与日本与上世纪
90
年代研究提出的 一种新型装配
式结构，
预制墙体的分布钢筋不进行连接，
预制墙体通过后张无粘结预应力筋连接形
成整体结构。该体系具有优越的抗震性能；良好
的自恢复能力，在大震情况下结构能
够产生很大的侧向位移，且残余变形较小；破坏集中
在预制构件连接部位，易于震后
修复。
法国在
20
世纪
50
～
60
年代开发出“结构—施工”体系；到了
70
年代以后，开
始推广样板住宅政策，
1978
年制定了模数协调规则；法国构造体系以预制混 凝土体
系为主，钢、木结构体系为辅。结构型式采用框架或者板柱体系，广泛应用焊接、
螺
栓等干法作业连接方式，结构构件安装与设备、装修工程安装分开，房屋质量得到提<
/p>
高。
香港在
20
世纪
80
年代后期开始提出预制构件的概念，
在公屋建设中使用预 制混
凝土构件。开始所有的预制构件都是工地制作，由工地负责质量，后来逐渐把构件预
制的工作转移到预制构件厂，使得建筑构件生产满足
ISO9000
认证的质量要求。
新加坡于上世纪
60
年代由政府制定关于建造组屋的相关法律，在政府的大力支
持下从上世纪
70
年代开始装配式建筑在新加坡得到了很好的发展，
目前新加坡有< /p>
240
余万户居民住进装配式组屋，占国民总数的
87%< /p>
。
我国在上个世纪
70
年 代初就开始了“三化一改”，即：设计标准化、构配件生
产工厂化、施工机械化和墙体改
革，在技术方面，最早是学习前苏联的大板房技术。
国内积极推广标准化构件，
在天津建设了一批大板楼，
但由于早先装配式构造节点处
理不好，
出现漏水、
渗水现象，
尤其唐山地震后由于对装配式住宅抗震性认 识的问题，
住宅工业化一度停滞，预制板等的使用也受到限制。
上世纪
90
年代后期，为实现住宅建设低碳、节能、环保、绿色 的目标，
1998
年
建设部成立住宅产业化促进中心，<
/p>
提出加快住宅建设从粗放型向集约型转变，
推进住
宅产业现代化。国内的住宅产业化工作当时主要集中在住宅部
品的研发和生产上面，
对工业化住宅建造体系的研究较少，
且主要集中在 轻钢结构、
装配式框架的住宅体系
方面。
2004
年万科集团工厂化中心成立，由于日本对地震的考虑比较全面 ，重点借鉴
和使用日本的预制技术体系。至今在深圳、北京、天津、上海等地建设成多个
示范小
区，结构体系包括框架
-
外墙挂板、装配式剪力墙 结构等多种模式。北京万科假日风
景
D
地块的装配式剪力 墙结构取得了很好的经济和社会效果。
2005
年在合 肥召开的国家住宅产业化工作大会，提出产业发展战略，建设部批
准合肥经济开发区为国
家住宅产业化基地、
深圳市成为住宅产业化示范城市、
万科成
为了第一个获得国家住宅产业化基地称号的房地产开发商。
201
1
年
9
月
18
日国家住宅产业化基 地技术创新联盟正式成立。该联盟是在住房
和城乡建设部正式批准的
21
个国家住宅产业化基地范围内，按照“自愿、平等、合
作”的原则共同发
起成立的，是以住宅产业化集成技术的研发、推广、合作为主要任
务的技术创新组织。该
联盟的成立能够进一步推进住宅工业化在我国的发展。
2012
年住建部要求加大力度研究装配式剪力墙结构体系、装配式框架
-
剪力墙 结
构体系、
装配式框架体系等相关技术，
万科在沈阳春河 里又建设了一批装配式结构示
范工程。
2013
年住建部 在北京召开装配式混凝土建筑设计研讨会，对装配式建筑指
明了新的发展方向。
目前，
国内外对于装配式钢筋混凝土框架结构的研究主要可以分 为两大类：
对构
件和节点的研究；对整体结构进行研究。先后出现了预应
力拼接节点、装配式节点、
高强混凝土梁柱组合框架等研究成果。
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< p>配式
混
凝
土
框
架
结
构
的
研
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与< /p>
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CN102373804A,2012-03-14.
[22]
丁
红
岩
,
和
超
,
张
浦
阳
.
一
种
预
制
混
< p>凝土
管
柱
钢
筋
混
凝
土
梁
节
点
结< /p>
构
及
其
施
工
方
法
[P].
天
津
：
CN102677784A,2012-09-19.
[23]
丁
红
岩
,
和
超
,< /p>
张
浦
阳
.
一
种
预
制
混
凝
土
管
柱
钢
梁
节
点
结
构
及
其
施
工
方
法
[P].
天
津
：
CN1
02704574A,2012-10-03.
[24]
丁
红
岩
,
和
超
,
张
浦
阳
.
一
种
预
制
混
凝
土
管
柱< /p>
钢
骨
混
凝
土
梁
节
点
结
构
及
其
< p>施工
方
法
[P].
天
津
：
CN102704575A,2012-10-03.
存在的问题
1
）目前装配式框架结构预制柱纵向钢筋通常采用套筒连接、间接浆锚连接、焊
接连
接等方式，叠合梁下部纵向钢筋多采用机械连接、套筒连接或焊接连接，这些方
式虽然在
结构整体性和抗震性能方面已经经过试验验证和工程应用，
但造价昂贵，
并
且受构件生产精度限制，存在施工过程中钢筋错位、梁柱就位困难的情况，施工费时
费力，无论投资方还是施工单位，对装配式框架结构的推广都不积极。
< p>
2
）目前国内外关于装配式框架连接节点的研究已经有很大进展，但大多停留在
节点受力性能方面的研究，
没有将节点的研究与整体结构关联起来，
使得一些受力较
小的部位采用了过于严格的构造措施。
3
）目前国内外关于高强混凝土预制柱的研究较少，对此类装配式混凝土框架结< /p>
构的节点设计及整体性能研究尚属空白。
本研究的主要内容
根据上述存在的问题，本课题将集中解决如下几个方面的内容：
1
）提出一种新型装配式框架结构：高强混凝土混合配筋预制管柱
-
钢梁混合装配
式框架。
该结构采用高强混凝土预制管 柱作为竖向受力构件，
通过螺栓连接形成混凝
土管柱
-< /p>
钢梁节点。
2
）针对不同高度的建筑，研 究在天津市抗震设防标准下，框架各部位在中震和
大震下的受力特点及破坏形态。
研究高强混凝土混合配筋预制管柱的力学性能，
包括
抗震延性和
承载力。研究混凝土管柱
-
钢梁节点的延性性能、承载力以及破坏模式。
3
）对比分析高强混凝土混合配筋预制管柱
-< /p>
钢梁装配式框架与普通现浇混凝土框
架和钢结构框架的经济性，研究本课题
提出的装配式框架最优化解决方案。
4
）提出有效的高 强混凝土混合配筋预制管柱
-
钢梁装配式框架的施工方案，确保
< br>绿色施工，经济合理。
2
．采取的研究方法、可行性分析，解决问题的技术路线。
研究方法
本课题采用如下三种研究方法：
1
）理论分析
收集整理各类<
/p>
PHC
管桩、管柱以及预制混凝土柱的试验数据及相关资料，包括
< br>试验装置的信息和试件的几何、
材料信息，
以及试件的破坏模式、
承载力、
延性系数、
滞回性能等相关数据。
同时收 集整理国内外代表工程中装配式混凝土框架的设计信息
和设计参数，重点包括层高、预制
柱截面尺寸及形式、预制柱承受的水平和竖向荷载
等。最后，根据国内的装配式混凝土框
架结构和抗震设计规范，设计一栋高强混凝土
混合配筋预制管柱
-
钢梁混合装配式框架，作为设计定尺试件及分析管柱性能的原型
结构。
同时收集国内外已有的研究成果，
通过理论分析高强混凝土混合配筋预制管柱
的承载力影响因素，建立管柱抗弯、抗剪、抗拉压承载力计算公式。找出影响管柱延
< br>性、刚度退化、累积损伤、耗能能力的因素。
2
）数值仿真
利用计算机空间
有限元技术，采用
ABAQUS
、
Sap2000
等分析软件对高强混凝
土混合配筋预制管柱
-
钢梁混合装 配式框架结构进行研究分析，对高强混凝土混合配
筋预制管柱构件以及管柱
-
钢梁节点进行力学和延性性能分析。
3
）模型试验
根据理论分析及
数值仿真结果，
进行试件设计与研制，
进行足尺管柱试件拟静力
< br>试验、混凝土管柱
-
钢梁节点试验，研究轴压力、预应力、非预应力钢筋配 筋率、有
无填芯对管柱受力、延性及破坏特征的影响，研究螺栓布置数量及形式、加强环
板设
计方案等对梁柱节点力学性能影响，提出可靠的结构体系，在示范工程中应用。
进行试验方案论证，并邀请天津结构工程方面的专家康谷贻教授、凌光荣教
授、
王铁成教授、
丁永君总工等对新型的结构体系进行论证，
< p>同时请专家对新型的结构体
系提出宝贵意见和改进方案。
可行性分析
1
）在建交委支持下，天津大学建筑设计研究院多年以来一直研究框架结构预制
墙板技术和双向预应力叠合楼盖技术，
并成功应用于两栋天津万科东丽湖装配式住宅
示范工程，对预制外墙板、预制叠合楼板、预制阳台、预制楼梯等技术有着丰富的工
< br>程实践经验。
2
）天津大学建筑设计研究院作为天津大学“产学研”平台，广泛开展科研合作，
< p>除了与天津万科进行装配式结构体系合作研究以外，
还与天津港航工程有限公司、< /p>
天
津市建筑构件工程公司有着良好的工业化住宅方面的合作。
3
）天津大学建筑设计研究院在天津港航工程有限公司支持下，对高 强混凝土混
合配筋预制管柱的力学性能和抗震延性开展了课题研究，
已经 进行深入的理论分析和
前期数值模拟分析，
并制作
15< /p>
根足尺管柱试件完成了一系列的抗震性能拟静力试验，
获得了大量有价值的
试验数据。
4
）天津大学作为天津市重要的“产学研” 平台，具有教育部和天津市重点实验
室－滨海土木工程结构与防灾实验室、
土木工程结构及新材料实验室，
软硬件设施齐
全，满足开展科研的基础
条件。天津大学建筑设计研究院，一直鼓励员工进行科学研
究，
是天津市 高新技术企业，
本项目团队是设计院骨干力量，
其中多人是硕士生导师，
人员梯队好，软硬件设备齐全，依赖天津大学产学研平台
,
有能力 完成此项研究。对
于政府资助的研究项目，设计院给予全额配比支持。
技术路线
以框图的形式给出，详见下图。
广泛调研，吸收国内外先进
技术
建立原型装配式框架，研究管
柱承载力，延性性能
管柱及梁柱节点的数值模拟
分析
设计试验试件
试验研究
示范工程应用
课题应用总结
四川师范大学在职研究生-四川师范大学在职研究生
河北保定电力大学-河北保定电力大学
大学怎么进学生会-大学怎么进学生会
重庆工商大学人事处-重庆工商大学人事处
苏州大学国资处-苏州大学国资处
东南大学苏州联合研究生院-东南大学苏州联合研究生院
美国大学材料专业排名-美国大学材料专业排名
美国加州大学圣地亚哥分校-美国加州大学圣地亚哥分校
-
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