钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系可行性研究.docx

附表一科研项目立项建议书项目名称：钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系可行性研究申请单位（部门）:项目负责人:中国联合工程公司一、申请立项依据及研究意义随着我国高层建筑的发展，越来越多的地方已经或正在计划建高层、超高层建筑，钢管混凝土柱成为许多高层、超高层建筑的选择，采用钢管混凝土柱可提高柱子的极限承载能力和塑性变形能力，减少柱的截面积，增大建筑使用空间。但对于超高层建筑，采用钢管混凝土柱，其截面尺寸仍较大，其承载能力仍不能满足设计要求，如果在钢管混凝土柱中设置钢筋（纵筋、箍筋和型钢），这会增加施工难度、延长施工周期。采用钢管活性粉末混凝土（RPC）柱是解决此类问题的有效办法之一。RPC原材料中活性组分由优质水泥、硅粉、石英砂、磨细石英粉等构成，活性组分的粒径在（HHmlmm之间。另外，原材料还包括高效减水剂与短细钢纤维等；其基本配制原理是通过提高组分的细度与活性，采用蒸压等养护工艺以改善其微观结构，使材料内部的缺陷孔隙与微裂缝减到最少，以获得超高抗压强度（200MPa）、高耐久性（超过100年的使用寿命）及超高韧性。自RPC材料问世以来，包括法国、美国、加拿大、韩国等许多国家对其进行了大量的研究,RPC显示出优异的力学性能和良好的耐久性能，引起了工程界的极大兴趣，并将其应用于工程实践中。目前申请号200610151188.5张素梅等人发明的钢管约束型钢高强混凝土柱,该型钢混凝土柱可提高型钢混凝土柱的极限轴压比，具有良好的抗震性能。申请号86106474刘建群发明的预应力钢管混凝土柱，该专利通过对混凝土柱核心区混凝土施加预应力从而达到提高钢管混凝土柱的轴向抗压承载力的目的。申请号200820213674.X刘秋生等人发明的一种应用在建筑中的宽扁梁结构，该结构采用纵横向宽扁梁交织的结构形式，其主要针对的是与普通混凝土柱结合的结构形式。上述几种专利均没有考虑到在柱中采用强度可达到200MPa的RPC（活性粉末混凝土）。在建筑物的总高度受限制，又要增加层数，或者层高一定，要增加建筑室内净高时，采用常规的框架结构已不能满足要求，这时采用扁梁结构体系是解决此类问题的有效方法之一。扁梁结构体系具有降低建筑总高或增加室内净高，避免管道穿梁等优点。多年来，国内外专家学者对扁梁结构体系进行了多方面的科学研究，例如扁梁在荷载作用下的受弯和受剪性能、楼板对梁柱节点的有利影响、扁梁与柱节点内外核心区的受力机理，以及扁梁和柱的受力性能和抗震特性等。因为扁梁结构体系的一些受力特性和优点，在结构设计中较容易实现“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的抗震设计理念，再加上目前国家对建筑物高度的限制，因此近年来扁梁作为一种新的结构体系在建筑结构中获得广泛的应用。扁梁结构体系的抗侧刚度较低，而剪力墙结构的抗侧刚度较大，将两者相结合和进行互补，可以减少建筑层间位移和顶点位移。本课题提出的钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系汇集了钢管混凝土柱结构体系、扁梁结构体系和剪力墙结构体系及RPC四者的优点，还具有一些独特的力学性能和使用性能：1 .在高层、超高层建筑中，当普通钢管混凝土柱无法满足其受力性能和抗震性能时，需要在钢管混凝土柱中设置钢筋或型钢，这会延长施工周期。将钢管混凝土柱中的混凝土改用RPC后，其强度、韧性得到很大提高，其抗弯、抗折强度提高尤为明显，无须在钢管混凝土中配置钢筋或型钢，以进一步提高承载力，这样可以减少施工工序，缩短施工周期，节约成本。2 .由于RPC的抗压强度是普通混凝土的410倍，将RPC与钢管组合形成钢管RPC柱，柱断面尺寸得到极大减少，建筑使用面积得到增大。3 .扁梁能有效地减少楼盖结构层高和建筑总高，从而减小风荷载和地震作用对结构内力产生的不利影响，同时还能减少结构竖向构件的材料成本,节约造价。4 .扁梁在结构上多为双向布置，能够有效地提高扁梁柱节点的抗冲切能力，这种双向布置的结构形式能有效解决节点区钢筋过密的问题。宽度较大的扁梁还可以减少内平板净跨，这样就减小内平板的受力，板厚和配筋量也可以降低。5 .扁梁结构能够给建筑空间带来良好的效果，相对于普通钢筋混凝土梁，扁梁由于梁高较低，有利于室内空间的安排和布置，使得建筑空间宽敞舒适、美观大方。6 .扁梁结构抗侧刚度较低，剪力墙结构抗侧刚度较大，将两者相结合，可以取长补短，使本课题提出的新型结构体系应用于超高层建筑成为可能。本课题提出的新型结构体系，具有很好的经济、社会和环保效益。本课题对所提出的这种新型结构体系在工程中的应用可行性进行论证。(可附页)二、项目主要研究内容及达到的目标1. 研究内容(I)钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系力学性能分析保证新型结构体系的周期、剪重比、位移比等参数满足规范要求。(2)钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系经济性分析由于采用的钢管活性粉末混凝土柱截面尺寸较小，结构自重较轻，相应地震力较小，基础尺寸较小(或桩数较少)，但活性粉末混凝土成本较高，因此需要进行经济性方面的分析比较。(3)钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系节点构造研究节点是结构体系的薄弱环节，所以需要进行专门的构造设计和研究。2. 达到的目标从力学性能、节点构造及经济性三个角度论证钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系的可行性。(可附页)三、项目拟采取的技术路线、阶段百标而进度安弹1. 技术路线(1)进一步进行文献检索，论证本课题提出钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系的创新性。(2)找一幢实际工程中的高层建筑，将其改为本课题提出钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系，采用PKPM软件进行设计，对比原建筑和新型建筑结构体系的电算结果，从力学性能角度研究其电算结果是否满足规范要求。(3)根据电算结果，在力学性能均满足规范要求的情况下，分析新型建筑结构体系的经济性。(4)参考钢管混凝土柱-梁节点和扁梁节点的现有资料，设计新型结构体系的节点型式。(5)根据可行性研究结果，进行专家咨询和论证。2. 阶段目标(1)本课题通过实际工程和相应新型建筑结构体系电算分析对比，对其应用前景进行分析和论证。(2)在下一阶段工作性，对其节点和抗震性能和整个结构的抗震性能进行试验研究和理论模拟。3. 进度安排(1) 2012.1-2012.4：文献调整和工程筛选。(2) 2012.5-2012.8：电算模拟及结果的分析与比较。(3) 2012.9-2012.10：节点构造研究。(4) 2012.11-2012.12：专家咨询和论证。(可附页)四、一预期成果内容表达方式及应用前景1 .预期成果内容、表达方式(1)对所提出的钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系在工程应用的可行性进行论证。(2)在CN刊物上发表论文1-2篇。2 .应用前景本课题提出的钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系具有柱截面尺寸小、材料用量少、结构自重轻、地震力小、建筑层高或总高小、避免管道穿梁等优点，低碳环保(混凝土用量少)，预期在高层建筑中能有良好的应用前景。（可附页）五.项目经费概算科目科研费用（万元）说明（计算依据）1、调研、咨询及信息费2、人工补贴费3、材料费4、外协及加工费5、测试及试验费6、项目评可R费7、购六.项目参加人员姓名专业备注部1,璋见:年月日